文章标题：Hotspots of irrigation-related US greenhouse gas emissions from multiple sources
标题译文：与灌溉相关的美国温室气体多源排放热点区域
发表期刊：Nature Water
发表时间：2024.8.1
通讯作者：Avery W. Driscoll
作者单位：Department of Soil and Crop Sciences, Colorado State University, Fort Collins, CO, USA
研究简介
灌溉在提高作物产量和缓解气候变化对农业生产的影响方面发挥着重要作用。然而，灌溉也通过多种途径产生了温室气体（GHG）排放，包括用于抽水的能源使用、在高土壤水分条件下的反硝化作用引起的N2O排放以及过饱和CO2的地下水脱气。尽管灌溉在气候适应中具有潜力，但其相关的温室气体排放仍未被全面量化。为填补这一空白，该文章作者通过全面的县级评估，揭示了美国灌溉相关温室气体排放的主要来源及其地理分布，为制定有效的减排行动提供了科学依据。
本研究中，为了量化灌溉相关的温室气体排放，作者采用了多种来源的数据并进行了详细的分析。首先，使用美国地质调查局（USGS）提供的地下水化学数据（包括碱度、pH和盐度）和地表温度数据，计算了地下水脱气产生的CO2排放。其次，通过DayCent模型的预测结果，结合广义线性混合效应模型，估算了灌溉对N2O排放的影响。同时，通过对103个活跃的跨流域水转移项目的能源使用和相关的温室气体排放进行评估，得出了跨流域转移能源使用的相关信息。这些数据主要来源于项目运营者的记录和公共档案。最后，农场抽水的能源使用基于USDA灌溉和水管理调查中的能源支出数据，结合能源信息管理局的同期能源价格和环境保护署的排放因子，计算各州的农场抽水排放。
研究发现，美国灌溉每年产生约18.9 MtCO2e的温室气体排放，其中农场抽水占总排放的67%（12.6 MtCO2e），土壤中N2O排放占15%（2.9 MtCO2e），地下水脱气占13%（2.4 MtCO2e），跨流域转移占6%（1.1 MtCO2e）。尽管全国范围内地下水和地表水的灌溉抽取量相近，但地下水相关排放占总排放的79%（14.9 MtCO2e），这主要由于地下水抽水的能量需求较高以及脱气通量高。此外，灌溉相关温室气体排放在地理上高度集中，揭示了针对特定区域和源的减排行动的机会。
研究表明，通过提高灌溉系统效率和优化灌溉调度，可以有效减少地下水抽取和N2O排放，从而实现温室气体减排目标。这些发现对于农业部门的减排目标具有重要意义，为未来的政策制定提供了科学依据。
图1：美国与灌溉相关的温室气体排放总量（按排放来源分列）。蓝色柱表示与地下水使用相关的排放量，红色柱表示与地表水使用相关的排放量。误差棒表示排放估算的95%置信区间。
图2：与灌溉相关的温室气体排放总量的县级分布和来源的空间集中度。a, 灌溉产生的温室气体排放总量的县级分布地图。b, 不同县级灌溉相关温室气体排放在各县中的百分比累积分布。图a中的颜色比例进行了平方根变换以提高可见度，白色县表示没有任何作物灌溉。图b中的黑色虚线代表假设灌溉在县级间的均匀分布，黑色、红色、浅蓝色和绿色实线分别代表农场抽水、N2O、地下水脱气和跨流域转移的灌溉相关排放的实际分布。
图3：特定来源的温室气体排放及其相对贡献图。a-h, 灌溉产生的温室气体排放总量的县级地图 (左侧)，以及每个县内与灌溉相关的温室气体排放百分比 (右图)，分别归因于地下水脱气 (a和b)、N2O增加 (c和d)、跨流域转移的能源使用 (e和f) 以及农场抽水的能源使用 (g和h)。
