农耕地碳汇和碳源的影响因素研究

1、CompanyLOGO农耕地碳汇和碳源的影响因素研究农耕地碳汇和碳源的影响因素研究目目 录录 碳汇与碳源定义 温室气体 “ 源 ” (碳汇， sink ) 定义为任何向大气中释放产生温室气体 、 气溶胶或其前体的过程 、 活动或机制 。 温室气体 “ 汇 ” (碳源 source )为从大气中清除温室气体 、 气溶胶或其前体的过程 、活动或机制 。农耕地碳汇与碳源农耕地碳汇与碳源 碳汇与碳源的研究现状 国际科学界认为，全球变暖现象90%以上可能是来自于 温室气体的排放，CO2是最重要的温室气体，对温室效应的贡献达50%。随着农业对化石能源消费量的不断提升，引起CO2排放量的迅速增加，同时作物生

2、长、土壤碳库的动态变化等也会产生碳排放。据Bouwman等研究，农业活动是重要的温室气体排放源，大气中20%的CO2 , 70%的CH4和90%的N2O来源于农业活动及其相关过程。 在全球目光聚焦低碳农业发展之际，温室气体减排、农业碳减排越来越被重视。因此，分析和准确把握我国农业碳排放的时空特征和影响因素，对科学制定农业碳减排政策具有重要的意义。农耕地碳汇与碳源的影响因素农耕地碳汇与碳源的影响因素 农业碳农业碳汇与碳源汇与碳源的相关因素的相关因素 农业投入品农业投入品 -化肥、有机肥、农药、地膜化肥、有机肥、农药、地膜 农业耕作方式农业耕作方式 农业废弃物农业废弃物 微生物群落微生物群落农耕地

3、碳汇与碳源的影响因素农耕地碳汇与碳源的影响因素农耕地碳汇与碳农耕地碳汇与碳源的计算源的计算净碳汇 计量投入品 碳排放土壤 碳排放秸秆 焚烧排放秸秆 固碳土壤 固碳作物 碳吸收碳碳汇计量汇计量-农作物的自身固碳农作物的自身固碳农作物自身固碳量计量方法测算单位面积作物的碳吸收量(碳密度)，然后乘以面积得出。 公式： Di =Ti / A ,其中： Di为 i 类农作物的碳密度(t/hm2) Ai为 i 类农作物的总播种面积(hm2)利用农作物吸收二氧化碳的光合作用化学方程式进行计算：6CO2+12H2OC6H12O6+6H2O+6O2通过作物的净初级生产力（NPP）来计算（NPP 即单位面积单位时

4、间的作物通过光合作用所生成的有机质扣除自养呼吸消耗量之后的剩余部分）- 经济系数法经济系数法按面积计算按作物经济 产量计算 农作物农作物的自身固的自身固碳碳这里这里指农作物通过光合作用吸收二氧指农作物通过光合作用吸收二氧化碳，合成有机物，化碳，合成有机物，将碳将碳固定在作物体内的过程。固定在作物体内的过程。式中，C 为区域农田作物碳吸收总量（单位：tCa-1）； Ci为某种作物的碳吸收量（单位：tCa-1）； k 表示区域农作物种类数； cai为作物通过光合作用合成单位有机质所需吸收的碳； wci为作物经济产品部分的含水量单位：%）； Yi为作物的经济产量（单位：ta-1）； HIi为作物经济

5、系数（表 .1）。 优点：体现不同作物的不同特点、不同地域的不同农田条件，只计算作物净吸收量，最为准确。碳汇计量碳汇计量-农作物的自身固碳农作物的自身固碳碳碳汇计量汇计量-农作物的自身固碳农作物的自身固碳 土壤土壤碳碳库主要库主要指土壤有机碳库。土壤能通过生物和非指土壤有机碳库。土壤能通过生物和非生生物过程物过程捕获大气中的碳素并将其稳定地存入碳库，这一过程捕获大气中的碳素并将其稳定地存入碳库，这一过程被称为被称为碳固碳固存。存。碳碳汇计量汇计量-土壤固碳土壤固碳 影响影响农田土壤碳固存的因素很多，其中比较重要的是农农田土壤碳固存的因素很多，其中比较重要的是农田管理方式，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块上设定一些分布较为均匀的点，然后在选取的点上采集土壤样本，采样深度一般是0一20厘米，有的根据研究需要，加深到40厘米深或110厘米深。将采到的土壤样本充分混合，风干后磨碎过筛，然后采用重铬酸钾氧化外源加热法测定土壤有机碳含量土壤固土壤固碳的计算：碳的计算：碳碳汇计量汇计量-秸秆还田固碳秸秆还田固碳 农作物秸秆（包括掉落物、残留物等）农作物秸秆（包括掉落物、残留物等）中中含有纤维素、含有纤维素、半纤维素和蛋白质等成分。秸秆还田后，在半纤维素和蛋白质等成分。秸秆还田后，在土壤微生物土壤微生物的作的作用下分解转化为有机质，另外，由此

7、产生的腐殖酸与土壤中用下分解转化为有机质，另外，由此产生的腐殖酸与土壤中的钙离子、的钙离子、镁离子镁离子等结合成稳定团粒，可以改善农田土壤的等结合成稳定团粒，可以改善农田土壤的理化性质，提高土壤的生物活性，理化性质，提高土壤的生物活性，减少减少农作物对外部投入品农作物对外部投入品的依赖，改善农田生态环境，促进农业的可持续发展。的依赖，改善农田生态环境，促进农业的可持续发展。 秸秆秸秆还田所产生的固碳作用同样需要通过测定土壤还田所产生的固碳作用同样需要通过测定土壤有有机碳机碳含量来判断。先含量来判断。先测定测定未经未经过秸秆还田过秸秆还田的农田土壤有机的农田土壤有机碳含量，然后碳含量，然后秸秆还

8、田后秸秆还田后，测定，测定同一块农田同一块农田土壤土壤有机碳有机碳含含量的变化，从而得到秸秆还田的固碳量的变化，从而得到秸秆还田的固碳量。量。秸秆还田固碳的计算：秸秆还田固碳的计算： 碳源计量碳源计量 联合国气候变化委员会(IPCC)一直致力于减缓全球温室效应，减少全球温室气体排放。为此，该机构编写了国家温室气体清单指南，并提出温室气体排放的计量方法，受到国际社会的普遍认可。针对农林和土地利用变化这一领域，IPCC提出的碳排放计算方法是:碳排放量=活动数据碳排放因子农业投入品农业投入品碳排放的计量公式:其中，C1 为某种作物的碳投入总量 n 表示该作物从播种到收获整个过程消耗了n种能 源(柴油

9、和电能等)或农业生产资料(化肥、农药和种子等) Ci 表示第i种能源或农资的碳排放量 m 为消耗第i种能源或农资的量 为第i种能源或农资的碳排放参数，碳投入量统一用碳当量来表示，单位是kgCe 碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品 其中，E1为各项生产投入的碳排放量，tCa-1 Qi为各项投入的数量(包括氮磷钾各类化肥用量、农机柴油用量、农药用量、灌溉面积、农膜用量等) Yi为各项投入的碳排放系数 上述公式中最重要的一个数据就是碳排放系数(碳排放因子 ) 单位投入品产生的CO2量 IPCC给出了一些农业投入品的碳排放因子，但不同国家的国情不同，生产条件、生产技术水平、地域环境等条件也各不

10、相同，因此不同投入品的碳排放因子 (碳排放系数)随地域的变化而变化。碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（美国美国使用的碳排放使用的碳排放系数）系数）碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（欧盟使用（欧盟使用的碳排放的碳排放系数）系数）碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（欧盟使用（欧盟使用的碳排放的碳排放系数）系数）碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（欧盟使用（欧盟使用的碳排放的碳排放系数）系数） 国内研究未涉及的碳排放系数，常常使用他们的研究结果。 在农业投入品碳排放计量方面，West & Marland的研究常常被国内学者

11、引用，作为国内农业投入品碳排放系数的补充。 两位学者以美国数据为基础研究了多种农业投入品的碳排放系数，包括农药、化肥、农用机械、电力等等(West & Marland,2002)。碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（国内使用（国内使用的碳排放的碳排放系数）系数）碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（欧盟使用（欧盟使用的碳排放的碳排放系数）系数）碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（欧盟使用（欧盟使用的碳排放的碳排放系数）系数） 关于碳排放系数的计算，目前国内外普遍采用的方法有以下两种： 根据统计年鉴中的“按行业分能源消费量”所记载的农业各方面消耗的煤炭、焦炭、原油、汽油、煤

12、油等各种能源的消耗量，将各种能源统一转化为标准煤，并计算该行业所使用的能源总量所产生的温室气体量。最后折算成单位产品产生的CO2量。第一种：以氮肥为例： 全国所有生产氮肥的厂家年消耗能源折合成标煤的量一共为 Q Kg,产生的温室气体折合成CO2为C Kg,生产的氮肥总产量为m Kg,则氮肥的碳排放系数为C/m Kg CO2 Ce/Kg 氮肥。碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（碳（碳排放排放系数的计算方法）系数的计算方法）第二种： 分析各种农业投入品的生产工艺，进而分析每种产品（如尿素）的各生产车间、各生产工段的耗能量，然后得出各种产品在生产、包装、运输阶段产生的碳排放总量，得出碳排放

13、系数Kg CO2 Ce/Kg 产品。 该方法涉及大量化工知识，需要大量的资料查询以及现场调查来完成统计数据。碳源计算碳源计算- -农业投入品农业投入品（碳（碳排放排放系数的计算方法）系数的计算方法） 土壤呼吸土壤呼吸是指未受扰动土壤中产生的二氧化碳的所有代是指未受扰动土壤中产生的二氧化碳的所有代谢作用，包括三个谢作用，包括三个生物学生物学过程过程: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动物呼吸，和一个非生物学呼吸以及土壤动物呼吸，和一个非生物学过程过程:土壤含碳矿物土壤含碳矿物质的化学氧化作质的化学氧化作用。用。不同生态系统的不同生态系统的土壤呼吸土壤呼吸作用存在很大

14、作用存在很大差别。一般地，森林土壤差别。一般地，森林土壤农田土壤农田土壤草地。草地。碳源计算碳源计算- -土壤呼吸土壤呼吸土壤呼吸的计算：土壤呼吸的计算： 土壤呼吸强度土壤呼吸强度的测定方法有很多种，大部分是通过的测定方法有很多种，大部分是通过测定土测定土壤表面释放的壤表面释放的二氧化碳二氧化碳的量的量来确定的。测定方法大体上可分来确定的。测定方法大体上可分为直接方法和间接方法。为直接方法和间接方法。直接方法直接方法包括包括静态气室静态气室法、动态气法、动态气室法和涡度相关法室法和涡度相关法;间接方法间接方法通过对相关指标的测定来推算通过对相关指标的测定来推算土土壤呼吸壤呼吸速率，局限比较多，测定结果与直接方法相比误差较速率，局限比较多，测定结果与直接方法相比误差较大。大。净碳汇量的计算净碳汇量的计算碳排放总量碳固定总量总结与展望总结与展望当今世界各国都在密