四川省农田生态系统碳足迹和碳生态效率时空变化

农田生态系统具有碳源和碳汇功能,是陆地生态系统的重要组成部分,探究农田碳足迹进而为农田生态系统的可持续发展提供参考。基于2000—2020年四川省以及21个市(州)的农田生产投入和农作物产量等数据,构建农田生态系统碳足迹模型,对碳足迹、碳生态效率的时空变化特征和影响因素进行探讨。结果表明,2000—2020年四川省农田生态系统碳排放量呈先波动上升后下降的趋势,拐点发生在2016年,其中土壤翻耕、化肥使用为碳排放量的主要贡献因素,占比分别为44.74%、30.22%。碳吸收量呈先减后增的趋势,2006年碳吸收量减至最低值,气象灾害是主要影响因素。水稻、玉米、小麦对碳吸收量的贡献较大。农田生态系统碳足迹呈先波动增长后持续下降的变化,2006年为最大值。2000—2020年四川省农田生态系统均为碳生态盈余状态,碳生态效率年均为5.150 kg C/kg CE。从空间上看,四川省农田生态系统碳排放、碳吸收、碳足迹、碳生态效率均呈现西北低、东南高的分布格局;单位面积碳足迹却呈现西北高、东南低的分布,空间差异和变化幅度差异均较大,主要是因为各地区农业生产条件和发展水平不同。应因地制宜,从农资投入、...     

基于京津翼一体化的农田生态系统碳足迹年际变化规律研究

基于京津冀一体化背景下,以农田生态系统作为研究对象,对2005—2014年农田生态系统的碳汇、碳源、碳足迹的年际变化进行了研究,为京津冀一体化的规划和产业布局提供理论依据。结果表明：京津冀地区农田生态系统的碳汇功能呈下降趋势,近10年降幅为6.6%,年均固碳量为485.5万t·a^-1,碳汇功能的主要决定因素是粮食作物中玉米与小麦的经济产量及种植面积。京津冀地区农田生态系统碳排放量年均727.8万t·a^-1,基本上呈现出逐年降低的趋势,碳排放量的主要决定因素为农业化学品中氮素化肥的施用量。京津冀地区农田生态系统碳足迹年均为161.2万hm²·a^-1,呈现出逐年减少趋势,处于碳生态盈余状态。     

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。     

潍坊市农田生态系统碳源(碳汇)及其碳足迹变化

以山东省潍坊市为研究区,以种植面积、农作物产量及农业投入等相关数据为基础,定量测算2003—2012年潍坊市农田生态系统的碳源(碳汇),分析期间碳足迹的变化。结果表明:1)2003—2012年,潍坊市农田生态系统碳吸收总量小于碳排放总量,二者的比例为1∶7.4,碳排放强度增长率从0.055%减少到0.048%,碳吸收强度增长率从1.18%增加到1.98%。10年间农田生态系统碳吸收量和碳排放量分别增长了10.69%和7.02%,碳吸收增长率高于碳排放增长率,农田系统具有较强的碳汇功能。2)蔬菜是主要的碳汇,占比为73.31%,6种碳排放途径中,农田灌溉是主要的碳源,占比为87.32%。3)农田生态系统碳足迹从2003年的38.990万hm2减少到2012年38.769万hm2,碳足迹平均占生态生产性土地面积的1.456%,比例较低。10年间碳足迹强度均值为0.14 hm2/万元,2003—2012年潍坊市农田生态系统每增加1万元的产值可以制造0.14 hm2的碳足迹。     

黑龙江省30年来农田生态系统碳源/汇强度及碳足迹变化

为明确黑龙江省农田生态系统碳源/汇强度及碳足迹变化,基于1990-2019年黑龙江省农作物播种面积、产量和农业投入等数据,利用农田生态系统碳足迹模型,对黑龙江省农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算.结果表明:黑龙江省农田生态系统碳排放呈阶梯状增加趋势,年均增加7.0％,其中化肥施用和灌溉是碳排放的主要贡献因子...     

广东省农田生态系统碳足迹时空差异分析

以广东省为例,通过1992要2011 年化肥、农药、农膜使用量、灌溉面积、农业机械总动力、农作物产量等 统计数据,估算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的时空特征。结果表明院近20 年来,广东省农作物碳吸 收总量总体处于下降趋势,从1992 年的4 017.02 万t 减少到2011 年的2 925.42 万t,减幅达到27.17%,年均递减 1.66%。而碳排放基本上呈现逐渐增加的趋势,排放总量从1992 年的224.05 万t 增加到2011 年的261.69 万t,增幅 为16.80%。广东省农田生态系统碳足迹呈现波动增加的趋势,2011 年比1992 年增长了89.76%,年平均增长率为 3.43%,碳足迹占同期生产性土地面积比例逐渐增大,2011 年达到8.95%。广东省农田生态系统表现为碳生态盈余, 且生态盈余占同期生产性土地面积比例逐步减小。各地区之间的碳足迹区域差异也较大。     

2006—2015年重庆市农田生态系统碳足迹分析

利用2006—2015年重庆市农业生产统计数据,对全市农田生态系统碳排放、碳吸收和碳足迹进行估算、分析,探讨造成碳排放和碳吸收变化的影响因素。结果表明：在所有排放因子中,氮肥的排放量和占比均最高,约为50%,但有逐年下降的趋势,由2006年的51.35%下降到2015年的47.32%;水稻是重庆市第一大农作物,也是生态系统中碳吸收第一大来源,截至2015年,其全生育期碳吸收量达到4.099 5×106 t,占全市农田生态系统碳吸收量的39.16%;农田生态系统碳足迹占同时期播种面积的比例也呈现下降趋势,由2006年的19.78%下降到2015年的17.44%,即农田生产产生的碳排放需要全市约1/5的播种面积来消纳;重庆市农田生态系统处于碳盈余状态,2015年达到了2.727 2×106 hm2,重庆市农田生态系统的碳汇功能逐年提高。     

黑龙江省农田生态系统减排增汇研究

通过合理改善人类农业活动提升农田生态系统的固碳减排能力,为黑龙江省调整农业产业结构、农作物布局,实现粮食增产增收的同时保障农业可持续发展提供科学依据.以黑龙江省农田生态系统为研究对象,以2008～2017年黑龙江省相关数据为依据,基于碳汇及碳足迹模型,对农田生态系统碳收支进行分析.结果表明黑龙江省农田生态系统碳汇能力较...     

天门市农田生态系统碳足迹的测度分析

应用2003~2012年湖北省天门市耕地面积、农作物产量、农田投入等统计数据,对农田生态系统碳吸收、碳排放和碳足迹进行了定量测度分析。结果表明,10a来,农作物碳吸收量、碳吸收强度呈现出随着年份的递进而逐年增加的态势,分别由2003年的787.90×10~3t C、7.24tC/hm~2增加到2012年的1 144.01×10~3t C和10.35tC/hm~2;农田投入碳排放量及碳排放强度则呈先升后降再上升的变化趋势,变化范围分别为(89.04~106.12)×10~3t C/a和0.82~0.98tC/(hm~2·a),化肥为主要碳排放源;农田生态系统为碳汇,其碳足迹呈现出随着年份的递进而逐年减少的态势,由2003年的48.81×10~3hm~2减少至2012年的37.70×10~3hm~2,占同期耕地面积比重的34.12%~44.85%,明显小于区域生态承载力。     

华北平原作物生产碳足迹分析

【目的】分析华北平原作物生产碳足迹的动态、分布以及构成,为发展低碳农业提供理论支撑与科学依据。【方法】基于中国华北平原河北、北京、天津、山东、河南5个代表省（市）的47个市的耕地面积、农作物播种面积、产量、产值及作物生产投入等统计数据,利用农业领域碳足迹理论及生命周期评价法,估算作物生产的单位播种面积碳足迹（CFs）、单位耕地面积碳足迹（CFc）、单位产量碳足迹（CFy）及单位产值碳足迹（CFv）。以2002年为节点,把1993-2012年分为两个时间段,分析作物生产碳足迹的变化趋势以及华北平原47个市的作物生产碳足迹的分布、构成情况。根据1993-2012年不同市的平均单产,取5个单产最高与5个单产最低的市,分析华北平原高产市与低产市的碳足迹、单位面积投入以及作物构成。【结果】华北平原作物CFs、CFc在过去20年里呈增加趋势,CFs平均值从时段Ⅰ的4.08 tCO₂eq·hm^-2升高到时段Ⅱ的4.72 tCO₂eq·hm^-2,平均变化率为0.66 tCO₂eq·hm^-2·10a^-1;CFc平均值从时段Ⅰ的6.81 tCO₂eq·hm^-2升高到时段Ⅱ的8.12 tCO₂eq·hm^-2,平均变化率为1.16 tCO₂eq·hm^-2·10a^-1。华北平原作物CFy、CFv在过去20年里呈降低趋势,CFy平均值从时段Ⅰ的0.54 tCO₂eq·t^-1下降到时段Ⅱ的0.42 tCO₂eq·t^-1,平均变化率为-0.12 tCO₂eq·t^-1·10a^-1;CFv平均值从时段Ⅰ的3.91 tCO₂eq·¥10^-4下降到时段Ⅱ的2.51 tCO₂eq·¥10^-4,平均变化率为-1.60 tCO₂eq·¥10^-4·10a^-1。华北平原不同区域作物生产碳足迹差异较大,沿海地区（唐山、天津、秦皇岛、东营、烟台等）CFs、CFc较大,CFy、CFv较小,河南南部地区（驻马店、信阳、平顶山、洛阳）CFs、CFc较小,CFy、CFv较大。高产市CFs、CFc显著高于低产市,CFy、CFv显著低于低产市（P＜0.05）;高产市单位面积投入显著高于低产市,且蔬菜种植面积比例高于低产市（P＜0.05）。在华北平原作物生产的碳足迹构成中,灌溉用电（30.25%）、氮肥投入（23.07%）以及农田N₂O直接排放（19.83%）所占比例较大,其他投入所占比例较小。【结论】在过去20年里,华北平原作物单位播种面积碳足迹、单位耕地面积碳足迹呈增加趋势,而单位产量碳足迹、单位产值碳足迹呈降低趋势。在华北不同区域中,沿海各市前两者较大,后两者较小,而河南南部各市前两者较小,后两者较大。碳足迹构成中,灌溉用电与氮肥投入所占比例较高,高产市单位面积投入及蔬菜种植比例较大。     

淮河流域典型农田生态系统碳通量变化特征

为了准确评价农田生态系统在全球碳平衡巾的作用,利用涡度相关技术对安徽省寿县冬小麦/水稻生态系统进行了碳通量的监测,并在数据校正、剔除和插补的基础上,研究生长季农田净生态系统碳交换(NEE)的变化特征.结果显示,2008年寿县农田生态系统CO_2通量的日变化进程为单峰型,冬小麦和水稻最大的CO_2吸收速率分别为2.45和2.48 mg·m~(-2)·s~(-1).从物候期的角度来看,冬小麦在抽穗期碳通量值最小,乳熟期最大;水稻拔节时期碳通量值最小,即固碳能力最强.冬小麦/水稻生态系统不同月份碳通量月均日变化也呈U型曲线,作物生命活动越旺盛,NEE峰值越高,夜间CO_2排放则在8月份达到最高值.2008年冬小麦和水稻月平均最大日CO_2吸收峰分别出现在4月和8月,分别为1.30和1.07 mg·m~(-2)·s~(-1).冬小麦生态系统NEE的日最大累积吸收量出现在4月16日,可达11.76 gC·m~(-2)·d~(-1),水稻生态系统的出现在8月3日,为10.40 sC·m~(-2)·d~(-1).冬小麦从拔节到成熟时间段内的固碳能力为326.87 gC·m~(-2),水稻从返青到成熟时间段内的固碳能力也达到了300.05 gC·m~(-2).     

中国农业系统碳汇功能

研究我国现实和未来农业系统碳汇功能,提出该系统碳排放和碳固定清单。以１９９０、１９９５和２０００年为例,对周年碳平衡进行计算分析,绘制出全国农业系统碳平衡概图。碳的排放、固定、转移量占当年吸收量的百分比分别为８２．６％—８４．４％、１４．５％—１５．７％和１．１％—１．７％,年固碳量为１．１×１０８—１．４×１０８ｔ。无论是现阶段还是气候变化后,我国农业系统对碳的吸收均大于排放,对大气ＣＯ２而言,不是源而是汇。在全球温室气体逐年增加的情况下,应采取积极措施,加强农业系统碳汇功能,为减缓大气ＣＯ２浓度的增加做出贡献。     

南京地区大棚蔬菜生产的碳足迹调查分析

通过对南京郊区5种夏季大棚设施蔬菜生态系统的物质和管理投入进行现场问卷调查,分析估算了不同设施蔬菜各个生产环节投入的碳成本以及碳排放强度等.结果表明,不同设施蔬菜单季单位面积碳成本介于(867.1±240.6)～(2039.4±1 163.3)kgCE·hm-2,物质投入碳成本在整个生产投入中占极其重要的份额,其中肥料...     

灌溉对农田温室效应贡献及土壤碳储量影响研究进展

农田碳库是全球碳库最活跃的部分,对管理措施变化的响应十分敏感。灌溉技术作为中国旱作农业的重要管理措施,其变化势必会对农田温室效应贡献及土壤碳固存能力产生重要影响,但相关试验数据及机理研究迄今仍十分缺乏。文章综述了灌溉对农田土壤呼吸及其不同组分、氧化亚氮（N2O）与甲烷（CH4）源汇通量以及农田土壤碳储量变化的定量影响,比较了上述参数变化对不同灌溉方式、灌溉量、灌溉频率、灌溉年限以及灌溉水质等的差异响应,剖析了可能的影响机制。分析表明：（1）灌溉通常将增加土壤的碳排放,但土壤呼吸与灌溉量间并非线性关系。在水分亏缺条件下,土壤呼吸与灌溉量呈现正相关,而过量灌溉则会降低土壤呼吸;灌溉影响土壤呼吸的温度敏感性（Q10）,Q10与灌溉量之间呈抛物线关系,漫灌方式下土壤呼吸的温度敏感性高于滴灌;不同灌溉方式下土壤呼吸不同组分的贡献率及其对水分变化的响应存在较大差异,灌溉对根系呼吸的影响较对土壤微生物呼吸的影响更为显著,滴灌条件下根系呼吸对土壤呼吸的贡献率显著大于漫灌;灌溉水质与灌溉深度显著影响土壤温室气体释放总量,开展充分的市政污水处理能够为国家和地区换取更多的碳排放信用。（2）水分管理是减缓农田N2O与CH4排放的重要措施,水分状况对N2O与CH4的产生过程与排放途径均存在重要影响;水分管理对CH4和N2O排放的影响往往存在明显的消长关系,采用全球增温潜势（GWPs）等综合性评价指标才能更加准确与全面地反映灌溉及其不同方式所带来的农田温室效应贡献变化。（3）水分变化对土壤有机碳存在增加、降低或不显著等多种可能影响。不同气候、土壤类型下表层有机碳含量变化对灌溉的响应存在明显不同,灌溉在相对干旱地区对土壤有机碳的增加效应更为显著;不同组分有机碳对灌溉方式变化响应的敏感度以及响应方向存在差异,对于某种灌溉方式影响效应的评价须从农业节水、增加土壤有机碳储量以及提高活性有机碳利用率等多角度进行综合分析。迄今为止,灌溉对土壤主要温室气体排放及土壤有机碳储量的影响效应仍存在较大不确定性,今后应加强不同灌溉方式之间的对比研究,尤其是灌溉方式改变后土壤温室气体排放空间差异性的变化;重点关注灌溉及其方式变化对温室气体综合增温潜势以及生态系统碳源汇功能的影响;加强不同灌溉方式的长期与短期效应的比较;深化灌溉驱动农田温室效应变化的微生物学驱动机制的研究等。     

晋南县域农田生态系统土壤碳氮时空变化特征

气候变化背景下,对农田土壤有机碳和氮的研究是陆地生态系统碳、氮循环的热点之一。利用第2次山西省和县级土壤普查资料,通过野外调查、采样和分析不同土壤类型,探讨1980—2010年晋南农田土壤C,N的时空变化规律。结果表明,1980,2010年土壤有机碳的平均值分别为7.13,6.62 g/kg,全氮的平均值分别为0.70,1.01 g/kg,2个时期的C/N的平均值分别为10.19和7.12。30 a间,土壤有机碳、C/N都有所下降,而全氮含量有所增加,主要由于长期耕作和秸秆焚烧造成农田生态系统土壤有机碳的大量损失,使农田成为温室气体的一个排放源。近年来,通过推广免耕、秸秆还田、合理施肥等农田管理措施,促使农田土壤有机碳提高,并将其成为温室气体的吸收汇。     

上海农田生态系统碳源汇时空格局及其影响因素分析

以1990—2009年上海市农作物产量、农田面积、农业投入等相关统计数据为依据,对上海农田生态系统主要碳源汇进行了测算,分析了上海农田生态系统碳源汇的时空变化特征,并探讨了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明,1999—2009年上海农田生态系统碳吸收总量总体处于逐步下降趋势,且经济作物和果蔬作物碳吸收比例分别下降和上升明显;碳排放总量则呈逐步下降并趋于稳定的趋势,农用化学品投入是其主要排放源;单位面积碳吸收和排放量则一直处于波动状态。2009年上海各区县农田生态系统碳吸收量、碳排放量和单位耕地面积碳吸收量均为远郊大于近郊,而单位耕地面积碳排放量则为近郊大于远郊。碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与粮食作物和经济作物产量显著正相关,而与果蔬作物产量显著负相关;碳排放与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。     

武汉市土地利用变化碳排放及碳足迹分析

采用武汉市1996-2010年的土地利用变更数据、能源数据以及相关经济数据,通过构建碳排放、碳足迹模型,测算近15年来武汉市土地利用的碳排放量和碳足迹,并分析其碳排放量、碳足迹的变化及影响因素。结果表明,武汉市建设用地碳排放量占碳排放总量的98%以上,在1996-2010年处于逐年增加的状态,2010年已达到1996年的1.4倍;武汉市的总碳足迹和人均碳足迹也在逐年增加,碳赤字较为严重。碳排放总量的不断增加主要是由武汉市建设用地不断扩大以及经济增长方式和能源结构不合理造成。为此,武汉市不仅要控制建设用地的扩张,同时还应改变经济增长方式、调整能源消费结构。