中国典型农业生态系统的固碳减排现状、影响因素及减排措施

农业生态系统既是温室气体的重要贡献者之一,也是固碳端,在固碳减排上发挥着重要作用。在“碳达峰”和“碳中和”的背景下,农业生态系统的固碳减排潜力巨大。本文主要综述了中国典型农业生态类型中主要温室气体的来源、固定途径及其影响因素,讨论了农业生态系统固碳减排的现有研究成果、减排潜力以及存在问题,总结了推动整个农业生态系统固碳相关领域的研究,展望了新的研究方向和探索途径。为中国进一步固碳减排、农业可持续发展,尽快实现“双碳”目标提供重要理论参考。     

秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响

为了更好地了解和掌握秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放的影响,笔者根据历年国内相关文献,就秸秆还田对中国农田土壤CO2、N2O和CH4等主要温室气体排放的影响进行较全面的综述。研究表明：秸秆还田能增加农田土壤CO2和CH4的排放通量,对N2O排放通量的影响表现为不确定性,分析了秸秆还田对农田土壤温室气体排放的影响因素,探讨了该领域存在的问题及未来的研究方向。秸秆还田对中国农田土壤温室气体排放有一定影响,对各温室气体影响程度和影响机理不同。     

侵蚀及土地利用管理方式改变对土壤有机碳的影响

土壤侵蚀是重要的环境公害,侵蚀造成土壤有机碳的大量迁移、转化和流失,产生严重的环境问题,相关机理研究尚不清楚。本文阐述了水蚀和风蚀两种主要方式对土壤有机碳库的影响,侵蚀和二氧化碳温室气体排放的关系。介绍了林地转为农田、草地以及草地转为农田等土地利用方式的改变对土壤有机碳库的影响,免耕提高土壤固碳能力。提出了控制侵蚀,减少土壤碳流失的措施。     

生物炭之低碳农业初探

农业生产过程与全球气候变化息息相关,如何减少农业温室气体排放,并探寻土壤固炭方法已经成为当前农业与环境研究中的热点。全文旨在摸索一条由生物质碳化技术为基础的低碳农业发展的可能途径。从低碳这一热点问题出发,本文对低碳农业的定义、特征、途径进行了基本阐述,同时论述了生物炭的基本特征,及生物炭在应用上的农学和环境学价值,并重点讨论了如何利用生物炭发展以低能耗、低排放、低污染为特征的低碳农业的可能模式,最后指出了当前生物炭在低碳农业研究和利用方面所面临的问题和挑战。     

免耕的固碳效应研究进展

免耕是一种保护性耕作,可显著地增强土壤的固碳能力。土壤有机碳的获得或者损失取决于生物或有机质剩余的碳增加量与作物收割、微生物化或者分解过程中的碳丢失量这二者的比率。农田耕地的废除恰好可以使作物残茬分解速率降低、土壤有机碳增加。而与土壤耕地有关的几个因素加速了残茬的分解。秸秆还田的手段通过微生物分解的方式提高了对损失碳的利用。免耕提高了农业可持续性能力和抵消人为因素的温室气体排放。总CO2释放量的50%发生在夏季。研究中CO2平均年释放数据表明NT释放量低于常规耕种系统,表层碳积累量明显高于常规耕种系统。除了提高土壤的固碳能力以外,免耕对土壤质量参数产生好的影响,改善了土壤结构,提高了土壤渗透率,减少了流失和侵蚀,这些提高很大程度上是土壤表层有机质积累的结果。文中指出,中国应加土壤固碳能力的研究,并适度的推广免耕政策。     

浅析农田温室气体排放的影响因素

本文论述了三种主要温室气体排放的研究进展以及农田温室气体排放的影响因素。结果表明农田温室气体排放受肥料、耕作方式、土壤水分、温度、质地、有机质、地膜覆盖、机械化操作等多种因素影响。针对农田温室气体减排应主要从减少排放、加强移除、替代(避免)排放等3方面着手,因地制宜,发展新型肥料、合理灌溉、科学地耕作和管理土壤,实现增产增汇减排的可持续发展农业。     

黑龙江省北部地区土地存在的主要问题及对策

随着现代化农业的发展和土地使用年限的延长,农用土地有逐年退化的趋势,已成为未来农业持续发展的障碍。土壤质量变化与生态环境影响和经营管理水平密切相关,如何改良利用耕地土壤将直接关系到农业发展方向。本文以黑龙江省北部地区为例,分析了黑龙江省北部地区目前土地存在的主要问题,阐述了提高土壤肥力,保护耕地质量的有效措施和对受损土壤改良利用的途径,以保证本地区耕地土壤资源为子孙后代永续利用。     

农田温室气体N2O排放研究进展

N2O是重要的温室气体之一,1mol N2O的温室效应是CO2的150～200倍.在提倡发展“农业现代化即机械化+化学化”的模式下,农业已然成为温室气体排放的第二大排放源.综述了农田N2O的产生机制以及影响农田土壤N2O排放的相关因素,同时从对土壤养分控制的角度入手提出了相应的减排措施.     

保护性耕作对农田温室效应的影响研究进展

以耕作和秸秆利用对温室气体排放的影响为重点,简述了当前温室气体排放的研究方法及保护性耕作所产生的温室效应,提出了农田温室气体排放研究方法的主导方向,明确了保护性耕作的温室效应不是免耕与秸秆还田所产生的相对温室效应的简单累加,发展新型保护性耕作技术以及对其温室效应的研究是未来保护性耕作研究的重点     

覆膜滴灌对温室气体产生及排放的影响研究进展

CO₂、CH₄与N₂O作为全球气候变化贡献较大的温室气体日益受到重视,而覆膜滴灌作为一种节水的田间农艺措施也受到广泛关注。笔者就土壤温湿度对土壤温室气体产生及排放的影响、覆膜滴灌造成土壤温湿度的改变及其对土壤温室气体排放的作用进行了综述。目前的研究成果表明：（1）土壤温度、湿度都通过影响土壤微生物菌群数量和活性、调节气体传输速率,对土壤温室气体产生和排放起作用;（2）土壤CO₂排放速率与浅层地温正相关,CH₄与N₂O的产生都有一定的最适温度,而CH₄的氧化与温度的关系呈多样性;（3）土壤湿度对CH₄产生、氧化与N₂O产生的作用都大于土壤温度,CH₄氧化速率与土壤湿度呈负相关,而CO₂与N₂O的排放都有一个最佳的湿润范围;（4）覆膜良好的增温保湿效应、对气体传输的自然阻隔作用以及滴灌的局部湿润作用又会影响温室气体的产生和排放。最后总结提出了有待进一步展开和完善的几方面研究工作：如何确定和控制土壤湿润范围以减少温室气体排放,如何定量确定覆膜滴灌的综合效应,如何通过调控土壤CO₂的排放以调控作物的生长过程。     

黑河绿洲区耕作土壤有机碳及其活性和非活性组分固碳潜力研究

土壤有机碳固碳潜力研究是陆地生态系统碳循环中的前沿领域,可为区域农业碳管理和温室气体减排提供依据。文中选择黑河绿洲区水田为研究对象,采用实地土壤样品采集、室内指标分析和模型模拟方法,研究了表层0-20cm土壤不同粒径与土壤TOC、AOC、NOC之间的关系,在此基础上建立了土壤TOC、AOC和NOC物理化学固碳潜力模型并估算固碳潜力。结果显示：绿洲农田土壤存在较大的固碳空间,TOC、AOC、NOC固碳潜力平均值分别为0.75%、0.14%、0.56%。并以中游绿洲水田为例,计算了土壤TOC、AOC、NOC碳密度、碳储量及其潜力,水田中TOC、AOC、NOC碳密度的潜力为0.18 g/cm2、0.03 g/cm2、0.15 g/cm2,水田中TOC、AOC、NOC碳储量的潜力为7.12 Tg、1.13 Tg、5.79 Tg。分析发现水田中NOC的碳密度和碳储量提升的空间明显高于AOC,说明NOC的提高是TOC固碳的关键。     

不同施氮量对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响

为探究华北地区夏玉米低碳生产的氮肥管理措施,以典型夏玉米田为对象,设置了不施氮(N0)、施氮100 kg/hm²(N1)、施氮150 kg/hm² (N2)、施氮200 kg/hm² (N3)4个处理,通过土壤温室气体排放、农事投入间接碳排放和作物固碳综合评估了不同施氮水平对夏玉米农田生态系统净碳效应的影响。结果表明,农田土壤CO₂、N₂O排放随施氮量升高而升高,CH₄吸收量随施氮量的升高而下降,N1、N2和N3处理土壤温室气体总排放的碳当量分别较N0提高14.91%、24.19%、29.67%;氮肥投入贡献了较高的间接排放,达到135.27~270.55 kg/hm²;施氮促进了作物固碳,N0、N1、N2、N3净初级生产力固碳量分别为1965.56、3125.68、4345.55、4663.64 kg/hm²。综合系统碳流来看,各处理均表现为碳汇,净碳效应分别为258.33、1034.99、2032.82、2192.16 kg/hm²,碳可持续指数分别为0.15、0.50、0.88、0.89。200 kg/hm²施氮量下能够以相对较低的碳耗换取较高的固碳率,表现出较高的净碳效应,可推荐为氮素适宜投入量。     

农田土壤有机碳库研究述评

农田土壤作为陆地生态系统的重要组成部分,是受人为活动干扰严重但又可在较短时间内调节的碳库,在全球碳循环中占据着非常重要的地位。深入探讨分析农田土壤有机碳库及其影响因素对全球生态系统碳平衡以及农田土壤利用的可持续性都具有十分重要的意义。笔者以农田土壤有机碳库基本问题为核心,对国内外有关农田土壤有机碳库的分类与组成、有机碳固定潜力以及有机碳固定影响因素的研究进展进行了总结。最后指出今后的重点研究方向包括全球不同地区农田土壤有机碳的固定周转机制、有机碳固定潜力,农田土壤有机碳库受各种因素的影响程度,农田土壤碳循环过程与地球表层过程的耦合机制以及如何设计合理有效的农田管理措施以达到最大的固碳潜力等几个方面。     

有机农业在土壤固碳和生物多样性中的作用研究进展

土壤固碳在制约全球气候变暖上具有重要作用,也越来越受到人们的关注。此文综述了国内外有机农业在土壤固碳和生物多样性作用方面的研究进展。与常规农田比,有机农业管理措施（施用有机肥、免耕等保护性耕作方式、秸秆还田以及轮作等）具有促进土壤团聚、提高微生物活性和增加土壤有机质等功效,能够增加土壤中的碳贮量,增加农田生物多样性,对极端气候具有更强的适应性。中国有机农业在土壤固碳上具有更大的潜力,应该加强开展有机农业固碳效果的监测和定量评价,为碳减排补贴和全球碳汇贸易提供理论基础。     

烟田生态系统碳收支研究

农业生态系统碳平衡对评估陆地生态系统的源和汇具有重要意义,针对烤烟生长及管理的特殊性,研究烟田生态系统碳收支,为提升烟田管理及农业碳汇估算提供依据。本研究以定位试验为平台,以单施化肥处理为研究对象,于2015—2017年观测了烤烟生长季的碳收支。研究结果表明,烤烟生物量平均为(5832.10±537.32) kg hm?2;烟株碳含量平均为(42.14±0.05)%,累积固碳量为(2459.25±233.78) kg hm?2。烤烟根系碳占烟株碳比例较高,平均为24.94%。烤烟生长季湿沉降碳达到了115.32 kg hm?2,干沉降碳量为6.54 kg hm?2,两者占根系碳的20.01%。烟生长季碳输出总量为2464.98kghm?2,其中CO2排放碳占碳支出的98.99%,径流损失碳占支出的0.76%,淋溶损失碳占支出的0.25%。烟田生态系统对大气而言是弱碳汇,碳汇量116.13kghm?2。虽然烤烟固碳总量相对较低,但其根系对土壤碳贡献却相对较高。     

中国农田减缓气候变化的潜力与技术途径

以全球变暖为主要特征的气候变化是当前人类面临的主要环境问题之一,并且对农业生产和粮食安全产生了重大影响。增强作物对气候变化的响应与适应能力,提升农田系统固碳减排潜力,是中国农业生产上亟待解决的重要问题。笔者简要分析了国内农业固碳现状,总结了农业生产上应对气候变化的相关技术体系。通过分析国内农业生产适应和减缓气候变化的潜力和技术途径,对未来增加农业固碳潜力的研究做出了展望,为气候变化背景下实现中国农业的可持续发展提供了新的参考和借鉴。     

长期施肥下红壤性水稻土固碳效应特征

明确长期施肥红壤稻田碳投入与碳储量、碳含量与产量间的关系,以及不同施肥措施的固碳效率差异。以红壤稻田长期定位施肥试验为试材,用连续监测的方法,测得长期不同施肥水稻产量、土壤有机碳含量和储量,水稻产量数据。所有处理土壤有机碳含量均呈上升趋势,37年后NPKM处理分别比CK、NPK、NPK2高30.5%、23.4%、24.7%;有机碳储量均随碳投入的增加而显著升高;NPK、NPK2和NPKM处理的固碳效率分别为32.7%、25.9%、35.0%;水稻产量与土壤有机碳含量显著直线正相关。双季稻种植模式下,施肥与不施肥处理土壤碳含量和储量均呈上升趋势;化肥与有机肥配施显著提高固碳效率;有机碳含量与水稻产量间显著正相关。     

基于能值改进模型的红米与烤烟作物系统可持续性评价——以贵州省盘州市为例

为准确测度农作物生产的可持续发展水平,进一步提高可持续发展能力。将碳排放与碳固定视为农田系统环境产出,纳入能值分析框架,建立能值改进指标,评价区域红米和烤烟2种不同作物生产模式的可持续性并进行灵敏性测试。研究发现,红米和烤烟系统的能值投入分别是1.26E+17sej/hm²和1.24E+17sej/hm²,产品能值产出分别是2.61E+16sej/hm²和6.55E+15sej/hm²,红米生产模式的产品产出效率较好。在环境能值产出方面,红米系统表现为净温室气体排放“源”,碳排放（5.97E+16sej/hm²）远大于碳固定（1.30E+15sej/hm²）,减排潜力较大;而烤烟系统则表现为碳固定盈余,碳排放（1.95E+14sej/hm²）小于碳固定（3.42E+14sej/hm²）。温室气体排放量变化对作物系统环境负载率和可持续发展水平的影响最大。结论表明,在传统能值分析体系中增设碳排放与碳固定指标可为农业系统可持续性评价提供更加全面的测算思路和方法借鉴。     

Biochar as a strategy to sequester carbon and increase yield in durum wheat

Carbon sequestration in agricultural soils is a climate change mitigation option since most of cultivated soils are depleted of soil organic carbon and far from saturation. The management practices, most frequently suggested to increase soil organic carbon content have variable effects depending on pedo-climatic conditions and have to be applied for a long time periods to maintain their sink capacity. Biochar (BC), a carbon rich product obtained through carbonization of biomass, can be used for carbon sequestration by applying large amounts of carbon very resistant to decomposition. The BC remains into soil for a long time and there is evidence that the BC stores atmospheric carbon from centennial, to millennial timescales. However most of the agronomic studies on BC application have been made in tropical and sub-tropical climates, while there is a substantial lack of studies at mid-latitudes and in temperate climates. This paper presents the results on an investigation of large volume application of BC (30 and 60 t ha^?1) on durum wheat in the Mediterranean climate condition, showing the viability of BC application for carbon sequestration on this crop. BC application also has positive effects up to 30% on biomass production and yield, with no differences in grain nitrogen content. Moreover no significant differences between the two BC treatments were detected, suggesting that even very high BC application rates promote plant growth and are, certainly, not detrimental. The effect of the biochar on durum wheat was sustained for two consecutive seasons when BC application was not repeated in the second year.