中国生态农业学报(中英文)

中国农业碳排放测算研究综述

胡永浩, 张昆扬, 胡南燕, 武拉平 — 2023-02-10

胡永浩, 张昆扬, 胡南燕, 武拉平碳排放精准测算是“双碳”目标实现的重要保障。在进行农业碳排放测算时, 作物类型、生产方式、地理区位等因素均会对碳排放产生影响, 因此, 虽然诸多学者尝试从不同角度对中国农业碳排放展开测度, 但在估计方式、样本选取和测算结果等方面仍未形成一致的有效结论。本研究首先介绍了中国农业碳排放的主要核算方法, 包括排放系数法、模型模拟法和实地测量法; 其次, 从投入产出、生产过程、碳汇以及碳足迹4个方面对现有农业碳排放核算方式进行梳理; 再次, 对农业碳排放的核算结果进行归纳总结; 最后, 分析现有研究的局限性, 并对未来农业碳排放核算研究进行了展望。研究发现: 现有研究在农业碳排放测算时, 存在遗漏排放源、排放系数使用不科学以及研究视角过多集中于宏观层面等不足。建议未来从构建科学全面的农业碳排放核算体系、完善排放系数以及加强农户等微观层次研究等方面展开。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 163-176.

中国食物系统温室气体排放与吸收研究进展

金欣鹏, 柏兆海, 马林 — 2023-02-10

金欣鹏, 柏兆海, 马林我国食物系统温室气体核算研究相对缺乏, 相关研究多散见于农业和畜牧业部门, 难以满足碳达峰、碳中和背景下减排和固碳的需求。本文提出了一个涵盖土地利用、土地利用变化和林业(LULUCF)、农业生产、产后食物供应部门的食物系统温室气体排放与吸收的核算框架; 通过文献综述、温室气体排放量收集和排放参数推算, 剖析了各环节排放核算方法的差异和排放参数的不确定性。结果表明, 粪尿和秸秆还田、农药和农膜生产、食物加工、批发和零售以及草地的碳排放(或吸收)参数的变异系数(CVs)在35%以上。未来食物系统温室气体核算研究需: 1)在农业生产部门, 细化农业活动排放参数, 整合基于终端能源消费和农业生产过程的温室气体核算方法, 并加强农业投入品能耗研究; 2)在LULUCF部门, 建立适用于全球变化研究的土地利用分类体系, 识别食物系统相关的土地利用过程, 将实地调查核算法和基于过程模型的核算方法相互校验; 3)在产后食物供应部门, 明确各环节排放的核算范围, 有针对性地选择投入产出-生命周期评价法(EIO-LCA)、基于过程的生命周期评价法(PLCA)与终端能源消费核算法等。本文可进一步为食物系统温室气体减排提供科学依据。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 177-193.

土壤有机碳同位素组成在农田生态系统碳循环中的应用进展

李发东, 栗照鑫, 乔云峰, 刘山宝, 田超, 朱农, Hubert Hirwa, Simon Measho — 2023-02-10

李发东, 栗照鑫, 乔云峰, 刘山宝, 田超, 朱农, Hubert Hirwa, Simon Measho 土壤有机碳是地球表层储量最高且储存周期最长的生态系统碳库之一。如何提高土壤有机碳稳定性和增强土壤固碳减排能力, 是陆地生态系统碳管理可持续战略的关键科学问题。国际学术界一致认为农田生态系统在固碳方面的作用越来越明显, 在实现碳中和的进程中发挥重要的作用。农田管理实践方式会扰动土壤碳循环过程, 采取有效的管理方式会使其成为碳汇。目前, 国内研究主要集中在耕作方式、施肥和灌溉水平、秸秆还田对农田生产力、碳固持速率、温室气体排放方面的影响, 但就农田生态系统有机碳稳定性对不同农田管理方式的响应机制以及与土壤碳排放之间的关系认识尚未明确。¹³C同位素技术是研究农田土壤碳循环过程的有力工具, 通过测定土壤碳排放过程中不同有机碳组分的同位素丰度, 能够精准区别土壤呼吸组分和来源, 从而更好地揭示土壤有机碳稳定性对农田管理措施的响应机制, 为增强土壤碳汇效应和农业可持续发展提供科学依据。以往的研究大多集中在模拟试验以及小范围、短时间监测, 与实际差距较大, 测量结果会高估或低估实际值。因此, 在未来的农田土壤碳循环研究过程中要采取多点、长时间实时原位监测, 并结合¹³C同位素技术, 实现土壤CO₂排放实时分解, 达到揭示土壤有机碳稳定性机制的目的。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 194-205.

“双碳”目标下肥料行业发展对策—基于2011—2020年碳减排与存在问题的分析—基于2011—2020年碳减排与存在问题的分析

李华, 李秀英, 王磊, 李玉义, 王婧 — 2023-02-10

李华, 李秀英, 王磊, 李玉义, 王婧碳达峰和碳中和目标已经成为世界发展的共同目标。肥料在碳排放中起着双重作用, 既消耗能量产生碳排放, 又提升作物固碳能力减少碳排放。未来很长一段时间, 肥料对于粮食和农业生产仍具有不可替代作用, 使用合适的肥料产品、科学施用肥料, 对于减少碳排放有重要的作用。本研究利用联合国粮农组织、国家统计局、农业农村部等网站公布的数据资料, 分析我国肥料行业碳减排现状, 提出存在的问题, 探讨“双碳”目标下肥料行业的发展建议, 以期为肥料行业低碳化发展提供参考。结果表明: 2011—2020年我国肥料行业碳减排成效显著。化肥产量和施用量呈先增后降态势, 化肥减量成为当前农业碳减排的最大贡献者。中国农用氮、磷、钾化肥的产量由2015年的最高值7.43×10⁷ t (折纯, 下同)降至2020年的5.50×10⁷ t, 降幅达26.05%; 化肥施用量由2015年的最高值6.02×10⁷ t降至2020年的5.25×10⁷ t, 降幅达12.82%; 中国化肥的碳排放由2015年的3.35×10⁸ t CO₂ eq降至2020年的2.74×10⁸ t CO₂ eq, 降幅达18.21%。有机肥产量呈上升态势, 促进了农业固碳减排, 2020年有机肥产量达到1.56×10⁷ t, 比2015年增长29.46%。科学施肥技术加快推广, 提高了肥料吸收利用率, 水稻、玉米、小麦三大粮食作物化肥利用率逐年提高, 2020年达40.20%, 比2015年提高5个百分点。目前, 我国肥料行业还存在一些问题: 1)化肥施用量依然偏高, 利用率偏低; 2)新型肥料创新不足, 市场较为混乱; 3)施肥不科学问题依然存在, 化学肥料偏多、有机肥偏少; 4)肥料立法缺失, 监管仍然薄弱。对标“双碳”目标, 我国肥料行业发展应该做好5个方面工作: 大力研发新型肥料, 加快推广减肥增效科学施肥技术, 强化农业废弃物资源化综合利用, 强化肥料行业立法监管, 加强科学低碳施肥宣传培训。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 206-213.

“双碳”目标下农业绿色发展研究: 进展与展望

张康洁, 于法稳 — 2023-02-10

张康洁, 于法稳 “双碳”目标为农业绿色发展提出了新要求, 特别是农业生产方式的绿色转型尤为迫切。文章采用文献梳理归纳法, 基于对农业绿色发展内涵及原则的分析, 剖析当前农业绿色发展现状及未来发展重点, 并进一步从生产、产业、经营和政策四大体系层面系统梳理农业绿色发展的研究进展; 最后, 对“双碳”目标下农业绿色发展研究现状进行了评述, 并对未来研究趋势进行了展望。研究表明: 农业绿色发展研究的内容主要聚焦于基础理论、指标测度、发展现状以及生产体系、支持政策等方面, 而对“双碳”目标下农业绿色发展的内涵与外延、体系创新等方面的研究较为薄弱。未来“双碳”目标下农业绿色发展研究应注重科学界定农业绿色发展的新内涵, 全面阐述“双碳”目标与农业绿色发展之间的关系, 健全具有中国本土化特色的农业绿色发展水平评价指标体系; 在此基础上, 从农业全产业链的视角诊断农业绿色发展问题, 对标“双碳”目标研判未来发展重点, 特别是探索多维度创新方向, 深度融入数字赋能、主体培育、市场引导、组织引领等创新要素, 从四大体系方面加快“双碳”目标下农业绿色发展体系创新的探究, 以期为农业绿色发展和全面推进乡村振兴战略提供科学依据和理论支撑。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 214-225.

农业技术效率对农业碳排放的影响—基于空间溢出效应与门槛效应分析—基于空间溢出效应与门槛效应分析

颜光耀, 陈卫洪, 钱海慧 — 2023-02-10

颜光耀, 陈卫洪, 钱海慧农业技术是促进农业产业发展的根本力量, 探究其对农业碳排放的影响机制, 对实现我国“双碳”目标具有重要意义。本文基于2001—2020年我国31个省、直辖市和自治区(港澳台地区以外)的面板数据, 使用随机前沿模型对农业技术效率进行测算, 并对各地区农业碳排放总量与强度进行核算, 构建空间杜宾模型和以农业技术效率为门槛变量的门槛模型, 探究农业技术效率和农业碳排放的空间效应与非线性关系。结果表明: 全国农业碳排放总量与强度近年来呈下降趋势。中部地区农业碳排放总量高于东西部地区, 东部地区农业技术效率高于中西部地区, 而农业碳排放强度则低于中西部地区。农业碳排放强度与农业技术效率具有空间自相关性, 并表现为集聚特征, 集聚类型以高高聚聚和低低聚集为主。农业碳排放强度具有正向空间溢出效应, 而农业技术效率对农业碳排放强度则表现为负向空间溢出, 此外城镇化、人力资本水平和人均耕地面积对农业碳排放强度具有负向影响, 农业经济发展水平和农业受灾程度为正向影响。农业技术效率与农业碳排放强度存在双门槛效应, 当农业技术效率达到“拐点”后, 其对农业碳排放强度的影响转变为负向, 当进一步提升农业技术效率水平后, 其影响力会因边际效应递减而减弱。本研究为探索实现“双碳”目标的路径提供理论基础与政策依据。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 226-240.

结构转型、技术进步选择对农业碳影子价格的影响—基于BP技术与FGLS模型的实证分析—基于BP技术与FGLS模型的实证分析

许标文, 王海平, 沈智扬 — 2023-02-10

许标文, 王海平, 沈智扬通过经济结构转型和技术进步有效实施减排策略, 已经成为实现中国经济社会低碳转型发展的必然选择。基于数据包络分析(DEA)框架建模、满足经济理论和物料守恒原则, 利用改进的By-production (BP)技术对1997—2020年我国31个省份农业碳影子价格进行了更加准确的测度, 并利用核密度分析了农业碳影子价格动态演变特征; 并采用可行广义最小二乘法(FGLS)模型考察结构转型、技术进步选择对农业碳排放影子价格的影响。结果表明: 1)我国农业碳影子价格呈上升态势, 东部、中部和西部地区农业碳排放影子价格分别为7759.69元∙t⁻¹、4192.35元∙t⁻¹和3997.51元∙t⁻¹, 且东、中、西部地区农业碳影子价格上升趋势依次降低。2)我国农业碳影子价格核密度值有增加趋势; 东部地区农业碳影子价格核密度曲线出现较为明显的右移趋势; 中部地区农业碳影子价格核密度曲线呈现左移-右移趋势, 且区域间差异在变大; 西部地区农业碳影子价格核密度曲线呈现明显的向下、变宽趋势。3)整体回归显示, 结构转型、劳动节约型技术进步显著提升了农业碳影子价格, 而资本深化抑制了农业碳影子价格提升, 经济发展水平、农业经营规模、城市化水平及对外开放水平等对农业碳影子价格也会产生重要影响。4)东、中、西部地区部分样本回归显示农业碳影子价格影响因素有所差异, 结构转型在东部地区显著提升农业碳影子价格, 在西部地区却显著抑制了农业碳影子价格; 劳动节约型技术进步在东部抑制了农业碳影子价格, 而在西部显著提升农业碳影子价格; 资本深化在东、西部显著抑制农业碳影子价格, 在中部显著提升农业碳影子价格。为此, 提出持续推进产业结构转型、制定差异化绿色协调发展政策、适时建立农业碳排放交易市场等政策建议, 以促进农业低碳绿色高质量发展。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 241-252.

辽宁省海洋渔业碳收支及驱动因素分析

李源, 李田慧, 梁金水, 李发祥, 刘长发 — 2023-02-10

李源, 李田慧, 梁金水, 李发祥, 刘长发海洋渔业碳汇是海洋碳汇的主要组成部分, 是实现海洋碳增汇的有效途径之一。在碳达峰与碳中和背景下, 海洋渔业兼具“碳源”与“碳汇”的双重属性。利用《中国渔业统计年鉴》《国内机动渔船油价补助用油量测算参考标准》和《中国统计年鉴》数据, 计算了2006—2020年辽宁省渔业净碳汇量和渔业碳汇价值量; 运用时间序列三次指数平滑模型, 预测2021—2030年渔业碳汇量和渔业碳汇价值量; 基于灰色关联模型分析了辽宁省海洋渔业碳源碳汇量变化及其价值量变化的主要驱动要素。结果表明: 2006—2020年辽宁省海洋渔业碳汇收支盈余态势逐年减少, 海洋渔业碳汇赤字情况逐年加剧, 海洋渔业碳源碳汇最大顺差为256.36万t, 最大逆差29.99万t, 其平均差额为116.66万t·a⁻¹。其中, 海洋捕捞鱼类碳汇总量3976.04万t, 但自2016年起急剧下降, 并呈持续下降趋势; 贝藻类碳汇总量241.67万t, 养殖占83%, 变化不大; 海洋捕捞碳排放量为164.52万t·a⁻¹, 其中拖网捕捞渔业占比近50%。2017年后海洋捕捞碳汇量不能补偿碳排放量。辽宁省海洋渔业碳汇价值总量274.23亿元, 年均18.28亿元。辽宁省渔业碳汇总量和渔业碳汇价值总量持续下降, 碳汇价值量与碳汇量呈正相关。海洋渔业碳汇量与海洋捕捞渔获物产量、养殖贝藻类产量呈正相关。基于时间序列预测模型分析显示, 2020—2030年辽宁省海洋渔业碳汇赤字将持续加剧, 海洋渔业碳汇量逐年降低。辽宁省海洋渔业碳汇受国家政策、捕捞渔获物产量、从业人员数量、贝藻类养殖面积和海洋捕捞渔船总功率等因素影响。辽宁省海洋渔业碳源排放量受海洋捕捞渔船总功率、渔业专业户数量和技术推广机构数量影响明显。建议多种养殖方式深度融合, 减少高能耗、低产量捕捞作业方式, 保护海洋生物多样性, 并加强高排放渔船监管, 以促进辽宁省海洋渔业发展。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 253-264.

基于机器学习算法的新疆农业碳排放评估及驱动因素分析

邓路, 袁圣博, 白萍, 李会芳 — 2023-02-10

邓路, 袁圣博, 白萍, 李会芳农业是全球第二大碳源, 明确农业碳排放规律对于碳达峰、碳中和具有重要意义。为探究新疆农业碳排放规律, 促进农业碳减排, 本研究根据农业生产过程中的碳排放环节, 结合国内外发布的碳排放系数, 测算了新疆的农业碳排放量; 利用莫兰指数、LISA指数等空间相关性模型测算了新疆农业碳排放的空间集聚规律; 利用机器学习中的随机森林模型对农业碳排效率影响因素进行了动态量化分析。结果显示: 1) 2010—2019年新疆农业碳排放量缓慢增长, 从292.24万t增长到379.69万t, 年均增速3.33%。2)化肥和农膜的使用是新疆农业碳排放的主要来源, 占比分别为58.06%和39.03%。3)新疆农业碳排放效率在不断提升, 2010—2013年增速较快, 2014—2019年增速较慢, 碳排放效率的主要分布区间从小于50元∙t⁻¹变为50~100元∙t⁻¹。4)新疆农业碳排放效率高高聚集区域农业产值不高, 主要是由于物质投入低; 低低聚集区域农业产值相对较高, 但科技、管理水平低, 物质投入过多。5)降水量较低的南疆区域, 农业碳排放效率整体较高, 降水量较高的北疆区域, 农业碳排放效率处于中等水平。6)农业规模化程度在0.12~2.02 hm²∙人⁻¹时, 碳排放效率随着农业规模化程度提高急剧降低, 当农业规模化程度高于2.02 hm²∙人⁻¹时, 对农业碳排放效率的影响力降低; 耕地规模在120~17 220 hm²时, 对农业碳排放效率有一个显著的负向影响, 当耕地规模大于17 220 hm²时, 对农业碳排放效率的影响较为平缓。农村经济发展水平对碳排放效率具有正向影响, 农业电器化程度对碳排放效率呈现出正“U”型影响。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 265-279.

施石膏对水稻产量和甲烷排放影响的荟萃分析

孟轶, 廖萍, 魏海燕, 高辉, 戴其根, 张洪程 — 2023-02-10

孟轶, 廖萍, 魏海燕, 高辉, 戴其根, 张洪程石膏是一种常见的稻田土壤改良剂, 施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放影响的荟萃分析尚鲜见报道。本研究采用Meta分析方法, 探究施石膏对水稻产量和稻田温室气体排放的影响。以不施石膏为对照, 施石膏为处理, 在全球尺度上筛选出了74篇文献, 建立了包含382对水稻产量、39对甲烷(CH₄)排放、10对氧化亚氮(N₂O)排放、10对综合温室效应(GWP)和10对温室气体排放强度(GHGI)观测值的数据库。针对不同的石膏施用措施(类型和施用量)、基础土壤性状(pH值、有机碳含量和质地)以及稻田管理方式(氮肥施用量、灌溉制度、水稻品种类型和试验类型), 探究施石膏对水稻产量和稻田CH₄排放的影响。从总效应来看, 与不施石膏相比, 施石膏显著增加了水稻产量(+58%), 降低了稻田CH₄排放(−47%)、GWP(−22%)和GHGI(−31%), 而对N₂O排放影响不显著。脱硫石膏对水稻增产和稻田CH₄减排的效应显著高于普通石膏和磷石膏。当施用量<2 t·hm⁻²时, 石膏对水稻产量影响不显著; 当施用量≥2 t·hm⁻²时, 石膏对水稻的增产效应随石膏施用量的增加而增加。随着土壤pH增加, 施石膏对水稻产量的增幅显著增加。石膏施用量和土壤pH对水稻产量存在显著的互作效应。在土壤pH<8.5条件下, 施石膏对水稻产量影响不显著; 在土壤pH≥8.5条件下, 水稻产量随着石膏施用量的增加而增加。稻田CH₄减排效应随石膏施用量的增加而显著增加。综上, 施石膏显著提高了水稻产量, 同时降低了稻田温室气体排放, 本研究结果可为评估施石膏对全球水稻丰产和缓解气候变暖提供数据支撑。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 280-289.

养殖场圈舍环节粪污酸化氨减排技术研究与应用

刘娟, 王选, 曹玉博, 柏兆海, 马林 — 2023-02-10

刘娟, 王选, 曹玉博, 柏兆海, 马林本研究针对养殖场圈舍环节氨挥发量大, 缺少可原位实施的氨减排技术的现状, 欲探究一种经济、高效、可实施并可广泛推广的圈舍原位氨减排技术。本研究利用圈舍模拟试验探索了不同剂量的硫酸和青贮渗出液对粪尿氨挥发的影响, 筛选可用于圈舍原位氨减排的酸化条件; 并进一步研发动物圈舍原位酸化氨减排设备, 将模拟试验筛选出的酸化条件应用于原位圈舍, 从氨减排效果和经济两个方面综合探究动物圈舍原位酸化技术的可行性。研究结果表明, 硫酸和青贮液可快速降低粪尿氨挥发: 以不喷酸作为对照, 按0.03 g∙m⁻²的喷施量, 在试验开始喷洒一次硫酸和青贮液, 可分别降低氨挥发排放速率39.1% (P<0.05)和42.7% (P<0.05), 但其减氨效果仅维持8 h左右。鉴于硫酸难以市场流通、青贮液无法雾化, 原位圈舍采用青贮液的主要成分乳酸作为酸化剂。本研究利用原位酸化氨减排设备对圈舍粪尿以不同频率喷酸时, 每天按0.03 g∙m⁻²的剂量喷洒乳酸(0.01 mol∙L⁻¹) 3次(8:00、16:00、0:00)时氨减排效率最高, 与不喷酸相比, 氨减排效率为55.6% (P<0.01); 每天喷洒2次(8:00、16:00) 氨减排成本最低, 为147元∙kg⁻¹(NH₃)。本研究为养殖场圈舍环节提供了一项可实施的高效减氨技术, 但其成本仍较高, 该技术的广泛推广和应用还需进一步降低设备成本。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 290-299.

耦合PLUS-InVEST模型的多情景土地利用变化及其对碳储量影响

雒舒琪, 胡晓萌, 孙媛, 闫彩, 张鑫 — 2023-02-10

雒舒琪, 胡晓萌, 孙媛, 闫彩, 张鑫土地利用/覆被变化(LUCC)是陆地生态系统碳储量变化的重要原因, LUCC往往受政策的限制, 从而影响碳储量变化。预测政策指引下的西安市2030年LUCC, 分析其对碳储量的影响, 对西安市政策制定、土地利用结构调整、实现“双碳”目标具有重要意义。本研究基于2000年、2010年和2020年土地利用数据(LULC), 选取11个驱动因子, 根据西安市“十四五”政策规划建立自然发展(Q1)、生态保护(Q2)和城镇发展(Q3) 3个情景, 采用PLUS模型预测并分析西安市2030年土地利用空间分布格局, 并耦合InVEST模型评估西安市在不同发展情景的碳储量变化。研究表明: 1) PLUS模型在西安市的适用性较强, 模型总体精度为0.93, Kappa系数为0.89。2) 2000—2020年西安市建设面积、草地、水体数量增加, 耕地、林地、湿地面积减少, 从转移方向上看, 主要由耕地转为建设用地。3) 2030年, Q1情景延续了以往发展模式, Q2情景下林地、水体等生态用地数量均较2020年有所增加, Q3情景下建设用地大幅增加, 增幅为10.42%。4) LUCC是导致生态系统碳储量变化的主要原因, 2030年Q1情景下碳储量总量较2020年减少373.28 t, 说明延续以往的发展模式会使碳储量总量减少; Q2情景下碳储量总量较2020年增加564.73 t, 说明一定的生态保护措施保护了林地、湿地等生态用地和耕地的数量, 限制了碳密度较高的生态用地和耕地等转化成碳密度较低的建设用地, 可以减缓陆地生态系统碳储量减少趋势, 增加西安市碳储量; Q3情景下碳储量减少734.15 t, 城市化进程的加快, 建设用地规模扩大, 大量的建设用地占用生态用地和耕地, 从而使碳储量大幅减少。研究表明建设用地大幅扩张侵占生态用地和耕地是造成生态系统碳储量流失的主要原因, 实施科学、合理的生态保护措施, 可以很好地解决因经济发展而造成的碳储量下降问题。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 300-314.

不同施肥处理对黄泥田团聚体有机碳固持及其组分的影响

王飞, 李清华, 何春梅, 王珂, 游燕玲, 黄毅斌 — 2023-02-10

王飞, 李清华, 何春梅, 王珂, 游燕玲, 黄毅斌本文旨在研究长期不同施肥处理对南方黄泥田团聚体有机碳固持及其组分分配的影响, 为合理培肥及土壤碳库管理提供依据。基于始于1983年的在黄泥田进行的长期定位试验, 选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)与化肥+全量稻秸还田(NPKS) 4个处理, 采集第36年各处理耕层土壤样品并分析各粒级团聚体有机碳固持及其组分变化。结果表明, 黄泥田耕层土壤以大团聚体(>2 mm)和中间团聚体(0.25~2 mm)为主, NPKM与NPKS处理的土壤大团聚体质量比重分别比CK显著增加22.0和15.5个百分点(P<0.05)。与CK相比, NPKM与NPKS处理中大团聚体对有机碳固持贡献率分别提高25.0和19.3个百分点(P<0.05)。施肥处理的大团聚体内轻组有机碳(LF-C)含量较CK显著增加, 其中NPKS处理后大团聚体中LF-C含量较CK增加32.3% (P<0.05)。大团聚体有机碳含量以及该团聚体内的LF-C含量与水稻产量和有机碳投入量都呈极显著正相关(P<0.01)。以上结果表明, 配施牛粪或秸秆还田有利于增加黄泥田大团聚体比例及其有机碳含量, 进而提高有机碳固持贡献率, 尤其是配施牛粪, 而且有机无机肥配施有利于提高大团聚体内轻组有机碳含量与固持贡献, 秸秆还田更为明显, 可为南方黄泥田施肥管理提供依据。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 315-324.

大气CO₂浓度和气温升高对玉米灌浆期碳氮代谢的影响

王娇, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 史鑫蕊, 杨净, 郝兴宇 — 2023-02-10

王娇, 李萍, 宗毓铮, 张东升, 史鑫蕊, 杨净, 郝兴宇为探讨C₄作物玉米对CO₂浓度升高、温度升高及其交互作用的响应, 本研究以玉米品种‘先玉335’为材料, 利用人工控制气室设置CK (CO₂浓度为400 μmol∙mol⁻¹, 环境温度)、EC (CO₂浓度为600 μmol∙mol⁻¹, 环境温度)、ET (CO₂浓度为400 μmol∙mol⁻¹, 气温为环境温度+2 ℃)、ECT (CO₂浓度为600 μmol∙mol⁻¹, 气温为环境温度+2 ℃) 4个处理, 测定玉米灌浆期叶片光合生理、糖代谢、氮代谢相关指标, 并在成熟后测定玉米生物量。结果表明: 1) CO₂浓度升高条件下, 玉米叶片叶绿素含量、蔗糖含量、净光合速率及蔗糖合成酶、丙酮酸激酶和α-酮戊二酸脱氢酶活性显著升高(P<0.05), 但谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量和穗重显著升高35.8%和170.2% (P<0.05)。2)气温升高条件下, 叶片净光合速率、蔗糖合成酶和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 地上部生物量、叶重、茎重和穗重显著降低37.0%、28.7%、32.3%和62.2% (P<0.05)。3) CO₂浓度和气温均升高条件下, 叶片净光合速率和丙酮酸激酶活性显著升高(P<0.05), 但叶绿素含量、α-酮戊二酸脱氢酶和谷氨酸合成酶活性显著降低(P<0.05), 叶重显著降低23.4% (P<0.05)。总之, CO₂浓度升高可通过促进玉米叶片光合速率, 增加糖代谢相关酶活性和光合代谢产物等缓解温度升高对玉米生物量的负效应; CO₂浓度升高、气温升高以及二者互作下玉米氮代谢受到抑制, 玉米叶片受到氮素胁迫, 或对玉米品质产生不利影响。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 325-335.

半干旱区深层土壤CO₂浓度对降雨事件的响应

王晓璐, 张宁, 贺高航, 林晓华, 陈岩, 王蕊, 郭胜利 — 2023-02-10

王晓璐, 张宁, 贺高航, 林晓华, 陈岩, 王蕊, 郭胜利降雨是干旱半干旱地区土壤CO₂产生、传输或扩散的重要影响因素, 并进一步影响土壤和大气中的CO₂浓度。目前大量研究集中在地表CO₂通量变化与降雨的关系, 深层土壤有机碳储量巨大, 但深层土壤CO₂浓度变化对降雨事件的响应机制尚不清楚。本研究通过对10 cm、50 cm和100 cm处土壤CO₂浓度进行原位连续监测, 分析不同深度土壤CO₂浓度对降雨事件的响应过程及其影响因素。结果表明: 试验期间, 78%的降雨事件能迅速引起10 cm处土壤CO₂浓度发生改变, 且随着降雨量增大, 土壤CO₂浓度发生变化的深度逐渐增加。当降雨量在10~25 mm时, 50 cm处土壤CO₂浓度在91 h后降低; 降雨量>25 mm时, 100 cm处土壤CO₂浓度在121 h后降低。当土壤由干变湿时, 降雨量>25 mm的降雨事件促进10 cm处土壤CO₂浓度升高30%后开始降低, 而50 cm和100 cm处土壤CO₂浓度随水分升高分别降低16.3%和10.9%。在半干旱区, 当土壤含水量较低时, 降雨可以对10 cm处土壤CO₂浓度变化产生短暂的正激发效应, 而深层土壤含水量往往高于田间持水量, 水分升高会导致该处土壤CO₂浓度降低。降雨对不同深度土壤CO₂浓度变化的影响存在差异, 这在很大程度上取决于土壤含水量状况。中国生态农业学报(中英文). 2023 31(2): 336-344.