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农田固碳措施对温室气体减排影响研究进展 　　收稿日期：2011-08-19? 　　作者简介：石岳峰，博士生，主要研究方向为农田温室气体排放。? 　　基金项目：Climate, Food and Farming Research Network (CLIFF)资助；中国农业大学研究生科研创新专项（编号：KYCX2011036）。 　　 　　摘要 　　农田是CO2，CH4和N2O三种温室气体的重要排放源, 在全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量，以及58%的人为非CO2排放，不合理的农田管理措施强化了农田温室气体排放源特征，弱化了农田固碳作用。土壤碳库作为地球生态系统中最活跃的碳库之一，同时也是温室气体的重要源/汇。研究表明通过采取合理的农田管理措施，既可起到增加土壤碳库、减少温室气体排放的目的，又能提高土壤质量。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外，还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。本文通过总结保护性耕作/免耕，秸秆还田，氮肥管理，水分管理，农学及土地利用变化等农田管理措施，探寻增强农田土壤固碳作用，减少农田温室气体排放的合理途径。农田碳库的稳定/增加，对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义。在我国许多有关土壤固碳与温室气体排放的研究尚不系统或仅限于短期研究，这也为正确评价各种固碳措施对温室气体排放的影响增加了不确定性。? 　　关键词 农田生态系统；温室气体；秸秆还田；保护性耕作；氮素管理；固碳? 　　中图分类号 S181 文献标识码 A 　　 文章编号 1002-2104(2012)01-0043-06 doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.01.008?? 　　 人类农业生产活动产生了大量的CO2, CH4和N2O等温室气体，全球范围内农业生产活动贡献了约14%的人为温室气体排放量，以及58%的人为非CO2排放（其中N2O占84%，CH4占47%）[1]。在许多亚洲、拉丁美洲和非洲的发展中国家，农业更成为温室气体的最大排放源，同时由于人口快速增长带来了粮食需求的大量增加，使得未来20年中农田温室气体的排放量也会有所增加[2]。大气中温室气体浓度的升高可能引起的全球气候变化已受到各国的广泛重视。 　　农业生态系统中温室气体的产生是一个十分复杂的过程，土壤中的有机质在不同的气候、植被及管理措施条件下，可分解为无机C和N。无机C在好氧条件下多以CO2的形式释放进入大气，在厌氧条件下则可生成CH4。铵态氮可在硝化细菌的作用下变成硝态氮，而硝态氮在反硝化细菌的作用下可转化成多种状态的氮氧化合物，N2O可在硝化/反硝化过程中产生。在气候、植被及农田管理措施等各因子的微小变化，都会改变CO2，CH4和N2O的产生及排放。 　　而通过增加农田生态系统中的碳库储量被视为一种非常有效的温室气体减排措施。农田土壤碳库除受温度、降水和植被类型的影响外，还在很大程度上受施肥量、肥料类型、秸秆还田量、耕作措施和灌溉等农田管理措施的影响。通过增施有机肥、采用免耕/保护性耕作、增加秸秆还田量等措施，可以减少农田土壤CO2净排放量，同时起到稳定/增加土壤有机碳含量作用。农田碳库的稳定/增加，对于保证全球粮食安全与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义[3]。中国农田管理措施对土壤固碳的研究主要集中在土壤碳的固定、累积与周转及其对气候变化的反馈机制，正确评估农田土壤碳固定在温室气体减排中的作用，加强农田碳汇研究具有重要意义。? 　　1 农田固碳? 　　土壤是陆地生态系统的重要组成成分，它与大气以及陆地生物群落共同组成系统中碳的主要贮存库和交换库。土壤碳分为土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）和土壤无机碳（soil inorganic carbon, SIC）。SIC相对稳定，而SOC则时刻保持与大气的交换和平衡，因此对SOC的研究是土壤碳研究的主要方面。据估计，全球约有1.4×10??12?-1.5×10??12?t的碳是以有机质形式储存于土壤中，土壤贡献给大气的CO2量是化石燃料燃烧贡献量的10倍[4]，因此SOC的微小变化都将会对全球气候变化产生重要影响。同时，土壤碳库与地上部植物之间有密切关系，SOC的固定、累积与分解过程影响着全球碳循环，外界环境的变化也强烈的影响着地上部植物的生长与土壤微生物对土壤累积碳的分解。 　　Lal认为SOC的增加可以起到改善土壤质量，增加土壤生产力，减少土壤流失风险，降低富营养化和水体污染危害的作用，且全球耕地总固碳潜力为?0.75-?1.0 Pg#8226;a??-1?, IPCC 第四次评估报告剔除全球农业固碳?1 600?-?4 300? Mt