中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (5): 950-964.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.010
朱瑞明1,2(), 赵荣钦1(
), 焦士兴3, 李小建2, 肖连刚1, 谢志祥1, 杨青林1, 王帅1, 张慧芳1
收稿日期:
2023-03-31
接受日期:
2023-06-09
出版日期:
2024-03-06
发布日期:
2024-03-06
通信作者:
联系方式:
朱瑞明,E-mail:ruiming1227@henu.edu.cn。
基金资助:
ZHU RuiMing1,2(), ZHAO RongQin1(
), JIAO ShiXing3, LI XiaoJian2, XIAO LianGang1, XIE ZhiXiang1, YANG QingLin1, WANG Shuai1, ZHANG HuiFang1
Received:
2023-03-31
Accepted:
2023-06-09
Published:
2024-03-06
Online:
2024-03-06
摘要:
【目的】探索不同乡镇和灌溉模式的农业碳排放空间格局及其影响机制,揭示农业水资源和能源消耗的组合特征差异,为农业灌溉模式优化、水资源与能源节约以及低碳可持续发展提供参考依据。【方法】利用遥感影像、气象数据、统计资料和问卷调研等多源数据,对河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度及其空间分布格局进行分析,对比不同灌溉模式(雨养为主的灌溉模式,PI模式;地表水灌溉为主的灌溉模式,SWI模式;引水灌溉工程为主的灌溉模式,WDI模式;地下水灌溉为主的灌溉模式,GI模式)下的碳排放强度差异,并通过地理探测器探究其影响机制。【结果】(1)2018年河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度均值为15.05 kg·t-1,并呈现出由西向东波动下降和从北向南减少的空间分布格局。碳排放强度高(>20.64 kg·t-1)的乡镇主要集中在西部高海拔地区,碳排放强度低(<13.76 kg·t-1)的乡镇主要分布在东南部地区。(2)4种灌溉模式中,冬小麦单位产量灌溉碳排放强度最高的是PI模式(22.22 kg·t-1),最低的是SWI模式(11.05 kg·t-1)。(3)平均海拔与有效降水量对碳排放强度空间分异的解释力分别达到49%和39%,是影响冬小麦灌溉碳排放强度的关键因素。同一驱动因素在不同灌溉模式下的影响具有差异性,能源消耗对WDI模式下的冬小麦灌溉碳排放强度空间分异格局的影响力最强,土地投入强度在GI模式下的驱动作用最为显著。此外,不同驱动因素交互作用后具有双因子增强效应和非线性增强效应。【结论】河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度存在空间异质性和灌溉模式差异,PI模式的冬小麦灌溉碳排放强度最高,WDI模式的碳排放量最高。平均海拔与降水是主导河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度空间分异格局形成的主要原因,人为因素则是不同灌溉模式下灌溉碳排放强度空间分异的主导力量。
朱瑞明, 赵荣钦, 焦士兴, 李小建, 肖连刚, 谢志祥, 杨青林, 王帅, 张慧芳. 河南省乡镇尺度冬小麦灌溉碳排放强度空间格局及影响因素分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 950-964.
ZHU RuiMing, ZHAO RongQin, JIAO ShiXing, LI XiaoJian, XIAO LianGang, XIE ZhiXiang, YANG QingLin, WANG Shuai, ZHANG HuiFang. Spatial Distribution and Driving Factors of Winter Wheat Irrigation Carbon Emission Intensity at Township Level in Henan Province[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(5): 950-964.
表1
不同灌溉模式下各驱动因素交互作用探测结果"
灌溉模式 Irrigation mode | 驱动因素 Driving factors | AE | PA | EP | IWC | Y | EC | RL | LII |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
河南省 Henan Province | AE | 0.49 | |||||||
PA | 0.56 | 0.24 | |||||||
EP | 0.74 | 0.58 | 0.39 | ||||||
IWC | 0.53 | 0.29 | 0.61 | 0.18 | |||||
Y | 0.59 | 0.48 | 0.75 | 0.41 | 0.37 | ||||
EC | 0.55 | 0.51 | 0.66 | 0.45 | 0.56 | 0.38 | |||
RL | 0.55 | 0.35 | 0.54 | 0.28 | 0.48 | 0.46 | 0.07 | ||
LII | 0.56 | 0.38 | 0.68 | 0.38 | 0.51 | 0.51 | 0.44 | 0.33 | |
PI | AE | 0.59 | |||||||
PA | 0.73 | 0.23 | |||||||
EP | 0.79 | 0.58 | 0.22 | ||||||
IWC | 0.70 | 0.30 | 0.47 | 0.23 | |||||
Y | 0.97 | 0.96 | 0.97 | 0.96 | 0.95 | ||||
EC | 0.79 | 0.57 | 0.60 | 0.49 | 0.97 | 0.19 | |||
RL | 0.78 | 0.53 | 0.68 | 0.46 | 0.97 | 0.53 | 0.21 | ||
LII | 0.75 | 0.47 | 0.67 | 0.47 | 0.96 | 0.62 | 0.58 | 0.41 | |
WDI | AE | 0.46 | |||||||
PA | 0.53 | 0.22 | |||||||
EP | 0.74 | 0.53 | 0.26 | ||||||
IWC | 0.52 | 0.31 | 0.59 | 0.26 | |||||
Y | 0.83 | 0.84 | 0.99 | 0.83 | 0.82 | ||||
EC | 0.48 | 0.52 | 0.72 | 0.51 | 0.83 | 0.41 | |||
RL | 0.49 | 0.38 | 0.36 | 0.42 | 0.83 | 0.46 | 0.06 | ||
LII | 0.64 | 0.50 | 0.75 | 0.48 | 0.87 | 0.63 | 0.57 | 0.45 | |
SWI | AE | 0.08 | |||||||
PA | 0.56 | 0.49 | |||||||
EP | 0.77 | 0.81 | 0.63 | ||||||
IWC | 0.58 | 0.56 | 0.80 | 0.52 | |||||
Y | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | ||||
EC | 0.21 | 0.63 | 0.79 | 0.63 | 0.99 | 0.18 | |||
RL | 0.26 | 0.65 | 0.71 | 0.63 | 0.99 | 0.29 | 0.07 | ||
LII | 0.67 | 0.68 | 0.85 | 0.66 | 0.99 | 0.70 | 0.74 | 0.63 | |
GI | AE | 0.69 | |||||||
PA | 0.78 | 0.33 | |||||||
EP | 0.77 | 0.57 | 0.33 | ||||||
IWC | 0.78 | 0.42 | 0.63 | 0.37 | |||||
Y | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | 0.99 | ||||
EC | 0.72 | 0.75 | 0.69 | 0.76 | 0.99 | 0.55 | |||
RL | 0.75 | 0.68 | 0.59 | 0.68 | 0.99 | 0.65 | 0.18 | ||
LII | 0.84 | 0.77 | 0.80 | 0.74 | 0.99 | 0.83 | 0.80 | 0.67 |
[1] |
doi: 10.1038/s41558-020-0876-z |
[2] |
doi: 10.1038/s41467-020-19520-3 |
[3] |
张扬, 李涵, 赵正豪. 中国粮食作物种植变化对省际农业碳排放量的影响研究. 中国农业资源与区划. https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.3513.S.20220831.1438.012.html.
|
|
|
[4] |
杜景新, 赵荣钦, 肖连刚, 杨青林, 王帅, 杨文娟, 张慧芳, 王天俣, 李永涛, 冯浩. 基于“水-能”关联的河南省农业灌溉过程的碳排放研究. 灌溉排水学报, 2020, 39(10): 82-90.
|
|
|
[5] |
doi: 10.1016/j.jclepro.2020.125489 |
[6] |
赵荣钦, 张帅, 黄贤金, 秦耀辰, 刘英, 丁明磊, 焦士兴. 中原经济区县域碳收支空间分异及碳平衡分区. 地理学报, 2014, 69(10): 1425-1437.
doi: 10.11821/dlxb201410003 |
doi: 10.11821/dlxb201410003 |
|
[7] |
顾张锋, 徐丽华, 马淇蔚, 施益军, 陆张维, 吴亚琪. 浙江省都市区碳排放时空演变及其影响因素. 自然资源学报, 2022, 37(6): 1524-1539.
doi: 10.31497/zrzyxb.20220611 |
doi: 10.31497/zrzyxb.20220611 |
|
[8] |
徐玉秀, 郭李萍, 谢立勇, 云安萍, 李迎春, 张璇, 赵迅, 刁田田. 中国主要旱地农田N2O背景排放量及排放系数特点. 中国农业科学, 2016, 49(9): 1729-1743. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.09.009.
|
|
|
[9] |
doi: 10.1016/S0167-8809(01)00233-X |
[10] |
doi: 10.1080/17583004.2020.1750265 |
[11] |
doi: 10.1016/j.agsy.2020.102959 |
[12] |
白义鑫, 王霖娇, 盛茂银. 黔中喀斯特地区农业生产碳排放实证研究. 中国农业资源与区划, 2021, 42(3): 150-157.
|
|
|
[13] |
doi: 10.1016/j.jclepro.2020.122255 |
[14] |
田云, 王梦晨. 湖北省农业碳排放效率时空差异及影响因素. 中国农业科学, 2020, 53(24): 5063-5072. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.24.009.
|
|
|
[15] |
doi: 10.1038/srep36912 pmid: 27830739 |
[16] |
李明琦, 刘世梁, 武雪, 孙永秀, 侯笑云, 赵爽. 云南省农田生态系统碳足迹时空变化及其影响因素. 生态学报, 2018, 38(24): 8822-8834.
|
|
|
[17] |
谢花林, 黄萤乾. 非农就业与土地流转对农户耕地撂荒行为的影响: 以闽赣湘山区为例. 自然资源学报, 2022, 37(2): 408-423.
doi: 10.31497/zrzyxb.20220210 |
doi: 10.31497/zrzyxb.20220210 |
|
[18] |
刘晔, 刘丹, 张林秀. 中国省域城镇居民碳排放驱动因素分析. 地理科学, 2016, 36(5): 691-696.
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2016.05.006 |
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2016.05.006 |
|
[19] |
王劲峰, 徐成东. 地理探测器: 原理与展望. 地理学报, 2017, 72(1): 116-134.
doi: 10.11821/dlxb201701010 |
doi: 10.11821/dlxb201701010 |
|
[20] |
张振龙, 孙慧, 苏洋. 中国西北干旱地区农牧业生态系统碳排放的空间分布与演变趋势. 生态学报, 2017, 37(16): 5263-5272.
|
|
|
[21] |
doi: 10.1016/j.landusepol.2017.12.029 |
[22] |
王帅, 赵荣钦, 苏辉, 冯德显, 肖连刚, 杨青林, 熊涛, 杨文娟. 河南省典型区农业水土资源开发的碳排放效应研究. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2019, 40(1): 71-78.
|
|
|
[23] |
doi: 10.1016/j.agee.2016.05.023 |
[24] |
刘琼, 肖海峰. 农地经营规模与财政支农政策对农业碳排放的影响. 资源科学, 2020, 42(6): 1063-1073.
doi: 10.18402/resci.2020.06.05 |
doi: 10.18402/resci.2020.06.05 |
|
[25] |
田云, 张俊飚, 李波. 中国粮食主产区农业碳排强度估算及其分析. 地理科学进展, 2012, 31(11): 1546-1551.
|
doi: 10.11820/dlkxjz.2012.11.016 |
|
[26] |
doi: 10.1016/j.oneear.2023.04.010 |
[27] |
doi: 10.1016/j.agee.2023.108535 |
[28] |
王晓云, 蔡焕杰, 李亮, 徐家屯, 陈慧. 亏缺灌溉对冬小麦农田温室气体排放的影响. 环境科学, 2019, 40(5): 2413-2425.
|
|
|
[29] |
doi: 10.1038/s41586-018-0594-0 |
[30] |
doi: 10.1016/j.agwat.2022.107685 |
[31] |
许尔琪. 中国农业资源环境分区数据集. 全球变化数据学报(中英文), 2021, 5(1): 19-26.
|
|
|
[32] |
王帅, 赵荣钦, 杨青林, 肖连刚, 杨文娟, 余娇, 朱瑞明, 揣小伟, 焦士兴. 碳排放约束下的农业生产效率及其空间格局: 基于河南省65个村庄的调查. 自然资源学报, 2020, 35(9): 2092-2104.
doi: 10.31497/zrzyxb.20200905 |
doi: 10.31497/zrzyxb.20200905 |
|
[33] |
张峰, 吴炳方, 罗治敏. 美国冬小麦产量遥感预测方法. 遥感学报, 2004, 8(6): 611-617.
|
|
|
[34] |
doi: 10.3390/rs13061162 |
[35] |
doi: 10.3906/tar-1312-90 |
[36] |
王帅, 赵荣钦, 韩枫, 黄会平, 张师赫, 熊涛, 张笑荣, 石金鑫. 河南省农作物虚拟水与隐含碳排放的时空格局及关联机制研究. 华北水利水电大学学报(自然科学版), 2020, 41(2): 72-80.
|
|
|
[37] |
doi: 10.1016/j.jhydrol.2020.125388 |
[38] |
doi: 10.1016/j.agwat.2020.106264 |
[39] |
张志高, 袁征, 李贝歌, 张宏亮, 张玉, 郑美洁. 基于投入视角的河南省农业碳排放时空演化特征与影响因素分解. 中国农业资源与区划, 2017, 38(10): 152-161.
|
|
|
[40] | |
|
|
[41] |
doi: 10.1016/j.resconrec.2021.105709 |
[1] | 臧少龙, 刘淋茹, 高越之, 吴珂, 贺利, 段剑钊, 宋晓, 冯伟. 基于无人机影像多时相的小麦品种氮效率分类识别[J]. 中国农业科学, 2024, 57(9): 1687-1708. |
[2] | 高晨凯, 刘水苗, 李煜铭, 赵志恒, 邵京, 于昊琳, 吴鹏年, 王艳丽, 关小康, 王同朝, 温鹏飞. 冬小麦水分利用效率相关驱动因子及其预测模型构建[J]. 中国农业科学, 2024, 57(7): 1281-1294. |
[3] | 高尚洁, 刘杏认, 李迎春, 柳晓婉. 施用生物炭和秸秆还田对农田温室气体排放及增温潜势的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(5): 935-949. |
[4] | 董奎军, 张亦涛, 刘瀚文, 张继宗, 王伟军, 温延臣, 雷秋良, 文宏达. 玉米大豆间作减量施氮对当季作物农艺性状、经济效益和后茬小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4495-4506. |
[5] | 田云, 王骁睿, 尹忞昊, 张蕙杰. 中国农业净碳汇再测算:现状特征、时空格局及其影响因素[J]. 中国农业科学, 2024, 57(22): 4507-4521. |
[6] | 商航, 程宇坤, 任毅, 耿洪伟. 冬小麦淀粉糊化性状的全基因组关联分析[J]. 中国农业科学, 2024, 57(18): 3507-3521. |
[7] | 陈实, 黄银兰, 金云翔, 徐成林, 邹金秋. 中国北部冬小麦安全种植的农业气候因子及其阈值[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3142-3153. |
[8] | 贾兵丽, 李艳行, 杨文杰, 于杰, 苑爱静, 李宁娜, 邱炜红, 王朝辉. 不同降水年型磷肥对旱地冬小麦产量及磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(16): 3192-3206. |
[9] | 赵花荣, 周广胜, 齐月, 耿金剑, 田晓丽. 播期调整对华北北部冬小麦、夏玉米产量和品质的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(15): 2964-2985. |
[10] | 王宇, 宋一凡, 张荣, 牟海萌, 孙丽芳, 付凯霞, 武紫君, 黄青青, 徐应明, 李鸽子, 王永华, 郭天财. 土壤施用钝化剂与复合微生物肥对冬小麦镉积累的影响[J]. 中国农业科学, 2024, 57(1): 126-141. |
[11] | 魏永康, 杨天聪, 臧少龙, 贺利, 段剑钊, 谢迎新, 王晨阳, 冯伟. 基于无人机多光谱影像特征融合的小麦倒伏监测[J]. 中国农业科学, 2023, 56(9): 1670-1685. |
[12] | 马胜兰, 况福虹, 林洪羽, 崔俊芳, 唐家良, 朱波, 蒲全波. 秸秆还田量对川中丘陵冬小麦-夏玉米轮作体系土壤物理特性的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(7): 1344-1358. |
[13] | 常春义, 曹元, Ghulam Mustafa, 刘红艳, 张羽, 汤亮, 刘兵, 朱艳, 姚霞, 曹卫星, 刘蕾蕾. 白粉病对小麦光合特性的影响及病害严重度的定量模拟[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1061-1073. |
[14] | 王箫璇, 张敏, 张鑫尧, 魏鹏, 柴如山, 张朝春, 张亮亮, 罗来超, 郜红建. 不同磷肥对砂姜黑土和红壤磷库转化及冬小麦磷素吸收利用的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(6): 1113-1126. |
[15] | 郭燕, 井宇航, 王来刚, 黄竞毅, 贺佳, 冯伟, 郑国清. 基于无人机影像特征的冬小麦植株氮含量预测及模型迁移能力分析[J]. 中国农业科学, 2023, 56(5): 850-865. |
|