农田生态系统碳源/碳汇综述

当前全球温室效应不断增强,为探索解决这一问题的有效措施,全球气候变化逐渐成为重要的研究领域。陆地土壤是地球表面最大的碳库,具有极强的碳储存能力,农田生态系统是陆地三大系统之一,不同的农田管理措施、研究区域、农田种植结构等都会对农田系统碳储量产生重要的影响,农田碳的研究对全球气候变化具有重要意义。文章通过总结众多学者的研究,指出目前研究中存在的问题和不足,同时综述了农田生态系统碳源/汇定量研究的主要方法及影响因素,虽然气候、土壤等自然因素的差异会对不同区域的碳收支平衡产生影响,但灌溉量、农业机械化程度等人为管理措施才是导致农田生态系统碳源/汇变化的主导因素。为实现社会的可持续发展,需合理调整农田管理措施,走绿色农业发展之路。     

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。     

武安市农田生态系统碳源与碳汇研究

对武安市农田生态系统碳吸收量和排放量进行估算,并对其主要影响因素进行分析,以寻求减少农田生态系统碳排放的有效途径,进而促进农业的可持续发展。结果表明,武安市农田生态系统碳排放量整体呈相对稳定状态,其中化肥生产使用是主要的碳排放源;农田生态系统碳吸收量总体呈先降低后升高趋势,年际间波动明显,主要原因是农业投入的变化与种植结构的调整。相关性分析表明,碳吸收量与农作物产量、主要农作物类型、有效灌溉面积、农业机械的使用均存在正相关关系;碳排放量与化肥的生产使用、农业机械使用、有效灌溉面积以及农作物播种面积均呈正相关关系。基于以上分析,提出了调整农作物种植结构,改善化肥条件,调整耕作模式和灌溉制度以及秸秆等废弃物处置方式的建议,以达到促进温室气体减排和低碳农业发展的目的。     

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...     

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。     

广东省农田生态系统碳源汇时空差异

以1992要2011 年广东省21 个地区农作物产量、农作物播种面积、种植面积、农业投入等相关数据为依 据,对全省农田生态系统碳源汇进行了估算分析,并研究了农田生态系统碳源汇的影响因素。结果表明院20 年来广东 省农田生态系统碳吸收总量总体呈现逐步下降趋势,其中粮食作物和经济作物的碳吸收量波动下降,果蔬作物碳吸 收量显著增加;农田生态系统碳排放量呈现逐渐增加的趋势,其中化肥、农药等农用化学品投入带来的碳排放所占 比例最大。广东省农田生态系统碳排放量远远小于碳吸收量,农田作物具有较强的碳吸收功能,表现为明显的碳汇。 从分布格局来讲,不同区域之间的碳排放量和碳吸收量差异很大。     

土地利用变化对生态系统碳汇-碳源的影响研究——以河北武安市为例

土地利用变化引起的生态系统类型转变对于区域碳循环有着极其重要的作用。运用1997～2008年土地利用变更数据,煤、石油、天然气燃烧的碳排放量,对河北省武安市碳汇-碳源进行了估算,结果表明1997～2008年武安市碳汇处于不稳定状态,碳源呈明显增加趋势。武安市碳增汇由1997年的绿灯区转变为2008年的红灯区。各乡（镇）碳汇-碳源变化的区域差异显著,其中12个乡（镇）处于红灯区,10个乡（镇）处于绿灯区。笔者根据结果提出增加碳汇,减少碳排放的建议,旨在为区域的减排目标和可持续发展提供借鉴。     

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.     

河南省小麦—玉米典型农田生态系统碳源/汇变化分析

依据2004-2014年河南省小麦、玉米的产量、播种面积及农业投入等数据,对河南省小麦-玉米典型农田生态系统碳源、碳汇进行估算,结果表明:(1)2004-2014年小麦、玉米碳排放量呈持续增加趋势,2014年小麦、玉米碳排放量分别为441.5万t和177.8万t,增加了11.35%和35.72%;(2)2004-2014年小麦、玉米碳吸收量呈持续增加趋势,2014年碳吸收量分别为4 038.9万t和2 039.1万t,增加了34.19%和64.96%;(3)2014年小麦、玉米总碳汇达到了3 597.5万t和1 861.3万t,比2004年分别增加了37.65%和68.44%;(4)小麦、玉米碳的生产效率和生态效率均逐年增加,表明投入单位质量的碳获得的经济产量逐年提高,而且碳汇能力逐渐增强。     

福建省农田生态系统碳源/汇时空变化及其影响因素分析

准确估算农田生态系统的碳排放和碳吸收对制定合理的农业减排措施具有重要意义.基于1991-2010年福建省农作物产量、耕地面积、农业投入等农业活动水平数据,对福建省农田生态系统的碳源汇进行估算,并分析碳源汇的时空变化特征及其影响因素.结果表明,1991-2010年福建省农田生态系统碳吸收总量总体呈下降趋势,从1991年的1161.14×104t减少到2010年的672.13×10^4t,减幅为42.11%,年平均递减5.89%;碳排放总量呈增加的趋势,从1991年的114.05×10^4t增加到2010年的195.10×10^4t,增幅达71.07%,年均递增2.87%;碳汇量总体呈降低趋势,从1991年的1047.09×10^4t降低到2010 年的477.03×10^4t,减幅为54.44%,年均递减8.36%;福建省农田生态系统单位耕地面积碳吸收呈下降的趋势,而单位耕地面积碳排放基本保持不变.2010年南平市的碳吸收量和碳汇量最大,漳州市的碳排放量最大,而厦门市的碳吸收量、碳排放量和碳汇量均最小.碳源汇影响因素相关性分析表明,碳吸收与水稻、小麦、甘蔗产量呈极显著正相关;碳排放与钾肥、复合肥、农药、农机动力、柴油使用均有极显著的正相关性.研究结果能够为福建省低碳农业发展提供科学参考.     

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。     

山西农田生态系统碳源/汇时空差异分析

【目的】分析山西省农业碳循环过程,为该省的农作物布局,以及利用农业结构调整固碳减排提供科学依据。【方法】运用山西省11个地区2000-2006年作物产量、种植面积、农业投入等统计数据,对山西省各地区农田生态系统部分碳源/汇进行了分析。【结果】(1)山西省农田生态系统碳吸收总量从2000年以来呈现波动增加趋势,碳吸收总量从2000年的2 010万t增加到2003年的2 330万t,上升近11%,但从20世纪初期以后开始呈现下降趋势,从2003年的2 330万t下降到2006年的2 230万t;2006年运城和临汾主要以小麦碳吸收为主,其余各市都以玉米碳吸收为主,其中玉米的碳吸收量和单位面积碳吸收量呈增长趋势,稻谷、高粱的碳吸收量和单位面积碳吸收量呈明显下降趋势。(2)山西省农田生态系统碳排放总量从2000年以来呈逐渐增加趋势,增长了8.8%;估算的3种主要碳排放途径中,肥料生产导致的间接碳排放所占比例较大,增速较快,增长近13%,农业机械生产和灌溉过程碳排放变化不大;2006年山西晋城和运城的碳排放量最高,都达到了碳排放总量的22%,单位面积碳排放量也呈逐年增加趋势。(3)山西省农田主要碳吸收量大于主要途径碳排放量。【结论】山西省农田作物具有较大的碳吸收功能,其中小麦和玉米的农田碳吸收功能较强,但其碳排放的增速也很明显,说明山西省农业投入的增加和机械化程度的提高,削弱了农田生态系统的碳汇功能。     

运用“碳足迹”的方法评估小麦秸秆及其生物质炭添加对农田生态系统净碳汇的影响

为分析添加秸秆、生物质炭后小麦生产过程中碳足迹的动态、分布以及构成,研究了不同处理在小麦生长期的CO2、N_2O、CH4排放情况,以及不同处理的单位面积碳足迹构成与碳足迹总量,试验设置5个处理:对照(CK)、常规施肥(N)、施肥并添加4 t·hm-2秸秆(NS)、施肥并添加4 t·hm-2生物质炭(NBClow)、施肥并添加8 t·hm-2生物质炭(NBChigh)。结果表明,小麦生产中碳足迹的构成主要为农田生态系统净初级生产力(NPP)和氮肥生产过程中的能源消耗,与常规施肥相比:添加4 t·hm-2秸秆、4 t·hm-2生物质炭与8 t·hm-2生物质炭处理,小麦产量分别增加了30.9%、66.3%和36.6%;添加4 t·hm-2秸秆使土壤CO2的季节排放总量增加了68.7%,生态系统N_2O的季节排放总量降低了33.9%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭生态系统N_2O的季节排放总量降低了23.8%和58.6%,但是土壤CO2的季节排放总量没有显著性的差异;添加4 t·hm-2秸秆使小麦生产过程中的碳足迹升高了26.0%,添加4 t·hm-2和8 t·hm-2生物质炭碳足迹分别降低了198.0%和112.9%。生物质炭的添加降低了小麦生产过程中的碳足迹。     

长江上游农田生态系统净初级生产力动态变化分析

本研究利用近20a的MODIS遥感数据和气象站点观测的气象数据,基于CASA模型,估算了长江上游地区1995—2015年的农田生态系统净初级生产力(NPP),并详细阐述其20a间时空格局动态变化。结果表明:近20a来农田NPP平均值变化范围在425.19～425.71gC·m^-2,2010年出现最低值339.42gC·m^-2;近20a来农田NPP变化区域主要集中在四川盆地;长江上游农田生态系统随着海拔高度的增加NPP也在不断增加。     

中国西南地区农田生态系统碳源/汇时空差异研究

为了中国西南地区农业与环境协调发展,本研究根据2004-2013年相关农田生产投入以及主要农作物产量估算和分析了西南地区5个省市自治区农田生态系统碳排放和碳吸收。结果表明西南地区农田碳吸收总量、碳吸收强度明显高于碳排放总量、碳排放强度,但与2004年相比,2013年碳排放总量、碳排放强度的增幅分别是碳吸收总量、碳吸收强度增幅的2.4倍和7.7倍。西南地区农田碳排放总量和碳排放强度基本上逐年增加,而碳吸收总量和碳吸收强度总体呈增长趋势,波动较大。西南地区农田碳排放量最多的农田生产投入是化肥,碳吸收量最多的农作物是水稻。西南各省市自治区之间农田碳排放量、碳排放强度、碳吸收量、碳吸收强度都有明显的差异,2013年碳排放量和碳吸收量从高到低均是四川、云南、贵州、重庆和西藏,2013年碳排放强度和碳吸收强度从高到低均是西藏、云南、四川、重庆和贵州。     

四川兴文县农田生态系统碳源/汇现状特征研究

采用2003～2010年四川省兴文县农业投入和产出相关农业数据,对农田生态系统的碳源/汇现状特征进行了研究。结果表明:①2003～2010年兴文县农田生态系统碳吸收量呈持续增加趋势,2010年碳吸收量达183 487.22 t,比2003年提高了8.76%。②2003～2010年兴文县农田生态系统排放量总体呈增加的趋势,从2003年的10443.06 t增加到2010年的11955.70 t,化肥施用是导致碳损失的主要途径。③兴文县农田生态系统的碳吸收大于碳排放,具有较强的碳汇能力,但碳排放的增长大于碳吸收的增长,对农田碳汇培育形式压力。     

基于碳足迹的安徽省农田生态系统碳源/汇时空差异

[目的] 研究安徽省碳源/汇时空动态变化规律及其碳足迹空间聚集特征,为安徽省持续推进农业低碳化提供理论依据.?[方法] 基于安徽省2008—2016年的农业投入品和农作物生物总量等相关统计数据,采用碳排放系数法计算安徽省的碳源/汇及其碳足迹,并利用ArcGIS和Geoda软件,运用空间可视化和空间自相关分析安徽省16个...     

农田生态系统的热通量变化和农田小气候分析

观测分析结果表明,上午棉田比稻田波文比大,下午稻田比棉田波文比大。白天稻田和棉田的显热通量为正值,晚上为负值。上午稻田显热通量大于棉田,下午则棉田大于稻田。稻田潜热通量全天大于棉田。棉田和稻田气温上午随时间增加而迅速升高,下午则随时间增加而气温下降。白天稻田内活动层随着高度升高气温增高,为辐射型;50cm以上随着高度升高而气温降低,为日射型;棉田与稻田相反。稻田相对湿度不同层次以早晨最高,内活动层以16：00最低,外活动层以13：00最低。在一天中大多数时间,稻田中风速大于棉田。