碳汇研究综述

森林、土壤和湿地等所具有的碳汇功能决定了它们在生态保护和生态建设工作中具有特殊重要的地位.该研究主要介绍了碳汇的途径、碳汇估算方法、影响碳汇潜力的因素和基于碳汇交易的森林生态效益补偿模式,最后从发展碳汇农业、固碳潜力及速率研究、多学科多技术相结合研究碳汇、研究减少碳排放的措施、林业应对全球气候变化的措施研究和碳汇贸易市场的建立6个方面对碳汇研究进行展望.     

乡村旅游地碳汇资源的构成、特征与碳汇价值研究

乡村旅游地位于广阔的乡村地区,蕴藏着十分丰富的碳汇资源。通过文献分析法与实地调查法,研究乡村旅游地碳汇机理问题。乡村旅游地自然系统与陆地生态系统具有较强的耦合关系,乡村旅游地碳汇资源是乡村系统中能够清除、吸收、贮存大气CO2的陆地生态区域,包括农田耕地系统、乡村林地系统、乡村湿地系统与乡村草地系统,具有类型多样、数量丰富、品质有异、动态变化等特征。乡村旅游地自然系统中的绿色植被从大气中获取CO2,经由光合作用形成有机物质,部分通过植物凋落分解转化成为土壤碳,其碳汇价值由既密切联系又有区别的碳吸收价值与碳储存价值组成。定量地估算乡村旅游地碳汇水平以及基于碳源/碳汇估算的乡村旅游地碳中和实现路径等问题值得进一步研究。     

大边沟林场森林植被碳储量及其价值评价

近年来,碳汇项目的发展对全球温度变化、温室气体的排放至关重要,通过对森林碳储量的估算,计量森林固碳量对于准确估算碳汇价值具有十分重要的意义。基于此,根据蓄积量与生物量的关系,采用碳转换系数估算碳储量的方法,对辽东山区大边沟林场森林碳储量进行估算,并得出结论。     

遵义市近60年的农田生态汇及碳足迹变化

为黔北喀斯特山区的低碳农业持续发展提供理论依据,采用农田系统碳汇计算方法,研究遵义市近60年农田碳汇及碳足迹。结果表明:遵义市60a农田系统的年均固碳能力呈波动趋势,年均固碳量为274.61万t;农田碳汇强度为4.55t/hm~2,其中,1959—1961年碳汇强度为3.30t/hm~2,农田碳汇强度增加速度为0.04t/(hm~2·a),1961—2000年农田碳汇强度增速为0.10t/(hm~2·a),2001—2008年农田碳汇强度呈降低趋势。遵义市农田碳足迹总体呈增加趋势,平均为2.40×104hm~2;遵义市60a不同农作物对固碳的贡献水稻最大,为60.89%;玉米其次,为17.07%,小麦第三,为8.29%;研究期间内,水稻的碳汇贡献由最初的78.29%降至50.33%。遵义市农田碳汇随着农业碳投入的变化而变化,在农田管理年投入碳大于20万t后,遵义农田碳汇无显著变化;遵义农田管理碳投入小于20万t时,农田碳汇呈显著增加趋势,增速为10.44万t/万t。     

河南省农田生态系统碳源/汇研究

采用1992-2007年河南省各地市主要农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对农田生态系统碳源/汇进行了测算,分析了碳源/汇及碳汇强度的时空变化特征,并提出了相应的碳增汇对策和建议。结果表明:1992-2007年,河南省农田生态系统碳吸收、碳排放及其强度均呈明显增加的趋势,碳吸收明显大于碳排放,河南省农田生态系统碳汇功能不断增强;化肥施用带来的间接碳排放成为主要的碳排放源;1992年以来,农田生态系统碳汇量呈明显增加的趋势,区域单位面积产量越大,碳汇强度也越高;河南省农田生态系统碳汇强度自东北到西南逐渐降低,平原地区明显大于山区。     

山东省农田生态系统碳源、碳汇及其碳足迹变化分析

依据2002—2013年山东省17地市农业投入、播种面积以及作物产量等统计数据,对全省各地市农田生态系统进行碳源、碳汇估算,从中分析其变化规律,并探讨造成碳源、碳汇时空变化的影响因素。结果表明:山东省农田系统具备较强的碳汇能力,碳吸收量明显高于碳排放量,两者的总量之比为4.32∶1;碳吸收量和碳汇量呈增加趋势,碳排放量和碳足迹呈降低趋势;农田生态系统表现出较大的碳生态盈余,碳足迹占同期耕地面积的比值呈现降低趋势,2002年为27.71%,2013年为20.96%;17地市之间单位面积碳汇量和单位面积碳足迹存在明显差异,2013年单位面积碳汇量最高的为德州市(6.20t/hm~2)、最低为威海市(3.02t/hm~2),单位面积碳足迹最高的威海市为0.26hm~2/hm~2、最低的泰安市为0.08hm~2/hm~2。     

低碳背景下德州市农田生态系统碳源汇变化及其影响因素分析

本研究依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对德州市农田生态系统碳汇进行估算并分析变化情况,并探讨农田生态系统碳源汇的影响因素;结果显示德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势;小麦、玉米作为主要的粮食作物,吸收量明显高于其他农作物;2001-2010年德州市碳排放呈现先增后减的变化;不同县市由于农业发展方向和发展特色的差异,造成碳排放也不相同;五种途径碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例较大且呈减少的趋势;2001-2010年德州市碳吸收量远远大于碳排放量,德州市农田生态系统具有很强的碳汇功能。碳源汇影响因素分析表明,德州市农田生态系统碳吸收量与小麦、玉米、棉花的产量有正相关;农用化学品投入和燃料动力使用以及耕作灌溉管理均显著正相关。     

中国农田管理土壤碳汇估算

 【目的】长期大规模翻耕和秸秆燃烧造成土壤有机质（SOM）大量损失,使农田成为温室气体的一个排放源。然而,近年来,随着免耕技术的逐步推广、秸秆还田面积的增加,加上施肥、灌溉等农田管理措施的应用,农田土壤有机碳（SOC）储量有所回升,预计其将成为温室气体的吸收汇。本文通过分析各种农田管理措施下土壤有机碳（SOC）的变化量,估算中国农田管理土壤碳汇量,为制定中国农田温室气体清单提供科学参考。【方法】通过查阅相关文献著作等,构建农田管理情景,分析各管理措施长期定位试验土壤有机碳变化量的数据。根据中国农作制的分区,估算各区域及水田、旱地农田管理下的碳汇量,并与政府间气候变化专门委员会（IPCC）制定的2006IPCC国家温室气体排放清单指南中农田仍为农田的层次（Tier）2方法的估算结果进行比较。最后用Meta分析法估算中国农田管理土壤碳汇量。【结果】不同农田管理措施对土壤碳的影响不同。各种措施表现为化肥与有机肥配施的增碳作用最大,达到0.889 tC•ha-1•a-1;其次为秸秆还田、施有机肥和免耕,分别为0.597、0.545、0.514 tC•ha-1•a-1;施化肥的作用最不明显,仅为0.129 tC•ha-1•a-1。这一结果明显高于IPCC Tier2方法估算的结果。研究还揭示,不同管理措施在不同区域对土壤有机碳变化的影响存在一定的差异,黄淮海区、长江上中游区和西南区增加量较大,东北区增加量较小,在施化肥条件下东北黑土SOC甚至有降低的趋势。土壤有机碳的年增长率和初始值之间呈很好的负相关,由此可得出不同管理措施下农田土壤有机碳的平衡值及固碳潜力。【结论】农田管理措施中,配施、秸秆还田、施有机肥和免耕可以在很大程度上提高土壤SOC含量。其中,配施和秸秆还田的固碳潜力较大。     

鄱阳湖地区长期施肥双季稻稻田生态系统净碳汇效应变化特征

以江西省红壤所长期施肥红壤水稻土双季稻农田生态系统为研究对象,利用不同施肥年限作物的产量及土壤有机质含量等测定数据,结合调查获得的生态系统物质和管理投入资料,估算了不同施肥处理双季稻生态系统的碳汇效应和经济效益,并比较了不同施肥年限农田生态系统碳汇效应的变化特征.结果表明:有机肥与无机肥配施处理的净碳汇效应最强为-8.78tC·hm-2·a-1,不施肥处理的净碳汇效应最弱为-4.86tC·hm-2·a-1,加倍施加化肥虽提高了系统的净碳汇效应,但是作用不显著;不同施肥年限,相同施肥条件农田的作物固碳量和净碳汇效应没有显著性差异,但是土壤固碳量变化显著,施加有机肥可以维持和提高土壤的同碳能力平均达到0.41 tC·hm-2·a-1,在追求更高作物固碳量同时,提高和维持土壤的固碳能力也是提高农田碳汇效应的有效途径.有机肥与无机肥配施处理的平均经济效益为17 568 CNY·hm-2·a-1,也高于其他施肥处理.因此,适当施加有机肥不仅可以大幅提高农田生态系统的碳汇效应,还可以显著提高农业生产的经济效益,是实现低碳、高值农业的最有效措施之一.     

南方集体林区森林经营主体碳汇供给的研究进展

森林碳;汇已成为缓解全球气候变化的重要途径。南方集体林区产权制度改革后,森林经营主体日趋多样化,研究经营主体碳汇供给差异,探讨造成碳汇供给差异背后的诱导因素并挖掘它们之间的作用机制,将为推动森林碳;汇经营形成稳定的碳供给,合理配置稀缺的要素资源,缓解气候变化提供重要的现实政策依据。总结了国内外森林经营主体的碳;汇供给研究状况,明确了现有研究的成果和不足,主要包括国内碳汇市场未形成;现有模型在本研究中不适用,长时间序列数据不足等。并为今后的研究提出了需要解决的重要技术难题和解决思路,认为以“非京都市场”框架下考察森林碳汇供给更可行;需要根据碳汇营林实践修正相关模型和数据以及结合生产函数模型分析森林经营主体碳汇供给的诱导因素。     

农田碳汇管理策略及其效果评价

目前增加农田生态系统的碳储量的措施主要有：减少碳损失,包括提高能源利用率,减少水土流失和提高水肥利用率;增加土壤有机碳,包括调整耕作制度,使用有机肥料,应用深根作物和增加土壤中微团聚体的含量。在分析各种策略与措施的基础上,笔者认为以下几种农田碳汇管理措施有效且较容易推广。①实施土地用途转换管理：把低产及土壤退化严重的农田变成草地或森林;集约管理农田,实行农林复合、林草复合经营方式;在区域或地区尺度变单一土地利用方式为承担不同人类需要的多种土地利用方式等。②调整耕作制度：免耕不仅使土壤团聚体的数量和稳定性增加,从而减少了团聚体内部有机质的分解作用;还能有效地抑制土壤的过度通气,减少有机碳的氧化降解,防止土壤侵蚀;此外,免耕土壤有机碳的平均滞留时间比常规耕作土壤增加了约1倍。轮作能提高土壤固碳效率,在轮作中加入豆科作物或豆科牧草更可增加土壤有机质汇集,是实现土壤蓄存碳潜力的重要途径。提高复种指数,降低休耕频率可以提高作物产量并增加土壤作物残茬和根的有机质输人,从而增加土壤中有机碳的含量。③改善经营与管理：有机肥或有机肥和化肥配合施用,能显著提高土壤有机碳含量．应当优先选择;人为改变土壤的水分条件可以调节土壤排放温室气体的总量、组成及其产生的潜在温室效应;残茬和土壤有机质库的增加,可以改善植物的水分利用效率和营养再循环能力,减少养分流失,加强碳汇集。④依托技术进步：如改良作物品种,有计划地抓紧培育具有对高温、干旱等极端气候及病虫害有抗性的品种,确保在新的生态环境中产量不断提高,扩大碳的吸收存储。此外,采用新型节能的农机部件对拖拉机等农业动力机械进行改装,也可减少农田碳排放,增加农田碳汇的潜力。     

碳汇产权体系初探

在气候变暖问题日趋严重的当下,森林碳汇的发展显得十分重要,而碳汇经济的发展也已成为必然趋势。随着《京都议定书》的出台和签署,森林碳汇进入议定书规定的清洁发展机制（CDM）后,明晰森林碳汇产权具有重要性和紧迫性。该文以碳汇产权为主要研究对象,旨在建立较为完整的碳汇产权体系,明确碳汇产权界定、转移、实现等问题,为碳汇市场化发展提供理论支持。     

农田表土有机碳含量变化特征及其研究进展

农田土壤碳库储量及固碳潜力是评估温室气体减排的重要依据之一.综述主要农田表土有机碳含量变化特征的研究进展,分析中国主要农田类型表土的同碳潜力.认为中国农田表土有机碳含量总体呈上升趋势;水田和旱地有机碳含量均有显著增加,但水田的固碳能力高于旱地,水田和旱地的固碳潜力因环境条件不同各有差异.提出要从固碳土壤学、固碳动力学上...     

我国农田土壤温室气体减排和有机碳固定的研究进展及展望

作为世界上最大的水稻生产国以及氮肥消耗国,我国农业生产过程排放了大量温室气体甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)。因此,减少农田土壤CH4和N2O排放以及提高土壤碳库储量(简称“固碳减排”)对于缓解全球气候变暖以及确保粮食安全至关重要。近20年来,我国在农田土壤固碳减排方面进行了大量研究,总结出了一系列行之有效的固碳减排措施。本文综述了我国目前针对农田土壤温室气体减排以及土壤有机碳固定的有效措施,并对未来农田土壤固碳减排方向进行了展望。     

基于土地利用的北方农牧交错区碳固定和土壤保持时空变化

为探讨农牧交错区土地利用变化及其对生态系统服务的影响,以内蒙古达茂旗为研究区,通过土地利用转移矩阵和变化动态度的计量,采用模型模拟生态系统服务碳固定、土壤保持功能的方法,分析2000—2015年该旗碳固定和土壤保持演变特征。结果表明：草地、未利用地和耕地是主要的土地利用类型,16年间,草地、建设用地、未利用地、林地面积明显增加,耕地面积显著减少。土地利用类型变化主要是从耕地向草地、从草地向建设用地转移。2000—2015年,全旗碳固定量从183.25万t减少到181.65万t,土壤保持量从170.58万t减少到107.32万t,这一变化主要是由于研究区草地质量的降低使得单位面积提供的生态系统服务减少。各土地利用类型提供的碳固定和土壤保持均表现为草地 > 耕地 > 未利用地 > 建设用地 > 灌木林 > 林地 > 盐碱地 > 水域 > 沙漠。综上,在今后的生态治理中,应考虑在扩大草地面积、保护农田的基础上,适度利用草地、农田等生产生活用地,提高草地质量,科学优化土地利用结构,保障生态系统良性演化,提高生态系统服务功能。     

栽培管理对农田土壤呼吸的影响及减排途径

在全球变化加剧背景下,农田碳排放问题越来越引起人们的关注.结合国内外已有的相关报道,系统综述了栽培管理措施对农田土壤呼吸影响的差异,探讨栽培管理措施影响土壤呼吸速率的可能机制,并提出了农田土壤碳减排可行的管理措施,展望了未来该领域应加强的研究方面,旨在为农田生态系统在全球变化背景下碳汇功能的发挥提高理论依据和技术指导.     

Soil carbon sequestration impacts on global climate change and food security

The carbon sink capacity of the world's agricultural and degraded soils is 50 to 66% of the historic carbon loss of 42 to 78 gigatons of carbon. The rate of soil organic carbon sequestration with adoption of recommended technologies depends on soil texture and structure, rainfall, temperature, farming system, and soil management. Strategies to increase the soil carbon pool include soil restoration and woodland regeneration, no-till farming, cover crops, nutrient management, manuring and sludge application, improved grazing, water conservation and harvesting, efficient irrigation, agroforestry practices, and growing energy crops on spare lands. An increase of 1 ton of soil carbon pool of degraded cropland soils may increase crop yield by 20 to 40 kilograms per hectare (kg/ha) for wheat, 10 to 20 kg/ha for maize, and 0.5 to 1 kg/ha for cowpeas. As well as enhancing food security, carbon sequestration has the potential to offset fossil fuel emissions by 0.4 to 1.2 gigatons of carbon per year, or 5 to 15% of the global fossil-fuel emissions.     

农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估

准确理解全球农田氧化亚氮(N2O)排放时空格局是制定区域或全球N2O减排战略的科学基础。过去40年,国内外在农田N2O排放时空格局的形成机理和全球评估方面开展了大量研究。结合国内外现有实证研究进展,本文梳理了气候、土壤、农艺管理措施对农田N2O排放的空间格局和时间变化的多尺度影响,介绍了最新的排放因子、陆面过程模型、大气反演、升尺度等多模型方法及其全球评估成果。同时,提出了跨区域/样带观测、极端气候控制试验、陆面过程模型的区域预测能力、模型-数据融合系统等未来研究挑战,为推动全球氮循环的科学评估和气候智能型农业的国家建设提供科技支撑。