滴灌对农田碳排放影响的研究现状与展望

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0701

中国农学通报 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (16): 119-124.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2024-0701

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

滴灌对农田碳排放影响的研究现状与展望

隆凯迪¹^,²(), 徐磊³, 王昕²(), 侯翔皓¹(), 张俊鹏¹

¹ 山东农业大学水利土木工程学院，山东泰安 271018
² 山东省水利科学研究院/山东省水资源与水环境重点实验室，济南 250013
³ 泰安市水利局，山东泰安 271000

收稿日期:2024-11-15 修回日期:2025-02-26 出版日期:2025-06-05 发布日期:2025-06-05
通讯作者:
王昕，女，1970年出生，山东济南人，研究员，硕士生导师，主要从事水资源高效利用技术研究。通信地址：250013 山东省济南市历山路125号，E-mail：skywangxin@shandong.cn。
侯翔皓，男，1993年出生，山东枣庄人，副教授，硕士生导师，主要从事节水灌溉理论与新技术研究。通信地址：271018 山东省泰安市岱宗大街61号，E-mail：houxh@sdau.edu.cn。
作者简介:
隆凯迪，女，2003年出生，山东东营人，主要从事水资源高效利用技术研究。通信地址：271018 山东省泰安市岱宗大街61号，Email：sdaulkd@163.com。
基金资助:
山东省重点研发计划“乡村振兴科技创新提振行动计划”(2023TZXD011); 山东省水资源与水环境重点实验室开放基金(2024-06)

Current Status and Outlook of Research on Impact of Drip Irrigation on Water Saving and Carbon Emission in Farmland

LONG Kaidi¹^,²(), XU Lei³, WANG Xin²(), HOU Xianghao¹(), ZHANG Junpeng¹

¹ College of Water Resources and Civil Engineering, Shandong Agricultural University, Tai’an, Shandong 271018
² Water Resources Research Institute of Shandong Province/ Shandong Key Laboratory of Water Resources and Environment, Jinan 250013
³ Tai’an Water Conservancy Bureau, Tai’an, Shandong 271000

Received:2024-11-15 Revised:2025-02-26 Published:2025-06-05 Online:2025-06-05

摘要/Abstract

摘要：

水资源短缺和农田碳排放量大是制约中国农业高质量发展的重要因素，如何在保证产量的前提下，提高农业用水效率和降低农田碳排放是当前研究的重点问题。为了解农田碳排放来源及产生机制以及滴灌技术对农田碳排放的影响机制，笔者综述了国内外有关滴灌技术影响农田碳排放的研究现状，总结了当前研究取得的主要成果、存在的问题及未来发展趋势。分析结果显示，农业耕作与残体处理、农用物资生产使用和农田管理是碳排放的3个主要来源，滴灌技术可以通过降低农业灌溉过程中的能量消耗、提高资源利用效率、改善土壤环境等影响农田碳排放进程。研究有助于完善滴灌系统技术体系，推动农田节水减排，为中国“双碳”目标的达成提供一些理论依据。

关键词: 滴灌, 农田碳排放, 节水, 肥料投入, 减排, 土壤环境

Abstract:

Water scarcity and substantial carbon emissions in farmlands are critical factors restricting the high-quality development of agriculture in China. How to improve water use efficiency and reduce carbon emissions in agriculture production while ensuring output is the focus of current research. In order to understand the source and generation mechanism of carbon emissions in farmland and the impact mechanism of drip irrigation technology on carbon emissions, this paper reviewed the current research status of drip irrigation affecting carbon emissions in farmland at home and abroad and summarized the main achievements, existing problems and future developments trends of current research. Analysis results showed that tillage and residue dispose, the production and use of agricultural materials, and farmland management were the three main sources of carbon emissions. Meanwhile, it was found that carbon emissions in farmland could be affected by drip irrigation through reducing the energies consumption in agricultural irrigation, improving utilization efficiency of resources, and improving soil environment. The research results are helpful to improve the technical system of drip irrigation systems, promote farmland water conservation and emission reduction, and provide a theoretical basis for achieving ‘dual carbon’ goals in China.

Key words: drip irrigation, carbon emissions in farmland, water conservation, fertilizer input, emissions reduction, soil environment

隆凯迪, 徐磊, 王昕, 侯翔皓, 张俊鹏. 滴灌对农田碳排放影响的研究现状与展望[J]. 中国农学通报, 2025, 41(16): 119-124.

LONG Kaidi, XU Lei, WANG Xin, HOU Xianghao, ZHANG Junpeng. Current Status and Outlook of Research on Impact of Drip Irrigation on Water Saving and Carbon Emission in Farmland[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2025, 41(16): 119-124.

图/表 1

参考文献 63

[1]	中华人民共和国水利部. 2022年中国水资源公报[EB/OL]. 2023-06-30.http://www.mwr.gov.cn/sj/tjgb/szygb/202306/t20230630_1672556.html.
[2]	吴冠衡, 高雅玉, 杨红霞. 景电灌区主要作物不同节水灌溉模式效益综合分析[J]. 中国农村水利水电, 2024(1):70-74. doi: 10.12396/znsd.230571
[3]	郭璇, 关小康, 温鹏飞, 等. 不同种植模式和灌溉方式对麦棉产量、品质及经济效益的影响[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(1):39-46.
[4]	李鹏, 曹华, 詹伟, 等. 滴灌节水技术应用机理及热点研究进展[J]. 节水灌溉, 2024(2):62-68. doi: 10.12396/jsgg.2023369
[5]	罗晓琦, 张阿凤, 陈海心, 等. 覆膜方式和灌溉对夏玉米产量及农田碳排放强度的影响[J]. 环境科学, 2018, 39(11):5246-5256.
[6]	付伟, 徐媛媛, 王福利, 等. 中国省域农田生态系统碳足迹时空演变分析[J]. 生态经济, 2024, 40(1):88-94.
[7]	周爽, 王广帅, 高阳, 等. 滴灌对农田N₂O排放影响的研究进展[J]. 中国农村水利水电, 2020(1):8-12.
[8]	REYES-CABRERA J, ZOTARELLI L, DUKES M D, et al. Soil moisture distribution under drip irrigation and seepage for potato production[J]. Agricultural water management, 2016,169:183-192.
[9]	李劼, 徐晋涛. 我国农业低碳技术的减排潜力分析[J]. 农业经济问题, 2022(3):117-135.
[10]	张慧芳, 赵荣钦, 肖连刚, 等. 不同灌溉模式下农业水能消耗及碳排放研究[J]. 灌溉排水学报, 2021, 40(12):119-126.
[11]	张雷, 李尤亮, 王杰, 等. 不同灌溉方式对生菜蒸发蒸腾量及作物系数的影响[J]. 安徽农业大学学报, 2023, 50(6):1092-1097.
[12]	汤李琛, 曾贤刚, 陈慧, 等. 中国省际农作物生产碳公平及其驱动因素研究[J]. 中国环境科学, 2024, 44(12):7063-7078.
[13]	WANG Y, YANG J, DUAN C Q. Research on the spatial-temporal patterns of carbon effects and carbon-emission reduction strategies for farmland in China[J]. Sustainability, 2023, 15(13):10314.
[14]	翁翎燕, 朱振宇, 韩许高, 等. 江苏省农田植被净碳汇时空格局分析[J]. 农业工程学报, 2018, 34(6):233-241.
[15]	WEN J Q, CHUAI X W, XIANG A, et al. Re-identifying farmland carbon neutrality gap under a new carbon counting and the framework of regional interactions in China[J]. Science of the total environment, 2024,952:10.
[16]	李典鹏, 王辉, 孙涛, 等. 机械压实对新疆绿洲农田土壤微生物活性及碳排放的影响[J]. 农业工程学报, 2018, 34(20):124-131.
[17]	李波, 张俊飚, 李海鹏. 中国农业碳排放时空特征及影响因素分解[J]. 中国人口资源与环境, 2011, 21(8):80-86.
[18]	RONGA D, GALLINGANIT, ZACCARDELLI M, et al. Carbon footprint and energetic analysis of tomato production in the organic vs the conventional cropping systems in Southern Italy[J]. Journal of cleaner production, 2019,220:836-845.
[19]	GAO H H, LIU Q, YAN C R, et al. Mitigation of greenhouse gas emissions and improved yield by plastic mulching in rice production[J]. Science of the total environment, 2023,880:162984.
[20]	李金, 任立军, 李晓宇, 等. 不同秸秆还田方式对玉米农田土壤CO₂排放量和碳平衡的影响[J]. 中国农业科学, 2023, 56(14):2738-2750. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.009
[21]	齐智娟, 徐敬文, 张忠学, 等. 秸秆还田配施氮肥对黑土玉米田土壤CO₂排放与碳平衡的影响[J]. 农业机械学报, 2024, 55(6):284-293.
[22]	夏龙龙, 颜晓元. 中国粮食作物生命周期生产过程温室气体排放的研究进展及展望[J]. 农业环境科学学报, 2020, 39(4):665-672.
[23]	HUO Y W, MI G H, ZHU M Y, et al. Carbon footprint of farming practices in farmland ecosystems on the North and Northeast China plains[J]. Journal of environmental management, 2024,354:120378.
[24]	李成龙, 周宏. 农业技术进步与碳排放强度关系——不同影响路径下的实证分析[J]. 中国农业大学学报, 2020, 25(11):162-171.
[25]	LI N, MU H, LI H, et al. Diesel consumption of agriculture in China[J]. Energies, 2012, 5(12):5126-5149.
[26]	杜景新, 赵荣钦, 肖连刚, 等. 基于“水-能”关联的河南省农业灌溉过程的碳排放研究[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(10):82-90.
[27]	张广胜, 王珊珊. 中国农业碳排放的结构、效率及其决定机制[J]. 农业经济问题, 2014, 35(7):18-26.
[28]	WANG Y C, TAO F L, CHEN Y, et al. Interactive impacts of climate change and agricultural management on soil organic carbon sequestration potential of cropland in China over the coming decades[J]. Science of the total environment, 2022,817:153018.
[29]	李颖, 叶林, 李芳. “双碳”目标下的小麦化肥碳减排潜力研究[J]. 中国农业资源与区划, 2024, 45(5):1-10.
[30]	REHMAN A, MA H, KHAN M K. et al. The asymmetric effects of crops productivity, agricultural land utilization, and fertilizer consumption on carbon emissions: revisiting the carbonization-agricultural activity nexus in Nepal[J]. Environmental science and pollution research, 2022,29:39827.
[31]	CHENG K, PAN G, SMITH P, et al. Carbon footprint of China's crop production- An estimation using agro-statistics data over 1993-2007[J]. Agriculture, ecosystems & environment, 2011, 142(3 -4):231-237.
[32]	韩昌东, 叶旭红, 马玲, 等. 不同灌水下限设施番茄土壤CO₂排放特征及其影响因素研究[J]. 灌溉排水学报, 2020, 39(2):46-55.
[33]	WANG C, ZHAO J, GAO Z, et al. Cleaner tillage and irrigation options for food-water-energy-carbon synergism in wheat-maize cropping systems[J]. Environmental research, 2024,242:117710.
[34]	朱瑞明, 赵荣钦, 焦士兴, 等. 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. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.05.010
[35]	杨恒山, 张雨珊, 葛选良, 等. 浅埋滴灌下不同滴灌量对玉米花后碳代谢和光合氮素利用效率的影响[J]. 作物学报, 2022, 48(10):2614-2624. doi: 10.3724/SP.J.1006.2022.13061
[36]	贾国燏, 骆洪义, 褚屿, 等. 不同灌溉方式下水肥一体化对玉米养分吸收规律的影响[J]. 节水灌溉, 2022(2):40-47.
[37]	翟家齐, 王秀青, 张舰, 等. 节水措施对碳排放影响及节水低碳目标实施路径浅议[J]. 中国水利, 2023(19):47-51.
[38]	李尤亮, 张雷, 王杰, 等. 不同灌溉方式对土壤水热及生菜产量的影响[J]. 人民长江, 2023, 54(9):114-118.
[39]	CEBI U, ÖZER S, ÖZTURK O, et al. Yield and water productivity of rice grown under different irrigation methods[J]. The journal of agricultural science, 2023, 161(3):387-397.
[40]	WANG L, WU W, XIAO J, et al. Effects of different drip irrigation modes on water use efficiency of pear trees in northern China[J]. Agricultural water management, 2021,245:106660.
[41]	LI C, XIONG Y, HUANG Q, et al. Impact of irrigation and fertilization regimes on greenhouse gas emissions from soil of mulching cultivated maize (Zea mays L.) field in the upper reaches of Yellow River, China[J]. Journal of cleaner production, 2020,259:120873.
[42]	王立洪, 叶含春, 陈江山, 等. 棉花膜下滴灌节水、增产的机理与效益分析[J]. 中国农村水利水电, 2002(10):9-12.
[43]	叶雨浓, 余淑艳, 王星, 等. 灌溉方式与磷素对紫花苜蓿生产性能和营养品质的影响[J]. 草地学报, 2024, 32(5):1592-1600. doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2024.05.029
[44]	陈思原, 康辉, 卢平, 等. 水肥一体化技术下减量施肥对高氯土壤烤烟生长及产质量的影响[J]. 江苏农业科学, 2024, 52(13):60-68.
[45]	王远, 许纪元, 潘云枫, 等. 太湖地区设施番茄水肥一体化技术增效减排效果评价研究[J]. 中国土壤与肥料, 2021(5):268-274.
[46]	郭振宇, 杨丹妮, 杨晓琳, 等. 不同灌溉方式对大豆耗水和水分利用效率的影响[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(3):14-25.
[47]	刘晋, 郑和祥, 邬佳宾, 等. 不同冬灌方式对紫花苜蓿次年生长及土壤水热的影响[J]. 节水灌溉, 2024(2):55-61. doi: 10.12396/jsgg.2023284
[48]	FAIRBAIRN L, REZANEZHAD F, GHARASOO M, et al. Relationship between soil CO₂ fluxes and soil moisture: anaerobic sources explain fluxes at high water content[J]. Geoderma, 2023,434:116493.
[49]	IBRAHIM M, CAO C G, ZHAN M, et al. Changes of CO₂ emission and labile organic carbon as influenced by rice straw and different water regimes[J]. International journal of environmental science and technology, 2015,12:263-274.
[50]	LU B, SONG L, ZANG S, et al. Warming promotes soil CO₂ and CH₄ emissions but decreasing moisture inhibits CH₄ emissions in the permafrost peatland of the Great Xing’an Mountains[J]. Science of the total environment, 2022,829:154725.
[51]	ZONG R, WANG Z, WU Q, et al. Characteristics of carbon emissions in cotton fields under mulched drip irrigation[J]. Agricultural water management, 2020,231:105992.
[52]	ZHANG H, YAO X, ZENG W, et al. Depth dependence of temperature sensitivity of soil carbon dioxide, nitrous oxide and methane emissions[J]. Soil biology and biochemistry, 2020,149:107956.
[53]	ABAGANDURA G O, CHINTALA R, SANDHU S S, et al. Effects of biochar and manure applications on soil carbon dioxide, methane, and nitrous oxide fluxes from two different soils[J]. Journal of environmental quality, 2019, 48(6):1664-1674.
[54]	万冬梅, 王云, 杜旭龙, 等. 根系隔离对土壤酶活性及其温度敏感性的影响[J]. 森林与环境学报, 2024, 44(1):28-34.
[55]	GUO S, QI Y, PENG Q, et al. Influences of drip and flood irrigation on soil carbon dioxide emission and soil carbon sequestration of maize cropland in the North China Plain[J]. Journal of arid land, 2017,9:222-233.
[56]	梁欣冉, 曹国军, 耿玉辉, 等. 不同滴灌方式下玉米秸秆还田土壤酶活性变化特征[J]. 吉林农业大学学报, 2024, 46(5):819-827.
[57]	张玉芹, 杨恒山, 张瑞富, 等. 滴灌模式对西辽河平原灌区春玉米不同粒位籽粒淀粉相关酶活性及淀粉积累的影响[J]. 中国生态农业学报(中英文), 2023, 31(9):1392-1402.
[58]	杨乐, 曹辉, 付媛媛, 等. 灌水量与灌水方式对夏玉米土壤CO₂排放和产量的影响[J]. 灌溉排水学报, 2023, 42(11):31-39.
[59]	QASWAR M, LI D, HUANG J, et al. Dynamics of organic carbon and nitrogen in deep soil profile and crop yields under long-term fertilization in wheat-maize cropping system[J]. Journal of integrative agriculture, 2022, 21(3):826-839. doi: 10.1016/S2095-3119(20)63501-8
[60]	李珊, 杨越超, 姚媛媛, 等. 不同土地利用方式对山东滨海盐碱土理化性质的影响[J]. 土壤学报, 2022, 59(4):1012-1024.
[61]	PAN H, CHEN M, FENG H, et al. Organic and inorganic fertilizers respectively drive bacterial and fungal community compositions in a fluvo-aquic soil in northern China[J]. Soil and tillage research, 2020,198:104540.
[62]	FU B, LI Z, GAO X, et al. Effects of subsurface drip irrigation on alfalfa (Medicago sativa L.) growth and soil microbial community structures in arid and semi-arid areas of northern China[J]. Applied soil ecology, 2021,159:103859.
[63]	WANG J, LI H, CHENG Z, et al. Changes in soil bacterial and fungal community characteristics in response to long-term mulched drip irrigation in oasis agro ecosystems[J]. Agricultural water management, 2023,279:108178.

机理	分析	文献
通过节水实现降耗减排	降低了取水、输水、灌水等产生的电能和化学能消耗	[26]、[38]、[11]、[39]、[10]、[40]
通过降低肥料投入影响农田碳排放	提高了肥料、农药利用效率，控制施肥数量是降低碳排量的关键	[41]、[42]、[43]、[44]、[45]
通过改变土壤环境影响碳排放	土壤湿度增高，有机质含量和盐分增多，大团聚体比例及稳定性提升，增大了碳排量；土壤温度增加，微生物的群落结构发生改变，活性提高，增大碳排量。影响酶活性，其变化与碳排量变化一致	[48]、[49]、[50]、[51]、[52]、 [53]、[54]、[55]、[56]、[57]、 [58]、[59]、[60]、[61]、[62]、[63]

机理	分析	文献
通过节水实现降耗减排	降低了取水、输水、灌水等产生的电能和化学能消耗	[26]、[38]、[11]、[39]、[10]、[40]
通过降低肥料投入影响农田碳排放	提高了肥料、农药利用效率，控制施肥数量是降低碳排量的关键	[41]、[42]、[43]、[44]、[45]
通过改变土壤环境影响碳排放	土壤湿度增高，有机质含量和盐分增多，大团聚体比例及稳定性提升，增大了碳排量；土壤温度增加，微生物的群落结构发生改变，活性提高，增大碳排量。影响酶活性，其变化与碳排量变化一致	[48]、[49]、[50]、[51]、[52]、 [53]、[54]、[55]、[56]、[57]、 [58]、[59]、[60]、[61]、[62]、[63]

滴灌对农田碳排放影响的研究现状与展望

Current Status and Outlook of Research on Impact of Drip Irrigation on Water Saving and Carbon Emission in Farmland

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 1

参考文献 63

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

[1]	赵彦坤, 李彩华, 班进福, 李占坤, 单子龙, 曹巧, 王秀堂, 高新梅, 傅晓艺, 何明琦, 马龙, 高振贤. 节水灌溉条件下小麦新品种‘石麦34’的抗倒性和品质分析[J]. 中国农学通报, 2025, 41(15): 1-6.
[2]	刘远彤, 石悦琪, 敖国旭, 王兆轩, 孙珊珊. 多环芳烃污染土壤的生物强化修复研究进展：聚焦细菌趋化性机制与应用[J]. 中国农学通报, 2025, 41(11): 55-63.
[3]	袁杭杰, 粟贵俊, 杨文叶, 楼玲, 沈建国, 王京文. 不同微生物菌剂与土壤消毒剂配施对土壤微环境的影响[J]. 中国农学通报, 2025, 41(10): 109-114.
[4]	王建伟, 李东晓, 王红光, 李浩然, 王千一, 张明哲, 李瑞奇. 中国典型农业生态系统的固碳减排现状、影响因素及减排措施[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 67-74.
[5]	赵津瑶, 张彬, 伍龙梅, 杨陶陶, 徐伟诚, 邹积祥, 陈青春, 包晓哲. 全球气候变化对稻田温室气体排放和微生物群落影响的研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(32): 143-150.
[6]	曹言, 李尤亮, 周筱妍, 姜秀娟, 张雷, 王杰. 昆明地区微喷条件下大白菜耗水规律研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(31): 83-90.
[7]	王一琪, 张文太, 田长彦, 买文选. 新疆南疆棉花“干播湿出”种植技术应用现状、面临的问题及解决策略[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 62-65.
[8]	郝展宏, 叶松林, 蔡东玉, 张丽娟, 米国华. 冬小麦-夏玉米周年“四密一稀”浅埋滴灌水肥药一体化绿色生产技术[J]. 中国农学通报, 2024, 40(29): 59-64.
[9]	王真真, 张玉芹, 杨恒山, 张瑞富, 金玉, 王姝璇, 鲁敏媛. 浅埋滴灌下氮磷双移减施对春玉米干物质积累转运及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(27): 7-13.
[10]	桂意云, 李海碧, 韦金菊, 祝开, 周会, 刘昔辉. 生物炭在甘蔗上的应用研究综述[J]. 中国农学通报, 2024, 40(25): 18-23.
[11]	孟延, 杨海燕, 张飞, 雷晓莹, 赵银平, 孙利萍, 刘滔, 赵增寿. 水氮耦合对渭北温室春茬番茄生长及土壤硝态氮累积的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(22): 103-109.
[12]	王卓, 罗聪, 农时锋, 王冬梅, 雷子剑, 何新华, 李明庆, 陈叔泉. 田东县‘台农一号’芒果的土壤环境与果实品质的相关性分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(16): 131-138.
[13]	高新梅, 史占良, 赵彦坤, 李占坤, 单子龙, 曹巧, 韩然, 何明琦, 傅晓艺, 马亮, 高振贤. 节水灌溉条件下小麦新品系‘石17T5252’丰产性和品质分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(11): 1-8.
[14]	张弢, 李岩瑛, 张敏, 董吉德, 颜鹏程, 毛竹馨. 干旱地区藜麦的耐旱机理及种植适宜性研究——以甘肃省永昌县为例[J]. 中国农学通报, 2023, 39(33): 50-57.
[15]	马永仁, 王娇, 朱美玲. 新疆棉农农业高效节水服务采纳的地域差异、影响因素与路径分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(27): 149-156.