h t t p w w w a e d o r g c n E f f e c t s o f f a r m l a n d m a n a g e m e n t m e a s u r e s o n s o i l o r g a n i c c a r b o n t u r n o v e r a n d m i c r o o r g a n i s m s WANGYang 1 2 YANGDian lin 1 2 WANGLi li 1 2 ZHAOJian ning 1 2 LIUHong mei 1 2 TANBing chang 1 2 WANGHui 1 2 WANGMing liang 1 3 HUANGJin 4 ZHANGXiao fu 5 1 Agro EnvironmentalProtectionInstitute MinistryofAgricultureandRuralAffairs Tianjin300191 China 2 KeyLaboratoryofOrigin EnvironmentalPollutionPreventionandControl MinistryofAgricultureandRuralAffairs TianjinKeyLaboratoryofAgro environment andAgro productSafety Tianjin300191 China 3 CollegeofAgronomy4 TeaResearchInstitute ShiyanAcademyofAgriculturalSciences Shiyan442000 China 5 EconomicCropRe searchInstituteofShiyanCity Shiyan442714 China A b s t r a c t Farmlandmanagementmeasurescanhaveasignificantimpactonthecarboncycleoffarmlandecosystems whichcanaffectsoil fertility agriculturalproduction andfoodsecurity andmorebroadly climatechangeandenvironmentalhealth Inthispaper theeffectsof differentfarmlandmanagementmeasures fertilizationmethods plantingsystems andfarmingmodels onsoilorganiccarbon greenhouse gasemissions andsoilmicroorganismswerereviewed Theincreaseinsoilorganiccarbonwasfastestwhenorganicandinorganicfertilizer 收 稿 日 期 2018 11 21 錄 用 日 期 2019 05 27 作 者 簡 介 汪 洋 1994 女 山 西 晉 城 人 碩 士 研 究 生 主 要 從 事 生 物 多 樣 性 研 究 E mail 1242455050 通 信 作 者 王 麗 麗 E mail lili0229ok 基 金 項 目 國 家 重 點 研 發(fā) 計 劃 課 題 子 課 題 2016YFD0201009 中 國 農 業(yè) 科 學 院 科 技 創(chuàng) 新 工 程 協(xié) 同 創(chuàng) 新 任 務 CAAS XTCX2016015 天 津 市 自 然 科 學 基 金 項 目 18JCYBJC23000 中 央 級 公 益 性 科 研 院 所 基 本 科 研 業(yè) 務 費 專 項 2018 szjj wll P r o j e c t s u p p o r t e d SubprojectofNationalKeyRCooperativeInnovationProjectofAgriculturalScienceandTechnologyIn novationProgramofCAAS CAAS XTCX2016015 TheNaturalScienceFoundationofTianjin 18JCYBJC23000 SpecialFundforBasicSci entificResearchOperationofCentralPublicWelfareResearchInstitutes 2018 szjj wll 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 微 生 物 的 影 響 汪 洋 1 2 楊 殿 林 1 2 王 麗 麗 1 2 趙 建 寧 1 2 劉 紅 梅 1 2 譚 炳 昌 1 2 王 慧 1 2 王 明 亮 1 3 黃 進 4 張 小 福 5 1 農 業(yè) 農 村 部 環(huán) 境 保 護 科 研 監(jiān) 測 所 天 津 300191 2 農 業(yè) 農 村 部 產 地 環(huán) 境 污 染 防 控 重 點 實 驗 室 天 津 市 農 業(yè) 環(huán) 境 與 農 產 品 安 全 重 點 實 驗 室 天 津 300191 3 天 津 農 學 院 農 學 與 資 源 環(huán) 境 學 院 天 津 300384 4 十 堰 市 農 業(yè) 科 學 院 果 茶 研 究 所 湖 北 十 堰 442000 5 十 堰 市 經 濟 作 物 研 究 所 湖 北 十 堰 442714 摘 要 農 田 管 理 措 施 對 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 循 環(huán) 影 響 顯 著 進 而 制 約 土 壤 肥 力 農 業(yè) 生 產 及 糧 食 安 全 影 響 氣 候 變 化 和 環(huán) 境 健 康 本 文 綜 述 了 不 同 農 田 管 理 措 施 施 肥 方 式 種 植 制 度 耕 作 模 式 對 農 田 土 壤 有 機 碳 含 碳 溫 室 氣 體 排 放 和 土 壤 微 生 物 的 影 響 發(fā) 現 有 機 肥 與 無 機 肥 配 施 情 景 下 土 壤 有 機 碳 增 速 最 快 且 施 肥 量 與 土 壤 碳 庫 存 在 閾 值 效 應 有 機 肥 的 施 用 增 加 了 土 壤 中CO2 排 放 通 量 磷 鉀 兩 種 肥 料 的 施 用 與 施 用 氮 肥 相 比 更 能 降 低 農 田 土 壤 排 放 溫 室 氣 體 產 生 的 全 球 增 溫 潛 勢 提 高 有 機 肥 和 磷 肥 的 施 用 比 例 有 利 于 土 壤 中 微 生 物 豐 富 度 的 提 高 和 微 生 物 量 碳 的 積 累 種 植 結 構 和 種 植 密 度 均 會 影 響 農 田 土 壤 的 碳 儲 量 種 植 結 構 對 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 溫 室 氣 體 排 放 影 響 顯 著 輪 作 和 間 作 的 種 植 模 式 與 傳 統(tǒng) 單 一 作 物 種 植 相 比 可 有 效 減 少 農 田 含 碳 溫 室 氣 體 的 排 放 同 時 輪 作 與 連 作 相 比 更 有 利 于 土 壤 微 生 物 多 樣 性 的 增 加 保 護 性 耕 作 措 施 有 利 于 農 田 土 壤 固 碳 效 率 的 提 高 可 降 低 農 田 溫 室 氣 體 的 排 放 且 對 微 生 物 活 性 多 樣 性 群 落 結 構 以 及 碳 源 利 用 情 況 均 有 積 極 影 響 最 后 總 結 了 國 際 主 流 碳 模 型 在 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 應 用 概 況 并 提 出 了 未 來 發(fā) 展 展 望 關 鍵 詞 農 田 管 理 措 施 土 壤 碳 儲 量 含 碳 溫 室 氣 體 土 壤 微 生 物 模 型 中 圖 分 類 號 S153 6 S154 3 文 獻 標 志 碼 A 文 章 編 號 2095 6819 2020 03 0340 13 d o i 10 13254 j jare 2018 0329 汪 洋 楊 殿 林 王 麗 麗 等 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 微 生 物 的 影 響 J 農 業(yè) 資 源 與 環(huán) 境 學 報 2020 37 3 340 352 WANGYang YANGDian lin WANGLi li etal Effectsoffarmlandmanagementmeasuresonsoilorganiccarbonturnoverand microorganisms J JournalofAgriculturalResourcesandEnvironment 2020 37 3 340 352 農 業(yè) 資 源 與 環(huán) 境 學 報2020 37 3 340 352 J o u r n a l o f A g r i c u l t u r a l R e s o u r c e s a n d E n v i r o n m e n t 開 放 科 學OSID2020 年5 月 h t t p w w w a e d o r g c n 汪 洋 等 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 微 生 物 的 影 響 wereapplied Moreover therewasathresholdeffectbetweentheamountoffertilizerappliedandthesoilcarboninventory Theapplication oforganicfertilizerincreasedtheCO2emissionsfluxinthesoil andtheapplicationofphosphorusandpotassiumfertilizersreducedthe globewarmingpotentialoffarmlandsoilmorethannitrogenfertilizer Increasingtheapplicationratiooforganicfertilizertophosphatefertil izerwasbeneficial leadingtoanincreaseinmicrobialrichnessinthesoilandaccumulationofmicrobialbiomasscarbon Plantingstruc tureandplantingdensitybothaffectedthecarbonstorageoffarmlandsoil andplantingstructurehadasignificantimpactongreenhouse gasemissionsinfarmlandecosystems Comparedwithtraditionalmonocultureplanting croprotationandintercroppingcouldeffectivelyre ducethegreenhousegasemissionsoffarmland Atthesametime croprotationwasmoreconducivetoincreasingsoilmicrobialdiversity thancontinuouscropping Conservationtillageimprovedtheefficiencyoffarmlandsoilcarbon reducedgreenhousegasemissions andhad apositiveimpactonmicrobialactivity diversity communitystructure andcarbonsourceutilization Finally wesummarizedtheapplica tionofinternationalmainstreamcarbonmodelstofarmlandecosystems andpresentfuturedevelopmentprospects K e y w o r d s farmmanagementmeasures soilcarbonreserves greenhousegases edaphon model 碳 在 地 球 表 層 的 循 環(huán) 轉 化 是 地 球 重 要 的 物 質 循 環(huán) 也 是 最 基 本 的 物 質 循 環(huán) 深 入 研 究 土 壤 碳 素 的 內 在 轉 化 模 式 及 其 相 關 微 生 物 機 理 過 程 對 于 認 識 土 壤 碳 素 轉 化 規(guī) 律 開 展 合 理 種 植 模 式 評 估 氮 肥 的 環(huán) 境 效 應 以 及 減 少 溫 室 氣 體 排 放 等 具 有 極 其 重 要 的 科 學 和 實 踐 意 義 1 隨 著 氣 候 變 化 的 加 劇 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 溫 室 氣 體 CO2 和CH4 排 放 已 成 為 近 年 來 科 學 關 注 的 熱 點 據 2006 年 聯 合 國 糧 農 組 織 FAO 統(tǒng) 計 全 球 種 植 業(yè) 溫 室 氣 體 排 放 占 人 類 造 成 的 溫 室 氣 體 排 放 總 量 的30 是 重 要 的 溫 室 氣 體 排 放 源 2 京 都 議 定 書 中 提 出 經 濟 發(fā) 展 過 程 中 的 碳 排 放 可 以 通 過 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 庫 的 增 加 得 到 補 償 農 田 土 壤 碳 庫 作 為 陸 地 生 態(tài) 系 統(tǒng) 中 唯 一 可 以 短 時 間 內 受 人 為 干 擾 和 調 節(jié) 的 碳 庫 對 于 人 為 調 控 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 平 衡 具 有 重 要 的 意 義 3 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 土 壤 有 機 碳 來 源 于 原 始 植 被 殘 留 農 作 物 殘 體 及 人 為 施 加 的 有 機 物 料 4 其 循 環(huán) 過 程 包 括 碳 的 固 定 儲 存 和 釋 放 三 部 分 農 作 物 通 過 光 合 作 用 從 大 氣 碳 庫 中 吸 收CO2 轉 化 為 有 機 碳 儲 存 于 植 物 碳 庫 通 過 凋 落 物 和 秸 稈 根 茬 進 入 土 壤 該 過 程 中 碳 素 從 植 物 碳 庫 進 入 土 壤 碳 庫 其 中 涉 及 到 的 重 要 耕 作 模 式 為 秸 稈 還 田 同 時 作 物 和 土 壤 的 呼 吸 作 用 又 將 碳 素 從 植 物 碳 庫 和 土 壤 碳 庫 釋 放 至 大 氣 碳 庫 特 別 要 指 出 的 是 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 為 人 工 生 態(tài) 系 統(tǒng) 所 以 人 類 活 動 對 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 碳 循 環(huán) 產 生 了 不 可 忽 視 的 影 響 5 農 田 土 地 利 用 和 土 壤 管 理 方 式 的 變 化 影 響 土 壤 結 構 及 土 壤 有 機 碳 的 穩(wěn) 定 機 制 6 7 加 強 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 相 關 管 理 措 施 改 善 種 植 模 式 對 土 壤 有 機 碳 的 固 定 及 碳 損 失 的 減 少 具 有 重 要 意 義 土 壤 有 機 碳 和 水 分 在 不 同 的 耕 作 方 式 下 通 常 會 有 很 大 的 變 化 8 這 是 因 為 耕 作 過 程 中 表 層 的 土 壤 充 分 混 合 干 濕 交 替 的 頻 度 和 強 度 增 加 土 壤 的 通 氣 性 及 孔 性 變 好 9 土 壤 水 分 及 其 溫 度 狀 況 均 得 到 一 定 的 改 善 10 微 生 物 活 性 提 高 9 加 速 土 壤 有 機 碳 的 分 解 不 同 種 植 制 度 可 以 改 變 土 壤 微 團 聚 體 和 黏 粉 粒 有 機 碳 占 土 壤 總 有 機 碳 的 比 重 土 壤 微 團 聚 體 和 黏 粉 粒 可 以 對 有 機 碳 產 生 物 理 和 化 學 保 護 從 而 增 加 農 田 土 壤 有 機 碳 的 穩(wěn) 定 性 11 農 田 作 物 種 植 密 度 的 改 變 會 影 響 根 系 的 密 度 從 而 對 土 壤 根 際 微 生 物 的 數 量 和 活 性 產 生 影 響 進 而 影 響 微 生 物 的 碳 利 用 率 另 外 根 茬 的 密 度 變 化 會 影 響 作 物 向 農 田 中 輸 入 有 機 質 的 含 量 從 而 影 響 土 壤 有 機 碳 含 量 12 研 究 不 同 種 植 模 式 對 土 壤 理 化 性 質 及 有 機 碳 質 量 的 影 響 有 利 于 優(yōu) 化 農 田 種 植 模 式 實 現 可 持 續(xù) 發(fā) 展 集 約 化 農 業(yè) 生 產 過 程 中 氮 肥 的 過 量 施 用 引 發(fā) 的 環(huán) 境 負 效 應 已 經 嚴 重 制 約 了 農 業(yè) 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 這 就 對 我 國 農 業(yè) 提 高 資 源 利 用 率 增 加 土 壤 碳 匯 提 出 了 新 的 要 求 13 施 肥 方 式 的 優(yōu) 化 對 滿 足 這 一 要 求 具 有 重 要 意 義 土 壤 呼 吸 是 大 氣CO2 排 放 的 重 要 來 源 之 一 主 要 包 括 根 系 自 養(yǎng) 呼 吸 以 及 土 壤 微 生 物 的 異 養(yǎng) 呼 吸 其 中 施 肥 是 影 響 土 壤 呼 吸 的 重 要 因 素 14 施 肥 影 響 農 田 土 壤 固 碳 的 機 制 主 要 有 以 下 兩 個 方 面 一 方 面 對 作 物 的 營 養(yǎng) 環(huán) 境 進 行 改 善 提 高 作 物 的 光 合 效 率 進 而 使 作 物 的 生 物 量 增 加 提 高 了 植 物 殘 體 對 農 田 土 壤 的 輸 入 增 加 了 土 壤 有 機 碳 的 輸 入 另 一 方 面 施 肥 可 以 影 響 農 田 土 壤 中 微 生 物 的 數 量 活 性 以 及 種 群 分 布 進 而 影 響 其 呼 吸 作 用 對 農 田 土 壤 碳 排 放 產 生 影 響 15 研 究 表 明 碳 循 環(huán) 在 水 土 氣 生 相 互 作 用 下 的 重 要 紐 帶 為 土 壤CO2 16 18 可 降 解 有 機 碳 在 地 下 水 中 的 溶 解 率 很 低 化 能 自 養(yǎng) 型 微 生 物 為 了 滿 足 自 身 所 需 的 碳 源 需 要 吸 收CO2 或 無 機 碳 且 在 土 壤 含 碳 量 逐 341h t t p w w w a e d o r g c n 農 業(yè) 資 源 與 環(huán) 境 學 報 第37 卷 第3 期 年 變 化 中 深 層 土 壤 碳 庫 通 過 土 壤 剖 面 的 側 向 氣 體 排 泄 主 要 是CO2 及 降 雨 入 滲 排 泄 過 程 密 切 地 與 大 氣 進 行 碳 交 換 為 較 活 躍 的 碳 庫 18 此 外 土 壤 微 生 物 區(qū) 系 數 量 多 樣 性 及 種 群 結 構 等 在 推 動 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 溫 室 氣 體 排 放 方 面 發(fā) 揮 著 重 要 作 用 微 生 物 的 生 物 量 能 夠 在 一 定 程 度 上 反 映 土 壤 有 機 碳 中 具 有 活 性 的 部 分 的 含 量 19 同 時 具 有 活 性 的 碳 的 輸 入 可 以 促 進 微 生 物 的 分 解 轉 化 及 殘 留 物 的 穩(wěn) 定 20 因 此 研 究 不 同 農 田 管 理 措 施 背 景 下 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 微 生 物 動 態(tài) 對 了 解 農 田 土 壤 碳 周 轉 動 態(tài) 具 有 重 要 意 義 由 于 碳 周 轉 過 程 對 農 田 管 理 措 施 的 反 饋 機 制 具 有 復 雜 性 模 型 被 認 為 是 研 究 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 循 環(huán) 及 碳 周 轉 過 程 最 有 效 的 手 段 21 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 模 型 的 產 生 是 從20 世 紀 中 期 開 始 的 22 發(fā) 展 經 歷 了 三 個 階 段 20 世 紀 六 七 十 年 代 的 碳 平 衡 模 型 20 世 紀80 年 代 的 植 被 氣 候 關 系 模 型 以 及20 世 紀90 年 代 至 今 生 物 地 球 化 學 循 環(huán) 模 型 文 中 筆 者 主 要 綜 述 了 國 內 外 的 主 流 碳 模 型 以 及 國 外 碳 模 型 在 國 內 的 應 用 現 狀 并 提 出 發(fā) 展 的 不 足 和 建 議 本 文 從 不 同 的 農 田 管 理 措 施 著 手 對 不 同 農 田 管 理 措 施 下 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 微 生 物 變 化 的 研 究 現 狀 進 行 總 結 并 提 出 了 未 來 發(fā) 展 方 向 1 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 碳 儲 量 的 影 響 農 田 土 壤 有 機 碳 庫 是 陸 地 土 壤 碳 庫 的 重 要 組 成 部 分 23 對 農 田 土 壤 有 機 碳 的 研 究 已 成 為 全 球 氣 候 變 化 研 究 的 重 點 24 土 壤 有 機 碳 是 土 壤 肥 力 的 核 心 物 質 農 田 種 植 管 理 措 施 通 過 影 響 土 壤 物 理 化 學 生 物 性 質 影 響 土 壤 有 機 碳 的 動 態(tài) 進 而 影 響 土 壤 肥 力 25 26 1 1 施 肥 方 式 對 農 田 土 壤 碳 儲 量 的 影 響 土 壤 有 機 碳 和 作 物 產 量 表 現 為 協(xié) 同 效 應 27 尤 其 在 作 物 產 量 和 施 肥 水 平 較 低 的 情 況 下 施 肥 可 以 通 過 增 加 作 物 產 量 來 提 高 土 壤 有 機 碳 的 含 量 28 有 研 究 證 明 適 度 的 灌 溉 和 施 肥 可 以 幫 助 改 善 非 洲 小 型 農 業(yè) 土 壤 的 碳 儲 量 29 這 一 結 論 在 澳 大 利 亞 的 牧 場 土 壤 中 也 得 到 證 實 30 但 過 量 使 用 氮 肥 可 能 降 低 土 壤 有 機 碳 含 量 31 也就是說土壤有機碳庫與施氮量存在閾值效 應 不 同 的 施 肥 方 式 對 土 壤 碳 庫 積 累 的 影 響 存 在 差 異 黃 晶 等 32 研 究 表 明 無 機 肥 配 施 有 機 肥 的 方 式 會 促 進 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 的 碳 匯 功 能 田 康 等 33 的 研 究 結 果 顯 示 不 同 施 肥 措 施 均 能 提 高 農 田 碳 儲 量 但 是 不 同 處 理 措 施 下 土 壤 有 機 碳 的 增 幅 不 同 其 中 有 機 肥 與 無 機 肥 配 施 土 壤 有 機 碳 增 速 最 快 0 38g kg 1 a 1 而 單 施 磷 肥 增 速 最 慢 0 032g kg 1 a 1 不 同 的 碳 組 分 變 化 對 不 同 施 肥 處 理 的 響 應 存 在 差 異 鐘 楊 權 威 34 的 研 究 表 明 不 同 施 肥 處 理 下 輕 組 分 碳 和 重 組 分 碳 含 量 差 異 不 明 顯 但 是 可 溶 性 碳 在 氮 量 較 高 的 處 理 中 顯 著 降 低 且 在 深 層 土 壤 中 變 化 比 較 明 顯 而 易 氧 化 碳 含 量 在 施 氮 量90kg hm 2 處 理 達 到 峰 值 之 后 隨 施 氮 量 的 增 加 易 氧 化 碳 含 量 開 始 降 低 與 可 溶 性 碳 相 反 該 變 化 在 淺 層 土 壤 中 更 為 突 出 從 以 上 論 述 得 出 不 同 的 施 肥 方 式 影 響 了 土 壤 碳 庫 的 積 累 速 度 對 不 同 碳 組 分 變 化 的 影 響 也 存 在 差 異 但 施 肥 量 與 土 壤 碳 庫 存 在 閾 值 效 應 應 注 意 合 理 施 肥 過 量 施 肥 并 不 利 于 農 田 土 壤 碳 庫 的 積 累 1 2 種 植 制 度 對 農 田 土 壤 碳 儲 量 的 影 響 種 植 制 度 主 要 包 括 種 植 方 式 和 種 植 密 度 種 植 方 式 的 改 變 是 影 響 農 田 碳 儲 量 變 化 的 一 個 重 要 因 素 35 以 綠 洲 土 壤 有 機 碳 為 例 不 同 種 植 方 式 主 要 是 對 土 壤 總 有 機 碳 TOC 活 性 有 機 碳 AOC 和 惰 性 有 機 碳 NOC 產 生 影 響 36 近 年 來 綠 洲 區(qū) 內 大 量 種 植 制 種 玉 米 而 普 通 玉 米 和 小 麥 的 種 植 比 例 大 幅 下 降 這 種 方 式 影 響 了 農 田 碳 儲 量 37 主 要 原 因 是 與 普 通 玉 米 相 比 當 地 制 種 玉 米 的 秸 稈 主 要 運 至 養(yǎng) 牛 場 或 者 飼 養(yǎng) 自 家 奶 牛 且 制 種 玉 米 的 種 植 密 度 比 普 通 玉 米 低 所 以 導 致 農 田 地 上 部 分 有 機 質 歸 還 量 降 低 土 壤 中TOC AOC NOC 的 含 量 隨 之 降 低 37 而 相 比 小 麥 來 講 雖 然 制 種 玉 米 地 有 機 質 的 歸 還 量 變 化 不 大 但 是 玉 米 根 茬 歸 還 到 土 壤 后 形 成 的 土 壤 有 機 質 高 于 小 麥 根 茬 所 以 土 壤 中TOC AOC NOC 的 含 量 會 相 應 升 高 38 39 有 研 究 發(fā) 現 隨 著 種 植 密 度 的 增 加 農 田 土 壤 碳 素 含 量 呈 現 先 升 高 后 降 低 的 趨 勢 如 趙 海 超 40 以 春 玉 米 為 例 研 究 了 種 植 密 度 對 農 田 碳 儲 量 的 影 響 發(fā) 現 低 密 度 玉 米 種 植 有 利 于 累 積 犁 底 層 土 壤 有 機 碳 而 高 密 度 玉 米 種 植 有 利 于 耕 層 土 壤 碳 素 積 累 因 此 合 理 的 種 植 方 式 和 種 植 密 度 均 有 利 于 農 田 土 壤 碳 儲 量 的 增 加 調 整 農 田 產 業(yè) 結 構 是 增 加 農 田 碳 儲 量 的 有 效 途 徑 1 3 耕 作 模 式 對 農 田 土 壤 碳 儲 量 的 影 響 Lal 等 41 對 全 球 碳 固 定 進 行 了 分 析 揭 示 了 改 變 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 碳 固 定 的 影 響 并 強 調 了 免 耕 的 影 響 有 研 究 指 出 免 耕 有 利 于 我 國 華 北 平 原 小 麥 玉 米 兩 熟 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 土 壤 有 機 碳 儲 量 的 累 積 42 在 美 國 的 俄 亥 俄 州 免 耕 玉 米 地 的 有 機 碳 含 量 比 常 規(guī) 耕 作 高35 46 說 明 免 耕 的 耕 作 模 式 提 高 了 土 壤 有 3422020 年5 月 h t t p w w w a e d o r g c n 汪 洋 等 農 田 管 理 措 施 對 土 壤 有 機 碳 周 轉 及 微 生 物 的 影 響 機 碳 含 量 是 農 田 土 壤 固 碳 的 重 要 措 施 43 與 其 他 農 田 管 理 措 施 相 比 秸 稈 還 田 是 增 加 土 壤 有 機 碳 最 有 效 的 措 施 44 45 在 印 度 等 土 壤 有 機 碳 水 平 較 低 的 發(fā) 展 中 國 家 表 現 更 為 明 顯 46 另 外 筆 者 重 點 關 注 了 不 同 耕 作 模 式 對 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 碳 收 支 平 衡 的 影 響 其 中 秸 稈 還 田 與 否 是 影 響 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 成 為 碳 源 還 是 碳 匯 的 重 要 因 素 47 冬 小 麥 夏 玉 米 的 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 在 免 耕 秸 稈 覆 蓋 的 保 護 性 耕 作 措 施 下 比 傳 統(tǒng) 耕 作 模 式 碳 排 放 減 少168 78 kgC hm 2 提 高 了 農 田 的 固 碳 效 率 且 免 耕 秸 稈 覆 蓋 減 少 了 機 械 投 入 增 加 了 小 麥 玉 米 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 經 濟 效 益 48 因 此 免 耕 秸 稈 還 田 的 保 護 性 耕 作 模 式 是 增 加 農 田 土 壤 碳 儲 量 的 有 效 手 段 應 該 得 到 推 廣 然 而 單 一 的 耕 作 模 式 并 不 利 于 農 田 土 壤 的 可 持 續(xù) 發(fā) 展 對 于 不 同 的 土 壤 和 環(huán) 境 所 適 合 的 耕 作 模 式 不 同 目 前 農 田 土 壤 有 機 碳 對 耕 作 管 理 模 式 的 相 關 研 究 還 具 有 不 確 定 性 有 待 于 進 一 步 開 展 相 關 深 入 的 研 究 以 探 索 多 種 合 理 的 耕 作 模 式 2 農 田 管 理 措 施 對 含 碳 溫 室 氣 體 排 放 的 影 響 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng) 是 溫 室 氣 體 重 要 的 排 放 源 FAO 2014 報 道 指 出 來 自 農 業(yè) 源 的 溫 室 氣 體 排 放 已 從 2001 年 的47 億tCO2 當 量 增 加 到2011 年 的53 億t 以0 6 億t a 1 的 速 度 在 增 加 且 來 自 種 植 業(yè) 畜 牧 業(yè) 等 農 業(yè) 源 的 排 放 量 還 在 持 續(xù) 增 加 早 在2000 年 Schlesinger 等 49 就 指 出 常 規(guī) 耕 作 會 導 致 農 田 生 態(tài) 系 統(tǒng)CO2 排 放 增 加 我 國 農 業(yè) 源 溫 室 氣 體 總 排 放 量 為 158557 3 萬tCO2 當 量 比1980 年 增 長52 0 50 以 2000 年 為 例 其 農 業(yè) 源 排 放 量 占 全 球 總 排 放 量 的 17 51 對 全 球 農 業(yè) 源 溫 室 氣 體 貢 獻 較 高 美 國 羅 代 爾 研 究 所 始 于1981 年 的 一 項 長 期 研 究 結 果 表 明 有 機 農 業(yè) 具 有 較 高 的 能 源 使 用 效 率 和 經 濟 效 益 常 規(guī) 農 業(yè) 比 有 機 農 業(yè) 多 排 放40 的 溫 室 氣 體 52 基 于 農 田 溫 室 氣 體 排 放 持 續(xù) 增 加 的 嚴 峻 性 筆 者 著 重 從 施 肥 方 式 種 植 制 度 耕 作 模 式 三 個 角 度 總 結 農 田 管 理 措 施 對 農 田 溫 室 氣 體 的 影 響 2 1 施 肥 方 式 對 農 田 含 碳 溫 室 氣 體 排 放 的 影 響 我 國 華 北 平 原 太 行 山 前 冬 小 麥 農 田 土 壤 是CO2 的 排 放 源 53 而 施 肥 和 灌 溉 是 引 起 各 處 理 溫 室 氣 體 排 放 差 異 的 主 要 原 因 且 增 施 氮 肥 以 及 灌 溉 能 夠 促 進 土 壤CO2 的 生 成 和 排 放 54 這 一 結 論 在 伊 朗 的 大 豆 實 驗 中 同 樣 成 立 該 試 驗 表 明 施 肥 處 理 的 大 豆 田CO2 排 放 水 平 高 于 非 施 肥 處 理 55 黃 淮 海 平 原 小 麥 玉 米 輪 作 實 驗 表 明 有 機 肥 的 施 用 可 以 增 加 土 壤 中CO2 的 釋 放 其 原 因 是 施 加 有 機 肥 改 善 了 土 壤 的 理 化 性 質 56 小 麥 玉 米 季 的 有 機 肥 無 機 肥 配 合 施 用 處 理 農 田 均 表 現 為CO2 的 匯 32 不 同 肥 料 的 施 加 對 溫 室 氣 體 影 響 不 同 有 研 究 顯 示 高P 和 高K 濃 度 產 量 及 其 可 用 性 與 低CO2 產 生 率 相 關 而 高C 和 高N 產 量 與 高CH4 產 生 率 有 關 較 高 的C K 和N K 與 增 長 的CO2 排 放 量 呈 正 相 關 而 有 效 P 和CH4 產 量 呈 負 相 關 平 均 來 說 沿 海 地 區(qū) 有 效P 含 量 pH 和 鹽 分 比 內 陸 地 區(qū) 更 高 有 效C P 和CO2 產 生 率 較 內 陸 地 區(qū) 低 而 且 沿 海 稻 田CH4 排 放 量 比 內 陸 稻 田 略 低 57 另 外 有 機 肥 已 被 證 明 能 促 進 農 業(yè) 土 壤 中CH4 的 吸 收 荷 蘭 的 一 項 研 究 顯 示 通 過 堆 肥 改 良 獲 得 了 最 優(yōu) 的 溫 室 氣 體 平 衡 58 該 研 究 認 為 堆 肥 的 營 養(yǎng) 成 分 并 不 十 分 豐 富 當 作 為 單 一 肥 料 施 用 時 可 能 會 導 致 作 物 產 量 下 降 因 此 將 堆 肥 與 更 富 營 養(yǎng) 的 有 機 改 良 劑 污 泥 沼 液 結 合 使 用 可 以 在 保 持 作 物 產 量 和 減 少 溫 室 氣 體 排 放 之 間 進 行 權 衡 58 所 以 應 該 適 量 提 高 磷 鉀 兩 種 肥 料 的 施 用 而 降 低 氮 肥 的 施 用 以 降 低 農 田 含 碳 溫 室 氣 體 的 排 放 同 時 結 合 經 濟 效 益 探 究 最 佳 施 用 比 例 減 緩 溫 室 效 應 2 2 種 植 制 度 對 農 田 含 碳 溫 室 氣 體 排 放 的 影 響 國 內 關 于 種 植 制 度 對 農 田 含 碳 溫 室 氣 體 的 影 響 研 究 主 要 集 中 在 長 江 中 下 游 的 水 田 對 旱 地 的 研 究 還 不 成 熟 有 待 于 進 一 步 研 究 不 同 的 種 植 制 度 下 農 田 溫 室 氣 體 排 放 表 現 出 明 顯 的 差 異 通 過 對 不 同 種 植 制 度 的 比 較 有 利 于 選 擇 最 佳 的 種 植 模 式 減 少 當 地 農 田 溫 室 氣 體 的 排 放 在 實 現 經 濟 效 益 的 同 時 提 高 環(huán) 境 效 益 59 62 展 茗 59 在 湖 北 開 展 的 研 究 中 通 過 設 置 三 種 稻 作 模 式 稻 鴨 復 合 種 養(yǎng) RD 間 歇 灌 溉 RW 常 規(guī) 淹 水 灌 溉 CK 研 究 了 稻 田 溫 室 氣 體 碳 排 放 的 差 異 發(fā) 現 雖 然RD RW 與CK 相 比 都 能 顯 著 降 低CH4 排 放 量 但 是 RW 降 幅 更 大 達 到36 9 而RD 降 低 了19 95 但 是 RW 模 式 的CO2 排 放 卻 比RD 和CK 增 長 了29 4 所 以 綜 合 考 慮 認 為 稻 鴨 復 合 種 養(yǎng) 的 模 式 更 有 利 于 減 少 該 地 區(qū) 的 溫 室 氣 體 排 放 江 長 勝 60 在 川 中 丘 陵 區(qū) 的 研 究 中 發(fā) 現 水 稻 種 植 本 身 會 促 進 稻 田CH4 的 排 放 有 水 稻 種 植 的 冬 灌 田 的 CH4 排 放 是 無 水 稻 種 植 的 冬 灌 田 的3 倍 但 是 不 同 的 種 植 制 度 可 以 減 緩 這 一 效 應 與 常 規(guī) 冬 灌 田 相 比 采 343h t t p w w w a e d o r g c n 農 業(yè) 資 源 與 環(huán) 境 學 報 第37 卷 第3 期 用 冬 灌 田 強 化 栽 培 稻 麥 輪 作 和 稻 油 輪 作 的 種 植 方 式 均 能 降 低 稻 田CH4 排 放 量 其 中 稻 油 輪 作 降 幅 最 大 達 到57 8 而 美 國 的 一 項 研 究 也 證 明 輪 作 可 以 減 少 農 田 CO2 的 排 放 玉 米 大 豆 輪 作 與 單 獨 的 大 豆 或 者 玉 米 連 作 相 比 能 減 少 溫 室 氣 體 排 放 且 能 增 加 產 量 61 改 變 傳 統(tǒng) 作 物 布 局 有 利 于 江 漢 平 原 地 區(qū) 稻 田 溫 室 效 應 的 降 低 新 型 種 植 模 式 的 全 球 增 溫 潛 勢 Globewarmingpotential GWP 均 顯 著 低 于 同 條 件 下 的 傳 統(tǒng) 模 式 西 瓜 玉 米 套 作 稻 蝦 混 作 和 薏 苡 單 作 模 式 夏 季 排 放 的CO2 CH4 產 生 的 全 球