我国农田土壤有机碳的适宜含量及固碳的温室效应

Continuously increasing of the atmospheric greenhouse gases concentration and the global temperature is one of the top most challenges to our environment. To mitigate the global warming, attentions have been paid on carbon sequestrations by terrestrial ecosystems. The estimations of the C sequestration potential in cropland soils have been performed with assumptions of the organic matter application and agronomic practices in future. But the feasibility of achieving the C sequestration to the potential levels needs more considerations beyond the assumed scenarios, e.g. impacts on the productivity, emissions of other greenhouse gases associated with the C sequestration and availability of the amended organic matters. A sustainable SOC content might be an alternative objective of the C sequestration in croplands. In the proposal, we try to find the sustainable SOC content that supports high cropland productivity with least organic matter application. The possibility of minimizing the greenhouse gases emission when sequestrating C to soils will also be analyzed. The results of the proposed research will improve our understanding and the locally appropriated strategies of sequestrating carbon in cropland soils.

持续并加速上升的大气温室气体浓度及全球变暖是人类面临的首要环境问题。为减缓气候变暖，从陆地生态系统与大气碳循环的角度寻求减缓大气CO2浓度上升的努力受到广泛关注。相对于自然生态系统，较低的农田土壤有机碳（SOC）意味着更大的固碳潜力。有关农田固碳潜力研究多基于对未来农田有机物投入及农作情景的假设，未充分考虑农田有机物添加对作物产量的可能影响、有机物资源利用的多样性以及不同SOC水平下农田土壤固碳效应差异性。因此，增加并维持农田SOC在一个适当的水平而不是尽可能多地增加SOC更具有现实意义。本研究拟采用meta分析、GIS以及模型模拟等方法，量化评估我国不同农田的适宜SOC水平，估算这一适宜水平的可达性及其时间需求，并分析农田SOC适宜水平的不同实现途径及其综合温室效应。本研究的结果将有助于充分保证农田生产力，合理制定我国农田固碳的区域适应性措施，并有效降低与农田固碳过程相关的温室气体排放。

持续并加速上升的大气温室气体浓度及全球变暖是人类面临的首要环境问题。相对于自然生态系统，较低的农田土壤有机碳（SOC）意味着更大的固碳潜力。本研究拟采用meta分析、GIS以及模型模拟等方法，对不同农田的SOC水平及其可达时间需求等进行了全面分析，结果表明：.单施化肥和有机无机肥混施均可有效提高土壤SOC水平；在某一特定施肥措施下， SOC增加量从热带向寒温带逐渐增强。同一施肥措施下，寒温带农田的固碳时间一般长于暖温带和热带。在化肥与有机肥混施情况下，农田固碳在寒温带可持续72 - 117年，在暖温带为50 - 65年，而在热带仅为26 - 30 年；其它施肥组合情况下，农田SOC达到平衡的时间更短。.除施肥之外，免耕一直被广泛地认为有益于土壤环境和作物产量。通过对全球试验研究结果的综合分析发现：除气候因素外，土壤性质、农作管理等其它因素对免耕的碳效应没有表现出明显的规律性。干旱地区农田免耕可以实现固碳和增产双赢，然而，潮湿地区可能只增加SOC，一些冷湿地区则存在产量下降和土壤C损失的可能。.利用Agro-C进行的模拟显示，1980-2009的30年间，全球禾谷类和油料类作物农田表层土壤有机碳总体呈上升趋势，30年共增加0.58（0.55 - 0.60）Mg ha-1。同期中国的小麦、玉米、水稻种植的N2O排放通量从1980年的1.10，1.00和0.27 kg N2O-N·ha-1增加到2010年的2.30，1.82和0.52 kg N2O-N·ha-1；分作物比较，中国小麦和玉米田占N2O排放总量的近90%，而邻国印度农田N2O排放总量则绝大部分来自小麦种植，占约70%。.在我国冬小麦-玉米轮作的主要地区——黄淮海稻麦轮作去，本研究发现，1980-2010年间，虽然该研究区域农田土壤碳库总体增加（汇），但只能抵消约2/3同期氧化亚氮排放造成的全球变暖效应。通过（已经）实施减少氮肥投入(从当前的300 kg N/ha降到250kgN/ha以下)、增加秸秆还田率（从当前的30%提高到100%）等保护性的管理措施，该地区农田土壤有望成为一个净温室气体汇，并且这种管理措施的改进不会造成粮食产量的减少。