農(nóng)耕地碳匯和碳源的影響因素研究

1、CompanyLOGO農(nóng)耕地碳匯和碳源的影響因素研究農(nóng)耕地碳匯和碳源的影響因素研究目目 錄錄 碳匯與碳源定義 溫室氣體 “ 源 ” (碳匯， sink ) 定義為任何向大氣中釋放產(chǎn)生溫室氣體 、 氣溶膠或其前體的過(guò)程 、 活動(dòng)或機(jī)制 。 溫室氣體 “ 匯 ” (碳源 source )為從大氣中清除溫室氣體 、 氣溶膠或其前體的過(guò)程 、活動(dòng)或機(jī)制 。農(nóng)耕地碳匯與碳源農(nóng)耕地碳匯與碳源 碳匯與碳源的研究現(xiàn)狀 國(guó)際科學(xué)界認(rèn)為，全球變暖現(xiàn)象90%以上可能是來(lái)自于 溫室氣體的排放，CO2是最重要的溫室氣體，對(duì)溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)達(dá)50%。隨著農(nóng)業(yè)對(duì)化石能源消費(fèi)量的不斷提升，引起CO2排放量的迅速增加，同時(shí)作物生

2、長(zhǎng)、土壤碳庫(kù)的動(dòng)態(tài)變化等也會(huì)產(chǎn)生碳排放。據(jù)Bouwman等研究，農(nóng)業(yè)活動(dòng)是重要的溫室氣體排放源，大氣中20%的CO2 , 70%的CH4和90%的N2O來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)及其相關(guān)過(guò)程。 在全球目光聚焦低碳農(nóng)業(yè)發(fā)展之際，溫室氣體減排、農(nóng)業(yè)碳減排越來(lái)越被重視。因此，分析和準(zhǔn)確把握我國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放的時(shí)空特征和影響因素，對(duì)科學(xué)制定農(nóng)業(yè)碳減排政策具有重要的意義。農(nóng)耕地碳匯與碳源的影響因素農(nóng)耕地碳匯與碳源的影響因素 農(nóng)業(yè)碳農(nóng)業(yè)碳匯與碳源匯與碳源的相關(guān)因素的相關(guān)因素 農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品 -化肥、有機(jī)肥、農(nóng)藥、地膜化肥、有機(jī)肥、農(nóng)藥、地膜 農(nóng)業(yè)耕作方式農(nóng)業(yè)耕作方式 農(nóng)業(yè)廢棄物農(nóng)業(yè)廢棄物 微生物群落微生物群落農(nóng)耕地

3、碳匯與碳源的影響因素農(nóng)耕地碳匯與碳源的影響因素農(nóng)耕地碳匯與碳農(nóng)耕地碳匯與碳源的計(jì)算源的計(jì)算凈碳匯 計(jì)量投入品 碳排放土壤 碳排放秸稈 焚燒排放秸稈 固碳土壤 固碳作物 碳吸收碳碳匯計(jì)量匯計(jì)量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物自身固碳量計(jì)量方法測(cè)算單位面積作物的碳吸收量(碳密度)，然后乘以面積得出。 公式： Di =Ti / A ,其中： Di為 i 類農(nóng)作物的碳密度(t/hm2) Ai為 i 類農(nóng)作物的總播種面積(hm2)利用農(nóng)作物吸收二氧化碳的光合作用化學(xué)方程式進(jìn)行計(jì)算：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2通過(guò)作物的凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）來(lái)計(jì)算（NPP 即單位面積單位時(shí)

4、間的作物通過(guò)光合作用所生成的有機(jī)質(zhì)扣除自養(yǎng)呼吸消耗量之后的剩余部分）- 經(jīng)濟(jì)系數(shù)法經(jīng)濟(jì)系數(shù)法按面積計(jì)算按作物經(jīng)濟(jì) 產(chǎn)量計(jì)算 農(nóng)作物農(nóng)作物的自身固的自身固碳碳這里這里指農(nóng)作物通過(guò)光合作用吸收二氧指農(nóng)作物通過(guò)光合作用吸收二氧化碳，合成有機(jī)物，化碳，合成有機(jī)物，將碳將碳固定在作物體內(nèi)的過(guò)程。固定在作物體內(nèi)的過(guò)程。式中，C 為區(qū)域農(nóng)田作物碳吸收總量（單位：tCa-1）； Ci為某種作物的碳吸收量（單位：tCa-1）； k 表示區(qū)域農(nóng)作物種類數(shù)； cai為作物通過(guò)光合作用合成單位有機(jī)質(zhì)所需吸收的碳； wci為作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品部分的含水量單位：%）； Yi為作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（單位：ta-1）； HIi為作物經(jīng)濟(jì)

5、系數(shù)（表 .1）。 優(yōu)點(diǎn)：體現(xiàn)不同作物的不同特點(diǎn)、不同地域的不同農(nóng)田條件，只計(jì)算作物凈吸收量，最為準(zhǔn)確。碳匯計(jì)量碳匯計(jì)量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳碳碳匯計(jì)量匯計(jì)量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳 土壤土壤碳碳庫(kù)主要庫(kù)主要指土壤有機(jī)碳庫(kù)。土壤能通過(guò)生物和非指土壤有機(jī)碳庫(kù)。土壤能通過(guò)生物和非生生物過(guò)程物過(guò)程捕獲大氣中的碳素并將其穩(wěn)定地存入碳庫(kù)，這一過(guò)程捕獲大氣中的碳素并將其穩(wěn)定地存入碳庫(kù)，這一過(guò)程被稱為被稱為碳固碳固存。存。碳碳匯計(jì)量匯計(jì)量-土壤固碳土壤固碳 影響影響農(nóng)田土壤碳固存的因素很多，其中比較重要的是農(nóng)農(nóng)田土壤碳固存的因素很多，其中比較重要的是農(nóng)田管理方式，包括田管理方式，包括耕

6、作方式耕作方式、肥料的施用肥料的施用等。等。 一般是在所研究的田塊上設(shè)定一些分布較為均勻的點(diǎn)，然后在選取的點(diǎn)上采集土壤樣本，采樣深度一般是0一20厘米，有的根據(jù)研究需要，加深到40厘米深或110厘米深。將采到的土壤樣本充分混合，風(fēng)干后磨碎過(guò)篩，然后采用重鉻酸鉀氧化外源加熱法測(cè)定土壤有機(jī)碳含量土壤固土壤固碳的計(jì)算：碳的計(jì)算：碳碳匯計(jì)量匯計(jì)量-秸稈還田固碳秸稈還田固碳 農(nóng)作物秸稈（包括掉落物、殘留物等）農(nóng)作物秸稈（包括掉落物、殘留物等）中中含有纖維素、含有纖維素、半纖維素和蛋白質(zhì)等成分。秸稈還田后，在半纖維素和蛋白質(zhì)等成分。秸稈還田后，在土壤微生物土壤微生物的作的作用下分解轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)，另外，由此

7、產(chǎn)生的腐殖酸與土壤中用下分解轉(zhuǎn)化為有機(jī)質(zhì)，另外，由此產(chǎn)生的腐殖酸與土壤中的鈣離子、的鈣離子、鎂離子鎂離子等結(jié)合成穩(wěn)定團(tuán)粒，可以改善農(nóng)田土壤的等結(jié)合成穩(wěn)定團(tuán)粒，可以改善農(nóng)田土壤的理化性質(zhì)，提高土壤的生物活性，理化性質(zhì)，提高土壤的生物活性，減少減少農(nóng)作物對(duì)外部投入品農(nóng)作物對(duì)外部投入品的依賴，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。的依賴，改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 秸稈秸稈還田所產(chǎn)生的固碳作用同樣需要通過(guò)測(cè)定土壤還田所產(chǎn)生的固碳作用同樣需要通過(guò)測(cè)定土壤有有機(jī)碳機(jī)碳含量來(lái)判斷。先含量來(lái)判斷。先測(cè)定測(cè)定未經(jīng)未經(jīng)過(guò)秸稈還田過(guò)秸稈還田的農(nóng)田土壤有機(jī)的農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量，然后碳含量，然后秸稈還

8、田后秸稈還田后，測(cè)定，測(cè)定同一塊農(nóng)田同一塊農(nóng)田土壤土壤有機(jī)碳有機(jī)碳含含量的變化，從而得到秸稈還田的固碳量的變化，從而得到秸稈還田的固碳量。量。秸稈還田固碳的計(jì)算：秸稈還田固碳的計(jì)算： 碳源計(jì)量碳源計(jì)量 聯(lián)合國(guó)氣候變化委員會(huì)(IPCC)一直致力于減緩全球溫室效應(yīng)，減少全球溫室氣體排放。為此，該機(jī)構(gòu)編寫了國(guó)家溫室氣體清單指南，并提出溫室氣體排放的計(jì)量方法，受到國(guó)際社會(huì)的普遍認(rèn)可。針對(duì)農(nóng)林和土地利用變化這一領(lǐng)域，IPCC提出的碳排放計(jì)算方法是:碳排放量=活動(dòng)數(shù)據(jù)碳排放因子農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品碳排放的計(jì)量公式:其中，C1 為某種作物的碳投入總量 n 表示該作物從播種到收獲整個(gè)過(guò)程消耗了n種能 源(柴油

9、和電能等)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料(化肥、農(nóng)藥和種子等) Ci 表示第i種能源或農(nóng)資的碳排放量 m 為消耗第i種能源或農(nóng)資的量 為第i種能源或農(nóng)資的碳排放參數(shù)，碳投入量統(tǒng)一用碳當(dāng)量來(lái)表示，單位是kgCe 碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品 其中，E1為各項(xiàng)生產(chǎn)投入的碳排放量，tCa-1 Qi為各項(xiàng)投入的數(shù)量(包括氮磷鉀各類化肥用量、農(nóng)機(jī)柴油用量、農(nóng)藥用量、灌溉面積、農(nóng)膜用量等) Yi為各項(xiàng)投入的碳排放系數(shù) 上述公式中最重要的一個(gè)數(shù)據(jù)就是碳排放系數(shù)(碳排放因子 ) 單位投入品產(chǎn)生的CO2量 IPCC給出了一些農(nóng)業(yè)投入品的碳排放因子，但不同國(guó)家的國(guó)情不同，生產(chǎn)條件、生產(chǎn)技術(shù)水平、地域環(huán)境等條件也各不

10、相同，因此不同投入品的碳排放因子 (碳排放系數(shù))隨地域的變化而變化。碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（美國(guó)美國(guó)使用的碳排放使用的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（歐盟使用（歐盟使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（歐盟使用（歐盟使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（歐盟使用（歐盟使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)） 國(guó)內(nèi)研究未涉及的碳排放系數(shù)，常常使用他們的研究結(jié)果。 在農(nóng)業(yè)投入品碳排放計(jì)量方面，West & Marland的研究常常被

11、國(guó)內(nèi)學(xué)者引用，作為國(guó)內(nèi)農(nóng)業(yè)投入品碳排放系數(shù)的補(bǔ)充。 兩位學(xué)者以美國(guó)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)研究了多種農(nóng)業(yè)投入品的碳排放系數(shù)，包括農(nóng)藥、化肥、農(nóng)用機(jī)械、電力等等(West & Marland,2002)。碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（國(guó)內(nèi)使用（國(guó)內(nèi)使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（歐盟使用（歐盟使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（歐盟使用（歐盟使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)） 關(guān)于碳排放系數(shù)的計(jì)算，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的方法有以下兩種： 根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒中的“按行業(yè)分能源消費(fèi)量”所記載的農(nóng)業(yè)各方面消耗的煤炭、焦炭

12、、原油、汽油、煤油等各種能源的消耗量，將各種能源統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)煤，并計(jì)算該行業(yè)所使用的能源總量所產(chǎn)生的溫室氣體量。最后折算成單位產(chǎn)品產(chǎn)生的CO2量。第一種：以氮肥為例： 全國(guó)所有生產(chǎn)氮肥的廠家年消耗能源折合成標(biāo)煤的量一共為 Q Kg,產(chǎn)生的溫室氣體折合成CO2為C Kg,生產(chǎn)的氮肥總產(chǎn)量為m Kg,則氮肥的碳排放系數(shù)為C/m Kg CO2 Ce/Kg 氮肥。碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（碳（碳排放排放系數(shù)的計(jì)算方法）系數(shù)的計(jì)算方法）第二種： 分析各種農(nóng)業(yè)投入品的生產(chǎn)工藝，進(jìn)而分析每種產(chǎn)品（如尿素）的各生產(chǎn)車間、各生產(chǎn)工段的耗能量，然后得出各種產(chǎn)品在生產(chǎn)、包裝、運(yùn)輸階段產(chǎn)生的碳排放

13、總量，得出碳排放系數(shù)Kg CO2 Ce/Kg 產(chǎn)品。 該方法涉及大量化工知識(shí)，需要大量的資料查詢以及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查來(lái)完成統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（碳（碳排放排放系數(shù)的計(jì)算方法）系數(shù)的計(jì)算方法） 土壤呼吸土壤呼吸是指未受擾動(dòng)土壤中產(chǎn)生的二氧化碳的所有代是指未受擾動(dòng)土壤中產(chǎn)生的二氧化碳的所有代謝作用，包括三個(gè)謝作用，包括三個(gè)生物學(xué)生物學(xué)過(guò)程過(guò)程:土壤微生物的呼吸、植物根系土壤微生物的呼吸、植物根系呼吸以及土壤動(dòng)物呼吸，和一個(gè)非生物學(xué)呼吸以及土壤動(dòng)物呼吸，和一個(gè)非生物學(xué)過(guò)程過(guò)程:土壤含碳礦物土壤含碳礦物質(zhì)的化學(xué)氧化作質(zhì)的化學(xué)氧化作用。用。不同生態(tài)系統(tǒng)的不同生態(tài)系統(tǒng)的土壤呼吸土壤

14、呼吸作用存在很大作用存在很大差別。一般地，森林土壤差別。一般地，森林土壤農(nóng)田土壤農(nóng)田土壤草地。草地。碳源計(jì)算碳源計(jì)算- -土壤呼吸土壤呼吸土壤呼吸的計(jì)算：土壤呼吸的計(jì)算： 土壤呼吸強(qiáng)度土壤呼吸強(qiáng)度的測(cè)定方法有很多種，大部分是通過(guò)的測(cè)定方法有很多種，大部分是通過(guò)測(cè)定土測(cè)定土壤表面釋放的壤表面釋放的二氧化碳二氧化碳的量的量來(lái)確定的。測(cè)定方法大體上可分來(lái)確定的。測(cè)定方法大體上可分為直接方法和間接方法。為直接方法和間接方法。直接方法直接方法包括包括靜態(tài)氣室靜態(tài)氣室法、動(dòng)態(tài)氣法、動(dòng)態(tài)氣室法和渦度相關(guān)法室法和渦度相關(guān)法;間接方法間接方法通過(guò)對(duì)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定來(lái)推算通過(guò)對(duì)相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定來(lái)推算土土壤呼吸壤呼吸速率，局限比較多，測(cè)定結(jié)果與直接方法相比誤差較速率，局限比較多，測(cè)定結(jié)果與直接方法相比誤差較大。大。凈碳匯量的計(jì)算凈碳匯量的計(jì)算碳排放總量碳固定總量總結(jié)與展望總結(jié)與展望當(dāng)今世界各國(guó)都在密