我国农田土壤碳库演变研究全球变化和国家粮食安全

1、第20卷第4期2005年4月地球科学进展ADVANCES I N E ART H SC I ENCEVol.20No.4Ap r.,2005文章编号:100128166(20050420384210我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全3潘根兴1,赵其国2(1.南京农业大学农业资源与生态环境研究所,江苏南京210095;2.中国科学院南京土壤研究所,江苏南京210008摘要:京都议定书已于2005年生效,我国面临着CO2减排的巨大压力。分析了我国农业土壤有机碳库及其演变研究的现状,认为当前我国农业在耕地资源严重短缺、耕地地力趋于下降的背景下面临着2个巨大挑战:提高和稳定粮食生产能力与

2、补偿日益增加的工业CO2排放。有机碳贫乏作为我国耕地土壤的基本特点,这一方面提供了我国较大的固碳空间,另一方面也体现了我国实施固碳农业的必要性和紧迫性。目前迫切需要了解我国农业土壤在最近20年来的碳库演变态势与规模,明确我国农业土壤的固碳潜力与容量,在国家层面上实施农业固碳稳产工程,以在农业可持续发展和争取国家CO2排放的较大配额上实现双嬴。关键词:京都议定书;固碳;CO2减排;全球变化;粮食安全;耕地资源;农业土壤中图分类号:X22;S153.6文献标识码:A当前,国际社会正在不断加强对控制全球气候变化的努力1。旨在减缓温室气体排放的京都议定书已于2005年2月16日生效2,3。京都议定书3

3、.4款提出可以通过增加生态系统碳库来补偿经济发展中的碳排放4,5。为此,美国于2003年发起碳收集领导人论坛,I PCC于2002年开始筹备全球碳捕获与固定(CO2cap ture and sequestrati on评估报告,目前已开始征求各国政府的意见6。土壤是地球表层系统中最大而最活跃的碳库之一(1550 Pg,约为大气圈和生物圈碳库的2.5倍79。美国土壤学会10和美国农业部11分别将土壤碳收集(s oil C sequestrati on列为基础研究前沿领域。欧盟12和美国13、加拿大14、法国15及F AO16自2002年纷纷出台国家级综合研究项目分析农业土壤的固碳潜力及其实现的途

4、径,以作为控制制定CO2排放清单及CO2减排配额的依据。我国政府自2002年开始向国际社会承诺控制全球气候变化的义务,2003年加入碳收集领导人论坛17,并着手从国家层面上实施缓解气候变化的措施,并启动了“气候变化国家评估报告”项目18。全球变化与我国可持续发展一直是我国地球科学和环境科学研究的两个突出主题,并在服务于国家利益和推动国际全球变化研究上努力开展具有我国特色的研究19。本文试图从我国全球变化和粮食生产安全两个角度讨论加强我国农业(耕作土壤有机碳演变研究的重要性,分析该领域存在的主要问题,提出未来发展趋势与有待加强研究的科学问题以及政策建议。1我国农业土壤碳库演变与全球变化由于工业C

5、O2排放日益加剧,而目前又还没找到有效的替代技术途径,寻求将能源消耗中排放的3收稿日期:2005201204;修回日期:2005204201.3基金项目:国家自然科学基金重点项目“中国主要水稻土有机碳的固定机制、稳定性与碳汇效应”(编号:40231016资助1作者简介:潘根兴(19582,男,浙江浦江人,教授,主要从事土壤碳循环与全球变化研究.E2ma il:gxpan 此文是国际地圈生物圈计划中国全国委员会第四届第五次、第五届第一次全会的会议交流论文碳在农业中重新收集与固定成为国际上共同努力的趋势。全球农业利用的土壤覆盖面积是4961 Mh m2,耕地为1369Mhm220,耕地占全球陆地面

6、积的10.5%。在全球陆地生态系统碳库中只有农业土壤碳库是强烈人为干扰而又可以在较短的时间尺度上可以调节的碳库。近5年来,国际科学界出现了对农业土壤碳固定与收集的重视,研究十分兴盛。有较多资料显示,西方国家由于实行保护性耕作和少免耕,最近时期的农业土壤碳库呈稳定和增长的趋势21,可以在较显著的水平上抵消其碳排放。据估计,全球农业土壤固碳潜力为20Pg16,在最近25年内其速率平均可达(0.9±0.3Pg/a22,欧盟15国农业土壤的碳收集潜力为90120TgC/a23,美国为107TgC/a24。全球农业土壤的碳收集潜力差不多是全球每年大气CO2总量的增加值的1/4 1/3。因此,从

7、农业经营管理上来说,保持农业的可持续发展并发挥农业土壤的碳收集能力,对于全球粮食供应与缓解气候变化趋势具有双重的积极意义。为此,国外科学家提出农业土壤碳收集是经济和环境双赢战略25或者唯一在气候控制努力上没有遗憾的技术23。美国科学家业已证明的其森林生态系统(土壤、草地生态系统(土壤和农业土壤中存在的碳收集效应2628是布什政府提出以碳收集抵消其全球最高的碳排放的主要依据。根据方精云最近的研究,我国自然植被系统的生物量碳库不到7Pg,其中面积为农业耕地面积的3倍以上的草地系统的生物量碳库仅1.15Pg。最近20年来自然植被系统生物量固碳仅达20Tg/a。这与西方国家森林和草地的固碳规模29相比

8、很微弱,远远不能满足我国工业发展中碳减排的固碳压力。相反,1亿多公顷的耕地,生物量固碳年均达10 Tg,相当于4亿多公顷自然植被面积的一半。因此,我国农业在固碳上具有更大的潜力与容量,农业及其耕地土壤的有机碳固定势必成为我国CO2减排压力下碳汇的最重要去向。表1的资料也明显表明了农业土壤的固碳潜力。我国耕地面积为130Mhm2左右,约占我国国土面积的1/8,以占全球耕地的不到9%的耕地养活了占全球1/5的人口,我国农业一直担负着保障不断增长的人口的粮食安全的重任,但我国农业经营所带来的对陆地生态系统土壤碳库的影响一直受到国际科学界的严重关注。我国土壤的总有机碳库的最近估计接近8090Pg63。

9、就人为活动影响最显著和活跃的表层土壤碳库来说,全国总计3839Pg30。农业土壤约占5Pg(表1。就碳密度来说,我国土壤总体上低于世界平均值,远低于欧洲国家(表2。从土壤有机碳的储存和固定潜力来说,我国农业系统看来也是脆弱的系统。表1我国不同土地利用下表层土壤有机碳库的分布Table1D istr i buti on of Topso il O rgan i c CarbonPool under d i fferen t l and uses土地利用类型面积(106hm2碳密度(t C/hm2背景碳库(Pg固碳潜力(Pg自然土壤739.948.7±46.735.311.031农业土壤

10、137.536.7±31.6 5.1水稻土3229.846.9±25.7 1.3 3.0表2中国和欧洲表层有机碳储存情况比较Table2Co m par ison of organ i c carbon storageof Ch i n a and Europe土地利用面积(103hm2总有机碳库(Pg有机碳密度(t C/h m2中国33欧洲3,4中国欧洲3,4中国30欧洲3,4土地总计953300489168403434.6252.070.8农业用地254989156313.52耕地1380001354007.1837.053.0对于农业利用下土壤碳库的变化一直是农业与全

11、球变化关系的研究内容。国外科学家采用时空尺度转换和生态系统模型对全球和区域的土壤碳库变化作过估计34,35。目前一般认为,人类活动下全球土壤碳库的总消减达到土壤原碳库的5%左右36, I PCC37估计全球土壤碳库的历史损失量为55Pg。国外科学家对我国土壤碳库的历史变化问题甚为关注,Lal31提出我国土壤碳库的最近时期损失为3.5 Pg(包括沙漠化的2Pg。L indert等38根据我国农业历史资料和1960年前文献上的土壤踏勘资料提出我国广大地区土壤存在土壤碳库严重损失;而L i 等39根据DNDC模型计算结果提出我国1950年以来土壤碳库存在持续消减,1970年以来这种损失达到70Tg/

12、a的规模。这些结果发表后被Lal31在有关研究和综述论文中引用,在国际全球变化研究领域已产生重要影响。然而,这些损失资料没有很足够的实测资料和模型研究资料予以对比。W u等40发表的论文提出我国自然土壤开垦为耕地后的总有机碳库损失为78Pg。最近,Song等30提出我国583第4期潘根兴等:我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全方精云.中国陆地植被碳汇有多大:整合遥感和地面观测数据.北京:CNC2I G BP2004年会报告,2004.自然土壤开垦后耕地土壤表层有机碳库的总损失约为2Pg。这种损失在华北、东北和西南地区达到60%以上(表3,这与全球变化的区域响应和生态环境脆弱性的梯度

13、相吻合。我国农业耕作土壤在高强度集约化利用和高化学投入下的有机碳库损失一方面可能是目前我国耕作土壤普遍有机质含量较低的原因,另一方面可能对全球土壤的有机碳损失与向大气的CO2释放有重要的影响。表3我国不同地理区域耕作土壤有机碳损失估计30 Table3Esti m a tes of culti va ti on-i n duced so il organ i c carbon pool loss fro m var i ous reg i on s of Ch i n a30地理区域有机碳密度(t C/hm2耕作碳损失(t C/hm2总损失碳库(Tg有机碳库不稳定性(%华东35.26 5.05

14、191.014.3东北59.6936.5773.361.1华南38.16 2.015.23 5.2华北30.0124.1434.980.3西北32.6912.5304.538.2西南47.5333.0642.969.4总和/平均33.4514.72361.8343.9有机碳不稳定性:相对于自然土壤的损失率(%尽管国外科学家认为土壤碳库一直是我国农业的环境问题,最近20多年来我国农业土壤中较普遍地出现了碳的固定趋势8。这从我国土壤肥力的长期观测和不同时段的土壤有机碳含量的变化资料的分析中可以认识到(表4。由于农田管理与培育技术的进步和推广,作物高产使根系生物量归还土壤增加,加上秸秆还田的数量和面

15、积的增加,土壤总体上呈不断上升趋势。并且,在许多长期试验中农业土壤中有机碳库增加还未达到饱和限。因而这段时间内农业土壤中有机碳储量是增加的,十年尺度内都可以观察到土壤有机碳增加的现象。李忠佩等41从农田土壤有机质平衡的实验及计算出发,论证了南方红壤地区最近20年来大部分农业土壤表现为有机质的盈余,而东北黑土地区总体上仍表现为亏缺42,华北平原区基本上稳定或略有增长,从有机质农田角度提出我国低产农田的碳库增加规模为500Tg;在有机质的增加中,化肥施用可能有积极的贡献。一方面这可能是通过产量的提高而增加了土壤有机质的输入量,另一方面我国化肥以氮肥为主,耕作土壤中氮素水平普遍提高,相对于自然或森林

16、生态系统中氮素对碳固定与收集的限制作用43,农田土壤中氮素积累使土壤生物可以固定更多的碳于有机质。因此,在现阶段,我国的高产高投入的农业并不一定导致土壤有机碳的下降。在我国耕作土壤有机质的变化中,有2点值得注意。其一,有机质增长幅度在南方要高于北方,而东北仍表现为有机碳损失;其二,作为一种特殊的农业土地利用方式,水稻土中有机质积累明显较旱地高,尤其是南方水稻土(表4。水稻土作为一种特殊利用方式下形成的人为耕作土壤,其有机质含量是所有耕作土中最高的。水稻土耕作层平均比旱地土壤多保持了9 t/h m2的有机碳,按土壤普查当时的面积算,全国因水稻土的经营多固定了0.3Pg有机碳32。一些田间实验资料

17、表明,我国水稻土的固碳速率介于0.1 2t C/(h m2a,甚至超过北美森林土壤的固碳速率44,45。在农业土壤固碳潜力中,水稻土明显占较高的份额。因此,中国的水稻生产经营方式的农业的碳汇效应在全球农业与碳循环中具有重要意义。表4我国农田土壤有机碳储存变化的实际资料(据文献中有机碳含量资料处理 Table4O bserved da t a of changes of organ i c carbon storage of cropl and so ils of Ch i n a(Ca lcul a ted fro m reported da t a区域碳密度变化(t C/(hm2a时段资料来

18、源测点背景湖南湘北红壤水田湖南湘北红壤旱地0.400.161979200346国家农业开发区国家农业开发区安徽皖南水田0.500.901984199947地方肥力监测点江苏淮北旱地0.77±0.291981200363典型地力调查江苏宜兴水田0.400.801981200244地方肥力监测点江西丘陵农田0.470.90198419948地方肥力监测点四川紫色土水田0.40.51981200063国家科技攻关示范区河北曲周旱地0.321980200063国家农业开发区宁夏旱地0.200.281989199848国家地力监测点683地球科学进展第20卷2耕作土壤有机碳库与国家粮食安全近年

19、来,我国农业面临粮食安全的挑战。我国粮食生产自1998年总产达到5400亿kg以来,总产和单产出现持续滑坡。水稻、小麦播种面积急剧下降,玉米、大豆单产变率增大。总量减少、单产不稳造成了国家和国际社会对我国未来16亿人口的粮食安全的严重担忧。同时,我国农业还面临着能否承担固碳重任的挑战。美国和欧洲农业的目前的固碳水平为每年0.1Pg左右3,2224。然而,我国农业发展中耕层土壤碳库已损失了约2Pg(表3,我国耕地有机碳密度已低于世界平均水平30%。农业能否有效固碳也构成了国际社会对我国农业环境安全的担忧。在第236次香山科学会议“我国农田土壤碳库演变及发展趋势”及“全国土壤肥力演变与持续利用”讨

20、论会上,我国农业科学家尤其是土肥科学家认为,当前我国粮食单产滑坡的重大原因之一是耕地地力的急剧衰退,这在总体上与我国经济发展中大规模、无序化占地有关。90年代初,全国每年占地150200万h m2。90年代末,平均每年占地300 400万hm2,用于粮食生产的耕地面积每年减少80100万h m2。我国的城市、小城镇、农村等建设用地,平均每年分别在10万h m2、35万h m2和5万h m2规模49。这些建设用地中有60%属于一、二等级的高质量耕地。由于经济发展的不平衡,建设占地南方多于北方,沿海多于内地,使我国耕地在整体质量下降的同时,耕地(数量生产力重心北移、西移,使我国粮食生产的生态环境风

21、险越来越严重50!因此,我国耕地地力建设、培育和更新将是保持我国粮食生产持续发展的长期任务。不过,在区域和农田尺度来说,地力贡献率在单位面积的耕地粮食生产能力中仍然占主要因素。在南方,地力在单产中占50%60%;北方约占50%65%,北方地力因素更大。15年以上的长期试验表明,旱作物对地力的依赖还高于水稻。从我国农业发展的历史和国家土壤肥力长期监测网络的试验资料可以充分认识到,粮食生产的根本是耕地,中心是地力,关键是有机质(碳。事实上,我国耕地资源的两个基本特征是耕地资源贫乏以及耕地土壤有机碳缺少。我国人均耕地面积接近F AO规定的0.053h m2/人的警戒线51。就土壤有机碳含量而言,南方

22、一般在0.8% 1.2%,华北在0.5%0.8%,东北约在1%1.5%,西北绝大多数在0.5%以下。我国耕地平均有机碳含量低于世界平均值30%以上,低于欧洲50%以上52。从碳密度来说,世界平均为121t C/ hm253,蔡祖聪63、Zhou等54,W u等40对我国全部土壤的报道值介于80105t C/hm2。全球表层土壤的有机碳密度约为50t C/hm2,据我们最近的估计30,我国自然土壤为57t C/h m2,耕作土壤仅30 t C/hm2,低于世界平均值较大幅度。所以说,我国是土壤碳密度低的国家,也是表层碳密度低的国家。这是耕地资源生产力的基本特点。土壤有机质是耕地地力的最重要的性状

23、之一,被认为是土壤质量和功能的核心55,在全球生态系统价值评价中被认为是仅次于淡水的重要自然资源56。确实,在农业生产中,土壤有机质是至关重要的决定因子。对于我国一些粮食主产区来说,平产年平均粮食单产水平57与其耕地土壤的平均有机质水平有密切的关系(图1。在北方旱作区, 0.1%的有机质相当于0.8t/hm2的粮食生产地力。而南方稻区,0.1%的有机质相当于0.6t/hm2的粮食生产地力。同时,我国耕地肥力监测网的长期观测资料表明,粮食作物的单产的年际变率也受土壤有机质水平制约(表5。平均说来,提高土壤有机质0.1%,可以提高10%20%的稳产性。最近数年来我国东北、华北和西南等地区粮食生产的

24、不稳定加剧,也可能与这些地区有机碳急剧损失而下降有关(比较表3。从各地近15年来的年际试验资料看,耕地土壤固碳对于提高和稳定粮食生产力具有举足轻重的意义。我国南方的长期试验表明,耕地有机碳的增长(固碳都促进了粮食作物单产的提高和稳定(图2。因此,农业土壤固碳与粮食生产的安全保障的目标是一致的。我国农业可以在高产和稳产的目标下为国家固碳和温室气体减排做出贡献。也就是说,农业土壤固碳对于国家目标来说无疑是双赢的战略选择25。3全球变化及粮食安全下我国农业土壤碳库演变研究的科学问题与需求农业土壤碳库及其演变研究有两个层面的问题:其一是土壤碳库的国际外交层面的问题,即目前农业土壤碳汇潜力及其技术条件已

25、成为国际环境谈783第4期潘根兴等:我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全中国植物营养与肥料学会土壤肥力专业委员会“全国土壤肥力演变与持续利用”全国讨论会.北京:2004年11月2224日1 图1我国粮食主产区耕地平均有机质含量与2001年平均单产的关系(左,北方旱作区;右,南方稻作区F i g .1Correl a ti on of m ean organ i c carbon con ten t and cerea ls y i eld of cropl and so ils i n ma jor producti on areaof Ch i n a(L eft:dry cro

26、pl ands of North Ch i n a;R i ght:r i ce culti va ti on area of South Ch i n a图2太湖地区水稻土(左四种不同肥料处理和江西红壤丘陵(右8种不同化肥和有机肥处理下有机质变化与水稻产量变化的关系F i g .2Correl a ti on of r i ce y i eld w ith changes of organ i c carbon con ten t under d i fferen t fertili za ti on practi ces(L eft:paddys fro m the Ta iLake re

27、g i on,J i a ngsu;R i ght:paddys fro m the h illy reg i on of J i a ngsi 表5我国不同地区耕地有机质水平与作物单产变率的关系Table 5Rel a ti on sh i p between organ i c carbon con ten tand y i eld var i a b ility i n var i ous area of Ch i n a 农业地区作物产量变率(%土壤有机碳(g/kg 黄淮海平原麦玉米304578太湖平原水稻8301620杭嘉湖平原水稻12301517湖南红壤丘陵小麦3040911四川紫

28、色土丘陵小麦水稻153013201518江西丘陵红壤水稻8171320判筹码;另一个是提高土壤有机质水平、培育和提高耕地生产力的问。为应对我国环境外交和农业可持续发展和粮食安全保障的挑战,亟待重视和推进农业土壤碳库演变与碳收集能力的研究63。这种研究应在宏观上解决不同区域土壤在其自然条件和人为活动综合作用下碳库动态问题;从微观上解决人为活动对不同利用方式下土壤有机碳库动态的影响机理等一系列科学问题。但与国际上比较,我国在农业土壤碳库演变研究上还存在如下的主要差距:(1关于农业土壤碳库演变与碳循环研究尚未得到的足够重视和支持。在未找到控制工业CO 2排放的替代技术前的最近2030年间,土壤固定大

29、气CO 2的容量与潜力成为减缓大气CO 2浓度升高的关键。美国、欧盟、F AO 正在或已经开展一系列的资料收集、数据对比与库量平衡及其碳收集技术与经济评价等国内国际重大研究合作计划,以评估和预测(农业土壤的固碳潜力与容量、速率和时效性。这些研究将在I PCC 碳收集评估报告中占有重要的依据与参考地位。我国2001年的工业CO 2排放为1Pg/a,仅次于美国(1.84Pg/a ,预计在2025年会超883地球科学进展第20卷由“全国土壤肥力演变与持续利用”学术讨论会交流资料整理.过美国达到2Pg/a31,因而我国面临着减排的巨大压力。我国政府正在积极应对国际社会在全球变化上的控制努力,着手实施国

30、家固碳工程。但农业作为我国占1/8的土地利用形式,关于我国农业土壤碳库及其碳收集能力的国家资料还很少。目前仅有美国科学家对我国农业土壤的固碳潜力的估计资料。这与国际社会的需求和国家控制全球气候变化的努力的需求还很不适应。对我国农业土壤碳库演变与碳收集潜力的认识不能依靠国外科学家的已有研究来套用,我们需要从我国的特殊土地利用方式和管理特点出发,研究提出我国农业的固碳潜力估计,阐明最近20年来农业固碳的规模及其在抵消我国工业发展中CO2排放上的作用,并提出符合我国农业特点和需求的固碳目标和途径的方案。(2系统资料的缺乏,长期观测与试验网络的不完善。国外科学家在对全球已有的农业土壤长期试验资料进行总

31、结,试图对各种不同的农业管理与培肥措施对土壤碳的效应进行对比与评估,以提出农业土壤可行的碳增汇规模与可以实现的技术途径选择,在引用的数百个试验资料中没有中国资料21,58,这可能造成在国际评估报告中不能正确反映我国农业的碳汇效应与可行碳收集潜力的贡献。这与我国作为大国、作为发展中的农业大国的地位与在控制全球变化的国际努力中我国的应尽义务十分不相适应。我国不同农区农业土壤与地力的长期观测、监测网络起步较晚,90年代初在原国家计委的支持下建立了9大基地,但目前存在着技术装备差、研究水平低、维持难的问题,需要在新的农业发展的要求下进一步完善基地网络、更新观测装备与设备、充实技术力量,发展成为共享型的

32、农业土壤碳基础研究平台。(3研究集成不够,模型开发落后。尽管我国土壤学界对于分布于不同区域和在不同利用方式下的农业土壤碳库及其演变已有一些研究,但在广度和深度上与国家需求还远远不够,与国外相关研究相比还存在明显差距。尤其是多学科、多界面和多尺度的研究很少,以致于农业土壤碳库与碳循环研究的系统资料积累不多,集成的重大成果缺少。系统资料的缺乏,限制了自主模型的开发与应用。而国外现有的关于农业土壤的碳库变化的模型如CQEST R模型、Century模型、Rotha m sted模型和DNDC模型往往不适合我国农业的实际,模拟计算结果常常出现较大偏差59。在第236次关于农业土壤碳库演变的香山会议上,

33、我国科学家深切感到在借鉴国外已有模型的经验基础上,自主研究开发我国农业土壤碳库动态模型的紧迫性。当前,国际上土壤碳库与全球变化的研究十分活跃。目前的主要发展趋势是以地球系统科学理论为指导,地球生物学(Geobi ol ogy等新兴学科不断引入,围绕大气CO2浓度上升和全球气候变化的焦点问题,进行以全球系统各圈层间物质传输与交换为中心的土壤与陆地生态系统碳循环的观测与研究60,61。一个明显的特点是研究的综合性与学科交叉性,体现在地球表层地质过程、陆地和生态系统中水文过程和养分过程与碳循环的关系的整体行为,以及人为利用与管理、土地覆盖变化对陆地碳循环的影响,研究和揭示人类利用对这些碳循环过程的影

34、响及其动力学。从农业和农田的角度,世界各国科学家主要关心的问题是:农业耕作利用土壤的碳库份额及其对全球气候变化的影响;农业利用下土壤碳动态(速率、时间尺度与驱动因子;农田土壤碳循环过程的特点及其人类活动与管理措施的调节效应等。我国农业面临高产稳产与生态环境保护的双重挑战,为了我国农业的可持续发展,农田土壤碳循环研究不仅必须回答我国农业土壤碳库在我国陆地碳循环中的份额及其对于全球碳循环的贡献与对大气CO2的固定效应,而且必须回答农业碳库演变与农业高产稳产的关系,在稳定农业生产保护生态环境中如何促进固碳;必须看到,我国高产高投入和高度集约化的农业利用与国外尤其是发达国家的农业有很大差别,在碳循环研

35、究上要充分考虑我国农业的这种特殊性。在今后较长的一段时期,我国需要加强对农业与农田土壤碳循环研究,特别是如下的一些重要科学问题:农田土壤碳库及其活性与全球变化的关系;高产和集约化农田中养分动态与碳循环特点;高产稳产中持续固碳的机理、措施与碳的稳定性;农田土壤中碳库增加下温室气体排放的综合效应。从国家层面需要加强和支持如下一些科学研究和技术研发工作:(1第二次土壤普查以来我国农业发展中土壤碳库演变的总体态势,当前农田土壤碳库的实际情况与今后演变的趋势。第二次土壤普查提供了我国农业土壤的背景碳库,目前需要有国家尺度的土壤碳库调查(有机碳和无机碳。因此,强烈呼吁开展新一轮土壤普查或耕地土壤肥力与质量

36、调查。这是今后碳库研究的基础资料和国家碳库清单的重要依据。(2我国农业的土地利用机制和高投入(肥料养分、农药等下农田土壤碳循环过程及其动力学特点;这需要从考虑不同气候带和作物带中耕作制土壤生物的相互作用角度进行全方位的研究。建议设立国家层面的重大基础科学研究计划予以支持。(3高产稳产下土壤固碳的可行措施与时效性。这需要以不同生态区和不同作物带农区的长期试验为基础,对可行的土壤固碳工程技术和措施的增碳效应进行观测和分析,筛选和比较土壤固碳效应及其持续性,为国家层面推广和普及固碳农业提供可靠的技术支撑。因此,建议国家继续加大对农业长期试验的稳定支持,并适当扩大长期试验的地区和作物的代表性。综上所述

37、,今后我国农田土壤碳循环研究必须顺应国际地球系统科学与全球变化研究的发展趋势62,需要在研究技术上不断创新,不仅是碳库的分析研究,而且需要吸收采用土壤学、生物学(分子生物学和现代分析技术,从宏观和微观的两种角度、从国家区域田块的多种空间尺度,使我国农田碳循环研究走向由分子生物学到地球生物学,由田块到国家,由土壤大气的多学科研究、多尺度研究和多界面研究系统集成,在人为作用土壤碳循环全球变化相互作用上展现我国农业土壤碳循环研究的特色,在国际上占据应有的影响。并为国家粮食生产的可持续发展、保障我国粮食安全提供土壤质量(地力培育、更新的技术途径依据与参考。致谢:本文采用了第236次香山会议和全国土壤肥

38、力演变与持续利用研讨会上的部分交流资料。作者感谢提供资料的各位专家,作者文责自负。感谢南京农业大学农业资源与生态环境研究所张旭辉、李恋卿、宋国菡和郑聚锋等同事的讨论和资料整理。参考文献(References:1I G BP Terrestrials Carbon Working Gr oup.The terrestrial carboncycle:I m p licati ons f or the Kyot o Pr ot ocolJ.Science,1998,280:139321394.2S m ith P,M ilne R,Powls on D S,et al.Revised esti m

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