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农田生态系统碳源/汇的时空差异及增汇技术研究

赵荣钦  
【摘要】: 随着全球温室效应的加剧,为探索降低大气温室气体浓度的对策,陆地生态系统碳循环及碳收支研究成为当前全球变化研究的热点问题。农田生态系统是重要的温室气体源和汇,一方面通过作物光合作用和人为途径吸收大量的碳;另一方面通过作物和土壤的呼吸作用以及各种途径的人工投入过程间接释放碳。另外,原始土地转化为耕地的过程也使土壤丧失了大量的有机碳。随着耕作强度的增加,农业领域面临着越来越多的碳释放。因此,如何采取措施实现农田土壤固碳增汇成为目前亟待解决的问题之一。 本文首先运用1981-2001年的统计资料(作物产量和各种途径的农业投入数据),对沿海十省区农田生态系统碳源/汇及净碳汇进行了估算,并分析了其时空差异;然后运用1998年逐月NDVI数据通过建模对沿海地区农田生态系统NPP进行了估算,并分析了NPP分布与农田生态系统碳吸收的相关性;最后通过对农田生态系统碳源/汇的影响因素分析,提出了不同的农田生态系统碳增汇/减排技术。通过研究,得到了以下几点结论: (1)沿海地区农田生态系统碳源/汇的时空差异显著。总碳吸收和碳排放从1981年以来都呈增加的趋势,但碳排放的增长超过了碳吸收的增长速度。其中,沿海十省区农田生态系统碳吸收总量从1981年的15644.2万吨上升到2001年的22482.4万吨,上升了近44%;而碳排放总量从1981年的1512.86万吨上升到2001年的5559.31万吨,增长了265%。碳吸收从20世纪90年代末以来呈下降趋势,而碳排放则持续增加,其中各省份的碳吸收/排放差别显著。就碳吸收来说,广西、山东增长最快,天津、上海基本上持平,而福建、浙江等省份则基本上逐年下降;就碳排放来说,各省份都呈逐年增加的趋势,其中上海增幅最大。就单位面积而言,单位面积碳吸收和碳排放趋势分别与总碳吸收及排放相近,大部分地区保持在2-7吨/公顷之间,其中广西的单位面积碳吸收最大;单位面积碳排放逐年增加,基本上保持在0-3吨/公顷之间,其中上海增幅最大。这表明发达地区有较高的农业投入。 (2)沿海地区农田生态系统净碳汇从1981年的14122.3万吨增加到2001年 的16923.1万吨,增长了近20%。这与农田生态系统碳吸收的趋势大致相同。就 目前来说,农田生态系统碳排放明显低于碳吸收,如2001年的沿海地区农田生态 系统碳吸收为碳排放的4倍左右。我国沿海地区农田生态系统具有相当强的碳汇 功能,每年的固碳量达到1亿吨以上。各省的净碳汇量和涨幅差异显著,山东, 广西等地区的净碳汇呈上升趋势,而东南沿海的浙江,福建等省则明显下降,而 且上海市的净碳汇在2001年为负值(一7.34万吨)。这表明东南沿海地区随着经 济的发展,一方面农用地减少,另一方面农业投入则持续增加,农业发展及农业 产量的提高越来越依赖于农业投入,这同时也造成更多的碳释放。 (3)通过对1998年沿海地区农田生态系统NPP的估算,发现NPP的南北 差异非常明显。NPP最小值和最大值分别为10.gkg .ha-’:a1和1 50o6kg .ha一’.a’’, 大部分地区的NPP处于10一Zo50kg之间,而且北方地区农田 NPP普遍偏低,南方 地区NPP较高,但农田种植面积较少。我国沿海地区农田生态系统1 998年NPP 总量为20808.9万吨,其中广西省最大,为4785.52万吨,其次为广东和山东,上 海最小为1巧.3万吨。广西省NPP均值最大,达到1 1 67kg·ha一a一,其次为江 苏和上海,福建省NPP的平均值最小,为442kg·ha一‘·a-l。分析发现,NPP的 空间分布与碳吸收和种植面积的拟合效果很好,说明它们之间具有很好的相关性。 (4)造成农田生态系统碳源/汇差异的原因很多。通过相关分析发现,土地 利用方式、农作物产量、农业投入等因子是影响碳源/汇的主要因素。此外作物品 种、土壤条件、气候因素等也是影响农田生态系统碳源/汇的重要因素。 (5)我国沿海地区农田生态系统具有较大的碳固存潜力,可以采用合理有效 的技术和措施将更多的碳固定于农田生态系统中,例如调整耕作制度、改变水分 类型、改善施肥条件,秸秆还田和退化土壤修复等是主要的碳增汇/减排措施。


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