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程 、 活動或機(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程 、活動或機(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 國際科學(xué)界認(rèn)為，全球變暖現(xiàn)象90%以上可能是來自于 溫室氣體的排放，CO2是最重要的溫室氣體，對溫室效應(yīng)的貢獻(xiàn)達(dá)50%。隨著農(nóng)業(yè)對化石能源消費(fèi)量的不斷提升，引起CO2排放量的迅速增加，同時作物生

2、長、土壤碳庫的動態(tài)變化等也會產(chǎn)生碳排放。據(jù)Bouwman等研究，農(nóng)業(yè)活動是重要的溫室氣體排放源，大氣中20%的CO2 , 70%的CH4和90%的N2O來源于農(nóng)業(yè)活動及其相關(guān)過程。 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)碳減排越來越被重視。因此，分析和準(zhǔn)確把握我國農(nóng)業(yè)碳排放的時空特征和影響因素，對科學(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算源的計算凈碳匯 計量投入品 碳排放土壤 碳排放秸稈 焚燒排放秸稈 固碳土壤 固碳作物 碳吸收碳碳匯計量匯計量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物自身固碳量計量方法測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)行計算：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2通過作物的凈初級生產(chǎn)力（NPP）來計算（NPP 即單位面積單位時

4、間的作物通過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)法按面積計算按作物經(jīng)濟(jì) 產(chǎn)量計算 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)作物通過光合作用吸收二氧指農(nóng)作物通過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)的過程。固定在作物體內(nèi)的過程。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，只計算作物凈吸收量，最為準(zhǔn)確。碳匯計量碳匯計量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳碳碳匯計量匯計量-農(nóng)作物的自身固碳農(nóng)作物的自身固碳 土壤土壤碳碳庫主要庫主要指土壤有機(jī)碳庫。土壤能通過生物和非指土壤有機(jī)碳庫。土壤能通過生物和非生生物過程物過程捕獲大氣中的碳素并將其穩(wěn)定地存入碳庫，這一過程捕獲大氣中的碳素并將其穩(wěn)定地存入碳庫，這一過程被稱為被稱為碳固碳固存。存。碳碳匯計量匯計量-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)干后磨碎過篩，然后采用重鉻酸鉀氧化外源加熱法測定土壤有機(jī)碳含量土壤固土壤固碳的計算：碳的計算：碳碳匯計量匯計量-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)作物對外部投入品農(nóng)作物對外部投入品的依賴，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測定土壤還田所產(chǎn)生的固碳作用同樣需要通過測定土壤有有機(jī)碳機(jī)碳含量來判斷。先含量來判斷。先測定測定未經(jīng)未經(jīng)過秸稈還田過秸稈還田的農(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，測定，測定同一塊農(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。秸稈還田固碳的計算：秸稈還田固碳的計算： 碳源計量碳源計量 聯(lián)合國氣候變化委員會(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)編寫了國家溫室氣體清單指南，并提出溫室氣體排放的計量方法，受到國際社會的普遍認(rèn)可。針對農(nóng)林和土地利用變化這一領(lǐng)域，IPCC提出的碳排放計算方法是:碳排放量=活動數(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過程消耗了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)量來表示，單位是kgCe 碳源計算碳源計算- -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，但不同國家的國情不同，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。碳源計算碳源計算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品碳源計算碳源計算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（美國美國使用的碳排放使用的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計算碳源計算- -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)）碳源計算碳源計算- -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)）碳源計算碳源計算- -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)投入品碳排放計量方面，West & Marland的研究常常被國內(nèi)學(xué)者

11、引用，作為國內(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)。碳源計算碳源計算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（國內(nèi)使用（國內(nèi)使用的碳排放的碳排放系數(shù)）系數(shù)）碳源計算碳源計算- -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)）碳源計算碳源計算- -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)的計算，目前國內(nèi)外普遍采用的方法有以下兩種： 根據(jù)統(tǒng)計年鑒中的“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、原油、汽油、煤

12、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。碳源計算碳源計算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（碳（碳排放排放系數(shù)的計算方法）系數(shù)的計算方法）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)生的碳排放總量，得出碳排放

13、系數(shù)Kg CO2 Ce/Kg 產(chǎn)品。 該方法涉及大量化工知識，需要大量的資料查詢以及現(xiàn)場調(diào)查來完成統(tǒng)計數(shù)據(jù)。碳源計算碳源計算- -農(nóng)業(yè)投入品農(nóng)業(yè)投入品（碳（碳排放排放系數(shù)的計算方法）系數(shù)的計算方法） 土壤呼吸土壤呼吸是指未受擾動土壤中產(chǎn)生的二氧化碳的所有代是指未受擾動土壤中產(chǎn)生的二氧化碳的所有代謝作用，包括三個謝作用，包括三個生物學(xué)生物學(xué)過程過程: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物呼吸，和一個非生物學(xué)呼吸以及土壤動物呼吸，和一個非生物學(xué)過程過程: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)的土壤呼吸土壤呼吸作用存在很大

14、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。碳源計算碳源計算- -土壤呼吸土壤呼吸土壤呼吸的計算：土壤呼吸的計算： 土壤呼吸強(qiáng)度土壤呼吸強(qiáng)度的測定方法有很多種，大部分是通過的測定方法有很多種，大部分是通過測定土測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確定的。測定方法大體上可分來確定的。測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、動態(tài)氣法、動態(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對相關(guān)指標(biāo)的測定來推算通過對相關(guān)指標(biāo)的測定來推算土土壤呼吸壤呼吸速率，局限比較多，測定結(jié)果與直接方法相比誤差較速率，局限比較多，測定結(jié)果與直接方法相比誤差較大。大。凈碳匯量的計算凈碳匯量的計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)今世界各國都在密