米养活了世界一半以上的人口。这也相当于2.39 亿辆汽车的气候影响

灌溉方法也会影响排放。过去，灌溉稻田在整个生长季节都被淹没，导致在潮湿环境中繁殖的微生物不断排放温室气体。然而，在过去的二十年里，越来越多的农民使用间歇性洪水——定期排干田地。

与持续淹没稻田相比，这种变化降低了甲烷排放量。然而，我们发现了一个 氮氧化物排放量略为增加 当土壤在干湿之间循环时，会诱导微生物将有机物中的氮转化为氮氧化物气体，特别是一氧化二氮。

水稻生产对气候的影响

对水稻生产贴上完整的气候价格标签比一次测量一种温室气体更困难。

稻田从潮湿或淹没的土壤中排放甲烷和一氧化二氮。随着水稻的生长，它们也会从大气中吸收二氧化碳，在作物季节之间也会从土壤中流失碳。

可靠的全球估计需要一致地考虑不同的气体和土壤碳变化，以及跨空间和时间追踪数据所涉及的不确定性。

为此，我们结合了三种方法：

• 生态系统电脑模型使我们能够模拟作物生长、水条件和土壤过程，以估计甲烷、一氧化二氮和土壤碳的变化。
• 人工智慧驱动的机器学习模型改进了测量结果稀疏的估计，涵盖了世界上所有的水稻产区。
• 对1,200 多个田间试验点的统合分析提供了直接证据，证明灌溉、化学肥料使用和农作物残留物管理等做法如何影响排放。

它们共同帮助我们量化了1961 年至2020 年的排放量，确定了这些排放量的驱动因素，并测试了未来气候条件下缓解技术的潜力。

什么对减缓气候变迁有效，什么无效

有多种方法可以在不牺牲产量的情况下减少水稻生产的排放。

我们的 研究发现 减少化肥使用和残留物施用、管理灌溉以允许洪水之间的干旱期以及减少耕作，共同可以到本世纪中叶将全球水稻温室气体排放量减少约10%。

我们惊讶地发现，从温室气体的角度来看，用更多的有机选择取代化学肥料并不总是更好，尽管它在有机农业中受到重视。

在田间保持适量的秸秆和其他农作物残留物有助于提高土壤肥力，但过多会增加甲烷排放并加速土壤中碳的流失。另一种选择是将部分残留物转化为生物炭——在低氧条件下燃烧，然后将其混合到淹没的土壤中。 生物炭 可以帮助稳定土壤碳并减少甲烷排放。

改善水管理可以成为减少排放的强大工具。定期排水会减少甲烷产量，但可能会略微增加一氧化二氮的排放量。这个策略是 特别有效 拥有可靠灌溉基础设施的地区，包括亚洲大部分地区。

管理化肥使用也是一种有效的缓解策略，特别是在高施肥系统中，包括中国和南亚部分地区。过量的氮会增加一氧化二氮，但不会明显提高作物产量，并会增加水污染。减少氮肥的过度施用可以减少排放和水污染，并在此过程中为农民节省金钱。

耕作（即在作物季节之间犁地的做法）的影响 地区差异大。减少耕作通常被宣传为气候友善型，但我们发现它并不总是能最大限度地减少淹没系统的净排放。在温带地区（包括美国和中国的大部分地区）的稻田中，较冷的条件可能会限制甲烷的产生，使减少耕作带来的土壤碳效益超过甲烷风险。然而，在温暖、持续淹没的系统中，低氧条件会促进微生物活动，增加甲烷产量并加速土壤碳流失。

总的来说，我们发现没有一种做法在任何地方都有效。每个地区都需要评估减少排放的最有效做法。

水稻生产的气候上限

底线既充满希望又发人深省：有针对性的优化实践可以在不损失水稻产量的情况下实现有意义的减排，但全球可能的减排总量是有限的。

为了进一步减少排放，需要更好的指导，帮助农民确定秸秆或生物炭等有机改良剂的最佳水平，以及可以在不影响水稻生产的情况下减少排放的新方法。

田汉勤，地球系统科学与全球永续发展中心主任兼研究所教授， 波士顿学院; 张静婷，地球系统科学和全球永续发展中心研究科学家， 波士顿学院; 佩普·卡纳德尔，CSIRO 环境部首席研究科学家；全球碳计画执行董事， 联邦科学与工业研究组织， 和 潘淑芬，环境科学副教授， 波士顿学院

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