中国耕地利用净碳汇与农业生产的时空耦合特征

深入分析中国耕地利用碳源/汇,可为实现"双碳"目标提供耕地领域的数据参考。以中国30省(市、自治区)作为研究范围(港、澳、台、西藏数据缺失过多,难以纳入分析),核算耕地利用碳排放、碳吸收量,根据二者差值分析净碳效应,刻画其时空演进特征,进而采用耦合协调度与改进的Tapio耦合指数探索净碳效应与农业产值的关系变化。结果表明:(1)20年间,耕地利用碳排放量均值为2.33×10⁸ t,呈先升后降态势,于2015年达到峰值2.63×10⁸ t;碳吸收量则由5.19×10⁸ t升至7.86×10⁸ t;净碳汇由3.19×10⁸ t增至5.40×10⁸ t,表明中国耕地利用系统始终呈现为碳盈余,碳汇效应随时间推移不断增强。(2)就时序特征而言,净碳汇历经波动不定、高速增长、稳定增长3个阶段。从空间格局来看,净碳汇呈自东向西逐次递减的分布特征。(3)从数量角度而言,中国耕地利用净碳汇与农业生产的关系已由全局失调改善为部分协调;从速率角度而言,二者增速关系在多数年份体现为经济主导型耦合,省域状态由若干类型并存演进为以经济主导型耦合居多。据此,应加快耕地利用方式自农资驱动向技术驱动转型,促进种植业全产业链碳减排,分类分批推进排放大省减源增汇。     

基于DNDC模型的稻田生态系统碳动态模拟研究进展

DNDC （denitrification-decomposition，反硝化-分解）模型是一个含有时间因子的模拟生物地球化学过程较为成熟的动态模拟模型，可用于模拟和评估作物（如水稻）生产、碳氮动态演变以及温室气体排放等。为了能够更充分地认识DNDC模型，使之得到更广泛应用，本文基于DNDC模型的构成与功能、目前6个（DNDC、CENTURY、CASA、EPIC、Biome-BGC、Roth C）世界著名的生物地球化学模型的比较及其DNDC模型在稻田生态系统中的模块优化，从稻田土壤碳动态角度出发，分析和总结了DNDC模型在稻田土壤固碳潜力、温室气体CO₂和CH₄排放模拟、稻田管理模式评估以及模型参数敏感性分析方面的研究进展。本文也指出，受土壤属性空间异质性大、区域田间管理措施差异等因素影响，DNDC模型存在诸如点位尺度验证难以扩展到区位尺度模拟、模型矫正困难等限制模型准确性的问题。为使DNDC模型能够在中国复杂的农耕特征下开展模拟研究，今后的发展应重视DNDC模型模块功能优化、提高输入参数精确度等，进一步提高模型模拟精确度和预测评价系统的可信度，使模型更好地预测土壤碳动态变化，在稻田生态系统固碳减排和管理方案制定等方面发挥作用。     

我国作物生产碳排放特征及助力碳中和的减排固碳途径

作物生产不仅保障了国家粮食安全,也是农业碳排放的主要源,以及碳固定的重要汇。阐明主要农区作物生产碳排放特征,探讨其达峰与中和途径,可以为全国及地方作物生产绿色高质量发展和农业"双碳"目标的战略制定提供重要科学依据。本文基于国家统计数据,比较分析了我国各地区作物生产碳排放特征,探讨了助力碳中和的农田减排固碳途径。2018年我国作物生产碳排放占全国农业碳排放总量45.5%,其中农田甲烷(CH₄)、氧化亚氮(N₂O)以及农用柴油消费的二氧化碳(CO₂)排放分别占农业碳排放总量的22.9%、14.7%和7.9%。从区域排放来看,作物生产碳排放总量和单位播种面积排放量均呈现南高北低特征,其中以华东和华中地区最高,减排潜力大。在作物生产碳排放中,稻田CH₄占50.3%,是减排重点。我国作物生产碳排放总量于2015年出现峰值,之后呈现下降趋势,这与水稻播种面积、农田氮肥用量和农用柴油消费等减少趋势相一致。可见,如果我国农产品进口不受显著影响,作物生产碳排放已经呈现达峰趋势。情景推算发现,仅靠农地土壤固碳很难实现作...     

Enhancing crop productivity for recarbonizing soil

Plants capture atmospheric carbon dioxide (CO₂) for carbon (C) assimilation through photosynthesis, with the photosynthates stored as plant biomass (above- and below-ground plant parts). The C stored as living biomass is a short-term C sequestration strategy, whereas soil organic carbon (SOC) is a long-term C sequestration strategy. In this regard, plant roots are the primary route of C entry into the SOC pool. Through establishing a recalcitrant SOC pool, long-term sequestration can potentially offset the C losses caused by soil degradation in industrial and pre-industrial eras. Over the next 50–100 years, implementing effective agricultural practices could sequester 80–130 GT (10⁹) C as SOC. Carbon, as the primary elemental component of soil organic matter, plays a significant role in shaping the soil’s physical, chemical, and biological properties, ultimately influencing soil biomass productivity. By enhancing crop productivity and biomass production, farmers can increase C sequestration, creating a positive feedback loop that contributes to overall C sequestration. Carbon sequestration has numerous co-benefits, including climate change mitigation, ecosystem health, food security, and farm profitability. Adopting conservation agriculture and site-specific practices and developing crop and pasture genotypes with high yields and C sequestration potential should significantly improve crop productivity and C sequestration simultaneously. This opinion article delves into the nexus between photosynthesis and soil C sequestration, highlighting its significance in enhancing farm productivity while mitigating climate change.     

生物炭调控农业废弃物堆肥过程的研究进展

生物炭以其富碳多孔的功能性结构而被应用于农业生态环境。总结生物炭的酸碱性、比表面积和孔隙体积、灰分含量和阳离子交换量等主要性质，为其在农业领域的应用提供研究基础。基于此，从生物炭调控堆肥过程、促进物料中有机质的降解及腐熟、减少堆肥过程中的碳损失和氮损失、降低堆肥中重金属的生物有效性以及提高堆肥肥效等6个方面综述了生物炭改善农业废弃物堆肥过程的研究进展，为生物炭在农业废弃物堆肥中的应用提供思路和参考，并对其在堆肥系统中的应用进行了展望。     

关于“碳中和生物”环境科学的新概念与研究展望

碳达峰、碳中和是责任,是使命,更是机遇和挑战。时至今日,越来越多的国家、地区和个人投身这一事业中,共创人类可持续的未来。我国政府更是承诺,通过采取更加有力的政策和措施,力争CO;排放于2030年前达到峰值,努力争取在2060年前实现碳中和。为了更好、更快地实现这一战略目标,创新推动碳中和工作,本文首次提出了"碳中和生物"的新概念,并对其内涵进行了辨析。从碳中和植物、碳中和微生物、碳中和动物、碳中和种群/群落以及碳中和生态系统的界定入手,深入阐述了碳中和生物的分类体系。为了自然界生物本身的碳中和功能尽可能放大或得以最大程度的提升,必须大规模构建碳中和生物生态体系,包括农业碳中和粮食作物体系、低碳养殖体系、碳中和湿地生态系统、碳中和生物共生或协同体系,以及基于环境修复的碳中和体系。最后,还对碳中和生物和生物固碳的今后研究进行了建设性的展望。     

生物质炭短期添加对不同类型土壤水力性质的影响

为探究生物质炭添加对农田土壤水力性质的影响，以我国10个地区农田耕层土壤为供试土样，通过室内模拟试验，研究4种生物质炭添加比例下(C0、C5、C10和C15，生物质炭体积占比分别为0%、5%、10%和15%)土壤饱和导水率(Ks)、水分特征曲线及van Genuchten模型拟合参数和水分常数的变化特征。结果表明：生物质炭添加对土壤渗透性能的影响与土壤质地密切相关；添加生物质炭后，砂粒含量较高的风砂土和黄绵土的Ks显著降低，C15的降幅分别为89.2%和85.0%；而黏粒含量较高土壤的Ks普遍升高，C15处理下赤红壤的增幅高达158.9%。生物质炭添加改变了土壤的持水能力，且变幅随着生物质炭添加量的增加而增大。生物质炭添加提升了各类土壤的饱和含水量(0.7%～17.6%)和低吸力段的持水能力；生物质炭添加对中、高吸力水平下各类土壤持水能力的影响存在差异，大致表现为砂质土持水能力提升、残余含水量增大、α值降低；而壤质、黏质土持水能力下降，残余含水量、田间持水量及凋萎系数均降低。研究结果可为考虑生物质炭施用的平衡模拟提供水力学基础参数，并为各地区农田生物质炭的合理施用提供科学依据。     

我国农业农村减排固碳标准现状与体系构建

农业农村是温室气体排放源之一，也是固碳增汇的重要方面，我国农业农村领域仍存在减排固碳底数不清、监测方法和核算标准体系不健全、认证缺乏指导依据等问题，因此，亟需构建农业农村减排固碳技术标准体系，充分发挥标准基础性、引领性作用，提升农业农村减排固碳技术水平和管理效能。本文对国内外农业农村领域碳排放、碳减排、固碳等相关标准进行梳理，分析现阶段标准现状和存在的问题，明确建立农业农村减排固碳标准体系的思路及整体框架，加快关键领域标准制定与实施，重点围绕稻田甲烷、农田氧化亚氮、反刍动物肠道甲烷、畜禽粪污管理、秸秆露天焚烧及农村生活用能等“排放源”，农田和渔业“碳汇源”，以及可再生能源替代“减排源”等主要领域，研编一批国家、行业、地方标准，提出标准体系建设有关建议，为推进农业农村领域建立健全统一的碳排放数据监测计量、核算、报告、核查等技术规范体系，推进农业农村绿色发展提供技术支撑。