旱地农田生态系统N_2O排放对气温升高的响应

[目的]研究农作物N2O排放量对气温升高的响应。[方法]以安徽省淮北地区农田生态系统为研究对象,利用生物地球化学过程模型DNDC,研究12种农作物N2O排放量对气温升高的响应。[结果]旱地农作物对气温升高的响应可以分为3类。第一类农作物N2O排放量对气温升高不敏感,包括土豆、棉花、玉米和油菜,气温从升高0℃到升高3℃的情况下,N2O排放量变化不大,其中,当气温从升高0℃到升高1.5℃,排放量略微增大,从升高1.5℃到升高3℃,N2O排放量稍微下降。第二类作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而下降,包括甘蔗、烟草、小麦、大豆和碗豆,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量下降8.1%。第三类农作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而升高,包括水稻、蔬菜和果树,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量升高22.8%。[结论]该研究结果表明在气温升高的情况下,旱地农田生态系统N2O排放量并没有大幅增加。     

旱地农田生态系统N2O排放对气温升高的响应（英文）

[目的]研究农作物N2O排放量对气温升高的响应。[方法]以安徽省淮北地区农田生态系统为研究对象,利用生物地球化学过程模型DNDC,研究12种农作物N2O排放量对气温升高的响应。[结果]旱地农作物对气温升高的响应可以分为3类。第一类农作物N2O排放量对气温升高不敏感,包括土豆、棉花、玉米和油菜,气温从升高0℃到升高3℃的情况下,N2O排放量变化不大,其中,当气温从升高0℃到升高1.5℃,排放量略微增大,从升高1.5℃到升高3℃,N2O排放量稍微下降。第二类作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而下降,包括甘蔗、烟草、小麦、大豆和碗豆,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量下降8.1%。第三类农作物N2O排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而升高,包括水稻、蔬菜和果树,当气温从升高0℃到升高3℃,N2O排放量升高22.8%。[结论]该研究结果表明在气温升高的情况下,旱地农田生态系统N2O排放量并没有大幅增加。     

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。     

气温升高对旱地农作物NO排放量的影响

为了研究气温升高对农作物NO排放量的影响,以安徽省淮北地区农田生态系统为研究对象,利用生物地球化学过程模型———DNDC模型,研究了12种农作物NO排放量对气温升高的响应。结果表明,旱地农作物对气温升高的响应可以分为3类。第一类,农作物NO排放量对气温升高不敏感,包括玉米、棉花、豌豆、油菜、烟草和果树,气温从原始气温升高3℃,NO平均排放量变化不大。其中,当气温从原始气温升高1.5℃,6种作物NO平均排放量略微增大,气温从1.5℃升高至3℃,排放量稍微下降。第二类,农作物NO排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而下降,包括小麦和大豆,当气温从原始气温升高3℃时,NO平均排放量下降11.6%。第三类,农作物NO排放量对气温升高敏感,排放量随温度升高而升高,包括水稻、土豆、甘蔗和蔬菜,当气温从原始气温升高3℃,NO平均排放量升高8.4%。在气温升高的情况下,旱地农田生态系统NO排放量总体变化不大,平均升高0.88%。     

江苏省农田生态系统固碳时空分布特征与趋势预测

为探讨江苏省农田生态系统固碳时空分布特征及未来固碳趋势,利用固碳速率法对江苏省2005—2020年农田固碳进行估算,重点分析2005、2010、2015年和2020年时空分布特征,并运用机器学习的方法对2021—2060年全省农田生态系统固碳进行预测。结果表明：在时间序列上,江苏省近年农田生态系统固碳量整体呈现升高的趋势,2020年估算量为282.55万t·a^-1(以C计,下同),在全省陆地生态系统固碳总量中占比达20.17%;在空间分布上,固碳贡献最大的是苏北地区,无论是施用肥料还是秸秆还田贡献的固碳量,苏北地区均呈现高于苏中、苏南地区的态势;根据机器学习的重要性分析,秸秆还田量是最为重要的影响因素;两种模型中,BP神经网络相较于随机森林具有更高的预测精度,该模型预测2021—2060年农田生态系统固碳量仍会在短期内持续升高,但随后将进入较稳定的平台期,其中2021—2026年间固碳量将持续升高并达峰值,为365.26万t·a^-1,而到2060年固碳量则为348.12万t·a^-1。研究表明,江苏省农田生态系统固碳量已逐...     

农田生态系统土壤呼吸文献综述

温室气体的研究已成为当前研究的前沿,陆地碳库是全球碳库中最大的碳源,而农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,研究农田碳平衡重要性在于全面、深入明确陆地生态系统碳平衡.     

全球气候变化下中国农田土壤碳库未来变化

农田土壤碳库对缓解气候变化、保证粮食安全具有重要作用。日益加剧的气候变化对农田土壤有机碳库演变的潜在影响受到广泛关注。全球气候变化所带来的温度、降雨和大气二氧化碳（CO₂）浓度的改变,会通过影响净初级生产力（NPP）、外源碳投入和有机碳分解速率等因素改变生态系统碳循环过程。另外,气候变化也会通过改变土地利用方式和种植制度等农业措施改变生态系统碳循环。综述国内外农田土壤碳库演变对气候变化影响的研究成果表明,到21世纪末,中国气温将会升高3.9-6.0℃,降水有望增加9%-11%。至2050年,气温和降水的变化会造成中国农田系统碳投入相比1980年降低2.3%-10%（小麦、玉米和水稻平均值）。相反,在综合考虑CO₂浓度升高的协同作用后,2050年中国农田系统碳投入相比1990年前将会增加13%-22%（平均年增长率0.2%-0.4%）。模型预测显示,至2020、2050和2080年,中国旱地0-30 cm土层有机碳在CO₂低排放情景下分别会损失2.7、6.0和 7.8 tC·hm^-2,在CO₂高排放情景下分别会损失2.9、6.8和8.2 tC·hm^-2,大概占1980年农田土壤碳的4.5%、10.5%和12.7%。综合碳投入和排放对农田土壤碳库的整体影响来看,21世纪末期中国农田土壤有机碳库含量较1980年会下降10%左右,但如果采取相应的管理措施,可有效抑制农田土壤碳库的降低甚至提高,如农田系统碳投入以每年1%的速度增加时,土壤碳库会在21世纪末增加两倍。目前的研究结果显示,气候变化是否会强烈影响农田土壤碳库依然有很大的不确定因素,其对固碳效应正面和负面影响相互抵消后成为碳源还是碳汇说法不一。因此,在采取缓解气候变化、增加农田土壤固碳的措施的同时,还需加强农田土壤碳库未来变化趋势的研究和探索,为中国政策框架的决定以及未来气候变化谈判提供可靠的科学依据。     

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。     

中国稻田生态系统固碳效应模拟研究

【目的】研究稻田生态系统固碳量的动态变化,为制定与推广耕地固碳减排措施提供依据。【方法】基于3年稻田受控试验数据,校验生物地球化学脱氮—分解作用(denitrification-decomposition,DNDC)模型,并估算2018—2020年间中国稻田生态系统的固碳量;分析稻田生态系统土壤及作物固碳量的时空分布,评估农田生态系统在实现“碳中和”中的贡献。【结果】DNDC模型模拟的水稻产量及土壤有机碳含量与田间观测结果一致性较高(相关系数均大于等于0.77,平均绝对误差和归一化均方根误差均小于13%);2018—2020年中国水稻固碳总量为523.29 Tg,作物对总固碳量的贡献率达97%以上。江西、湖南、广东和广西的双季稻固碳能力较强,而云南、浙江和海南的相对较弱。单季稻固碳量分布呈现北高南低的空间分布特征,其中黑龙江、江苏和湖北的固碳量较高。湖南、福建、江西和广西的双季稻固碳量大于单季稻,双季稻固碳量占总固碳量的60%以上。【结论】DNDC模型可用于模拟稻田生态系统的碳收支,中国稻田生态系统是重要的碳汇,且呈现出较强的空间异质性。     

新疆土地利用变化与土壤固碳潜力研究

土地利用变化是影响陆地碳源和碳汇变化的主要因素之一。该研究根据国内外文献资料,探讨分析新疆农业土地利用管理对土壤碳汇功能及其土壤固碳减排潜力的影响。结果表明,通过新疆地区宜农后备土地的开发,增加新疆农田面积并控制土地荒漠化可以有效地缓解我国土壤有机碳损失;加强灌溉、施肥和翻耕等农田管理措施,对土壤-大气CO2交换产生重要影响;新疆地区土壤对大气CH4吸收和N2O排放也不容忽视;后两者需要进一步深入研究证实。     

玉米秸秆添加量对黄土高原旱作农田土壤固碳特征的影响

【目的】探明不同玉米秸秆添加量对农田土壤固碳特征的影响.【方法】在甘肃省定西市李家堡镇进行玉米田间定位试验,设0(无秸秆还田,CK)、40g/kg(低量秸秆,T3)、60g/kg(中量秸秆,T2)、80g/kg(高量秸秆,T1)4个玉米秸秆还田处理.采用尼龙网袋法对540d观测期内的土壤总有机碳(SOC)、活性有机碳(ROC)、微生物量碳(MBC)动态变化特征进行分析.【结果】从整体来看,不同秸秆添加水平下SOC含量呈连续降低趋势;ROC含量于90d达到峰值后逐渐降低;MBC含量于180d达到峰值后逐渐降低.较之CK处理,T1、T2、T3水平均可提升土壤碳素含量,且随秸秆添加量的增加而增加.T2水平下土壤碳库活度指数最大,为1.25,该水平下秸秆残留率最小.【结论】秸秆还田处理土壤碳库管理指数(CPMI)随秸秆施入量的增加而增加.因此,在0~80g/kg玉米秸秆添加范围内,60g/kg水平更有利于土壤碳素的固持及土壤质量的改善.     

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).     

农作物生产的减排固碳现状

在绿色生态发展的大背景下,减排固碳是未来农业生产的发展趋势,了解农作物生产中减排固碳的措施与能力,更有助于低碳绿色农业的推进。鉴于此,介绍了当前国内主流的碳排放估算方法,包括生产投入产出法、IPCC清单法、生命周期评价法、实测法4种方法,阐述了农作物生产碳排放增加的主要原因,总结了农作物生产减排固碳举措。     

中国农田表土有机碳含量变化特征——基于国家耕地土壤监测数据

通过对299个国家级耕地土壤监测点20余年数据的统计分析,评价了我国农田表土有机碳含量变化情况和固碳潜力.结果表明,全国约80%试验点有机碳年平均相对增长率(Average relative annual increment,ARAI)在-1.5%～7.5%.中国农田表土有机碳含量整体呈上升趋势.东北、华北等6个地理区域分析得出,华北、华东、西南农田表土有机碳含量显著增加;华东地区有机碳增加的农田面积占全国农田比例最大.东北最小.旱地和水田有机碳含量增加显著;水田有机碳增加的试验点所占比例大于旱地;对ARM与初始有机碳含量进行相关分析得出,我国旱地和水田有机碳潜在储存能力估计值分别为17.2和27.7 g·kg~(-1).农田土壤类型中水稻土和褐土有机碳含量增加显著;黑土有机碳含量下降样本所占比例最高.对我国各典型种植制度分析得出,双季稻、麦-稻、麦-玉、单季小麦种植制度下农田有机碳有了显著增加;麦玉轮作较其他种植制度的农田有机碳年平均相对增长率高.     

中国森林生态系统碳平衡研究进展

碳平衡研究是全球变化研究的热点问题之一,森林生态系统在全球碳循环中发挥着重要的作用.本文从森林生态系统碳平衡研究的重要性出发,对植被、枯落物、土壤碳库及土壤呼吸的研究现状和主要研究方法进行了总结,指出了其存在的问题,并对其发展方向进行了展望.     

稀土元素对农田生态系统的影响研究进展

稀土矿的开采和冶炼、稀土农用等导致农田土壤稀土元素含量不断积累,对农田生态系统结构和功能稳定产生严重的影响。综述了近20年来国内外农田生态系统稀土元素的主要来源、分配和输出,土壤和植物中稀土元素的测定方法,稀土元素对农田生态系统中植物、微生物、动物以及人类健康影响的研究进展。探讨了农田生态系统稀土元素的毒性评价和稀土污染土壤的修复措施。最后提出开展稀土元素对农田生态系统影响研究还需要加强的一些问题。     

干旱区盐渍化弃耕地复垦后农田土壤呼吸及碳平衡

通过干旱区典型内陆河玛纳斯河流域绿洲农田定点定位试验,研究盐渍化弃耕地不同复垦年限土壤呼吸与生物量,并对其农田生态系统的碳平衡进行估算。结果表明,复垦前盐渍化弃耕地与复垦后的土壤呼吸速率差异显著,复垦15年、复垦10年、复垦5年、复垦1年与CK相比,土壤呼吸速率在花期分别增加360.0%、308.2%、241.5%、204.3%,在铃期分别增加166.2%、125.2%、89.4%、42.7%,在吐絮期分别增加196.0%、147.3%、110.0%、50.3%。不同复垦年限的生物量在花期、铃期、吐絮期等3个生育期总体表现为复垦15年复垦5年复垦10年复垦1年CK,在不同生长时期总体表现为铃期吐絮期花期,其生物量依次为37 637.3、21 823.2、19 536.6 kg/hm~2。盐渍化弃耕地垦殖前为碳源,复垦后在花期、铃期、吐絮期等3个生育期不同年限均转变为碳汇;碳汇强度有所不同,表现为铃期花期吐絮期,其NEP依次为3 261.8、2 620.9、2 549.2 kg/hm~2。     

农田生态系统健康与突变研究进展

综述了近年来国内外学者对农田生态系统健康与突变的研究资料,包括农田生态系统健康与突变的内涵、土壤退化和土壤健康及其影响因素的研究等。提出农田生态系统健康评价方法、农田生态系统健康与人类健康的关系、转基因作物对农田生态系统健康的影响、土壤动物群落对农田生态系统健康生物指示作用、农田生态系统健康与农产品安全生产及精细农业试验等是今后需进一步研究的内容。     

半干旱农田生态系统地膜覆盖的土壤生态效应

在年降水量415mm的黄土高原中部黄绵土和年降水量632mm的黄土高原南部红油土上,分别以春小麦和冬小麦为供试作物进行大田试验,研究地膜覆盖(春小麦设不覆膜、播种后覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜4个水平;冬小麦设不覆膜、播种后覆膜75d、覆膜150d和全程覆膜4个水平)和施氮(春小麦设不施氮和每公顷施氮75kg2个水平;冬小麦设不施氮和每公顷施氮225kg2个水平)对土壤水分、温度、氮素有效性、土壤中CO2和N2O释放量的影响。结果表明,在2年的春小麦试验中,覆膜对2m深土层的贮水量基本没有影响,但能显著提高0～20cm土层的含水量;覆膜对5cm土层土壤温度的影响呈"U"型变化,即在作物生长前期和后期影响显著,中期影响较小;覆膜后虽然土壤微生物体氮有下降趋势,但由于覆膜能够增加土壤呼吸和有机氮的矿化,从而显著影响收获后0～100cm土层中NO-3-N的累积。从2个施氮水平和底墒平均值看,1999年覆膜30,60d和全程覆膜(126d)处理土层中累积的NO-3-N分别比不覆膜的对照增加-23.0,-10.1和49.7kg/hm2;2000年覆膜30,60d和全程覆膜处理土层中累积的NO-3-N分别比不覆膜的对照增加4.6,-5.0和8.2kg/hm2。可见,全生育期覆膜能够显著增加作物收获后土壤剖面中的残留NO-3-N。不同覆膜进程对作物收获后土壤剖面中的矿质氮,特别是NO-3-     

中英巴3国专家学者齐聚湛江研讨土壤固碳与农田质量监测

为了进一步交流近年来土壤固碳与农田质量长期监测方面的研究成果,11月10日,由南亚热带作物研究所、海南省热带作物营养重点实验室主办的2018土壤固碳与农田质量监测国际研讨会在湛江圆满结束。来自中国、英国和巴基斯坦的20多名专家学者汇聚一堂,就农田土壤固碳研究成果和最新进展进行深入交流,并就项目合作达成了共识。南亚所所长徐明岗研究员主持本次研讨会。