一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法

本发明涉及水稻碳排放评估，具体是一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法。

背景技术：

1、水稻是我国种植面积最大的粮食作物，是粮食安全的压舱石。常规种植的淹水条件会使得稻田处于厌氧环境，加之氮肥粗放施用和秸秆全量还田，由此引发甲烷(ch4)和氧化亚氮(n2o)的大量排放。

2、水稻覆膜湿润栽培能节水节肥，有效降低碳排放，抑制杂草生长，减少病虫害发生，改善土壤团粒结构进而促进根系发育。相关研究表明：水稻覆膜湿润栽培模式可降低43.5～52.4％的ch4排放和47.9％的n2o排放，减少施氮量18.8％，同时增产4.1～8.7％。因此，覆膜湿润栽培是水稻绿色低碳和优质高效发展的重要趋势。此外，全生物降解地膜与传统pe地膜相比具有无需回收、无使用残留、绿色环保的优势，依托其构建的水稻覆膜湿润栽培受到了科研和产业界广泛关注。碳足迹以生命周期评价方法评估研究对象在其生命周期中直接或间接产生的温室气体排放。与工业产品的碳足迹不同，水稻等农产品兼具碳源和碳汇双重属性，因此研究水稻全生命周期碳足迹对于明晰稻田固碳减排潜力、助力农业领域双碳目标实现具有重要意义。在碳足迹研究工作中，评价方法和模型构建是核心环节。然而，我国水稻的种植模式繁多且水稻品种各异，针对水稻覆膜湿润栽培等新型种植模式的全生命周期碳足迹评价方法和模型尚未建立，无法开展面向全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻全生命周期碳足迹的核算和评价工作。此外，由于我国不同水稻种植区域的环境条件和自然禀赋不尽相同，因此也因地制宜地制定了面向不同种植区域的种植技术规范和模式，这使得同一种技术模式在不同地区使用时也存在差异，这更为水稻碳足迹评价方法和模型的建立增加了难度和挑战。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种通用的水稻全生命周期碳足迹的评价方法。

2、为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现的：

3、本发明是一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，包括如下操作：

4、对水稻全生命周期进行划分，划分为原材料获取阶段、农作物种植阶段、农产品运输阶段、稻田环境综合评价阶段；

5、计算原材料获取阶段、农作物种植阶段、农产品运输阶段、稻田环境综合评价阶段的碳排放量，采用产品生命周期评估系统建立面向全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻的全生命周期碳足迹评价模型，利用建立的模型对水稻全生命周期碳足迹进行评价。

6、本发明的进一步改进在于：原材料获取阶段包括投入品消耗，其中投入品包括种子、肥料、农药、农膜。

7、本发明的进一步改进在于：农作物种植阶段包括各类农机具使用而产生的化石能源或电力消耗、灌溉过程的电力消耗、农作物生长过程中固定的生物质有机碳量。

8、本发明的进一步改进在于：农产品运输阶段包括原材料获取阶段投入品以及稻米产品通过不同运输方式运送至指定目的地的过程。

9、本发明的进一步改进在于：稻田环境综合评价阶段包括由于全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式使用而产生的稻田温室气体排放，以及产生的水稻秸秆处置过程。

10、本发明的进一步改进在于：原材料获取阶段的碳排放量包括投入品的碳排放量，计算表达式如下：

11、c1＝∑mi  (1)

12、mi＝fi×qi  (2)

13、

14、其中，c1为原材料获取阶段的碳排放量，mi为各类投入品使用产生的碳排放量，fi为单位投入品的碳排放系数，qi为投入品的消耗量，fa,i为单位投入品全生命周期各环节的碳排放系数，i为投入品种类，a为投入品全生命周期各环节，n为投入品全生命周期各环节的数量。

15、本发明的进一步改进在于：农作物种植阶段的碳排放量包括各类农机具使用而产生的化石能源或电力消耗产生的碳排放量、灌溉过程的电力消耗产生的碳排放量、农作物生长过程中固定的生物质有机碳量，计算表达式为：

16、c2＝c2,1+c2,2+c2,3  (4)

17、c2,1＝fp×q2,1  (5)

18、c2,2＝fe×q2,2  (6)

19、c2,3＝m2,3×(1-w2,3-r2,3)×fb  (7)

20、其中，c2为农作物种植阶段的碳排放量，c2,1为化石能源消耗产生的碳排放量，c2,2为电力能源使用产生的碳排放量，c2,3为农作物生长过程中固定的碳量，fp为化石能源的碳排放系数，q2,1为化石能源的消耗量，q2,2为电力能源的消耗量，fe为电力能源的碳排放系数，m2,3为农作物生长过程中生物质的总质量，w2,3为生物质的含水率，r2,3为生物质的含杂质率，fb为农作物中生物质的碳排放系数。

21、本发明的进一步改进在于：农产品运输阶段的碳排放量包括原材料获取阶段各类投入品以及稻米产品通过不同运输方式运送至指定目的地过程的碳排放，计算表达式为：

22、

23、其中，c3为农产品运输阶段的碳排放量，fl,s为投入品/产品通过指定运输方式进行运输时的碳排放系数，dl,s为投入品/产品通过指定运输方式进行运输时的运输距离，l为投入品/产品，n1为投入品/产品种类总数。

24、本发明的进一步改进在于：稻田环境综合评价阶段碳排放量包括由于全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式使用而产生的稻田温室气体排放以及产生的水稻秸秆处置过程的碳排放，计算表达式为：

25、c4＝c4,1+c4,2  (9)

26、

27、

28、

29、其中，c4为稻田环境综合评价阶段碳排放量，c4,1为由于全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式使用而产生的稻田温室气体排放量，c4,2为水稻秸秆处置过程的碳排放量，k1为ch4与co2之间的增温潜势系数，k2为n2o与co2之间的增温潜势系数，t1为水稻开始种植的时间，t2为水稻开始收获的时间，为单位面积稻田内co2的排放通量，为单位面积稻田内ch4的排放通量，为单位面积稻田内n2o的排放通量，fd,q为指定水稻秸秆处置方式的碳排放系数，qd,q为指定水稻秸秆处置方式的处置量，为指定水稻秸秆处置方式全生命周期各环节的碳排放系数，d为水稻秸秆处置方式，n2为指定水稻秸秆处置方式的种类总数，a1为指定水稻秸秆处置方式下全生命周期各环节，为指定水稻秸秆处置方式下全生命周期各环节的数量。

30、本发明的有益效果是：本发明构建了面向全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻的全生命周期碳足迹评价模型，实现了全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下面向区域尺度的水稻全生命周期碳足迹量化评估和综合对比，并明确了各生命周期阶段与碳排放量的对应关系。为突显全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻种植技术的绿色属性和环境价值提供了数据支撑，为其应用推广提供了科学依据。

技术特征：

1.一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：包括如下操作：

2.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述原材料获取阶段包括投入品消耗，其中投入品包括种子、肥料、农药、农膜。

3.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述农作物种植阶段包括各类农机具使用而产生的化石能源或电力消耗、灌溉过程的电力消耗、农作物生长过程中固定的生物质有机碳量。

4.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述农产品运输阶段包括原材料获取阶段投入品以及稻米产品通过不同运输方式运送至指定目的地的过程。

5.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述稻田环境综合评价阶段包括由于全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式使用而产生的稻田温室气体排放，以及产生的水稻秸秆处置过程。

6.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述原材料获取阶段的碳排放量包括投入品的碳排放量，计算表达式如下：

7.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述农作物种植阶段的碳排放量包括各类农机具使用而产生的化石能源或电力消耗产生的碳排放量、灌溉过程的电力消耗产生的碳排放量、农作物生长过程中固定的生物质有机碳量，计算表达式为：

8.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述农产品运输阶段的碳排放量包括原材料获取阶段各类投入品以及稻米产品通过不同运输方式运送至指定目的地过程的碳排放，计算表达式为：

9.根据权利要求1所述的一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，其特征在于：所述稻田环境综合评价阶段碳排放量包括由于全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式使用而产生的稻田温室气体排放以及产生的水稻秸秆处置过程的碳排放，计算表达式为：

技术总结
本发明公开了一种水稻全生命周期碳足迹的评价方法，包括如下操作：对水稻全生命周期进行划分，划分为原材料获取阶段、农作物种植阶段、农产品运输阶段、稻田环境综合评价阶段；计算原材料获取阶段、农作物种植阶段、农产品运输阶段、稻田环境综合评价阶段的碳排放量，采用产品生命周期评估系统建立面向全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻的全生命周期碳足迹评价模型，利用建立的模型对水稻全生命周期碳足迹进行评价。本发明实现了全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下面向区域尺度的水稻全生命周期碳足迹量化评估，为全生物降解地膜覆膜湿润栽培技术模式下水稻种植技术的推广提供了科学依据。

技术研发人员：徐磊,陈敬文,汪敏,严旎娜,蒋希芝,陈罡
受保护的技术使用者：江苏省农业科学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29