中国生态农业学报(中英文)

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骆世明

2022, 30(4): 495-499. doi: 10.12357/cjea.20210583

摘要(1156) HTML (170) PDF(219)

摘要:
农业的对象是具备控制论系统特征的农业生态系统。农业低碳发展属于生态农业发展范畴。生态农业低碳发展的人为直接调控方法分别来源于传统和民间的农业实践探索、跨学科的现代农业科学研究以及生态友好的高新技术。为了达到低碳目标, 不同来源的方法只要有利于系统在整体上顺应和强化自然调控过程就可以根据其在具体系统内的兼容性、协同性和有效性进行选择, 并进一步优化组合。这有利于形成多样化的生态农业低碳模式与技术体系。政府自上而下的推进和民间自下而上的行动属于农业生态系统的人为间接调控过程, 需要配合形成社会合力, 有效推进生态农业低碳发展, 助力我国碳中和目标的实现。

中国农业碳减排政策、研究现状及展望

林斌, 徐孟, 汪笑溪

2022, 30(4): 500-515. doi: 10.12357/cjea.20210843

摘要(1732) HTML (350) PDF(397)

摘要:
中国正处在农业绿色转型与高质量发展的关键期, 减少农业温室气体排放对促进农业可持续发展及实现2060年碳中和有重要作用。本文在系统回顾近年来中国农业碳减排的相关政策与研究进展的基础上, 梳理了中国农业碳减排的治理结构。中国已初步形成农业碳中和的政策体系, 涵盖了农业减排固碳的主要方面, 但政策目标仍有待明确和细化, 且需进一步推动技术创新和提升资源利用效率。当前研究围绕低碳农业开展了大量实证和模型分析, 研究内容从农业碳排放测算逐步转向农业碳减排措施设计与效果评估、农业碳减排措施的实施与落实等方面。然而, 相关研究仍需进一步完善农业碳排放的核算, 并在考虑农业发展受到多目标制约的前提条件下综合评估农业碳减排措施的环境及社会经济影响。在农业碳减排的治理结构方面, 形成了以政府、市场和社会组织为治理主体与农户作为实施主体的农业碳减排治理框架, 但仍需加强中观和微观层面政策措施的制定, 并综合考虑治理主体和实施主体的协作互动, 通过直接和间接手段激发农户碳减排的积极性。本研究可为进一步制定农业碳减排政策措施和开展相关研究提供科学依据。

双碳战略目标下农业绿色低碳发展的基本路径与制度构建

王学婷, 张俊飚

2022, 30(4): 516-526. doi: 10.12357/cjea.20210772

摘要(1178) HTML (379) PDF(219)

摘要:
实现“碳达峰” “碳中和”是我国未来一段时期内的重大战略目标(“双碳”战略)。农业既是重要的温室气体排放源, 又是巨大的碳汇系统。如何实现农业绿色低碳发展, 是推进“双碳”战略目标实现必须关注的重要领域。实现碳达峰, 农业减排固碳既是重要手段, 又大有潜力。为此, 本文首先梳理了农业绿色低碳发展现状, 当前我国农业碳排放总量趋于平稳达峰状态, 化肥和农场能源等现代农业投入要素使用产生的碳排放占比增加, 同时我国农业生态系统运转呈现出强大的碳汇功能。其次剖析了农业绿色低碳发展存在的主要问题, 包括农业投入品过量和化石能源过度消耗、农业资源利用率低、农业绿色低碳发展技术储备不足和配套制度体系不健全等。然后着重阐述了实现农业绿色低碳发展的基本路径和措施, 如加强农业资源节约利用, 提高资源利用效率; 加大农业面源污染综合治理, 实现肥药减量增效、农业废弃物资源化利用和农业白色污染有效治理; 培育并做大做强农业绿色低碳产业, 实现农产品从生产、加工到流通的全产业链绿色化; 加大科技创新, 构建农业绿色低碳发展科技支撑体系。最后从财税制度、金融制度、土地与经营制度、生态产品价值实现机制、约束激励机制等层面构建推进农业绿色低碳发展的制度体系。本研究可为进一步制定农业绿色低碳发展政策措施和开展相关研究提供科学依据。

“双碳”战略背景下农业与农村减排技术路径分析

谢立勇, 杨育蓉, 赵洪亮, 郭李萍, 靳泽群, 杨扬, 何雨桐

2022, 30(4): 527-534. doi: 10.12357/cjea.20210599

摘要(1208) HTML (143) PDF(262)

摘要:
实现碳达峰、碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。这不仅是人类应对气候变化的客观需求, 也是国内产业转型升级的现实需求。必须从高耗能、高污染向高质量的发展模式转变, 向绿色低碳经济转型, 实现经济社会可持续发展。随着现代农业的发展和农业现代化的推进, 农业与农村领域蕴含着巨大的减排潜力和减排需求。本文梳理了农业与农村领域主要温室气体排放源, 包括农田系统、畜牧业系统、垃圾废物以及日常生活。非二氧化碳温室气体是这个领域的排放重点, 并且排放量相对稳定。着重分析了农业与农村温室气体源汇关系和减排潜力。汇总了农业与农村领域温室气体的主要减排路径, 包括农田系统减排、畜牧系统减排、二次资源减排及绿色生活减排, 其中稻田甲烷减排、旱地氧化亚氮减排以及反刍动物甲烷减排是关键。讨论了农业与农村领域减排的特殊性和科学性, 提倡遵循农业与农村温室气体减排的内在潜力和客观规律, 开展科技创新、技术推广, 避免盲目减排、过度减排, 反对单纯追求农业与农村系统内部的碳中和。明确了农业与农村领域的固碳减排必须保障食物安全不受影响, 必须与农业减污降碳、绿色发展同步推进, 与适应气候变化协同进行, 建立完善的创新和保障体系, 实现生产、生活、生态的协调发展, 为生态文明建设提供支持, 为乡村振兴提供助力。

中国农业食物系统能源碳排放趋势分析

张向阳, 张玉梅, 冯晓龙, 樊胜根, 陈志钢

2022, 30(4): 535-542. doi: 10.12357/cjea.20210784

摘要(867) HTML (171) PDF(162)

摘要:
尽管农业直接消耗能源带来的碳排放量有限, 但农业的生产和消费方式发生很大变化, 农业产业链不断延长, 整个农业食物系统的能源消耗及其产生的碳排放不断增加, 不容忽视。为了科学核算农业食物系统的能源消耗带来的碳排放量, 本文基于1997—2018年投入产出表和分行业能源消耗量数据, 利用投入产出法核算了农业食物系统转型过程中能源活动的碳排放量的变化趋势和构成。该方法的优点是不仅核算了农业食物系统直接消耗能源所产生的碳排放, 而且估算了整个产业链由于使用中间投入品而带来的间接能源消耗产生的排放量, 使得核算更加全面。研究发现: 2018年, 农业食物系统的直接和间接消耗能源产生的碳排放高达6.7亿t, 远高于农业直接能源消耗产生的碳排放量(1.0亿t)。1997—2018年, 农业食物系统的能源消耗带来的碳排放量呈增长趋势, 与1997年的5.3亿t相比, 2018年增长26.4%, 但其年均增长速率(1.1%)低于非农业食物系统6.3%, 因此, 农业食物系统能源活动碳排放量占中国能源活动碳排放总量的比重显著下降, 从16.3%下降到6.4%。食品加工业是农业食物系统能源活动中最主要排放来源, 2018年占农业食物系统能源活动碳排放量的62.7%。由于能源利用效率的提高, 农业能源活动的碳排放量虽呈下降趋势, 但仍是农业食物系统能源活动中第二大排放来源; 与农业相关的批发零售、运输仓储和餐饮等行业碳排放量及比重不断增加。因此, 应从产业链各环节减排、加快食品加工业低碳低耗发展、促进农业绿色发展、优化能源结构等方面助力实现减排。

中国农业碳排放效率空间关联网络结构及驱动因素研究

尚杰, 吉雪强, 石锐, 朱美荣

2022, 30(4): 543-557. doi: 10.12357/cjea.20210607

摘要(1575) HTML (160) PDF(138)

摘要:
农业碳排放效率研究对于农业碳达峰、碳中和目标的实现具有重要意义, 现有研究缺乏基于关系数据和网络视角进行的农业碳排放效率研究, 制约了区域农业协同减排活动的开展。本研究基于关系数据和网络视角, 以2010—2019年中国大陆31个省(市、自治区)农业碳排放效率为研究对象, 以非期望产出的SBM模型测度其农业碳排放效率, 利用修改的引力模型构建农业碳排放效率空间关联网络引力矩阵, 应用社会网络分析法就空间关联网络的结构特征进行分析, 最后通过QAP模型就其驱动因素进行探索。研究表明: 1)在研究期间, 中国31省(市、自治区)农业碳排放效率提升较快, 由0.400增长至0.756, 增长88.8%, 但仍有一定改进空间, 且各省(市、自治区)间存在较大差距; 此外, 其空间效应在全国范围呈现空间关联网络特征。2)在研究期间内, 中国31省(市、自治区)农业碳排放效率空间关联网络的网络关联性增强, 网络内部森严的等级关系逐渐松散, 网络结构的稳定性得到较大提升; 且该空间关联网络形成了多个网络中心, 对空间关联网络的形成发挥了重要作用, 并对各省(市、自治区)农业碳排放效率产生影响和控制; 东部沿海地区是该空间关联网络空间溢出的主要目的地。3)交通运输水平差异和第一产业产值差异有利于推动空间关联网络的形成; 相似的居民人均收入和信息化水平以及相近的空间距离能够促进空间关联网络形成。为此, 中国农业碳排放效率具有空间关联网络特征, 相关政策措施应当考虑其空间关联网络结构及动因。

山东省农业碳排放特征、影响因素及达峰分析

刘杨, 刘鸿斌

2022, 30(4): 558-569. doi: 10.12357/cjea.20210582

摘要(1652) HTML (243) PDF(153)

摘要:
利用IPCC经典碳排放计算理论, 基于农资投入、农田利用及畜禽养殖3类主要碳源, 测算了山东省2000—2020年农业碳排放量, 采用LMDI模型开展影响因素分析, 并运用灰色预测模型GM(1, 1)预测2021—2045年碳排放量。结果表明: 2020年山东省农业碳排放量为1.58×10⁷ t, 农业碳排放强度为0.205 t∙(10⁴ ¥)⁻¹。2000—2020年山东省农业碳排放总量呈先上升后波动下降趋势, 农业碳排放强度逐年降低。农业碳排放源类贡献率由高到低依次为农资投入、畜禽养殖和农田土壤利用。2000—2020年16地市农业碳排放量及排放强度均呈现一定的区域差异, 且有扩大趋势, 菏泽农业碳排放量和平均碳排放强度均居首位。农业生产效率、农业产业结构、地区产业结构、劳动力因素对碳减排起到一定作用, 地区经济发展水平和城镇化率因素为农业碳排放量增加的主要因素。预测结果表明, 山东省农业碳排放量在2030年前已达到峰值, 济南、青岛等9市农业碳排放量在2030年前已达峰, 枣庄、东营等7市在2030年前未达峰, 并针对山东省农业碳排放特征及影响因素提出减排建议。

县域尺度下河北省农业碳排放时空演变与影响因素研究

周一凡, 李彬, 张润清

2022, 30(4): 570-581. doi: 10.12357/cjea.20210624

摘要(1368) HTML (135) PDF(126)

摘要:
县域是农业碳排放基本单元, 研究县域农业碳排放的时空演变与驱动因素对制定区域差异化农业减排政策有重要意义。本文测算了2009—2019年河北省168个县农业碳排放量, 基于探索性空间统计与空间计量方法, 研究了县域农业碳排放的时空演变与影响因素并讨论了空间溢出的边界。研究表明: 河北省农业碳排放整体呈下降趋势, 农业碳排放中土地管理、畜禽肠道发酵和粪便管理的碳排放分别占33.00%、42.57%和24.33%, 县域尺度农业碳排放呈现高度空间集聚的特点。农业碳排放的热点分布与农业产业结构有密切关系, 土地管理引发的农业碳排放热点在冀东南的深州、武强、饶阳等县, 冀北丰宁、围场、滦平和隆化县为畜牧业排放热点。县域农业碳排放有显著的空间溢出效应, 邻近地区农业碳排放对本地区碳排放有正向作用。农业经济发展是农业碳排放增加的主要驱动力, 农业产业结构、机械化程度、化肥施用强度、农村能源消费和农民收入是驱动农业碳排放增长的重要因素。城镇化率对农业碳排放有反向影响。农业碳排放受空间外溢与边界效应双重影响, 碳排放空间溢出范围大概在6~8个邻近县。本研究为建立区域农业碳减排机制提供了政策依据和定量研究工具。

我国稻田甲烷排放的时空特征与减排途径

唐志伟, 张俊, 邓艾兴, 张卫建

2022, 30(4): 582-591. doi: 10.12357/cjea.20210887

摘要(866) HTML (225) PDF(222)

摘要:
水稻是我国第一大口粮作物, 甲烷(CH₄)是全球第二大温室气体, 稻田CH₄减排意义重大。本文基于国家统计数据和文献收集, 计算分析了我国2001—2018年水稻播种面积和单位产量CH₄排放的时空特征, 并进一步总结了稻田CH₄排放的关键过程及其主要影响因子。研究结果表明, 2001—2018年我国水稻总播种面积和稻田CH₄总排放量呈先降低后升高再降低的趋势, 单位水稻产量CH₄排放则呈整体下降趋势。稻田CH₄排放包括土壤CH₄产生、氧化与传输3个过程, 主要受水稻品种、土壤特性、气候条件、农艺措施等因素影响。受水稻播种面积影响, 我国稻田CH₄排放量呈东南高西北低的特征, 单位产量CH₄排放量呈南高北低的特征。基于上述分析, 本文提出选用低排放水稻品种、应用减排稻作技术、施用CH₄减排产品等水稻栽培减排途径。同时, 针对我国稻田CH₄排放的区域特征, 提出在选用高产低排放品种基础上, 南方平原稻作区重点应用好氧耕作与控水增氧等减排技术, 南方丘陵稻作区重点应用生物炭和石灰等减排产品, 北方稻作区重点应用好氧耕作和硫酸铵替代部分尿素等减排技术。最后, 本文还提出了促进稻田CH₄减排的科技创新与政策创设建议, 以期为实现水稻丰产与稻田CH₄减排的协同提供理论参考。

稻田土壤固碳关键过程的生物地球化学机制及其碳中和对策

祝贞科, 肖谋良, 魏亮, 王双, 丁济娜, 陈剑平, 葛体达

2022, 30(4): 592-602. doi: 10.12357/cjea.20210748

摘要(1996) HTML (310) PDF(359)

摘要:
稻田生态系统具有碳源和碳汇双重功能, 调控稻田土壤固碳减排, 对于保障我国粮食安全以及实现“碳中和”目标具有重要意义。近年来, 国内外学者在稻田土壤有机碳周转过程与机制方面开展了大量研究, 本文从土壤有机碳的来源、转化、稳定与技术调控等方面, 总结和分析稻田土壤固碳过程和机制, 并提出应对“碳中和”的策略。稻田土壤有机碳主要来源于水稻秸秆、根系、根际沉积碳、微生物同化碳以及有机肥等。外源有机碳输入土壤后, 其分解矿化过程首先受控于有机碳溶出过程, 而微生物矿化溶出的有机碳过程与土壤水分条件、养分含量及其计量比、微生物活性等因素密切相关。除了矿化释放的有机碳, 其余部分主要是通过微生物的同化代谢, 形成活体微生物及其残留物, 最终以团聚体保护、矿物结合态保护、微生物残体保护等形式固持于土壤中。我国水稻土具有显著的固碳效应, 近40年来的实测数据表明, 在水肥管理和秸秆还田等多举措实施下, 我国亚热带水稻土耕作层有机碳含量增加了约60%。采用增碳减排措施, 优化稻作系统耕作方式和田间管理模式, 建立碳减排生态补偿机制, 推动稻作系统纳入“碳交易”市场, 对实现“碳中和”起到了积极作用。所以, 在今后的研究中, 需要深入阐明稻田固碳功能形成机制, 提升核算与预测稻田碳中和能力, 加快稻田碳中和技术研发, 为提前实现“碳中和”战略目标提供科技支撑。

长江中下游水稻生产固碳减排关键影响因素及技术体系

刘天奇, 胡权义, 汤计超, 李成芳, 江洋, 刘娟, 曹凑贵

2022, 30(4): 603-615. doi: 10.12357/cjea.20210733

摘要(1377) HTML (205) PDF(146)

摘要:
水稻生产是中国农业温室气体的主要排放源之一, 针对“碳达峰”和“碳中和”的战略目标, 探究影响水稻生产固碳减排的关键因素, 构建水稻生产固碳减排技术体系具有重要意义。本文针对长江中下游水稻主产区, 开展包括免耕、氮肥深施、间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施管理等低碳管理措施在内的定位试验, 分析水稻生产固碳减排的关键影响因素。在长期监测稻田温室气体排放的基础上, 使用¹³C核磁共振技术分析有机碳官能团分子结构, 明确稻作管理措施增汇减排机理。进一步从碳足迹角度评估不同稻作管理技术下稻田生产间接碳排放。同时使用¹³C秸秆示踪技术, 明确秸秆外源碳在稻作循环中的转化比例。研究结果显示, 通过调控秸秆和氮肥配比, 可以促进秸秆碳向小分子官能团的转化, 并促进土壤团聚体吸附外源颗粒有机碳, 相比常规秸秆管理模式提高土壤碳库闭蓄态颗粒有机碳储量32.3%。间歇性节水灌溉技术可以通过提高甲烷氧化菌丰度, 减少稻田甲烷排放19.9%~21.1%。免耕等低能耗稻田管理技术可以减少燃油和人力等投入, 综合降低稻田生产间接碳排放10.5%~16.7%。相对于常规稻田秸秆还田模式, 间歇性节水灌溉、秸秆氮肥配施等管理技术可以提高秸秆外源碳循环固定率57.3%~59.9%。土壤团聚体结构发育、碳排放功能微生物、土壤氮素底物浓度、水稻生产碳足迹和作物碳固定量是影响水稻生产碳中和的关键因素。从“增汇” “减排” “降耗” “循环”角度, 构建水稻生产固碳减排技术体系可以促进水稻生产碳固持28.9%~67.6%。

稻渔系统碳固持与甲烷排放特征

戴然欣, 赵璐峰, 唐建军, 章涛杰, 郭梁, 罗崎月, 胡中元, 胡亮亮, 陈欣

2022, 30(4): 616-629. doi: 10.12357/cjea.20210811

摘要(1174) HTML (138) PDF(158)

摘要:
稻渔系统(“渔”是水产动物如鱼、蟹、虾、鳖等的统称)是利用稻田浅水环境在种植水稻的同时放养一定数量水产动物的复合稻作体系。稻渔系统中水稻和水产动物相互作用影响着稻田系统碳氮等元素的运转和循环, 对稻田系统碳固持和碳排放是否和如何产生影响也受到关注。基于国内外的研究报道, 本文分析了稻渔系统土壤有机碳和甲烷(CH₄)排放特征和影响因素。在土壤有机碳固持方面, 与水稻单作系统相比, 稻渔系统土壤(0~20 cm)有机碳总体呈增加趋势, 主要与水产动物取食与排泄物转化和输入碳有关。在CH₄排放方面, 不同研究存在差异, 一些研究表明稻渔系统(如稻蛙、稻虾、稻鱼等模式)的CH₄排放显著低于水稻单作系统, 而一些研究则发现稻渔系统(如稻鱼模式) CH₄排放显著高于水稻单作系统。稻渔系统CH₄排放主要受水产动物类群、水稻品种、稻田环境和种养措施等因素的影响。论文提出未来稻渔系统土壤有机碳固持和CH₄排放的研究应聚焦在: 1)长期定位监测研究稻渔系统土壤有机碳库的变化、CH₄等气体排放, 通过长期定位观测, 研究稻渔系统有机碳库和CH₄排放的动态特征; 2)研究不同水产动物对稻田系统土壤碳库和CH₄等气体排放的影响机理; 3)CH₄低排放水稻的育种和品种筛选, 比较研究水稻与水产动物群体的配比、饲料和肥料投入比例、稻田水分管理模式、秸秆还田策略等, 构建出适用于稻渔系统的固碳减排技术体系。

不同土地经营模式的稻鱼共生系统环境影响评价

崔文超, 焦雯珺, 闵庆文

2022, 30(4): 630-640. doi: 10.12357/cjea.20210736

摘要(948) HTML (125) PDF(106)

摘要:
农业碳排放是全球碳排放的重要组成部分, 研究农业碳排放对当下我国探索农业绿色转型发展具有重要意义, 而针对碳排放的环境影响评价则可为促进农业绿色转型发展提供重要参考。本研究以青田稻鱼共生系统为研究对象, 利用基于生命周期评价的碳足迹模型开展不同土地经营模式下的稻鱼共生系统环境影响评价。研究发现: 1)以发展梯田旅游为重点的经营模式虽然碳足迹仅为5779.1 kg(CO₂-eq)∙hm⁻², 在碳减排方面最具优势, 但其单位产值碳足迹却高达0.17 kg(CO₂-eq)∙¥⁻¹, 较低的经济效益并不利于长久的可持续发展; 2)以扩大田鱼养殖为重点的经营模式经济效益显著, 单位产值碳足迹仅为0.05 kg(CO₂-eq)∙¥⁻¹, 但较高的农资投入使得其碳足迹高达7928.6 kg(CO₂-eq)∙hm⁻², 面临着环境风险的增加, 必须找到经济产出与环境风险的平衡点; 3)在政府的政策与资金支持下, 以维持传统生产为重点的经营模式较好地践行了遗产保护理念, 稻鱼共生系统的碳足迹为6266.7 kg(CO₂-eq)∙hm⁻², 单位产值碳足迹为0.12 kg(CO₂-eq)∙¥⁻¹, 但从长远来看, 还需通过提升产品经济价值、促进农旅融合发展实现经济和环境效益的双赢。研究结果揭示了不同土地经营模式下稻鱼共生系统在经济和环境效益上的显著差异, 并为不同土地经营模式下稻鱼共生系统的绿色可持续发展提供了政策建议。

北方典型农业生态系统的固碳减排路径及模式

蔡育蓉, 王立刚

2022, 30(4): 641-650. doi: 10.12357/cjea.20210789

摘要(1101) HTML (126) PDF(170)

摘要:
北方农业生态系统在保障我国粮食安全和生态安全方面具有举足轻重的地位, 尤其在氧化亚氮(N₂O)减排和土壤固碳方面具有巨大的潜力, 但在“碳达峰”与“碳中和”实施过程中, 在保障粮食安全的基础上, 农田土壤固碳和非二氧化碳减排的路径如何选择？不同区域典型农业生态系统固碳减排模式是什么？固碳减排实施过程需要注意哪些问题？这些问题尚缺乏系统研究。因此, 本文在系统分析北方不同区域农业生产特点的基础上, 提出北方农业生态系统温室气体减排遵循“稳能减排”、固碳遵循“减速双增”的路径, 并指出不同区域固碳减排重点内容; 归纳提出低碳循环、扩容增碳、碳优化养殖、节氮保碳等4种模式的技术构成、固碳减排效应及其适应区域; 进而探究了北方农业生产助力“碳达峰”与“碳中和”过程需要关注“固碳与减排协同、固碳减排效率、技术模式大规模实施”等问题, 为我国北方低碳绿色农业发展提供思路和支撑。

华北平原小麦-玉米轮作系统碳中和潜力及固碳措施

王玉英, 胡春胜, 董文旭, 张玉铭, 李晓欣, 刘秀萍

2022, 30(4): 651-657. doi: 10.12357/cjea.20210747

摘要(1164) HTML (177) PDF(169)

摘要:
农业碳中和是将工业生产的二氧化碳(CO₂)用于农业生产的有效手段。针对国家提出的CO₂排放于2030年前达到峰值(碳达峰), 2060年前实现碳中和目标, 我们利用“静态箱-涡度相关-生物量监测法”明确了华北平原农业非能源碳平衡; 同时结合农户抽样调查和农事活动碳排放系数明确了农业能源碳排放, 进而计算出该区域农田的碳中和潜力。结果表明: 小麦-玉米轮作农田净截存的有机碳量小麦季和玉米季分别为604 g(C)∙m⁻²和540 g(C)∙m⁻²。考虑农田生态系统的呼吸损耗, 该区域小麦季和玉米季非能源碳净碳固存量分别为−359 g(C)∙m⁻²和−143 g(C)∙m⁻²。通过对农地投入中能源碳排放的研究发现, 冬小麦季农药、化肥、农用机械消耗柴油及农地灌溉的碳排放分别为3.74 g(C)∙m⁻²、90.70 g(C)∙m⁻²、5.68 g(C)∙m⁻²和2.05 g(C)∙m⁻², 玉米季分别为2.89 g(C)∙m⁻²、53.70 g(C)∙m⁻²、10.20 g(C)∙m⁻²和2.05 g(C)∙m⁻²。综合非能源(包括籽粒固碳)和能源碳观测, 华北平原冬小麦季和夏玉米季均为碳汇, 其强度分别为−257 g(C)∙m⁻²和−74 g(C)∙m⁻²。以华北平原典型集约高产粮区——河北栾城为例, 其每年冬小麦和夏玉米农田的碳中和潜力分别为3.8×10¹⁰ g(C)和9.4×10⁹ g(C)。此外加强耕地管理, 推广农业低碳化和发展富碳农业均可作为该区域有效的固碳措施。总之, 本研究明确了华北平原小麦-玉米轮作农田的碳汇强度, 估算了该农田系统在河北栾城的碳中和潜力, 并提出了有效的固碳措施。

基于保护性农业的土壤固碳过程研究进展

徐英德

2022, 30(4): 658-670. doi: 10.12357/cjea.20210889

摘要(2354) HTML (154) PDF(330)

摘要:
土壤有机碳(SOC)的固定是缓解全球气候变化和维持农田生态系统生产力的重要驱动力, 阐明SOC的累积与稳定机制及其驱动因素有助于合理调控土壤碳汇潜力。此外, 在全球生态环境退化和巨大粮食安全压力的挑战下, 寻求可持续的农田管理方式成为迫切需要解决的任务。保护性农业对土壤固碳有着重要影响, 且有助于实现粮食生产与生态效益的双赢。但鉴于土壤系统和功能的复杂性, 尚未形成保护性农业措施调控下土壤碳库形成的系统理论。以此为背景, 本文介绍并讨论了SOC不同的固定途径及其稳定机理, 探讨了传统农作措施下SOC的损失情况, 概述了保护性农业的内涵与主要组成, 综述了保护性农业措施对SOC固定的影响, 并深入剖析了保护性农业措施调控下的土壤固碳机理。在现有研究基础上, 应通过现代有机碳分组、分离技术和生物标识物技术, 明确保护性农业介导下SOC固定的微生物—团聚体—矿物协同作用机制, 并关注深层土壤固碳过程; 此外, 建立保护性农业长效研究体系有助于明确保护性农业措施调控下的土壤固碳潜力与实质; 最终, 应构建基于农田实践的SOC管理框架, 帮助土地管理者和农户制定科学合理的可持续土地利用战略。

不同轮耕模式对豫北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响

朱长伟, 陈琛, 牛润芝, 李洋, 姜桂英, 杨锦, 申凤敏, 刘芳, 刘世亮

2022, 30(4): 671-682. doi: 10.12357/cjea.20210741

摘要(1604) HTML (129) PDF(119)

摘要:
为探究不同轮耕模式对豫北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响, 本研究在豫北潮土区, 于2016—2020年小麦季以3年为一个轮耕周期, 设置5个处理: 连续旋耕(RT-RT-RT)、深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、深耕-旋耕-浅旋耕(DT-RT-SRT)、深耕-浅旋耕-浅旋耕(DT-SRT-SRT)、深耕-浅旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。测定并分析了2019年和2020年0~50 cm土层土壤容重、总有机碳(SOC)、易氧化有机碳(LOC)、稳态有机碳(NLOC)含量及有机碳储量和碳库管理指数。结果表明, 各轮耕处理均能降低0~40 cm土层的土壤容重。在0~20 cm土层, DT-SRT-SRT处理的SOC、LOC和NLOC含量最高, 分别为11.54 g∙kg⁻¹、3.31 g∙kg⁻¹和8.30 g∙kg⁻¹; 而相较于RT-RT-RT处理, DT-SRT-RT处理显著增加10~40 cm土层SOC、LOC和NLOC含量; 且各轮耕处理降低了LOC/SOC, 但提高了NLOC/SOC, 尤其是20~40 cm土层, 最高增长7.5%。试验期内, 各轮耕处理均能提高0~40 cm土层土壤有机碳储量, 2019年0~30 cm土层, DT-SRT-SRT处理有机碳储量最高, 为36.64 Mg∙hm⁻²; 但在2019和2020年, 0~40 cm土层, DT-SRT-RT处理的有机碳储量均为最高, 与RT-RT-RT处理相比分别提高12.8%和9.7%。随耕作年限的不同土壤碳库管理指数(CPMI)呈现出一定的差异, 2019年, DT-SRT-RT处理显著降低了0~40 cm土层中的活度指数, CPMI相对较低, 最高降幅为4.3%。而2020年, DT-SRT-RT处理显著提高了0~40 cm土层的碳库指数和CPMI, CPMI最高为108.5。综合以上分析, 深耕-条旋耕-旋耕处理显著降低了土壤容重, 提高SOC、LOC和NLOC, 增加0~40 cm土层有机碳储量, 具有明显的固碳效应。

轮耕对豫北潮土速效养分及可溶性有机碳结构特性的影响

朱宣霖, 朱长伟, 陈琛, 李洋, 牛润芝, 姜桂英, 杨锦, 申凤敏, 刘芳, 刘世亮

2022, 30(4): 683-693. doi: 10.12357/cjea.20210743

摘要(1545) HTML (106) PDF(81)

摘要:
本研究以豫北潮土为研究对象, 采用大田小区试验研究不同轮耕模式对不同深度土壤速效养分与可溶性有机碳结构特性的影响, 以筛选适合豫北潮土的轮耕模式。本研究于小麦季实施5种不同的耕作模式, 3年为一个周期: 1)连续旋耕(RT-RT-RT); 2)深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT); 3)深耕-旋耕-条旋耕(DT-RT-SRT); 4)深耕-条旋耕-条旋耕(DT-SRT-SRT); 5)深耕-条旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。测定并分析土壤碱解氮、速效磷、速效钾、可溶性有机碳含量及其腐殖化程度、有机质分子量与聚合度、疏水组分比例、芳香化程度与分子量。结果显示, 各处理间的差异主要表现在0~40 cm土层。相较于RT-RT-RT, 轮耕处理对各项指标均有显著影响, 其中以DT-SRT-RT处理对各指标的影响最为突出, 具体表现为DT-SRT-RT处理显著增加了0~40 cm土层碱解氮、速效磷、速效钾含量(P<0.05), 最高增加17.8%、17.2%和19.6%。在0~40 cm土层中, DT-SRT-RT处理较RT-RT-RT最高增加了20.2%土壤可溶性有机碳含量(P<0.05)、53.1%腐殖化程度和27.4%疏水组分比例(P<0.05)。DT-RT-SRT处理较RT-RT-RT处理显著增加20~30 cm土层芳香化程度与分子量(P<0.05), 最高增加21.0%, 10~30 cm土层有机质分子量与聚合度显著降低36.7% (P<0.05)。土层深度与轮耕处理的单因素以及二者之间的交互效应均显著影响土壤速效养分和可溶性有机碳及其结构特性(P<0.05)。所有处理各指标间的相关性随土层深度的增加而减弱。综上所述, 相较于连续旋耕(RT-RT-RT), 深耕-条旋耕-旋耕模式(DT-SRT-RT)提高了土壤速效养分和可溶性有机碳含量, 增加可溶性有机碳的结构复杂性, 推荐为豫北潮土区适宜的轮耕模式。

红壤铁氧化物对有机碳的固定及其对长期施肥的响应

万丹, 王伯仁, 张璐, 张婷, 陈玖斌, 余光辉, 韩亚峰, 黄巧云

2022, 30(4): 694-701. doi: 10.12357/cjea.20210705

摘要(1556) HTML (165) PDF(168)

摘要:
以湖南衡阳红壤实验站25年长期定位施用化肥和有机肥的红壤为研究对象, 通过焦磷酸钠、盐酸羟胺和连二亚硫酸钠-盐酸溶液分别提取了土壤中络合铁、非晶形铁氧化物和晶形铁氧化物及其结合态有机碳, 借助总有机碳分析和紫外-可见光谱等技术探讨了红壤中不同类型铁氧化物对土壤有机碳固定的贡献及其对长期施肥的响应。结果表明, 红壤中不同类型铁氧化物结合态有机碳的含量为络合铁结合态有机碳(2.45~3.59 g∙kg^–1, OC_PP)>晶形铁氧化物结合态有机碳(1.46~1.51 g∙kg^–1, OC_DH)>非晶形铁氧化物结合态有机碳(0.39~0.70 g∙kg^–1, OC_HH), 其中OC_PP主要是络合铁与芳香性弱、疏水性强的大分子有机物通过螯合或者共沉淀作用形成, 而OC_HH和OC_DH则主要是吸附在(羟基)铁氧化物上的芳香类化合物, OC_HH比OC_DH具有更大的分子量和更强的芳香性。长期施用化肥(NPK)显著增加(P<0.05)了红壤中OC_HH和OC_PP的含量, 长期施用有机肥(M)仅促进(P<0.05)非晶形铁氧化物与有机碳结合。NPK处理显著增加(P<0.05)红壤中OC_DH的平均分子量以及OC_PP的疏水性和芳香性, 而M处理则降低(P<0.05)了OC_PP的平均分子量、OC_PP和OC_HH的疏水性和芳香性。综上所述, NPK和M处理均能提高红壤中铁氧化物的固碳能力, 但对不同类型的铁氧化物影响不一, 此外长期施肥还会改变铁氧化物结合态有机碳的组成。

秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排效应

冯新新, 左涛, 孙宁, 谢杰, 高春雨, 毕于运, 王亚静

2022, 30(4): 702-712. doi: 10.12357/cjea.20210679

摘要(1558) HTML (106) PDF(89)

摘要:
探究我国秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排量计算方法, 定量估算典型工程温室气体减排量, 可为我国秸秆成型燃料集中供暖工程减排量估算提供理论依据与方法支撑。参考IPCC(政府间气候变化专门委员会)《国家温室气体清单指南》、UNFCCC(《联合国气候变化框架公约》)方法学、CDM (清洁发展机制)方法学, 以秸秆自然腐解为基准线, 建立了秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排量计量方法。该计量方法包括项目边界、基准线排放、项目排放等方面。结果表明, 2019—2020年一个供暖季甘肃省临洮县5个秸秆成型燃料集中供暖示范工程基准线排放量为1610.08 t CO₂, 项目排放量为104.67 t CO₂, 净减排量为1505.41 t CO₂, 约相当于减少了529.45 t标准煤的CO₂排放量。临洮县秸秆成型燃料集中供暖工程每消耗1 t玉米秸秆原料, 可减少1.17 t CO₂排放。本研究系统构建了基于秸秆自然腐解基准线的秸秆成型燃料集中供暖温室气体减排量计量方法, 完善了秸秆成型燃料集中供暖工程温室气体减排估算方法学体系, 证明了秸秆成型燃料集中供暖工程具有明显的减排效果。

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2022年第30卷第4期

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