不同有机培肥模式下双季稻田碳汇效应与收益评估

本研究基于1981年开展的有机肥长期定位试验,研究了不同有机肥种类、用量和施用方式对稻田生态系统碳排放、系统碳固定与净碳汇的影响,并对各处理经济效益进行了比较,为实现农业低碳、高值、高效生产提供理论参考。本研究所选取的有机肥处理包括:不施肥对照(CK);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M1);早稻施用两倍绿肥紫云英30 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M2);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2和猪粪15 t·hm-2,晚稻不施有机肥(M3);早稻施用绿肥紫云英15 t·hm-2+晚稻施用猪粪15 t·hm-2和冬季稻草覆盖4 500 kg·hm-2(M4);长期施用化肥(NPK)等5个处理。每5年于晚稻收获后采集土样测定土壤有机碳含量,并测定每年的早晚季水稻产量与生物量,用于估算系统收益与碳收支(5年平均)。结果表明:与不施肥对照相比,各施肥处理水稻产量均显著提高(P0.05),增幅为30.88%~96.52%,且随着施肥年限的增加,M4处理增产作用最大。长期施用有机肥显著提高红壤稻田土壤固碳能力,且有机肥用量增加系统土壤固碳能力增强,M2、M3、M4处理土壤固碳量显著高于M1、NPK和CK处理;稻田植株固碳量也显著提高(P0.05),M4和M3最高,双季稻植株固碳量为6.76~8.83 t(C)·hm~(-2)·a~(-1)。长期施用有机肥下稻田系统净碳汇显著增加,与对照相比施肥处理(M1、M2、M3、M4、NPK)系统净碳汇增加1.43~3.93 t(C)·hm~(-2)·a~(-1),系统碳汇效应显著(P0.05)。同一处理不同施肥年限由生产活动所引起的碳排放量保持不变,系统净碳汇量差异主要表现在系统固碳量上,其变化趋势与水稻产量变化趋势基本一致。长期施用有机肥显著降低了化肥投入,稻田生态系统经济效益显著增加(P0.05),并以M4处理最高,达25 683.7$·hm~(-2)·a~(-1)。综上结果表明:长期施用有机肥显著提高双季稻田碳汇效应与经济效益(P0.05),绿肥紫云英与猪粪和秸秆配施稻田生态系统碳汇效益与经济效益较单施绿肥紫云英优势明显。     

临沂市农田生态系统碳源/汇时空变化及其影响因素分析

依据2003-2013年临沂市农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,对临沂市农田生态系统碳源、碳汇进行估算,分析其变化规律并探讨临沂市农田生态系统碳源、碳汇的影响因素。结果表明,2003-2013年临沂市农田生态系统的碳排放量呈现先增后减的情况;5种主要碳排放过程中,化肥施用过程中碳排放所占的比例最大;各县区碳排放量,远郊大于近郊;碳吸收、碳汇呈现增加的趋势,并具备很强的碳汇功能;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量远高于其他的农作物;各县区由于自然条件和发展方向的不同,碳吸收量与单位播种面积碳汇量差异较为明显。碳源、碳汇影响因素分析表明,碳吸收与小麦、玉米、水稻、花生等高产量作物、农作物总产量及农作物总播种面积显著正相关;碳排放量与农膜等农用化学品投入、农业机械等燃料动力使用和农业灌溉等显著正相关;碳汇量与碳吸收量显著正相关。     

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-8.78 tC.hm-2.a-1,不施肥处理的净碳汇效应最弱为-4.86 tC.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固碳能力平均达到0.41 tC.hm-.2a-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-.2a-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。     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

洞庭湖地区长期施肥条件下双季稻田生态系统净碳汇效应及收益评估

以农业部望城红壤水稻土生态环境重点野外观测试验站的长期定位肥力效应试验稻田为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳和农田CO2排放等观测资料及生态系统的物质和管理投入等调查资料,估算了年碳汇平衡和经济收益,以及不同施肥处理的固碳速率、潜力及表土碳密度。结果表明,不同施肥处理下年碳汇量介于0．82～4．70tC·hm^-2·a^-1,增施有机肥（猪粪、稻草）的处理NPK＋RS、NK＋PM和NP＋RS的碳汇量分别是相应的仅施化肥处理NPK、NK和NP的1．1、1．7和1-4倍。不同处理生态系统物质投入的碳成本介于0．03-0．65tC·hm^-2．a^-1,人工管理的碳成本介于1．42—1．48tC·hm^-2·a^-1,年经济收益介于1．17×10^3～8．71×10^3 CNY·hm^-2·a^-1,有机肥配施的经济效益是单施化肥的1．1～1．6倍。不同施肥处理固碳速率介于25．83—51．98kg·hm^-2·a^-1,不同施肥处理表土碳密度介于29．21～43．24t·hm^-2,增施有机肥能够提高土壤固碳速率和表土碳密度。与单施化肥相比,有机无机配施处理的生态系统生产力较高,也表现出较高的碳汇效应和经济收益,是促进土壤固碳减排的一项重要措施。     

区域农田生态系统碳足迹时空差异分析——以江苏省为案例

以江苏省为案例,应用江苏省1995—2009年化肥用量、农药消耗量、灌溉面积、农机燃料用量、农膜用量、耕地面积、农作物产量等数据,测算了区域农田生态系统碳吸收、碳排放及碳足迹的变化动态,以及在各地市的空间分布特征。结果表明：近15a来,江苏省农作物碳吸收总量和碳吸收强度呈＂V＂字形变化,变化范围分别为2933.6×104～3896.9×104t·a-1和6.04～7.71t·hm-2·a-1。农业投入碳排放呈逐渐上升趋势,由727.2×104t·a-1增长至882.7×104t·a-1,同时碳排放强度从1.43t·hm-2·a-1上升到1.88t·hm-2·a-1,增长了31.5%,化肥排放始终占据主导地位。农田生态系统碳足迹呈现波动增长,变化在13.68×105～17.56×105hm·2a-1之间,占同期耕地面积的比重达到27.0%～36.1%,碳生态盈余呈明显减少趋势,变化在36.99×105～32.22×105hm2·a-1之间。各地市之间碳足迹存在明显差异,空间分布格局为由北向南递减。     

基于低碳经济的山东省德州市农田生态系统碳汇估算

依据2001-2010年农作物产量、耕地面积及农业投入等数据,对山东省德州市农田生态系统的碳汇进行了估算,并分析了其变化情况.结果表明,德州市2001-2010年农田生态系统的碳吸收总量呈增加的趋势,且2004年以来增加的趋势较明显;小麦、玉米作为主要的粮食作物,碳吸收量明显高于其他农作物,棉花作为主要经济作物,吸收量不高;2001-2010年,由于德州市发展生态、高效、优质农作物,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,具有不同的碳排放;在这3种途径的碳排放过程中,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年德州市碳吸收量为6.35×107t,碳排放总量为4.53×106 t,碳吸收量远远大于碳排放量,说明德州市农田生态系统具有较强的碳汇功能.     

红壤丘陵双季稻稻田农田生态系统不同施肥下碳汇效应及收益评估

收集江西一个红壤水稻田长期肥料试验中产量、施肥量、土壤有机碳等资料,结合对农田生产中各项生产资料和管理活动的投入进行调查,对不同施肥处理下系统的生产力、碳投入排放与碳收集效应进行分析,并估算系统的碳汇。评价了不同处理下生产力的碳成本与碳汇效益。结果表明,种植双季稻下化肥配施和化肥有机肥配施下的稻田总碳汇分别为-2．2和-3．2t C·hm^-2·a^-1,但在两季生产中并无显著差异;相应地,有机无机肥配施比纯化肥配方施肥产量提高了30％左右,而碳汇量提高了50％左右。证明有机无机配合施肥是一种可以增产增汇的关键农业生产管理途径。     

河南省土地利用碳源/汇及其变化分析

土地利用变化及其碳源/汇状况是影响区域碳循环的重要因素.该文构建了土地利用碳源/汇研究的理论框架和计算模型;采用1999-2008年河南省的能源消费、土地利用等数据.对河南省不同土地利用方式的碳源/汇状况及其强度进行了分析.结果表明:(1)河南省土地利用碳排放呈明显增加趋势,其中建设用地和农用地是主要的碳排放源;2003年以来河南省城市建设用地加速扩张,造成建设用地碳排放量的大幅增加;(2)河南省土地利用碳吸收呈缓慢增长趋势,其中农作物是最主要的碳汇;(3)建设用地碳排放强度最大,为56.46 t/(h㎡·a),而耕地的碳汇能力最强,为9.17t/(h㎡·a).(4)1999年以来,地均碳排放强度呈加速增长趋势,而同时期单位GDP碳排放强度则呈下降趋势.     

河北省农田生态系统碳源/汇时空变化及其影响因素

基于1989-2008年河北省主要农作物产量、耕地面积、有效灌溉面积、化肥施用量及农业机械动力等方面的统计数据,估算了河北省近20a来农田生态系统碳源/汇,并探讨了碳源/汇时空变化及其影响因素。结果表明,近20a来河北省农田生态系统碳吸收总量总体呈现波动增加态势,碳排放总量也呈逐年上升的趋势,且碳吸收增长的速度大于碳排放的速度,总的来说,河北省农田生态系统是碳汇;从空间上来看,河北省碳汇强度由南向北逐渐降低;在各种作物中,小麦和玉米的碳吸收所占比重最大;对影响农田生态系统碳源/汇因素分析表明,农业灌溉对作物碳吸收影响最显著,其次是化肥施用,在农田生态系统3种主要碳排放途径中以化肥施用带来的碳排放所占的比重最大。     

中国退耕还林工程固碳现状及固碳潜力估算

为了科学评估中国退耕还林工程的固碳能力,收集整理了退耕还林一期工程（1999—2010年）详细的造林资料,结合中国主要树种的蓄积量（生物量）生长曲线和退耕还林前后土壤有机碳变化特征及各树种碳储量计算的相关参数,估算退耕还林工程1999—2050年的固碳量及其变化。结果表明：截至2010年,退耕还林工程造林总固碳量（土壤和植被）为355.87 Tg;工程实施期间,造林后期固碳量显著大于造林前期,平均每年固碳量为29.66 Tg;工程林固碳增汇潜力不断增加,预计到2050年中国退耕还林工程的固碳增汇潜力为1 234.04 Tg。因此,中国的退耕还林工程产生了巨大的碳汇效益。     

Carbon turnover and sequestration potential of fodder radish cover crop

We studied fodder radish carbon turnover as affected by soil tillage in Foulum, Denmark. Actively growing fodder radish monoliths from direct‐drilled (DD) and conventionally tilled (CT) plots were extracted and labelled regularly with ¹⁴C isotope across their entire growth period. At the end of the fodder radish growth cycle, labelled biomass was harvested and incorporated into the same monolith. These monoliths were destructively sampled at biomass incorporation, 4, 8 and 18 months after incorporation. For each sampling period, soil and root samples were taken at 0‐ to 10‐, 10‐ to 25‐, and 25‐ to 45‐cm‐depth increments for determination of ¹⁴C distribution and retention. Carbon‐14 declined significantly with increasing soil depth at each sampling for the two tillage practices (P < 0.05). We further observed significantly higher ¹⁴C at 0–10 cm for DD than for CT at 4 and 8 months after biomass incorporation. For the 10–25 cm depth, ¹⁴C was significantly higher for CT than for DD, 4 and 8 months after incorporation. However, despite these depth‐specific differences, cumulative (0–45 cm soil depth) ¹⁴C retention was similar for DD and CT treatments for all the sampling periods. On the basis of a CN‐SIM model forecast, we estimated that over a 30‐yr period of continuous autumn fodder radish establishment, at least 4.9 t C/ha fodder radish C with a residence time of more than 20 yr could be stored in the soil.     

生态修复的固碳机制、实现途径及碳中和对策

[目的] 明确生态修复固碳核算指标,为进一步制定固碳的政策措施和开展相关研究,如期实现碳中和目标提供科学依据。[方法] 综述了生态修复固碳的内涵与作用,介绍了生态修复固碳的机制及途径,并分析了不同生态修复固碳措施的效果,提出了生态修复固碳实现途径和对策。[结果] 生态修复主要的3种途径包括林草、土壤、湿地,其固碳效果显著,固碳潜力巨大,具有长期性和持续性。[结论] 为了实现更大程度的固碳,需要在生态修复领域寻求新的突破,推动生态系统提质增效,全面加强资源保护,持续挖掘生态固碳增长的潜力,进一步推进生态修复治理工程和建设。     

河南省森林碳汇价值时空特征及其影响因素

[目的] 分析河南省森林碳汇价值时空特征及影响因素,为促进河南省“碳达峰、碳中和”目标实现提供参考。[方法] 采用蓄积量扩展法和造林成本法评估2010-2020年河南省森林碳汇价值,分析其时间变化特征,运用莫兰指数探究其空间聚集特征,并构建扩展STIRPAT模型分析影响森林碳汇价值的因素。[结果] ①河南省森林碳汇价值在时间上呈现持续上升趋势,由2010年的4.18×10¹⁰元增加至2020年的6.71×10¹⁰元,在空间分布上呈现为“豫西、豫南高,豫东、豫北低”的态势,且存在显著的正向空间聚集效应,碳汇价值显著高值聚集区域分布在豫西和豫南地区,显著低值聚集区域仅有两处且分布散落。②除碳汇强度对河南省森林碳汇价值有负向作用外,森林面积比例、城镇化率、林业产业比例、人均GDP均产生正向影响作用,其中森林面积比例是推动研究区域森林碳汇价值增长的主要因素。[结论] 河南省森林碳汇价值潜力巨大,未来应分区域推进森林碳汇价值实现。     

Long-term effects of recommended management practices on soil carbon changes and sequestration in north-eastern Italy

Management practices can have significant implications for both soil quality and carbon (C) sequestration potential in agricultural soils. Data from two long‐term trials (one at field scale and the other at lysimeter scale), underway in north‐eastern Italy, were used to evaluate the dynamics of soil organic carbon (SOC) and estimate the impact of recommended management practices (RMPs) on soil carbon sequestration. Potential SOC sequestration was calculated as the differences between the change in SOC of treatments differing only for the specified RMP for a period of at least 25 years. The trials compared the following situations: (a) improved crop rotations versus monoculture; (b) grass versus improved crop rotations; (c) residue incorporation versus residue removal; (d) high versus low rates of inorganic fertilizers; (e) integrated nutrient management/organic manures versus inorganic fertilizers. At the lysimeter scale, some of these treatments were evaluated in different soils. A general decrease in SOC (1.1 t C ha^?1 year^?1) was observed after the introduction of intensive soil tillage, evidencing both the worsening of soil quality and the contribution towards global CO₂ emissions. Initial SOC content was maintained only in permanent grassland, complex rotations and/or with the use of large quantities of livestock manure. SOC sequestration reached a maximum rate of 0.4 t C ha^?1 year^?1 comparing permanent grassland with an improved crop rotation. Crop residue incorporation and rates of inorganic fertilizer had less effect on SOC sequestration (0.10 and 0.038 t C ha^?1 year^?1, respectively). The lysimeter experiment highlighted also the interaction between RMPs and soil type. Peaty soil tended to be a source of C independent of the amount and quality of C input, whereas a proper choice of tillage practices and organic manures enhanced SOC sequestration in a sandy soil. The most promising RMPs in the Veneto region are, therefore, conversion to grassland and use of organic manures. Although some of these RMPs are already supported by the Veneto Region Rural Development Plan, their more intensive and widespread implementation requires additional incentives to become economically feasible.     

Soil carbon stocks and projected changes according to land use and management: a case study for Kenya

Abstract. Soil organic (SOC) and inorganic carbon (SIC) stocks of Kenya were determined using four different methods to provide baseline data. The assessments used an updated version of the 1:1 M soil and terrain database for the country. Estimates for national SOC stocks to 1 m depth ranged from 3452 to 3797 Tg C. The findings highlight the need for comprehensive databases of soil and terrain data of good quality that consider more than one representative profile per soil component. The 95% confidence limits for the median, area-weighted SOC content were largest in the humid highlands (15.4–15.7 kg C m⁻²) and smallest in the hot arid zone (4.4–4.5 kg C m⁻²). Conversely, for SIC these values were largest in the arid zone (4.3–4.5 kg C m⁻²) and smallest in high rainfall areas (<0.1 kg C m⁻²). Many croplands in Kenya have been over-exploited, resulting in nutrient depletion and loss of organic matter. The SOC gains considered ecologically and technically feasible upon improved management of croplands were estimated at 5.8–9.7 Tg C over the next 25 years. This corresponds to an estimated annual mitigation potential of 5–9% of Kenya's CO₂-C emissions from fossil fuels, cement manufacturing and land use change for 1990.     

有机农业发展的低碳机理分析

温室气体排放引起的全球气候变暖是人类关注的环境热点问题之一。本文从农业生态系统影响全球变暖的主要温室气体(CO₂、N₂O 和CH₄)的产生和排放出发, 探讨有机农业在生产减排和土壤固碳方面的机理。研究发现相对于常规农作而言, 有机农业在减排和固碳方面具有很大优势和潜力; 然而, 从长期来看, 通过土壤固碳减少大气温室气体的排放不是无限制的, 到一定程度后会达到一个平衡。因此, 更多的有效固碳途径和管理措施有待于进一步研究。同时, 从低碳理念出发, 强调中国加强有机农业环境效益研究的必要性。     

Organic carbon fractions and micronutrient status of soils under some plantation crops in southwestern Nigeria

The organic carbon (OC) fractions and micronutrient status of soil under cashew (Anacardium occidentale), plantain (Musa spp), oil-palm (Elaeis guineensis) and gmelina (Gmelina arborea) plantations were studied to determine their effectiveness for managing converted forest in the derived savanna ecology of southwestern Nigeria. The control secondary forest soil had statistically similar OC (2.11%) at 0–15 cm with gmelina but significantly higher than those of the remaining plantation crops. At deeper depths, however, the OC content of the control forest was lower than those of other plantation crops. Apart from gmelina, other plantation crops had carbon enrichment ratio (CER) <1 at 0–15 cm. Only gmelina sequestered as much non-hydrolysable carbon (NHC) as the control at 0–15 cm depth. Also it was observed that plantain plantation sequestered higher NHC than the control at 15–30 cm depth. At >30 cm depth, however, none of the plantation crops sequestered as much NHC as the control. Using the average NHC at all the soil depth as a quality index, gmelina has a better potential to sequester NHC than the other plantation crops used in this study.     

农田土壤固碳作用对温室气体减排的影响

温室气体排放引起的全球气候变暖和平流层臭氧空洞已成为当前人们关注的环境问题之一。土壤碳库作为地表生态系统中最活跃的碳库之一,是甲烷、二氧化碳、一氧化二氮等温室气体的重要释放源,也是重要的吸收汇。因此,寻找农田土壤系统碳管理的有效方法已经成为缓解温室效应的重要科学问题。西方发达国家已将固碳农业作为环境管理的重要导向,应用颗粒分组13CNMR或CPMAS-NMR技术对土壤碳固定的机制研究指出微团聚体与矿物-粘粒复合体的相互作用是土壤有机碳稳定存在的主要方式,揭示了土壤有机碳的腐殖质转化及其与土壤矿物、金属氧化物结合的微观水平,且从土壤物理结构、化学组成和生物学特性等多学科交叉研究土壤有机碳的固定机理及其稳定机制。长期传统的土地利用方式和管理措施所导致的土壤有机碳含量、密度及垂直分布的变化是造成土壤碳库损失的主要原因,为了增加农业生态系统土壤有机碳的含量,土地利用方式和农业管理措施应该从增加有机碳输入量和减少有机碳矿化两方面着手,加强对农业土壤固碳潜力和土壤碳库稳定性影响因素的多角度研究。     

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±1163.3）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,其中肥料投入的碳排放最大,占总碳成本的57．96％～82．37％,而农膜投入占11．97％～29．25％;不同设施蔬菜单位面积碳排放、单位产量碳排放及单位产值碳排放存在差异显著。综上,减少生产过程碳排放尤其是物质投入碳排放、提高施肥效益增加蔬菜产量、因地制宜选择蔬菜种植品种是促进蔬菜生产温室气体减排的重要途径。