Global Change Biol.丨考虑土壤碳固存中国的种植系统仍是一个温室气体净排放来源

论文内容

研究背景：

在陆地生态系统中，土壤是碳(C)的大型蓄水池，其蓄水池大小约为1500 Pg C (1 Pg = 1015 g)。农田土壤占这些碳库的8%-10%，在全球碳预算中发挥着重要作用。据估计，全球农业土壤中每年可隔离1.6 Pg C (Ceq)的技术潜力。

许多农业实践，如优化施肥、少免耕和秸秆还田都被提倡减少温室气体的排放。许多田间试验研究表明，施肥和秸秆还田可以增加土壤碳，并从大气中隔离碳。然而，这些做法也可能刺激一氧化二氮(N2O)的排放，抵消了有机碳封存的益处。此外，添加有机肥会增加甲烷(CH4)的排放，特别是在淹水条件下种植水稻。为了衡量农业生产总体气候效应，基于所有温室气体的累积辐射胁迫，提出了净温室气体平衡的概念。温室气体强度用于比较生产相同产量的作物排放温室气体的大小，这一概念有助于解决提高粮食产量的全球挑战，并同时确定不同种植制度和地区的主要减缓目标，这对于寻求减少与农业生产相关的温室气体排放总量的方法非常重要。

研究内容：

本文从生命周期的角度，综合考虑土壤固碳平衡、N2O和CH4排放以及农学管理上游CO2排放，估算了2000-2017年中国种植系统的净温室气体平衡。其中中国主要种植系统的投入数据来源于国家统计局和统计年鉴，通过公式计算土壤有机碳密度的变化速率以估算出年度表层土壤有机碳固存速率。采用SPSS统计软件进行方差分析 (ANOVA)，检验了不同种植制度下土壤有机碳储量变化的显著性，同时利用数理统计的误差传播方程，分析了温室气体净平衡的不确定性。

Fig.1 中国种植系统的空间格局。

Fig.2 2000 - 2017年中国不同种植制度下土壤有机碳密度分布及平均变化。

Fig.3 不同种植制度下土壤有机碳储量变化的空间变化规律。

Fig.4 不同种植制度温室气体净平衡的的空间变化规律。

Fig.5 中国不同种植制度下温室气体的排放来源与占比。

研究结论：

尽管土壤有机碳(SOC)每年增加23.2 ± 8.6 Tg C，但土壤N2O和CH4排放加上农艺管理引起的上游CO2排放每年增加269.5 ± 21.1 Tg Ceq。这些发现表明，中国的种植系统是温室气体排放的一个净来源，温室气体总排放量约为土壤固碳吸收的12倍。不同种植制度的净温室气体平衡在328 - 7567 kg Ceq ha−1·yr-1，相互之间存在很大差异，但所有种植系统都是大气的净温室气体源。温室气体排放总量的主要来源是氮肥(生产和应用过程中的排放)、灌溉用电、土壤N2O和CH4排放。优化农艺管理措施，特别是施肥、灌溉、地膜覆盖和作物残留，以减少全产业链的温室气体排放总量，为中国作物生产创造一个低碳的未来是迫切需要的。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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