专题2土壤有机碳(10.22)1

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,土壤有机碳与无机碳循环研究,专业：工业分析与检验,系别：质量与安全系,班级：分析3115班,姓名：付金桥,学号：6号,1,土壤碳库在全球变化中的作用和意义,土壤有机碳的影响因素,土壤碳库的研究方法,相关的国家研究计划,土壤有机碳的国内外研究进展,报告提纲,2,一、土壤碳库在全球变化中的作用和意义,土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,其有机碳总贮量约在,1400-1500 Pg,之间（耿元波等，,2000,）（,1Pg=1015g,），是陆地植被碳库的,2-3,倍，大气碳库（,750,PgC,）的,2,倍多，其较小幅度的变动也可能对大气中温室气体的浓度以及全球变化产生重要影响，因此在调控地球表层生态系统的碳平衡和减缓温室气体方面具有重要的作用（汪业勖等，,1999,）。,在气候变化和人类活动等条件的综合影响下,将导致土壤有机碳蓄积量及动态平衡的变化，从而导致土壤有机碳库既可能成为碳汇也可能成为碳源，由此反过来对全球变化产生影响。,因此，关于土壤有机碳库的研究日益成为全球碳循环研究的热点，同时也成为全球变化问题研究的核心内容之一（陈泮勤，孙成权，,1992,，,1994,）。,3,二、土壤有机碳的影响因素,4,（一）自然因素对土壤有机碳储量的影响,土壤理化性质的影响,土壤理化性质（包括土壤质地、母质、有机质组成、,pH,以及土壤,C/N,、,土壤养分等）会影响对土壤有机碳的稳定性及其变化产生一定的影响。,一些研究表明,土壤有机碳含量与粘土含量呈现显著的正相关,（,Spackman,and Munn,，,1984,），但也有研究表明二者之间并未存在明显,的相关关系（,Sims and Nielsen,，,1986,）。,强酸性的土壤环境可以抑制微生物的活动而降低有机碳分解速率,（,Ayanaba,and,Jenkinson,，,1990,）。,土壤的物理结构则通过调节土壤中空气和水的运动，影响微生物的活动。,土壤,C/ N,的高低也对土壤微生物的活动能力有一定促进或限制作用，当土,壤氮素增加时,可以促进微生物的活动,提高土壤有机质的分解速率（廖利,平等，,2000,）。,5,2.植被的影响,地表植被类型的不同直接影响着输入土壤有机物数量的差异。草原植被光合作用的有机产物中的,92%,以上分布在地下，同时草本植物每年均有大量的根系死亡进入土壤碳循环过程；,森林植被光合产物分配到地下土壤中的比例较低，其土壤有机碳的主要来源多为枯枝落叶，输入量的差异决定了不同植被类型的土壤碳库存在明显的差异。,在相同的气候条件下，草原土壤有机碳约为森林土壤有机碳的,2,倍（周莉等，,2005,）。,对于农田土壤，由于收割时农作物的残茬常被移除，导致地表有机物的淋溶损失较大，同时存留的作物残体的分解能力较弱，因此其有机碳密度常常低于森林土壤（,Bouwman,，,1990,）。,在缺乏地表植被覆盖的沙漠和荒漠地区，植被和土壤的碳密度几乎为,0,（李克让等，,2003,）。,6,3.气候条件及其变化的影响,气候变化对于土壤有机碳的蓄积具有重要影响。气候变化通过温度、降水变化影响植物生产力速率和凋落速率，从而控制和影响输入土壤的有机碳量；但同时也影响微生物活性从而改变地表凋落物和土壤有机碳分解速率。,温室气体浓度上升引起的全球变暖虽然可以使植被的生长期延长，光合作用效率提高，从而增加陆地植被的净初级生产力（,NPP,）和土壤有机碳的输入量，但气温的升高也加速了土壤有机碳的分解（王绍强，刘纪远，,2002,）。研究表明，在全球范围内温度升高,0.5,会使处于稳定状态的土壤碳库下降约,6%,（,Trumbore,et al.,，,1996,）；,全球变暖还将导致永久冻土中大量的有机碳以,CO,2,、,CH,4,和其它痕量气体释放到大气中，进一步增强温室效应（,Bockheim,et al.,，,1997,）。已有研究证实，在,20,世纪,70-80,年代，由于气候变暖已使美国阿拉斯加北坡冻原由碳汇变为碳源（,Oechel,et al.,，,1993,）。,7,（二）人类活动对于土壤有机碳储量的影响,1.,土地利用变化对土壤碳库的影响,土地利用变化不仅直接改变了地表植被类型从而影响土壤有机碳的输入，而且还引起了土壤理化性质的变化，从而对土壤的固碳能力产生影响（周涛，史培军，,2006,）。,据,IPCC,（,2007,）估算，,20,世纪,90,年代土地利用变化引起的,CO2,排放量相当于人类活动引起的总排放量的,1/4,。,而,Houghton(1995),对土地利用变化影响结果的估计表明, 1850-1990,年，土地利用的变化导致,124,PgC,释放到大气中，约相当于同时期化石燃料燃烧碳释放量的一半。,土地利用变化已经成为仅次于化石燃料燃烧排放引起温室气体浓度增加的主要原因。,8,（1）森林砍伐转变为农田后：会引起土壤有机碳（SOC）含量快速下降，其主要原因是地表凋落物的输入减少，同时耕作破坏了土壤团聚体结构，使有机质暴露，加快了其分解速度；,（2）森林转变为草地：其土壤有机碳的下降幅度比农田少甚至可能有所增加。,（3）草地被开垦成农田后：土壤呼吸作用加强，土壤有机碳的分解速度加快，由此也导致了土壤有机碳的损失。草地开垦为农田后，土壤中的有机碳损失量大约在30%-50%。据Houghton估计，1850-1980年期间，由于开垦导致的草原生态系统碳素净损失量约为10 Pg（周广胜，2003）。,（4）通过采取减少森林砍伐、弃耕农田还林还草，或者草地恢复为森林等保护性的土地利用变化, 可以减少陆地生态系统向大气的CO,2,净排放，稳定甚至增加土壤碳储量。,（5）土地利用变化对土壤碳储量的影响取决土地利用方式发生了什么样的变化（杨景成等，2003）。,9,2.农业管理措施的影响,耕作破坏了土壤有机碳稳定性，加速了土壤有机碳分解。采取免耕或保护性耕作，有利于更多的作物残茬转化为土壤有机碳、微生物量碳和可矿化碳，从而促进表层土壤有机碳的快速积累，显著提高土壤有机碳的含量（赵鑫等，,2006,）。相关研究表明：多年的保护性耕作使北美地区农田土壤有机质含量明显增加，持续,10,年以上可使农田耕层,SOC,含量增加,7%-10%,。,施肥对于农田土壤的有机碳含量也具有重要影响。长期定位试验表明：长期施用有机肥能显著提高土壤活性有机碳的含量；有机肥和无机肥配合施用，能促进土壤活性有机碳含量积累。,提高对作物残留物的管理，促进秸秆还田可以增加,SOC,含量，改善土壤微环境，能够进一步提高土壤的固碳能力。但残茬管理对,SOC,的影响需要与一定的耕作方式相结合，在不同的耕作措施下，残茬还田对于,SOC,的作用也具有一定的差异。,Lal,等（,1999,）研究显示，保护性耕作和残茬管理相结合的碳固存潜力是,0.15 Pg/a-0.175 Pg/a,。,10,通过土地撂荒和自然演替或是作为一种有效的管理决定（例如转变为牧场，保护性闲置,),，土壤有机碳水平一般会增加,Schleisinger,W H et al.,。,近年来，农业土地的闲置计划已在北美和欧洲实施。,19501959,年，美国西部有,2.7105km,2,土地闲置，土壤有机碳密度增长率为,30 g/m,2,a,，总增长率为,8106t/a,。在这些土地上，土壤有机碳的增加速率和最终达到的稳定水平将取决于生产力水平和土壤条件。,免耕是非常有效的提高农田土壤有机碳的方法，研究发现免耕土壤比传统耕作措施管理的土壤有机碳平均水平高,Jin,Feng,et al.,。土壤免耕减缓了土壤中碳、氮的矿化速率和有机质分解作用速率,减少了反硝化作用所需的碳、氮基质供应量,同时,长期免耕能增加表土层土壤微生物生物量碳、氮含量,Xu,Yangchun,et al.,，,2002,，通过陆地生物及落叶的转化，有机碳蓄积量能够增加。,11,四、土壤碳库的研究方法,12,（一）土壤类型法,是在土壤剖面数据基础上，以土壤类型作为分类单元来估算,SOC,的蓄积量。,根据土壤各种分类层次聚合土壤剖面数据计算各类土壤的碳密度，再和区域或国家尺度土壤图上的相应土壤类型的面积相乘，就可以得到,SOC,蓄积总量。同时，根据土壤类型图，将计算所得的土壤碳密度与土壤类型单元相匹配，可以表现土壤碳密度的空间分布格局和规律。,优点：由于同类土壤往往会具有相似的影响土壤碳蓄积的调控因素，因此该方法容易识别土壤有机碳的空间格局，减少估算的不确定性，是目前进行土壤有机碳储量研究较为常用的方法。,不足：但土壤类型法的应用是以大量实测剖面数据以及对土壤类型准确划分为前提的，且仅考虑土壤类型的因素。实测数据的缺乏和对植被、土地利用方式以及人类活动等影响因素的忽略，都会在一定程度上对估算结果产生影响。,13,2.植被类型、生态系统类型和生命地带法,该方法是以植被、生命地带或生态系统类型作为分类单元，在确定各种单元类型的土壤有机碳密度与该类型分布面积的基础上，计算出,SOC,蓄积量。,优点：使用该方法不仅能较容易了解不同植被、生态系统和生命地带类型的土壤有机碳库蓄积总量，而且能更好地反映温度、降水等气候因素、植被以及生态系统类型的分布对,SOC,蓄积的影响。,14,3.相关关系统计法,相关关系统计法是通过分析一定剖面数据,SOC,的蓄积量与样点的各种环境因子、气候因子和土壤属性之间的相关关系，建立一定的数学统计关系，来计算,SOC,的蓄积量。,不足：但由于各区域的,SOC,的主要控制因素可能不同，相关性表现不一，因此所确定的统计关系需要得到验证后方可应用，由此影响了该方法的推广和应用。,15,4.模型方法,运用模型方法估算土壤碳库及固碳潜力成为目前研究,SOC,一种重要的方法和途径，,原理：是在认识和掌握土壤碳循环过程与机理的基础上，建立,SOC,的表征、评估或预测模型，然后通过输入大量实测数据，来对区域的,SOC,储量进行估算；在此基础上还可以根据,SOC,的影响因素或管理措施的变化来做情景分析，从而估计、评估和预测区域或国家尺度的土壤固碳潜力。,目前，国际上比较有代表性的土壤碳循环模型包括,Century,和,DNDC,模型等，,不足： 但由于模型的正确运用与否，有赖于进一步对土壤碳循环过程的认识和把握，且模型参数化过程较为复杂，对数据的完善有很高的要求，如果模型参数和构建机理与研究区的实际情况存在较大差异，就会使模拟结果出现较大的偏差。,16,四、土壤有机碳的国内外研究进展,不同空间尺度的土壤碳库研究,碳循环模型在土壤有机碳研究中的运用,土地利用方式及其变化对土壤有机碳的影响,17,（一）不同空间尺度的土壤碳库研究,18,全球尺度的土壤碳库研究,研究者,时间,SOC,的估算值,(1m),Rubey and William,1951,710 Pg,Bohn,1982,2200 Pg,Post,1982,1395 Pg,Eswaran et al,1993,1576 Pg,Batjes,1996,1500 Pg,19,2.,国家尺度的土壤碳库研究,随着碳循环研究的深入开展，为了提高全球尺度的土壤碳库的估算精度，同时也为了在国际谈判中能够提供更为有效的数据依据，各国学者纷纷加强了国家尺度上的土壤碳库研究。,Lacelle,（,1997,）根据加拿大数字土壤地图和,1500,个土壤剖面数据，计算出加拿大,0-30 cm,和,0-100 cm,深度的土壤有机碳储量分别为,72.8 Pg,和,262.3 Pg,。,Scott et al.,（,2002,）根据土壤类型、气候和土地利用将新西兰分为,39,类景观单元，并利用近,2000,个剖面数据库估算出新西兰,0-10 cm,、,10-30 cm,和,30-100 cm,深度的土壤有机碳储量分别为,1.15 Pg,、,1.43 Pg,和,1.60 Pg,。,Bernoux,（,2002,）估算了巴西,0-30 cm,土层的,SOC,储量为,36.43.4 Pg,。,20,中国国家尺度的土壤有机碳库的估算结果表,21,3.,区域尺度的土壤碳库研究,（1）国外,Singh et al.,（,2007,）对印度半干旱,Rajasthan,地区的土壤有机碳进行了估算，结果表明，该地区和,0100 cm,的土壤有机碳储量为,1.23 Pg,。,Meersmans,et al.,（,2008,）根据比利时国家土壤普查数据的,6900,多个数据以及结合,Flanders,的土地利用矢量图和土壤数字地图，研究了该区域的土壤有机碳储量及其影响因素。,（,2,）国内：,22,地区,Place,SOC密度（0-100cm）,SOC density (kg,m,-2,),上海 Shanghai,10.55,广东Guangdong,10.44,福建 Fujian,14.52,河北Hebei,10.83,河南 Henan,7.46,安徽Anhui,11.75,内蒙古,Inner mongolia,10.21,环渤海地区,Bohai rim,8.94,全国China,9.6,上海0-100cm土壤碳密度与全国其他地区的比较,23,4.不同生态系统的土壤有机碳储量研究,（1）国外：,Dixon et al.（1994）研究得出了全球森林土壤碳库为787 Pg，占全球土壤碳的73%。Bird et al.（2002）通过对加拿大和西伯利亚的纬度样带上的森林SOC调查，明确了该地区森林SOC的储量及其空间分布。,（2）国内,森林生态系统,SOC,：,方运霆等（,2004,）通过对鼎湖山自然保护区自然植被和次生植被的土壤有机碳贮量及其分配特征分析，发现混交林碳贮量贡献最大,张城等（,2006,）对中国东部地区,7,个典型森林的土壤样区碳储量进行了野外调查与对比研究，分析了,6,种土壤类型和,28,种植被类型的,SOC,储量及其随深度的变化。,24,湿地生态系统,SOC,刘子刚等（,2005,）对黑龙江三江平原的土壤碳储量及农业开发,50,年以来的碳储量变化进行了研究，表明三江平原的湿地土壤有机碳储量为,621 Mt,，人类活动导致的湿地丧失和退化、水土流失和不合理的耕作措施等是土壤碳储量减少的主要原因。,农田生态系统,SOC,张琪等（,2004,）等通过对,2002,年江苏省宜兴市市域范围水稻土的,61,个土壤监测点进行研究，并与,1983,年和,1994,年进行的土壤肥力调查结果相对比，表明,20,年来该市域内水稻土有机碳总体上呈上升趋势。,25,（二）碳循环模型在土壤有机碳研究中的运用,国外关于土壤碳循环方面的模型开发较多，其中比较有代表性的碳循环模型包括CENTURY、DNDC（脱氮-分解）等模型。,CENTURY,模型是目前应用较为广泛的反映土壤有机碳动态的模型，它以将土壤有机碳分为,3,个库的理论为基础，是从模拟草地生态系统发展而来，已经在世界很多地区的土壤碳循环研究中得到了检验（高鲁鹏等，,2004,）。,DNDC,（脱氮,-,分解）模型是美国,New Hampshire,大学发展起来的，其目标是模拟农业生态系统中碳氮的生物地球化学循环，时间步长以日为单位，也是目前国际最为成功的模拟生物地球化学循环的模型之一（邱建军等，,2004,）。,26,国外碳循环模型的实证研究,Li,等（,1997,）利用,DNDC,模型模拟了,20,年以上的土壤有机碳的动态变化，并与欧洲和澳大利亚的,5,个站点,11,块样地的定点观测结果对比，表明，除,1,块样地外，其余样地的模拟值和实测值的土壤有机碳含量的百分比的平均差值在,0.07%,以下。,Jonas and,Lennart,（,2003,）利用,CENTURY,模型结合,GIS,手段，对半干旱的苏丹的土壤有机碳储量进行了估算，表明，从,1900,到,2000,年期间，苏丹表层土壤有机碳（,0-20 cm,）下降了,6.8 Mt,，而从,2000,到,2010,年，土壤表层的最大的固碳潜力可达到,17 Mt,。,国内碳循环模型的实证研究,（,1,）采用国外模型研究,韩冰等（,2004,）采用,DNDC,模型,估算了中国东北地区农田土壤碳储量为,1.27,Gt,，平均碳密度为,63.57 t/hm,2,，是全国,C,平均值的,1.4,倍。,高鲁鹏等（,2004,）应用,CENTURY,模型，对东北地区自然状态下的黑土有机碳库进行了模拟，结果表明，在自然状态下，黑土有机碳库经历了一个由快到慢的增长过程，经过长时间积累，并最终趋于稳定。,27,（2）自主开发模型研究,国内学者也进行了一些碳循环模型的开发，,吴金水（,2002,）开发模拟旱田和水稻土壤有机碳的,SCNC,模型（土壤有机碳的变化模拟模型）；,于永强等（,2006,）开发模拟农田生态系统的,SOC,动态模型等,不足：但这些模型在对土壤碳循环机理方面研究较为简单，从而难以得到广泛应用和推广。总体来看，无论是国外还是国内开发的碳循环模型，都需要利用大量的观测数据进行验证，而且需要进一步的改进及发展。,28,（三）土地利用方式及其变化对土壤有机碳的影响,人类活动所引起的土地利用/覆被变化对陆地生态系统碳蓄积量和通量的影响远远超过了自然变化影响的速率和程度，主要包括农业活动、城市建设用地的扩张、森林砍伐以及其他土地利用变化等（刘纪远等，2004）。因此，关于土地利用变化对土壤有机碳的影响日益成为土壤碳库研究中的重点内容。,1.国外：,Tan and Rattan（2005）利用美国俄亥俄州的土壤普查数据以及长期的定位试验资料，对耕作和免耕的土壤有机碳进行对比研究分析，结果表明，免耕和农田退耕还林有利于提高土壤有机碳蓄积能力，但提高的效果又和免耕或退耕还林前的土壤性质密切相关，SOC含量低的土壤在免耕或退耕还林后具有更高的碳蓄积能力。,29,Seiichi et al.,（,2008,）通过对实验样地具有相同水稻耕作历史的三种类型的农作物系统（单一的水稻种植（,PR,）、单一的旱地种植（,UR,）和大豆和小麦的轮作）下的土壤有机碳的比较研究表明，从水稻种植转变为旱地作物种植的土地利用变化导致了土壤有机碳的明显损失。,2.,国内,张于光等（,2006,）对川西米亚罗林区不同土地利用下的土壤有机碳和微生物碳状况的分析表明，土地利用变化明显地影响了土壤有机碳和微生物碳的含量。,侯鹏程等（,2007,）采用耕地质量监测资料，分析了,2003,年江苏省吴江市,6,种土地利用方式下的土壤有机碳含量的变化，结果显示，稻田土壤有机碳密度显著高于其他土地利用方式，在陆地碳固定方面有着特殊意义。,王小利等（,2007,）研究了黄土丘陵沟壑区燕沟流域不同土地利用下的,SOC,和全氮的积累特征，结果表明，基本农田建设、大规模的果园建设对表层,SOC,和,TN,的积累作用不明显；而退耕还林还草、封山育林等土地利用优化措施明显促进了,SOC,和,TN,的积累。,30,思考：对城市区域内不同土地利用方式的土壤有机碳蓄积量应该如何研究？,31,专题3 我国农田土壤碳库演变研究:全球变化和国家粮食安全,一、我国农业土壤碳库演变与全球变化,由于工业,CO2,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,4 961Mhm2,，耕地为,1369Mhm,2,20,，耕地占全球陆地面积的,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,20 Pg16,在最近,25,年内其速率平均可达,(0. 90. 3) Pg/a22,32,欧盟,15,国农业土壤的碳收集潜力为,90120,TgC,/a,，美国为,107,TgC,/,。,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,1/41/3,。,因此，从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。,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,7 Pg,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. 15 Pg,。,最近,20,年来自然植被系统生物量固碳仅达,20,Tg,/a,。这与西方国家森林和草地的固碳规模,29,相比很微弱,远远不能满足我国工业发展中碳减排的固碳压力。,中国,1,亿多公顷的耕地,生物量固碳年均达,10Tg,，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。,33,我国土壤的总有机碳库的最近估计接近,8090 Pg,。,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,38 -39Pg,。农业土壤约占,5 Pg(,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。,34,35,对于农业利用下土壤碳库的变化一直是农业与全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,IPCC37,估计全球土壤碳库的历史损失量为,55 Pg,。,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. 5Pg(,包括沙漠化的,2 Pg),。,Lindert,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,Li,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,70,Tg,/a,的规模。,36,Wu,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,78 Pg,。,Song,等,30,提出我国自然土壤开垦后耕地土壤表层有机碳库的总损失约为,2 Pg,。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。,37,38,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,500,Tg,。,39,在有机质的增加中，化肥施用可能有积极的贡献。,（,1,）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，,（,2,）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。,土壤有机质的变化中,表现出两个特点：,（,1,）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,;,（,2,）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,9t/hm,2,的有,40,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. 3 Pg有机碳32。,一些田间实验资料表明,我国水稻土的固碳速率介于,0. 12 tC/(hm2a),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。,中国的水稻生产经营方式的农业在我国耕作土的碳汇效应在全球农业与碳循环中具有重要意义。,41,42,二、 耕作土壤有机碳库与国家粮食安全,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,2 Pg(,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。,就土壤有机碳含量而言,南方一般在,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,121 tC/hm253,蔡祖聪,63,、,Zhou,等,54,Wu,等,40,对我国全部土壤的报道值介于,80 105 tC/hm2,。,全球表层土壤的有机碳密度约为,50 tC/hm2,据我们最近的估计,30,我国自然土壤为,57 tC/hm2,耕作土壤仅,30tC/hm2,，低于世界平均值较大幅度。,43,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。,在北方旱作区,0. 1%的有机质相当于0. 8 t/hm2的粮食生产地力。而南方稻区, 0. 1%的有机质相当于0. 6 t/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,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。,44,三、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,1.农业土壤碳库及其演变研究有两个层面的问题:,（1）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成为国际环境谈判筹码；,（2）是提高土壤有机质水平、培育和提高耕地生产力的问题。,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。,45,2.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,美国、欧盟、,FAO,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,IPCC,碳收集评估报告中占有重要的依据与参考地位。,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。,46,（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，发展成为共享型的农业土壤碳基础研究平台。,47,（3）研究集成不够，模型开发落后,国外现有的关于农业土壤的碳库变化的模型如,CQESTR,模型、,Century,模型、,Rothamsted,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,。,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。,48,碳减排的途径,为降低温室气体减排成本，减轻承担减排义务的国家的负担，京都议定书中规定了3个灵活的合作机制，,排放贸易（,ET,）,:,已经达到减排目标的发达国家把温室气体排放权,卖,给其它发达国家,联合履约（,JI,）,:,指发达国家之间可以通过共同实施温室气体减排项目，将获得的减排额度相互转让。,清洁发展机制（,CDM,）,:,指发达国家与发展中国家通过开展项目合作向,发展中国家,提供资金和技术，将项目所实现的温室气体减排量，用于完成发达国家的减排指标。,其中清洁发展机制（,Clean Develop-,ment,Mechanism,，简称,CDM,）是发达国家与发展中国家之间的温室气体减排合作方式。,49,谢谢！,50,