水稻配方： 美国和中国的温室气体减排秘诀？

Originally published on January 17, 2023 - English version here

如果你去过阿肯色州维纳市（Wiener）的阿肯色大米节，你就会发现这种谷物是多么美味，而且风味多样。咸的、甜的，甚至是辣的：在大米节一年一度的大米食谱大赛上，每个食谱都展示了这种国际性主食的多种烹制方法。 

为什么提到大米，就不得不说阿肯色州？该州每年生产 400 万吨大米，几乎占美国大米产量的一半。 但与中国的年产量相比，美国的年产量就相形见绌了，中国的大米产量高达 2.07 亿吨，是全球最大的大米生产国。 因此，世界向中国寻求稻米种植配方也是自然而然的事；基因组测绘表明，栽培稻最早起源于中国南方的珠江流域。 

在发展中国家，水稻是最重要的作物，为全球一半人口提供了口粮。地球上五分之一的人口以水稻生产为生。然而，令人遗憾的是水稻也是温室气体的主要排放作物之一。 

数据展示了发人深省的事实。在人类活动造成的温室气体中，水稻种植占 2.5%。主要的罪魁祸首是两种气体。一种是甲烷，这是一种寿命较短的温室气体，但它产生的温室效应是二氧化碳的 25 到 80 倍。水稻种植排放的甲烷占全球总排放量的 12%。另一种则是一氧化二氮（N2O），这是一种由水稻种植排放的寿命较长的温室气体，其温室效应是二氧化碳的 300 倍。 

农业是全球主要的一氧化二氮来源，研究人员对稻田产生的排放量测量才刚刚起步。美国和中国在全球大米供应的研究和生产中发挥着关键作用，因此两国可以通过协助和激励农民改变水稻的种植方法，帮助推动变革，从而应对这一棘手的温室气体问题。 

水稻种植的正确“配料” 

阿肯色州密西西比河三角洲地势平坦、水源充足是种植水稻的理想之地。水稻种植户兼阿肯色州水稻种植户协会（Arkansas Rice Growers Association）主席肯·格拉夫斯（Ken Graves）介绍了每年种植水稻都要准备的工作：勘测田地、开沟起垄形成水田、在灌溉前播种。 

水稻的发芽和生长需要大量的水。此外，农民还需要为水稻提供第二大“配料”：氮。在阿肯色州，尿素肥料通常由飞机低空飞过被水淹没的田地进行泼撒。世界各地的大小农户都采用同样的方法。淹没的田地为干渴的水稻提供水分，施用氮肥以最大限度地提高产量。然而，这也是产生甲烷和一氧化二氮的“配料”。 

甲烷（methane）的中文意思是沼泽里的气体。在被水淹没的稻田里，当水稻的根、茎和叶开始腐烂，而土壤中又没有空气时，就会释放出甲烷。在这一过程中，多余的氮被微生物从潮湿土壤中的肥料转化为一氧化二氮气体。 

正如一个细心的厨师会调整烹饪时间、配料甚至温度一样，农民也可以调整种植水稻的配方，以保持水稻的健康，同时限制温室气体的排放。然而，帮助农民从世代相传的水稻种植方式过渡到新的种植方式，还需要研究、培训以及激励措施。 

改变配方可以减少排放 

中国北方的水资源短缺推动了节水型水稻生产的发展，这种生产方式被称为干湿交替灌溉法，即农民先在稻田中灌溉，待水蒸发露出土壤后，再继续灌溉。空气中的氧气对产生甲烷的微生物有毒，因此土壤暴露在空气中可以让氧气渗透到土壤里。这样，即便土壤再次被淹没，甲烷的产生也会暂停数月之久。 

干湿交替灌溉几乎可以完全消除甲烷的排放。然而，干燥的土壤会促进氮的转化，既降低了肥料的养分，又会产生更多的一氧化二氮。间歇性淹没的稻田产生的氧化亚氮排放可能会高出 30 到 45 倍，因此仅靠交替灌溉无法减少水稻的温室气体排放。 

同时，还需要改进氮肥和水的管理，以减少一氧化二氮的排放。水稻对氮的需求量很大，而大部分提供氮的肥料都是在种植季开始时、稻田被淹没之前施用的。由于老式水稻品种缺氮导致减产，农民学会了在生长季节额外施氮。阿肯色大学水稻推广专家贾罗德·哈德克（Jarrod Hardke）说，这些旧的施肥方法仍在使用。 然而，近期的研究表明，新的水稻杂交品种在氮含量较低的情况下也能生长良好。提供给农民的施肥建议必须采纳这一新发现，这类建议应该在经济、环境和农艺效益上都更加平衡且合理。 

成行而非成片种植水稻也会影响温室气体的排放。农民在田里开沟，然后撒上稻种和肥料，再进行灌溉。 成行种植的稻田具有劳动力少、用水量少的优点，但需要多施25%的氮肥。美国农业部阿肯色州三角洲水管理研究所（Delta Water Management Research Unit）的研究人员在研究成行稻田的排放量时发现，成行水稻的甲烷排放量减少了 93%，但氧化亚氮排放量增加了 98%，抵消了甲烷减少的效益。 

在中国，地膜覆盖水稻生产系统为节水提供了一种新方法，尤其是在北方种植水稻，在生长季节开始时，用农用塑料薄膜覆盖稻田。初步研究显示，这种方法可以减少64%的用水量，以及减少 54%的甲烷和氧化亚氮排放量。 

研究和实践表明，新兴的水稻种植方法可以大大减少甲烷和氧化亚氮的排放。然而，要减少这两种温室气体的排放，还需要更多的研究和为农民量身定制培训计划。 

气候行动“菜单” 

一种温室气体的排放减少可能会导致另一种温室气体的排放增加，要解决这个棘手的问题，需要采取系统性的方法来进行水稻生产。深思熟虑的政府政策可以帮助农民调整水稻种植方式，减少温室气体排放。  

2017 年，几个美国稻农通过采取适当的养护措施减少甲烷排放，已率先出售了碳信用额。美国农业部自然资源保护局投入了 2260 万美元的创新补助金，用于支持这类前沿项目。美国最新的国家自主贡献目标包括了支持气候智能型农业实践。美国农业部宣布了价值 28 亿美元的气候智能型商品计划，为市场创造机会。2022 年 9 月，70 个项目获得资助，其中包括一个 750 万美元的水稻项目。 

在马德里举行的《联合国气候变化框架公约》缔约方谈判中，近一半的国家将水稻管理纳入了国家自主贡献目标。遗憾的是，作为世界上最大的水稻生产国，中国在其国家自主贡献目标中仅有一小段涉及农业，且未出现 "水稻 "一词。 

在遏制农业排放方面，中国才刚刚起步。粮食安全的自给自足和农村扶贫是中国现行政策的驱动力，因此很难推广可能降低产量的绿色农业方式。美国和中国都拥有农业研究的能力，可以完善水稻种植配方，降低温室气体排放。两国共同努力就能应对这一巨大挑战。