主要成果

摘要：减少农业非二氧化碳排放需明确各组分排放路径，尤其是作物产生的N₂O排放对气候目标和粮食安全构成威胁。本研究结合生命周期评价、Tapio脱钩分析和SSP-RCP情景模型，评估了五种主要粮食作物（玉米、水稻、小麦、大豆、薯类）在历史时期（2000–2021年）和未来时期（至2050年）的N₂O排放和减排情况。研究结果表明：全球N₂O排放量从46.91万吨增长至69.19万吨，区域差异显著；虽然排放与生产总体呈耦合状态，但不同作物和区域的脱钩强度存在差异；在人均粮食占有量400 kg的情景下，2050年预计排放量在74.68万至84.86万吨之间，不确定性达13.6%；东亚和北美减排潜力最高（分别达8.41万和4.22万吨），东亚主要源自玉米、水稻、小麦和薯类，北美则以大豆为主；非洲和南亚仍是排放增长热点区域。研究结果强调需制定兼顾生产力、公平性和减排目标的区域差异化与作物特异性减排策略。

研究结果：

2000-2021年，全球主要粮食作物的N₂O排放量从46.91万吨持续增长至69.19万吨，其中，东亚、美国与加拿大、南亚是主要的排放区域，合计贡献了全球总排放量的54.5%（图1）。这种分布源于农业结构差异：东亚与南亚的高排放源于水稻和小麦集约化种植中的高氮肥投入，而撒哈拉以南非洲因化肥获取受限排放较低。拉美机械化农业和大豆扩张推动排放快速增长，欧洲则通过环境法规和肥料效率提升实现排放稳定。

图1 2000-2021年全球和区域粮食作物N₂O排放情况

对于不同作物而言，小麦年均排放量最高，为17.49万吨，占总排放30.3%，略高于水稻和玉米，三者合计占比达86%。大豆排放6.78万吨，马铃薯因种植规模较小仅排放1.41万吨（图2）。这种差异与作物固氮特性、氮肥需求及耕作强度密切相关。粮食生产与N₂O排放的关系因作物而异。玉米和小麦的生产与排放增长通常表现为“耦合”或“弱脱钩”，意味着增产往往伴随着较高的排放增加。相比之下，水稻和大豆则表现出更强的“脱钩”趋势，表明其生产效率的提升在一定程度上控制了排放增长。

图2 不同作物的N₂O排放情况

未来N₂O排放趋势高度依赖于设定的粮食安全目标和社会经济发展路径。在保障基本粮食安全（400公斤/人均）的情景下，到2050年全球N₂O排放量预计将达到74.68至84.86万吨。若追求更高水平的粮食占有量（800公斤/人均），排放量将激增至170万吨。非洲和南亚由于人口增长和粮食需求增加，将成为未来N₂O排放增长的热点区域（图3）。

图3 2030和2050年不同情景下的N₂O排放情况

全球N₂O减排潜力存在显著的区域异质性。在人均粮食占有量400kg情景下，2050年N₂O排放较2021年平均增长9.11万吨，东亚减排潜力最大（SSP126情景达8.41万吨），美国和加拿大、欧洲、澳大利亚分别在SSP245情景下减排4.22万、2.95万和0.3万吨。相反，非洲、西亚和南亚合计增排21.28万至31.05万吨。作物层面，大豆减排最显著（2050年减排2.24万吨）。东亚在玉米、水稻、小麦和薯类减排中领先，北美主导大豆减排，而南亚水和非洲玉则显著增排。若人均占有量升至800kg，2050年全球排放将激增N₂O排放90.97万吨。这表明，减排策略必须因地制宜、因作物施策（图4）。

图4 2050年人均粮食占有量400千克情景下的N₂O减排潜力

结论与讨论：

本研究通过构建185个国家五种主要粮食作物的高分辨率排放清单，结合粮食安全与SSP-RCP情景分析，系统揭示了2000-2050年全球N₂O排放规律：历史阶段（2000-2021年）全球粮食产量增长55.2%的同时N₂O排放增长47.5%，呈现区域不均衡性与作物差异性；情景预测表明，在人均400千克粮食占有量下2050年排放较2021年增长13.2%，东亚和北美展现显著减排潜力，而非洲与南亚将成为排放增长热点区域，若人均占有量升至800千克则排放激增131.5%。研究成果为《巴黎协定》框架下的农业气候行动提供空间明确的差异化减排策略，但未来需进一步量化实施成本路径并整合营养安全框架。

原文链接：Gao, Y., Han, Z., Li, Z., & Deng, X., 2026. Global grain crops non-CO₂ greenhouse gas emissions and mitigation potential integrating food security and climate change scenarios. Resources, Conservation and Recycling, 224, 108543. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2025.108543