蒋茜静、何勇教授团队（DAAI）研究成果在学术期刊Resources, Conservation & Recycling在线发表

　　

近日，浙江大学生物系统工程与食品科学学院蒋茜静、何勇教授团队联合加拿大麦吉尔大学、美国国家气候研究中心的合作者在学术期刊Resources, Conservation & Recycling上发表了题为“Optimizing strategies to reduce the future carbon footprint of maize under changing climate”的研究论文（图1）。该研究首次将农业生态系统过程模型（DNDC）嵌入到全生命周期评估模型（LCA）中，并结合未来气候变化与能源变更，在多个场景中评估了不同农业管理实践下生产玉米的碳足迹。所建立的碳足迹计算框架，为未来场景中的农作物碳足迹提供了一种新的评估方法，使用者可以根据当地的实际输入与碳当量排放因子合理调整现有农业生产模式，助力缓解全球温室气体排放。

图1. 本文发表在Resources, Conservation & Recycling期刊上的相关信息

优化农业管理实践（如精准施肥、采取保护性耕作）是保持作物产量、同时减少温室气体排放的关键战略。然而，研究人员更倾向于研究不同农业管理实践对土壤温室气体排放的影响，而忽略了其它环节（如氮肥生产、农业机械使用）所排放的温室气体。因此，使用LCA评估生产农作物的碳足迹是必要且科学的。许多国家已经制定了在2050年左右实现碳中和的宏伟目标，为了制定科学的减排策略，评估未来场景下种植系统的碳足迹意义重大。尽管LCA已被应用于评估农作物碳足迹，但大多都局限在历史场景，且田间部分的温室气体排放结果由IPCC所提供的指南进行估算，难以体现出不同农田间的差异，准确度较低。因此，构建一个适用于未来场景且具有较高准确度的农作物碳足迹评估模型至关重要。

图2 玉米生产系统中考虑的碳足迹边界和过程

该研究揭示了玉米生产的碳足迹主要由田间和上游部分贡献，氮肥、磷肥和能源的生产分别占上游部分碳当量排放的62.8%、14.2%和12.1%。在免耕结合秸秆还田的管理实践下生产玉米的碳足迹最低(-222.82 kg CO₂ eq Mg^-1）。虽然未来的气候变化将增加农田N₂O气体的排放量（+7.89%），但同时也利于玉米增产（+7.14%）和土壤中的碳封存（+0.69%）。使用清洁能源，无论是生物柴油还是电力，都将对减少生产玉米的碳足迹做出巨大贡献。充分使用生物柴油和绿色电力可以减少玉米生产的碳足迹达490.5 kg CO₂ eq ha^-1。为了实现玉米的低碳生产，本研究建议优化肥料管理并且积极引入清洁能源。在大规模使用清洁能源后，确定最佳的农业管理实践将是进一步降低玉米碳足迹的主要挑战。目前，积极将残留物返还田间是一种有效的低碳管理方式。

图3 不同场景与农业管理实践下的玉米农场碳足迹（a）与产品碳足迹（b）

图4 未来气候变化对玉米产量（a）、N₂O排放（b）、土壤碳固存的影响（c）

该论文第一作者为浙江大学生物系统工程与食品科学学院博士研究生吴晴观，通讯作者为蒋茜静特聘副研究员。合作团队包含麦吉尔大学生物资源工程系与美国科罗拉多州博尔德国家大气研究中心的相关团队，研究工作得到浙江省“尖兵”计划重点研发项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2022.106714