温室气体的排放
下面的图表说明了这十种作物的温室气体排放指标结果。能源使用以每单位作物生产所产生的二氧化碳当量(CO2e)来表示。因此，除了对温室气体排放的变化作出反应外，这一指标对作物产量的趋势也很敏感。更多的信息可在报告的特定作物章节中看到。
下面描述的趋势是许多不同环境、社会和政策驱动因素的结果，代表了无数个体生产者关于管理的决策。我们的目的是对这些力量和决策总体上如何影响美国商品农业的长期资源利用效率进行概述。如果在指标计算中使用的数据可以解释随时间的变化，则提供一些解释。然而，我们并没有尝试对这些趋势进行全面的、地理上特定的解释，而这些解释是充分理解其中一些趋势或提供可靠的统计评估所必需的。因此，虽然提供了线性趋势线来说明随着时间的推移是否存在一致的方向变化，但不应认为这是对趋势的统计意义的衡量。
按作物分类的温室气体排放指标
图1.9。大麦温室气体排放指标。
图1.18。用于粮食生产的玉米的温室气体排放指标。
图1.27。青贮玉米温室气体排放指标。
图1.36。棉绒的温室气体排放指标。
图1.45。花生的温室气体排放指标。
图1.63。水稻温室气体排放指标。
图1.54。马铃薯的温室气体排放指标。
图1.72。大豆温室气体排放指标。
图1.81。甜菜温室气体排放指标。
图1.91。小麦温室气体排放指标。
温室气体排放指标与能源使用指标具有相同的计算边界，并使用了许多相同的数据。除了根据燃料类型将能源使用转化为排放量外，美国环保署的排放清单[28]还用于提供甲烷和一氧化二氮排放量的估计数。温室气体排放指标没有考虑土壤碳储量或通量，因为这些目前没有包括在相应的田间尺度度量中。我们在本报告的第二部分中考虑了国家层面的土壤碳趋势，目前正在考虑修订田间尺度的度量，以便将土壤碳纳入总温室气体平衡。
使用的数据来源类似于能源使用指标，但使用对燃料类型的进一步假设进行了转换，并补充了来自美国环保署库存的数据。使用的库存值是土壤中的一氧化二氮、被淹稻田中的甲烷和残渣燃烧。这些都是用复杂的模型计算出来的，而且还有额外的不确定性。因此，应认为温室气体排放指标的不确定性略高于能源使用指标。
能源使用产生的排放
如前一节所详细描述的，通过考虑能源来源(燃料类型)，将能源使用转化为排放，由此产生的排放以磅二氧化碳(CO2)等效(有限公司2e)有限公司。2e是衡量不同温室气体全球变暖潜能值(GWP)相对强度的温室气体排放总量的常用指标。因此,有限公司2e提供了一种综合CO排放的方法2以同一单位排放的甲烷和一氧化二氮作比较。一个因子22.3磅CO2每加仑柴油燃烧时的排放量。
替代耕作系统的设备操作导致的碳排放取自West和Marland[25](表1.4)。
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表1.4:韦斯特和马尔兰德的机械操作排放(2002年)[25]。
三种耕作制度与CTIC和美国农业部ARMS数据所使用的定义一致:常规耕作、少耕和免耕。CTIC提供了不同耕作方式下每种作物的百分比随时间变化的数据。提供了玉米、大豆、小麦和棉花[50]的CTIC值。美国农业部ARMS数据用于水稻;假设马铃薯采用传统耕作方式，并假设随着时间的推移马铃薯的耕作方法(以及耕作能量和排放)几乎没有变化[52]。常规耕作使用的机械能源最多，因此产生的碳排放量是三种耕作方式中最大的。免耕法使用的能源最少，因此产生的碳排放量也最少。对于没有明确列入West和Marland[25]的作物，采用了如上所述对能源使用所作的相同调整。
本报告的分析假设这些排放因素没有随着时间的推移而改变。内布拉斯加州拖拉机测试实验室[57]的研究人员表示，农业发动机研发的重点一直是减少农业设备的排放。虽然这一假设的具体影响尚不清楚，但随着时间的推移，能源效率的提高和农业设备的相关排放可能产生的影响将是减少排放。这一趋势并未体现在本文报告的结果中。因此，机械排放的变化只来自于随着时间推移耕作方法的改变。利用CTIC[50]和ARMS[46]数据，对每种耕作制度下每种作物的份额进行了统计，以获取免耕和少耕措施增加所带来的效率收益。
灌溉用水的抽水和分配所产生的排放是通过能量计算来估计的。鉴于灌溉中普遍使用电动泵，在灌溉方面考虑到国家电网排放的改善。谷物干燥、作物储存(马铃薯)和运输产生的排放同样按这些活动所使用的能源计算。燃烧的燃料、能量和消耗的电力被用来估计温室气体排放。丙烷被假定为干燥燃料，而柴油被假定为运输燃料。电的价值被假设为国家电网的平均排放量，包括随着时间的推移排放的改善。
化学品和化肥的排放
美国农业部的《农业化学品使用报告》提供了所有作物的化学品使用和化肥使用数据[47]。这些产品的施用量在参考年份之间按每英亩施用量插值。产品含CO的排放因子2化肥采用GREET模型1.8d[48]，作物保护产品采用Audsley[49]。这些排放因素经过调整，以考虑天然气向氨肥转化(氮肥)的效率随时间的变化，以及电网随时间的排放变化(作物保护产品)。由于电力在作物保护产品生产[49]中具有较高的相对重要性，因此选择电网校正因子。
利用能源使用一节中所述的相同调整因素，以同样的方式估算种子中所含的温室气体，作为生产作物所产生的温室气体总量的一部分。
土壤中氧化亚氮的排放
一氧化二氮是一种温室气体，其全球变暖潜能值(GWP)是CO的296倍2[58]。氮肥施用过程中土壤微生物活动释放的氧化亚氮是一个重要的排放源。然而，根据氮的来源、施用方法和施用时的土壤条件，估算氧化亚氮在施氮量中所占百分比的范围非常广。Snyder等人的一篇文献综述发现，氮氧化物的排放量占施氮量的百分比，从接近零到作为氮氧化物损失的施氮量的近20%不等。Bouwman等人[60]报告称，全球平均有0.9%的肥料氮以一氧化二氮的形式从土壤中释放出来，而Shcherbak等人[61]最近的一篇论文发现，虽然氮肥施用量仍然是一氧化二氮排放的最佳单一指标，但它仍然不精确，不遵循线性趋势。
为了进行这一分析，我们使用了一个单一因素，与政府间气候变化专门委员会(IPCC)[58]推荐的第1层方法一致，以全国平均规模估算化肥施用的一氧化二氮排放量。从合成肥料和粪肥中施用的氮乘以1.4%来估计作为一氧化二氮排放的氮。这1.4%的因素包括所有来源的直接和间接排放。IPCC假设1%的施用氮肥(不确定范围为0.3 - 3.0%)因硝化/反硝化而在田间直接排放氧化亚氮而损失。这一假设基于报告特定作物和种植制度损失的科学出版物[62]。间接氧化亚氮的排放是由挥发氨(NH3.)从硝酸盐(NO3.)由于氮在离开农田后通过其他生态系统级联而流失到淋滤和径流中。政府间气候变化专门委员会的评估方案假设挥发损失占施氮量的10%，而氮氧化亚氮的排放占施氮量的1%;假设浸出损失为施氮量的30%，而一氧化二氮排放量为该量的0.75%[62]。因此，IPCC直接和间接氧化亚氮排放总量的默认值约占化肥施氮量的1.4%。
虽然现有复杂的模型可以更精确地估计农田规模的一氧化二氮排放量[28]，但这些模型不能提供特定作物的随时间的估计。相反，它们模拟了数千块田地的多年种植制度，并使用复杂的合计和加权来得出国家一级的总估计数。美国环保署的库存模型在本报告的第二部分中有更详细的讨论。手机版ios伟德客户端从田间到市场继续探索一氧化二氮的排放因子，根据营养管理和种植制度提供适当的变化，但在目前的全国平均报告中，使用了1.4%的因子。我们认识到，这可能高估了管理良好、高产系统的氮损失。
来自化肥和肥料的年平均施氮量数据来自美国农业部的ARMS数据[46]，其中包括随时间推移按作物分类的施氮吨数和肥料来源。没有报告所有年份的数据;因此，未报告的年份是按每英亩的速率插值的，并在数据开始之前和最后一个数据点之后保持不变。管理因素，如分施氮肥以及施氮方法和时间，对施氮的最终排放水平有显著影响。我们采取的方法没有捕捉到这些差异或它们随时间变化的潜力。这种方法也没有考虑到在不施用氮肥的种植系统中(例如，大豆和其他固氮豆科作物)产生的土壤氧化亚氮的背景排放。
将施氮的排放转化为CO2e，我们已经考虑了氧化亚氮与氮的分子量之比(44/28)和CO2氧化亚氮的E因子(296)。用这些因素计算，100磅氮排放的CO为651磅2e.示例:100磅施氮排放= 100 X 1.4% X (44/28) X 296 = 651磅CO2e。
现场燃烧和残渣清除的排放
田间燃烧表面残渣产生的排放在农业生产的总排放中所占的份额相对较小;然而，如果残留物被烧毁，影响可能会很大。田间燃烧的排放没有计算土豆、甜菜或花生，这些作物表面通常没有值得燃烧的残留物。此外，大豆或棉花很少或不进行田间燃烧。残渣燃烧的水平直接取自美国环保署的农业温室气体报告[28]。可用于燃烧的表面残留物的数量是按作物产量的比例计算的;每种作物都有特定的作物因子。最后的计算决定了释放到大气中的甲烷和一氧化二氮的数量。二氧化碳的释放2不被计算在内，因为它预计会随着时间的推移通过分解释放，因此被认为是CO每年自然吸收和排放的一部分2来自植物生长而不是人为排放。在我们分析的作物中，烧稻渣是最普遍的，有10%的英亩被烧。残渣燃烧产生的排放约占水稻总排放的0.5%。
在本分析的作物中，小麦是唯一一种在初级作物收获后清除了可测量份额的土地残留的作物。从每年的农作物田地中清除残渣可以通过减少CO减少温室气体的影响2残留物的排放物在现场分解。因此，从该指标中减去每蒲式耳收获的谷物残渣中0.21磅氮乘以收获的小麦秸秆的英亩数。根据美国农业部ERS[35]的数据，13%的小麦英亩的秸秆被清除，估计有50%的表面残留物被清除。在国家层面，去除小麦秸秆可使作物的温室气体排放量减少0.5%至0.75%。同样的假设馏分也被用来计算大麦的残渣燃烧和去除。
淹水水稻的甲烷排放
甲烷的排放是发生在农田无氧条件下的结果，为了生产水稻作物，在生长季节需要连续一段时间注水。大米的排放是基于美国环保署年度温室气体排放清单[28]报告的水平。美国环境保护署(EPA)最近对报告方法的改变导致全国对水稻生产产生的甲烷排放量的估计发生了重大变化。在最新的报告[28]中，采用了一种详细的基于过程的模型来模拟矿质土壤上的水稻生产，取代了一种更简单的核算方法。虽然排放量的趋势与2012年报告的相似，但由于美国环保署方法的修订，2016年报告中大米的温室气体排放量的绝对值更高。
美国的库存数据是按1990年至2010年期间的每英亩种植面积计算的。1990年之前的年份被设定为1990年的水平，而2010年之后的年份则保持在2010年的水平，同样是按每英亩种植面积计算的。与美国环保局报告的数据一致，每英亩和每单位生产的甲烷排放量随着时间的推移呈下降趋势。值得注意的是，由于洪水淹没的英亩数相对有限，洪水持续时间较短，其他作物由于洪水灌溉而产生的甲烷排放被认为是微不足道的。