佘瑋，黃璜，官春云，陳阜，陳光輝

(1. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙410128；2. 中國農(nóng)業(yè)大學，北京100083)

我國典型農(nóng)作區(qū)作物生產(chǎn)碳匯功能研究

佘瑋1，黃璜1，官春云1，陳阜2，陳光輝1

(1. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南農(nóng)業(yè)大學，長沙410128；2. 中國農(nóng)業(yè)大學，北京100083)

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，研究我國典型農(nóng)作區(qū)作物生產(chǎn)碳匯對于估算區(qū)域碳收支和制定應對氣候變化的管理政策有重要的意義。全國6個典型農(nóng)作區(qū)中主要農(nóng)作物生產(chǎn)整體表現(xiàn)為碳匯。同一區(qū)域內(nèi)不同作物的碳匯量差異明顯，同一作物在不同區(qū)域之間差異顯著。全國年土壤有機碳儲量整體表現(xiàn)為碳匯，不同區(qū)域年土壤有機碳儲量的范圍為–2.07 TgC·y–1～19.95 TgC·y–1。

作物生產(chǎn)；固碳減排措施；碳匯功能

DOI 10.15302/J-SSCAE-2016.01.013

一、前言

聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）第五次評估報告表明， 2010 年全球農(nóng)林業(yè)溫室氣體排放量為 12 Gt CO2eq（CO2當量），占人類活動總排放量的 24 %[1]。我國作為世界上重要的農(nóng)業(yè)大國之一，作物生產(chǎn)對全球氣候變化的影響不可忽視。過去幾十年里，我國農(nóng)業(yè)投入快速增加，碳排放也隨之增加，產(chǎn)量的提高使農(nóng)作物固定碳的能力也在快速增加。農(nóng)業(yè)作物生產(chǎn)系統(tǒng)正逐漸成為一個巨大的碳庫，在保持農(nóng)業(yè)土壤碳匯功能、提高土壤有機碳水平、保障糧食安全等方面具有重要的意義。本項

目根據(jù)我國不同農(nóng)作區(qū)的差異，將全國劃分為東北、華北、西北、長江中下游、西南、華南六大區(qū)域，筆者等分別對其作物生產(chǎn)系統(tǒng)固碳及土壤固碳進行定量分析。本文中涉及的耕地面積、作物播種面積、作物產(chǎn)量等數(shù)據(jù)來自2011—2013 年《中國統(tǒng)計年鑒》《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》及各省級統(tǒng)計年鑒。農(nóng)田有機碳儲量（dSOC）的計算采用大田試驗的測定數(shù)據(jù)。

二、 我國各區(qū)域主要作物農(nóng)田土壤固碳

我國不同區(qū)域農(nóng)田土壤碳儲量變化率有所不同，全國平均年土壤有機碳儲量變化量為193.48 kgC· hm–2·y–1，表現(xiàn)為固碳效應（見表1）。其中，東北地區(qū)和西北地區(qū)表現(xiàn)為負值，即土壤有機碳儲量表現(xiàn)出減少的趨勢，分別減少6.48 kgC·hm–2·y–1和231.30 kgC·hm–2·y–1。其他地區(qū)土壤有機碳儲量變化量表現(xiàn)為正值，具有固碳能力。其中，華北地區(qū)有機碳儲量增加量最多為859.75 kgC·hm–2·y–1，而從西北向東和南土壤有機碳儲量增加量呈減少趨勢。長江中下游地區(qū)較西南地區(qū)有機碳儲量增加量減少了61.38 kgC·hm–2·y–1；華南地區(qū)較長江中下游地區(qū)減少了24.41 kgC·hm–2·y–1。

由于各區(qū)域的主要作物種植面積有所不同，所以年區(qū)域農(nóng)田固碳率有所區(qū)別。全國主要農(nóng)作物種植面積（各區(qū)域主要農(nóng)作物種植面積之和）為華北＞長江中下游＞東北＞西南＞西北＞華南。全國年土壤固碳量約為26.53 TgC。其中，華北地區(qū)的固碳效果明顯，年土壤固碳量為19.95 TgC，占全國年固碳量的75.21 %，其次為西南地區(qū)年土壤固碳量占全國年固碳量的15.53 %，長江中下游地區(qū)為全國年固碳總量的13.93 %，華南地區(qū)為全國年固碳量的3.63 %。東北地區(qū)和西北地區(qū)有機碳庫減少量分別為0.13 TgC·y–1和2.07 TgC·y–1。

三、各農(nóng)作區(qū)作物生產(chǎn)碳匯功能及減排措施

（一）西北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1. 西北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能

我國西北地區(qū)主要農(nóng)作物有小麥、玉米、馬鈴薯和棉花等，種植面積分別為3.261×107hm2、1.80×106hm2、1.04×106hm2和1.74×106hm2，其中小麥種植面積在各區(qū)域中最大。西北地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本如圖1所示。主要農(nóng)作物生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力表現(xiàn)為水稻(5 174 kgC·hm–2) ＞玉米(3 766 kgC·hm–2) ＞大豆(2 164 kgC·hm–2)。主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量為32.93 TgC，主要由小麥、玉米和馬鈴薯貢獻，分別占區(qū)域總固碳量的42.30 %、30.39 %和17.69 %。四種主要農(nóng)作物的碳效率分別是5.23、3.88、5.86和0.86。主要農(nóng)作物生產(chǎn)碳成本為9.92 TgC，小麥、玉米、馬鈴薯和棉花分別占區(qū)域碳成本的26.84 %、25.98 %、10.02 %和37.16 %。西北地區(qū)農(nóng)田土壤固碳率為–2.07 TgC·y–1，即每年減少2.07 TgC。西北地區(qū)整個農(nóng)田系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳效應，即凈碳量為正值。

2.西北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排措施

優(yōu)化耕作制度，構(gòu)建資源節(jié)約與環(huán)境友好作物生產(chǎn)技術(shù)模式。以免耕、秸稈還田等技術(shù)措施為代表的保護性耕作體系可以減少土壤系統(tǒng)的擾動，在甘肅、陜西、寧夏等地區(qū)研究結(jié)果表明保護性耕作可以減少土壤有機碳的損失，增強土壤碳匯，也可以減少CO2的排放，從而增加農(nóng)田有機碳的含量。建立適當?shù)拈g作或輪作體系也可以實現(xiàn)農(nóng)田固碳減排的作用，且能實現(xiàn)增加作物碳匯。在黃土高原、河西走廊的研究均發(fā)現(xiàn)間作比連作和單作能減少土壤呼吸。另外，還需根據(jù)區(qū)域自身的特點，選擇種植具有高碳匯能力的作物，如薯類、蔬菜、玉米等農(nóng)作物。

表1 我國不同區(qū)域土壤固碳

建立生態(tài)補償政策，推進農(nóng)作物清潔生產(chǎn)。充分發(fā)揮西北地區(qū)的自然資源和經(jīng)濟條件優(yōu)勢，解決農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)的約束和限制條件，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)全過程中，使用清潔化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料以及農(nóng)藝和養(yǎng)殖措施，種養(yǎng)結(jié)合，綜合利用節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)地、節(jié)能以及資源綜合利用等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)廢物的內(nèi)部循環(huán)，減少農(nóng)業(yè)污染的產(chǎn)生，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中發(fā)揮科研院所的技術(shù)優(yōu)勢，與農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)單位和農(nóng)戶之間建立技術(shù)服務聯(lián)系，大力推廣具有高效固碳減排的耕作模式、種植結(jié)構(gòu)。

圖1 西北地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

圖2 東北地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

（二）東北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1. 東北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能

東北地區(qū)農(nóng)作物種植以水稻、玉米和大豆為主，種植面積分別為4.82×106hm2、1.113×107hm2、 3.89×106hm2，其中玉米種植面積在各區(qū)域中達到最大。東北地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本如圖2所示。主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量為74.78 TgC，水稻、玉米和大豆分別占區(qū)域總固碳量的32.68 %、56.06 %和11.26 %，東北地區(qū)的固碳貢獻優(yōu)勢表現(xiàn)在水稻和玉米上。東北地區(qū)大豆生產(chǎn)碳效率最高(15.21)，水稻、玉米分別為2.73和8.72。三種農(nóng)作物生產(chǎn)碳成本為14.55 TgC，水稻、玉米和大豆分別占區(qū)域碳成本的61.59 %、34.60 %、3.81 %。從土壤有機碳儲量來看，全國平均年變化率為193.48 kgC·hm–2·y–1，表現(xiàn)為固碳效應，而東北表現(xiàn)為負值，即土壤有機碳儲量表現(xiàn)出減少的趨勢，每年減少0.13 TgC。東北地區(qū)整個農(nóng)田系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳效應。

2.東北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排的技術(shù)模式與途徑

增加農(nóng)田碳匯和作物碳匯。東北地區(qū)土壤有機

碳儲量表現(xiàn)出減少的趨勢，而東北黑土地養(yǎng)分含量較高，其可吸收有機碳的空間有限。增加農(nóng)田碳匯必須降低有機質(zhì)礦化，增加土壤固定新鮮有機碳的能力，加強農(nóng)田生物固碳減排技術(shù)的研究，如生物質(zhì)能源的利用，作物秸稈所制備的生物炭，作物秸稈添加制劑后還田和生物黑炭等；農(nóng)田和草原土壤固碳。秸稈還田和免耕可以在很大程度上提高土壤有機碳的含量，所以必須擴大秸稈還田的面積和免耕技術(shù)運用的范圍。

東北地區(qū)的水稻、玉米和大豆多為一年一熟制，而東北的固碳貢獻優(yōu)勢表現(xiàn)在水稻和玉米上。由于光熱條件的限制，對于農(nóng)作物產(chǎn)量的增加不能從增加熟制上實現(xiàn)，因此，作物高產(chǎn)需要進行潛力開發(fā)，結(jié)合育種與栽培方式提高作物的單產(chǎn)，尤其是水稻和玉米的產(chǎn)量。同時，合理布局，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，采用輪作、間作套種等栽培措施，種養(yǎng)結(jié)合，實現(xiàn)作物碳匯的增加。

減少碳投入和碳排放。該地區(qū)水稻生產(chǎn)碳足跡明顯高于其他兩種作物，而構(gòu)成水稻碳足跡的主要因素是灌溉用電和化肥施用，分別占54.7 %和21 %，該區(qū)域應當在優(yōu)化生產(chǎn)技術(shù)、減少化肥和農(nóng)膜使用的基礎(chǔ)上，重點研究采取高效的灌溉措施提高效率減少灌溉等耗電量，降低水稻的生產(chǎn)碳足跡。而對于該地區(qū)主要的三種農(nóng)作物，應當注意化肥的施用，重視有機肥和廄肥、有機肥和化肥的配施以及秸稈深施并且發(fā)展肥料高效利用與節(jié)肥技術(shù)。種植方式會影響到土壤呼吸。耕作制度還可改變甲烷產(chǎn)生、排放的條件而影響甲烷的排放。與連續(xù)淹水稻田相比，采用水旱輪作、旱作栽培及壟作栽培等方式均可提高土壤的通透性，改善土壤的氧化還原條件，能顯著降低甲烷的排放。

圖3 華北地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

（三）華北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1. 華北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能

華北地區(qū)小麥和玉米的種植面積為1.219× 107hm2、1.101 ×107hm2。華北地區(qū)作物生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力表現(xiàn)為玉米(3 141 kgC·hm–2) ＞小麥(2 334 kgC· hm–2)。該地區(qū)主要作物生產(chǎn)固碳量為63.05 TgC，小麥和玉米固碳量基本持平，分別占該地區(qū)總固碳量的45.14 %和54.86 %。兩種作物生產(chǎn)碳成本為43.34 TgC，小麥和玉米分別占據(jù)63.25 %和36.75 %（見圖3）。全國平均年土壤有機碳儲量變化率為193.48 kgC·hm–2·y–1，而華北地區(qū)有機碳儲量增加量最多，為859.75 kgC·hm–2·y–1，該地區(qū)的農(nóng)田固碳效果明顯，年土壤固碳量為19.95 TgC，占全國年固碳量的75.21 %。華北地區(qū)整個農(nóng)田系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳效應。

2. 華北地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排的技術(shù)模式與途徑

增加作物碳匯。華北地區(qū)是我國典型的小麥–玉米一年兩熟輪作區(qū)，其增加作物碳匯的主要模式是增加光能利用率和改良土壤的物理性質(zhì)，其基本途徑：一是選種生育期適當長的品種，延長作物的光合作用時間，從而增加作物的固碳量；二是玉米適時早播晚收。在不影響小麥播種的前提下，適當延長活稈綠葉時間而延長作物的光合作用時間，從而增加玉米的固碳量；三是選種耐逆性較好的品種，適當增加作物的種植密度，從而增加作物群體

的固碳量；四是深松耕調(diào)土強根。近年來，重機械應用，少免耕的推廣，造成該地區(qū)耕層變淺，土壤容重增加，嚴重影響了作物根系的生長發(fā)育，從而影響了地上部分的生長。在該地區(qū)適當深松耕可打破犁底層，降低土壤容重，改善土壤的理化性質(zhì)，為作物根系生長提供適宜的環(huán)境，進一步促進地上部分的生長，從而增加作物的固碳量。

推進作物生產(chǎn)固碳減排的技術(shù)政策。①在優(yōu)化本地區(qū)耕作制度方面，根據(jù)華北小麥–玉米兩茬平作區(qū)的生態(tài)氣候特點，該地區(qū)的農(nóng)業(yè)高校和科研院所組織開展了諸如保護性耕作、秸稈還田、測土配方施肥、緩釋肥料研發(fā)及玉米壟作溝灌栽培等“農(nóng)機–農(nóng)藝–農(nóng)技”一體化研究工作，這為構(gòu)建資源節(jié)約與環(huán)境友好作物生產(chǎn)技術(shù)模式提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。②在社會化服務方面，一是建設試驗示范區(qū)。采用適合本地實際的技術(shù)模式，建成標準化的樣板田，形成系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)范。二是建設推廣區(qū)。以試驗示范區(qū)為依托，通過技術(shù)指導、宣傳培訓、作業(yè)補貼等措施，建設具有一定規(guī)模的技術(shù)推廣區(qū)，逐步擴大技術(shù)推廣的應用范圍。 三是提升技術(shù)支撐能力。組織技術(shù)培訓、宣傳與機具選型，盡快消除固碳減排技術(shù)障礙，簡化固碳減排技術(shù)，降低農(nóng)戶的邊際成本。③在生態(tài)補償政策建立方面，充分利用現(xiàn)有秸稈，綜合利用財政、稅收、價格優(yōu)惠激勵政策，加強研究秸稈收、運、儲體系建設激勵措施，提高還田和收集率，擴大秸稈養(yǎng)畜、保護性耕作、秸稈代木、能源化利用等秸稈綜合利用支持規(guī)模；探索秸稈綜合利用重點區(qū)域支持政策及研究建立秸稈還田或打捆收集補助機制。

（四）西南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1. 西南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能

西南地區(qū)水稻種植面積最大(4.45×106hm2)，其次為玉米(3.96×104hm2)、小麥(2.28×104hm2)和油菜(1.96×104hm2)。西南地區(qū)作物生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力表現(xiàn)為水稻(3 003 kgC·hm–2) ＞小麥(2 537 kgC· hm–2) ＞玉米(1 768 kgC ·hm–2) ＞油菜。西南地區(qū)主要作物生產(chǎn)總固碳量為27.61 TgC，其中水稻(48.40 %)＞玉米(25.37 %) ＞小麥(20.97 %) ＞油菜(5.26 %)。通過對作物生產(chǎn)凈碳量和碳效率的對比發(fā)現(xiàn)，西南地區(qū)主要作物生產(chǎn)基本表現(xiàn)為碳匯功能，以小麥生產(chǎn)碳匯能力最強，其次為水稻和玉米（見圖4）。西南地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳效應。

2. 西南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排的技術(shù)措施和途徑

（1）增加農(nóng)田碳匯。加大有機肥投入，推廣秸稈還田技術(shù)，提升農(nóng)田有機質(zhì)含量：農(nóng)田土壤有機質(zhì)主要來源于作物秸稈、根茬腐熟和有機肥投入。而我國西南地區(qū)年均溫和降雨量均高于北方地區(qū)，有利于秸稈腐熟轉(zhuǎn)化為有機碳，因此大力推廣秸稈還田技術(shù)，增加外源有機肥投入可有效提高農(nóng)田有機質(zhì)的含量。

大力推廣保護性耕作技術(shù)，降低翻耕強度和頻度：翻耕將加大對土壤環(huán)境的擾動，一方面使深層有機碳更多的暴露在空氣中發(fā)生氧化，另一方面，還會改變土壤通透性和土壤微生態(tài)環(huán)境，加速有機碳礦化和分解。實施保護性耕作技術(shù)，降低翻耕強度和頻度，可有效降低西南地區(qū)農(nóng)田土壤有機碳的礦化分解損失。

圖4 西南地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

推廣秸稈和植被覆蓋技術(shù)，減少水土流失：水土流失是造成土壤有機質(zhì)含量下降的一個重要因素。我國西南地區(qū)，地形以丘陵和山地為主，是我國水土流失最為嚴重的地區(qū)。以四川省為例，水土流失面積約為2.014×105km2，占幅員面積的41.2 %，土壤年均侵蝕量約為9×108t。秸稈與植被覆蓋技術(shù)的應用能夠有效減緩降水對土壤的沖擊力，同時，秸稈和植被也具有強大的水流阻隔能力，從而可有效降低因水土流失造成的土壤有機碳流失。

（2）增加作物碳匯的主要技術(shù)模式與途徑。作物高產(chǎn)潛力開發(fā)：作物碳匯能力主要取決于作物物質(zhì)的生產(chǎn)能力，因此，加強高產(chǎn)品種選育和資源高效利用栽培管理技術(shù)的研發(fā)與推廣應用，將更有利于作物碳匯功能的發(fā)揮。

大力發(fā)展和推廣間套作帶狀復合種植技術(shù)，提高復種指數(shù)：在我國西南地區(qū)，光照資源相對不足，但水熱資源豐富，充分利用該區(qū)域水熱資源的優(yōu)勢，大力發(fā)展帶狀間套作栽培技術(shù)，提高復種指數(shù)，可有效提高作物對資源的利用率，增強該區(qū)域作物的碳匯功能。如麥/玉/豆、油/玉/豆等帶狀復合種植高產(chǎn)高效種植模式。

（3）減少碳排放。開展肥料高效利用與節(jié)肥技術(shù)的研發(fā)與推廣：西南地區(qū)，地形多為丘陵和山地，水土流失相對嚴重，肥料利用效率低下，加強肥料的高效利用與節(jié)肥技術(shù)的研發(fā)與推廣，提高肥料利用效率，減少投入量，提高作物生產(chǎn)碳效率，可有效的降低作物生產(chǎn)碳排放。如推廣測土配方施肥技術(shù)，并根據(jù)作物對肥料的需求時期和數(shù)量定量化施肥。

節(jié)水高效灌溉技術(shù)的推廣和應用：西南地區(qū)季節(jié)性干旱缺水問題十分突出，作物生產(chǎn)灌溉需求高，而灌溉過程中的能源消耗是作物生產(chǎn)碳排放和碳足跡的重要組成部分。優(yōu)化灌溉措施和技術(shù)，減少灌溉水的投入，提高水分利用的效率，將有利于西南地區(qū)碳排放的下降。如大力推廣噴灌、微灌技術(shù)和水稻控灌技術(shù)。

發(fā)展和推廣少耕免耕栽培技術(shù)：研究表明，翻耕是造成土壤有機質(zhì)含量下降和農(nóng)田溫室氣體排放加劇的主要因素，作物生產(chǎn)中推廣少耕免耕栽培技術(shù)可降低翻耕過程中的生產(chǎn)碳排放，同時還可以降低土壤有機碳的礦化和分解，減少二氧化碳向大氣中的輸入。

（4）秸稈資源化利用。資料顯示，我國西南地區(qū)秸稈資源年產(chǎn)量約為7.123×107t，但21 %的秸稈未被利用。加強秸稈資源的能源化利用，提高利用效率可直接減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活二氧化碳的排放；大力開發(fā)、推廣秸稈資源飼用和秸稈還田技術(shù)能夠在減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活二氧化碳排放的同時，提高土壤有機質(zhì)含量；推廣秸稈直接還田或腐熟還田技術(shù)，提高土壤有機質(zhì)含量，減緩大氣二氧化碳濃度的升高。

圖5 長江中下游地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

（五）長江中下游地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1.長江中下游地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能

長江中下游地區(qū)農(nóng)作物以水稻、油菜、小麥、玉米為主，該地區(qū)是我國典型的雙季稻產(chǎn)區(qū)，水稻種植面積在所有作物中占絕對優(yōu)勢，為

1.479×107hm2。該地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量為84.86 TgC，固碳貢獻主要來自水稻，占總固碳量的75.44 %，其次為油菜(11.98 %)、小麥(7.38 %)和玉米(5.20 %)。長江中下游地區(qū)作物生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力表現(xiàn)為水稻(4 327 kgC·hm–2) ＞玉米(2 477 kgC· hm–2) ＞油菜(2 474 kgC·hm–2) ＞小麥(1 136 kgC·hm–2)。該地區(qū)農(nóng)田土壤年固碳量為3.69 TgC，占全國年固碳量的13.93 %。水稻、玉米、油菜和小麥的碳效率分別為4.75、 2.38、2.48和1.62。長江中下游地區(qū)整個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳效應。

2.長江中下游地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排的技術(shù)模式與途徑

（1）增加農(nóng)田碳匯。長期免耕有利于增加土壤碳庫。長期保護性耕作下，我國農(nóng)田表土有機碳含量總體呈上升趨勢，水田比旱地更有利于促進有機碳的積累。在最近幾年發(fā)表的一些代表性的長期試驗研究顯示，長江中下游平原地區(qū)在配方施肥和有機、無機配合施肥條件以及良好的農(nóng)作制下農(nóng)田土壤有機碳均呈普遍的上升趨勢。

（2）增加作物碳匯。長江中下游地區(qū)是典型的多熟制區(qū)域，種植制度多為稻–稻、稻–油等，該區(qū)域的固碳貢獻優(yōu)勢表現(xiàn)在水稻上，因此首先可以考慮從增加熟制上來增加農(nóng)作物產(chǎn)量進而增加碳匯，比如稻–稻–油，稻–稻–菜等。其次，作物高產(chǎn)需要進行潛力開發(fā)，結(jié)合育種與栽培方式提高作物單產(chǎn)，尤其是水稻和油菜的產(chǎn)量。同時，種養(yǎng)結(jié)合，合理布局，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，采用輪作、間作套種等栽培措施，提高復種指數(shù)，實現(xiàn)作物碳匯的增加。

（3）減少碳排放。在長江中下游地區(qū)，減少碳排放的主要措施包括適宜作物品種的選擇、耕作方式和合理施肥、灌溉管理以及種養(yǎng)結(jié)合等，其中灌溉管理是最簡單而且效果最明顯的措施。例如，在生產(chǎn)實踐上選育土壤氧化層根系發(fā)達、厭氧層根系分布小、 通氣組織不發(fā)達、 根分泌少的品種，有利于促進根際形成有氧環(huán)境和提高甲烷氧化菌的活性，抑制甲烷產(chǎn)生菌的活性。如雜交稻替代常規(guī)稻，不僅經(jīng)濟效益顯著，減少甲烷排放的同時還能增加水稻的產(chǎn)量。其次，稻季土壤耕作方式對水稻生長季甲烷排放總量有顯著或極顯著的影響，例如在長江下游稻麥兩熟制農(nóng)田采用周年旋耕措施能有效減少水稻生長季 甲烷的排放。在肥料使用上，通過有機肥和化肥配合施用，增加酸性肥料、添加甲烷產(chǎn)生菌抑制劑(如碳化鈣)的使用等均可以減少甲烷的產(chǎn)生。采用合理的水分管理方式，如稻田淹水和烤田相結(jié)合是減少甲烷排放的理想措施，適當?shù)拈g歇烤田能大幅度減少甲烷的排放量。此外，在長江中下游地區(qū)，稻田生態(tài)養(yǎng)殖具有顯著的減排效果。

圖6 華南地區(qū)主要農(nóng)作物生產(chǎn)固碳量和碳成本

（六）華南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)碳匯功能及固碳減排措施

1. 華南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳功能

我國華南地區(qū)主要農(nóng)作物總固碳量為71.17 TgC，其中甘蔗的固碳量占比最多，為總固碳量的81.26 %，水稻為18.74 %。本地區(qū)作物生態(tài)系統(tǒng)凈生產(chǎn)力表現(xiàn)為甘蔗(44 425 kgC·hm–2) ＞水稻(2 573 kgC·hm–2)，表明甘蔗吸收二氧化碳能力最強。水稻和甘蔗碳成本分別為4.61 TgC和5.00 TgC。華南地區(qū)農(nóng)田土壤固碳率為0.96 TgC·y–1。整個農(nóng)田系統(tǒng)表現(xiàn)為固碳

效應，即凈碳量為正值。

2.華南地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)固碳減排主要技術(shù)模式與途徑

（1）增加農(nóng)田碳匯。華南四省中廣東水稻的種植面積最大，其單產(chǎn)僅次于福建，其氮肥施用量低于廣西，磷肥、鉀肥施用量均低于海南、福建兩省。因此，廣東水稻生產(chǎn)能夠更有效地減少碳排放，增加碳匯量。廣西作為甘蔗種植大省有全國最大的甘蔗種植面積，其單產(chǎn)低于廣東，高于海南、福建；但是其施肥量低于廣東、海南等地。因此在廣西大面積推廣種植甘蔗相對其他三省來說能夠有效增加碳匯。

在華南稻區(qū)開展保護性耕作能增進農(nóng)田生產(chǎn)生態(tài)功能，保護穩(wěn)定的產(chǎn)量效益，有利于可持續(xù)發(fā)展。開展保護性耕作是以保護農(nóng)田水土、增加農(nóng)田有機質(zhì)含量、減少能源消耗、減少土壤污染、抑制土壤鹽漬化、受損農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)恢復等領(lǐng)域的保護性技術(shù)研究為重點，包括免耕直播技術(shù)、免耕拋秧技術(shù)和水稻秸稈還田技術(shù)。

（2）增加作物碳匯。在華南地區(qū)推廣雙季超級稻強源活庫優(yōu)米栽培技術(shù)、稻鴨共育生態(tài)高效栽培技術(shù)模式、稻魚共育生態(tài)高效栽培技術(shù)模式等，可抑制水稻病蟲和稻田雜草的發(fā)生，減少病蟲的危害，減少農(nóng)藥使用量和使用次數(shù)，保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境。鴨子和魚的活動可以疏松表土，促進營養(yǎng)成分的吸收和利用，并且其排泄物又是水稻的優(yōu)良有機肥。既減少了農(nóng)藥的使用，減輕了農(nóng)田污染，又降低了生產(chǎn)成本；可以充分利用水面，提高稻田綜合生產(chǎn)效益，增加農(nóng)民的收入。

（3）減少碳排放。在華南地區(qū)推廣水稻“四減四增”生產(chǎn)技術(shù)和水稻“三控”施肥技術(shù)，通過減少在水稻生產(chǎn)過程中化學肥料和農(nóng)藥的投入、減少水資源消耗和污染物排放，實現(xiàn)增加土壤肥力、增強水稻抗逆力、增加肥料利用率，提高經(jīng)濟效益的目的。再加上水稻高效病蟲害防控技術(shù)，堅持預防為主，綜合防治的植保工作方針，以重大病蟲為主要防控對象，狠抓害蟲主害代和病害流行關(guān)鍵期的防控，同時減少化學農(nóng)藥使用量和對農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的污染，提高防治效果，保護稻田生態(tài)環(huán)境。

[1] Intergovernmental Panel on Climate Change. Climate change 2014: Mitigation of climate change. contribution of working group III to the fifth assessment report of the intergovernmental panel on climate change[EB/OL]. 2014-04. http://www.ipcc.ch/report/ar5/ wg3/.

Study on the Carbon Sink Function of Crop Production in Typical Agricultural Areas of China

She Wei1, Huang Huang1, Guan Chunyun1, Chen Fu2, Chen Guanghui1
(1.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China, Hunan Agriculture University, Changsha 410128, China; 2. China Agriculture University, Beijing 100083, China)

China is a big agricultural country. The research on the carbon sink function of crop production in China's typical agricultural areas plays an important role in estimating the regional carbon budget and making management policies to tackle climate changing issue. The production of staple crops can be generally reflected by their carbon sinks. The carbon sinks of different crops in the same area differ greatly, and the carbon sink of the same crop also differs in different areas. The national annual reserve of soil organic carbon can be generally embodied in its carbon sink as well. The annual reserves of soil organic carbon in different areas range between–2.07 TgC·y–1and 19.95 TgC·y–1.

crops production; measurcs of carbon sequestration and emission reduction ; carbon sink

S3

A

2016-01-08；

2016-01-15

佘瑋，湖南農(nóng)業(yè)大學，副教授，主要研究方向為作物學；E-mail: clregina@163.com

中國工程院咨詢項目“我國典型農(nóng)作區(qū)作物生產(chǎn)碳匯功能”（2013-XY-17）

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