农田温室气体净排放的研究进展.doc

农田温室气体净排放的研究进展 　　摘要 农业是温室气体排放的主要排放源之一，农业温室气体减排对全球温室气体排放具有重要贡献，研究农田温室气体净排放潜力亦具有重要现实意义。本文阐述了农田温室气体净排放的涵义，并归纳总结了耕作方式、施肥、水分管理、间套作等农业措施对农田土壤有机碳（SOC）含量、农田土壤N2O和CH4、农田生产物资的使用所造成的温室气体（主要为CO2、N2O和CH4）排放的影响，结果表明：保护性耕作总体能提高表层SOC含量，减少CH4排放，但减少农田土壤N2O排放的研究尚存在一定的争议，耕作方式亦影响投入，从而影响温室气体的排放；施肥（特别是配施）能提高SOC含量。施氮肥越多，N2O排放量越大，而CH4主要受有机物料的影响较大；水分对减少N2O和CH4排放有相反作用，需综合进行平衡管理；不同的作物品种、间套作模式或促进或减少温室气体排放。此外，本文指出了国外在该领域的研究注重从系统角度考虑农田温室气体排放，而国内的研究则非常少，提出我国农田温室气体净排放可作为未来研究的一个重点，并对未来研究内容进行了初步归纳总结。 　　关键词 农田；温室气体；净排放；影响因素 　　中图分类号 X22 文献标识码 A 文章编号 1002-2104(2011)08-0087-08 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2011.08.014 　　 　　进入工业革命以来，大气中CO2浓度在不断升高，全世界大多数科学家已一致认为，不断增长的CO2浓度正导致全球温度上升，并可能带来持续的负面影响［1］。地表和大气之间的反馈对气候变化起着至关重要的作用，而农业生产过程不仅改变了地表环境，而且改变了大气、土壤和生物之间的物质循环、能量流动和信息交换的强度，因此带来了一系列环境问题，如土地沙化退化、水土流失、温室气体排放增强等。近十多年来，温室气体排放增加引起的全球气候变暖成为人们普遍关注的焦点，而农业则是CO2、CH4和N2O这三种温室气体的主要排放源之一［2］。据估计，农业温室气体占全球总温室气体排放的13.5%，与交通（13.1%）所导致温室气体排放相当［3］。因此，农田温室气体排放相关研究已成为目前国际研究热点之一。 　　1 农田温室气体净排放的涵义 　　农田是温室气体的排放源，但同时也具有固碳作用，研究农田温室气体排放的重点之一就是从“净排放”的角度综合考虑其“固”与“排”的平衡。如图1所示，在农田生态系统中，作物通过光合作用吸收大气中的CO2，而根和秸秆还田后分解转化成较稳定的有机碳（SOC），将CO2固定在土壤中。因此，SOC是农田生态系统的唯一的碳库。SOC的形成和土壤呼吸是一个同时进行的过程，采用黑箱的理论方法可得出，农田土壤固碳和土壤呼吸的共同作用最终体现为SOC变化量（dSOC）。农田土壤能排放CO2、N2O和CH4，其中CO2排放来自秸秆分解及土壤呼吸，已包含于dSOC中，故不再重复计算［4］，而CH4则是由有机碳通过一系列反应后转化而成，从土壤释放到大气中后其增温效应比CO2强，则须加以考虑。农田生产物资（柴油、化肥、农药等）的使用所造成的温室气体（主要为CO2、N2O和CH4）排放亦需加以考虑。 　　综上所述，农田温室气体净排放计算组成因素为dSOC、农田土壤N2O和CH4的排放、农田生产物资的使用所造成的温室气体（主要为CO2、N2O和CH4）排放，影响以上组成因素的农业措施主要有耕作方式、施肥、水分管理、作物品种、轮作及间套作等。当土壤固定的碳（CO2-eq）大于农田土壤N2O和CH4、农田生产物资的使用所造成的 　　之则为碳源。 　　2 农田温室气体净排放的主要影响因素 　　农业生产过程中采用的农业措施（如耕作、施肥、灌溉等）影响着SOC含量、农田土壤温室气体排放及物资投入量，从而影响了农田温室气体净排放结果。因此，了解其主要的影响因素具有一定的现实指导意义，具体如下。 　　黄坚雄等：农田温室气体净排放研究进展 　　中国人口#8226;资源与环境 2011年 第8期2.1 耕作方式 　　2.1.1 耕作方式对农田土壤有机碳含量的影响 　　目前，国内外学者基本一致认为，与传统翻耕相比，以少免耕和秸秆还田为主要特征的保护性耕作能主要提高0-10 cm土层SOC含量［5-10］，而对深层SOC含量影响不大［11-12］。据估计，全世界平均每公顷耕地每年释放C素为75.34 t［13］，而保护性耕作则相对减少了对土壤的扰动，是减少碳损失的途径之一。在美国，Kisselle等和Johnson等的研究表明，与传统耕作相比，以少免耕和秸秆还田为主要特征的保护性耕作提高了土壤碳含量［5-6］，美国能源部门的CSiTE（Carbon Sequestration in Terres