張 開，羅懷良，王 睿

安岳縣2008-2012年農田作物植被碳儲量及其空間分布

張 開，羅懷良*，王 睿

(四川師范大學地理與資源科學學院，四川成都 610101)

【目的】本文依據(jù)安岳縣統(tǒng)計年鑒資料，對縣級小尺度區(qū)域內部鄉(xiāng)鎮(zhèn)之間差異的碳儲量及碳密度進行分析研究?！痉椒ā揩@取主要農作物經濟產量、耕作面積等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對安岳縣近5年來(2008-2012)植被碳儲量進行估算?！窘Y果】在安岳縣近5年來作物植被碳儲量平均值構成中以大春作物為主，作物中水稻所占比重最多，紅苕所占比重相對較少。各作物植被碳儲量分別為:小麥14.45×104t，玉米13.45×104t，水稻18.31×104t，紅苕2.07×104t，油菜8.14×104t，花生1.48×104t，棉花0.02×104t。安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)近5年平均碳密度最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是自治鄉(xiāng)(9.60 t/hm2)，平均碳密度最小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是護建鄉(xiāng)(5.57 t/hm2)，兩者相差4.03 t/hm2，碳密度最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是最低鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1.72倍。【結論】各鄉(xiāng)鎮(zhèn)作物植被碳密度空間構成差異原因也比較復雜，與復種指數(shù)、耕地中水田與旱地比重以及作物單產和社會經濟條件有關。復種指數(shù)越高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)作物植被碳密度就越大，水田面積比重大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)作物植被碳密度較高，作物單產顯著影響作物植被碳儲量。

碳儲量;碳密度;農田作物植被;安岳縣

【研究意義】全球氣候變化問題已成為各國政府、社會公眾以及科學界共同關心的重大問題。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)又是當前氣候變化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究的核心內容之一，影響社會發(fā)展的各個方面[1]?！厩叭搜芯窟M展】方精云等以1991年的數(shù)據(jù)為基礎，建立了中國陸地系統(tǒng)的碳循環(huán)模式。此模式對于陸地植被碳庫和土壤有機碳庫的定量研究，由于數(shù)據(jù)存在更新，研究結果雖尚有一定爭議，但還是獲得了不小的突破[2-3]。不少國內學者對陸地生態(tài)系統(tǒng)中的森林和草地生態(tài)系統(tǒng)進行了深入研究[4-9]，如王紹強等研究了東北地區(qū)植被碳庫儲量(2.81 Gt)及其空間分布特征[10]。董云社等研究了內蒙古錫林郭勒草原生態(tài)系統(tǒng)定位站典型草地CO2、CH4的通量及日變化特征，得出草原表現(xiàn)出明顯的碳匯特征[11]。但是針對農田生態(tài)系統(tǒng)方面的研究還比較欠缺，更多集中在土壤有機碳含量變化以及影響因素上[12]。農田生態(tài)系統(tǒng)的研究在國外取得了不少成果，如Lal等發(fā)現(xiàn)美國中西部大部分土壤在自然生態(tài)系統(tǒng)轉化為農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的過程中，碳庫固碳能力在原有的基礎上下降了30%～50 %，即為25～40 mgC/hm2[13]。國內學者對全國尺度[14]、區(qū)域尺度(如三江平原地區(qū)[15])以及縣域尺度(如鹽亭縣[16]、三泉鎮(zhèn)[17])等農田生態(tài)系統(tǒng)作物植被碳儲量進行了估算。我國主要農作物有機碳在作物體內的分布及成熟期籽實、莖葉、根茬產量的比例關系、飼料-堆腐過程中有機碳的循環(huán)率[18-19]、有機物料在土壤中的殘留率和土壤微生物體碳的循環(huán)周轉等已有較多報道。【本研究切入點】但作為一個農業(yè)大國，我國對于農田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的研究依然薄弱。目前，關于農田生態(tài)系統(tǒng)的研究多集中在農田土壤碳循環(huán)方面，對于農作物碳儲量的研究也主要著眼于國家或省級等大尺度區(qū)域的研究?！緮M解決的關鍵問題】本文針對縣域尺度范圍內的作物碳儲量的研究較為局限，由此進行縣域小尺度內農田作物碳儲量及固碳研究，有助于促進農業(yè)持續(xù)發(fā)展和固碳作用的協(xié)調統(tǒng)一。

1 研究區(qū)概況

安岳縣地理位置屬于四川省東部的盆地中部丘陵區(qū)，地跨沱江、涪江中游分水嶺。與樂至、大足、遂寧、內江、資陽、資中、潼南、榮昌等8市縣為鄰，現(xiàn)隸屬資陽市。安岳縣地理坐標為北緯29。40′至30。18′53″、東經104。56′51″至105。45′14″。安岳縣全縣幅員面積2689.11 km2，轄區(qū)范圍內有69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，927個村。2012年該縣總人口為161.66萬，人口密度為420人/平方公里。

2 材料與方法

2.1 研究方法

2.1.1 樣方調查與實驗分析法 分別于玉米、水稻、紅苕、小麥、油菜等5種主要農作物成熟收獲前所選定的實驗觀測農田樣地中隨機選取1 m×1 m的農作物樣方，測定作物各器官的生物量，進而求取農作物的經濟系數(shù)。

2.1.2 模型估算法 用作物植被碳儲量參數(shù)估算模型估算安岳縣玉米、水稻、小麥、油菜、紅苕等作物植被的碳儲量，再結合播種面積和耕地面積求取碳密度[16]。

式中，S為區(qū)域作物植被碳儲量(t);Si為第i類農作物的碳儲量(t);Ci為第i類農作物單位生物量中的含碳量，即含碳率(%);Qi為第i類農作物經濟產量(t);Ei為第i類農作物的經濟系數(shù)，即果實部分占整個生物量的比重(%);fi為第i類農作物果實的水分系數(shù)(%);n為農作物種類數(shù)，本研究包括水稻、玉米、紅苕、小麥、油菜、其它小春作物(以豌豆、葫豆和大麥為主)、其它大春作物(以高粱與大豆為主)等農作物;D為區(qū)域農田作物植被的平均碳密度(t/hm2);A為區(qū)域耕地面積(hm2)。

2.1.3 空間對比分析法 通過對安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被(玉米、水稻、小麥、花生、棉花、油菜、紅苕、其余大春作物、其余小春作物)碳儲量、碳密度的空間分布情況與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的復種指數(shù)、水田旱地比例等方面進行綜合對比分析。

2.2 數(shù)據(jù)來源與主要參數(shù)的確定

2.2.1 數(shù)據(jù)來源 安岳縣及其69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)近5年(2008-2012)農田作物植被碳儲量所需要的7種農作物(水稻、玉米、紅苕、小麥、油菜、花生、棉花等)的播種面積，產量等均來源于《安岳縣統(tǒng)計年鑒(2008-2012)》。

2.2.2 主要農作物相關參數(shù)的確定 水稻、油菜、玉米、小麥、紅苕等5種農作物植被其經濟系數(shù)采用實測，并結合當?shù)氐膶嶋H農業(yè)生產情況。其具體測定方法如下:分別于水稻、玉米、紅苕、小麥、油菜等5種主要農作物成熟收獲前在安岳縣思賢鄉(xiāng)金沙村11組實驗觀測農田樣地上隨機選取1 m×1 m的農作物樣方。在植株樣品采集后，按不同器官將樣品放入恒溫(100℃恒溫)烘箱中烘至恒重，取出后分器官稱取其干物質重量，加總計算得到農作物生物量，從而求取農作物的經濟系數(shù)。

而如花生、棉花、其他大春作物以及其他小春作物等一些種植面積較小的大小春作物，其經濟系數(shù)則根據(jù)文獻[20-21]進行確定。

由于不同種類的植被包括相同種類植被的不同組織器官，其碳元素含量都存在一定差異，植物生物量轉換為碳量大多依據(jù)含碳率來估算。為了進一步精確估算安岳縣作物植被碳儲量，本文在平均含碳率和果實水分系數(shù)選取上采用相似區(qū)域(川中丘陵地區(qū))研究的成果來確定[16]。安岳縣農田作物植被碳儲量所采用的估算參數(shù)見表1。

表1 安岳縣主要農作物植被碳儲量估算參數(shù)Table 1 Main crops vegetation carbon storage estimation parameters，Anyue county

3 結果與分析

3.1 安岳縣近5年不同作物的碳儲量和碳密度

近5年來安岳縣的農田作物植被碳儲量的平均值為65.97×104t(表2)，農田作物植被碳密度的平均值為7.15 t/hm2。

安岳縣各種農田作物植被碳儲量的主要構成情況見表3，5年植被碳儲量平均值分別為:小麥14. 45×104t，玉米13.45×104t，水稻18.31×104t，紅苕2.07×104t，油菜8.14×104t，花生1.48×104t，棉花0.02×104t。

從各種農作物所占比重來看，水稻在作物植被碳儲量的比重最多，紅苕所占比重相對較少，其余各農作物在整個作物植被碳儲量中所占的比重從大到小依次為:水稻(27.76%)、小麥(21.91%)、玉米(20.38%)、油菜(12.34%)、其他大春作物(8.95 %)、其他小春作物(3.23%)、紅苕(3.15%)、花生(2.24%)和棉花(0.04%)。

作物的碳密度是指單位播種面積作物的碳儲量，某一區(qū)域的平均碳密度是是指區(qū)域單位耕地面積的碳儲量。從表3可以看出，安岳縣各種農作物植被碳密度的5年平均值分別為:小麥3.93 t/hm2，玉米3.90 t/hm2，水稻4.23 t/hm2，紅苕0.59 t/hm2，油菜3. 45 t/hm2，花生1.57 t/hm2，棉花0.82 t/hm2。

表2 安岳縣近5年農田作物植被碳儲量和碳密度Table 2 The crops vegetation carbon storage and carbon density last5 years，Anyue county

表3 安岳縣2008-2012年平均碳儲量和碳密度Table 3 Average carbon storage and carbon density of 2008-2012，Anyue county

表4 安岳縣近5年大、小春作物植被碳儲量Table 4 Last5 years of Spring crop vegetation carbon storage，Anyue county(×104t)

3.2 安岳縣近5年大、小春作物碳儲量構成

從表4可以看出，安岳縣農作物植被碳儲量的平均構成以大春作物為主，5年平均植被碳儲量為40.83×104t，占總儲量的61.89%?？們α恐行〈鹤魑锼急戎剌^小，5年平均植被碳儲量為24.73× 104t，占總儲量的比重為38.11%。由此可見，安岳縣作為典型的一年兩熟耕作制度地域，大春作物是安岳縣的主要種植作物，其大春作物植被碳儲量比例一直高于小春作物植被碳儲量。

3.3 安岳縣近5年農田作物植被碳儲量和碳密度的區(qū)域分布

通過對2008-2012年安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被平均碳儲量的計算，再運用MapGIS K9軟件依次平均劃分碳儲量最低到最高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為5個等級。從圖1可以看出，安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被平均碳儲量數(shù)值較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有:文化鎮(zhèn)、馴龍鎮(zhèn)、華嚴鎮(zhèn)、長河源鄉(xiāng)、石羊鎮(zhèn)等，多集中于安岳縣的東部。而和平鄉(xiāng)、元壩鎮(zhèn)這些平均碳儲量較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于縣域南部。

同樣對2008-2012年安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被平均碳密度進行計算，運用MapGIS K9軟件按碳密度由低到高劃分為5個等級。從圖2可以看出，平均碳密度較高的有:自治鄉(xiāng)、悅來鄉(xiāng)、共和鄉(xiāng)、文化鎮(zhèn)等，這些鄉(xiāng)鎮(zhèn)多分位于安岳縣的中西部;而雙龍街鄉(xiāng)、石羊鎮(zhèn)、和平鄉(xiāng)、永清鎮(zhèn)、高屋鄉(xiāng)等碳密度較低的鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于安岳縣的北部和南部。碳密度近5年平均碳密度最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是自治鄉(xiāng)(9.60 t/ hm2)，平均碳密度最小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是護建鄉(xiāng)(5.57 t/ hm2)，兩者相差4.03 t/hm2，平均碳密度最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)是最低鄉(xiāng)鎮(zhèn)的1.72倍。

通過對2008-2012年安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均復種指數(shù)進行計算，從圖3可以看出，安岳縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的平均復種指數(shù)分布與各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被年平均碳密度分布大體一致。5年平均復種指數(shù)排名前五的是文化鎮(zhèn)、悅來鄉(xiāng)、自治鄉(xiāng)、共和鄉(xiāng)、建華鄉(xiāng);5年平均農田作物植被碳密度排名前五的是自治鄉(xiāng)、悅來鄉(xiāng)、共和鄉(xiāng)、文化鎮(zhèn)、龍臺鎮(zhèn)。說明一個區(qū)域的耕地復種指數(shù)對該區(qū)域的植被碳密度起決定性影響作用，復種指數(shù)的提高，使得該區(qū)域耕地利用率高。這樣在耕地面積相同的情況下，單位面積作物產量會隨著復種指數(shù)的增長而增長，其作物植被碳密度也就越高。

圖1 安岳縣2008-2012年平均碳儲量分布Fig.1 Average carbon storage reserves of2008-2012，Anyue county

圖2 安岳縣2008-2012年平均碳密度分布Fig.2 Average carbon density reserves of2008-2012，Anyue county

圖3 安岳縣2008-2012年平均復種指數(shù)和水旱地比例Fig.3 The average cropping index and the proportion of Paddy field and drylands of 2008-2012，Anyue county

4 討 論

4.1 安岳縣近5年主要作物碳密度動態(tài)變化的差異

安岳縣近5年農田作物植被碳密度變化趨勢大致可分為兩類，一類是農田作物植被碳密度到2012年呈上升趨勢的;一類是農田作物植被碳密度到2012年呈下降趨勢的。其中從2012年植被碳密度上升最多的是白水鄉(xiāng)，從2008年的6.90 t/hm2上升到2012年的9.74 t/hm2，增加了2.84 t/hm2;到2012年植被碳密度下降最多的是高升鄉(xiāng)，從2008年的9.24 t/hm2下降到2012年的5.33 t/hm2，下降了3.92 t/hm2。到2012年植被碳密度比2008年上升的鄉(xiāng)鎮(zhèn)有35個，下降的有34個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的作物植被碳密度的動態(tài)變化原因比較復雜。

4.2 安岳縣近5年農田作物植被碳密度差異原因分析

由于安岳縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地面積差異較大，各鄉(xiāng)鎮(zhèn)間的農田作物植被碳儲量不具有可比性。故本文僅以農田作物植被碳密度來討論該縣69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)農田作物植被碳儲量的差異。

安岳縣水田年面積比例大的幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖3)對應的平均碳密度值也比較高，水田年面積比例較小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，植被碳密度也相對落后。由此可以得出，水田占耕地比重的大小對鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被碳密度的影響不可忽視，水田面積比重大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)其作物植被碳密度較高。

同時再結合安岳縣的地形地勢，該縣中間高，兩邊低，而碳密度較高的鄉(xiāng)鎮(zhèn)多位于地勢較低處，而且沱、涪江流域也多位于此。這說明地勢低平的河流灌溉區(qū)域，作物生長的比較好，從而影響作物植被碳密度。還有鄉(xiāng)鎮(zhèn)經濟、人口交通以及鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地面積對于作物的產量的影響也不可忽視。

4.3 維持與提高安岳縣農田作物植被固碳能力的對策

(1)農田土地利用結構的合理調整。農田土地利用結構的調整，主要是增加水田面積，擴大水稻播種面積。文章中可看出安岳縣各個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水田比例不是很高，今后可通過合理布局，增加水田面積，從而達到進一步提高固碳減排能力的目標，特別是完善農業(yè)產業(yè)結構、調整作物結構方面有很大改進空間。

(2)提高復種指數(shù)、減少拋荒和撂荒土地面積。安岳縣有些鄉(xiāng)鎮(zhèn)的復種指數(shù)還有待改善，復種指數(shù)對單位面積農作物植被碳儲量有不小影響。因而要想顯著增加農作物生物產量以及農作物植被碳儲量可以從，提高農作物的復種指數(shù)、降低當?shù)氐牧袒念l率、合理的經營土地與施肥、改善農業(yè)土壤的灌溉條件以及逐步發(fā)展生態(tài)農業(yè)模式等方面進行。

(3)加強秸稈、有機廢棄物及農副產品的合理利用。作物秸稈的有效利用，可以起到固碳作用。安岳縣農作物秸稈焚燒和堆棄的現(xiàn)象還是比較普遍，這是由于安岳縣在秸稈收集的時節(jié)外出務工人數(shù)眾多，缺少勞動力，為節(jié)約時間和勞動成本，不得已大量焚燒和堆棄。這樣的利用方式其實沒有充分發(fā)揮秸稈對于植被碳儲量的作用，合理的處理秸稈可以從很多方面改善。一是提高畜禽糞便的利用率。推進畜禽糞便還田，這樣有機施肥用量的增長可以有效提高土壤肥力，從而增加產量;二是農產品以及有機廢棄物的整合利用。在當?shù)亻_展農產品加工廢棄物資源化綜合利用工程，提高農產品的附加值，實現(xiàn)資源綜合利用。三是加強秸稈綜合利用。在這方面可以:①采用秸稈還田培肥地力，有利于提高秸稈資源的利用水平。②推廣秸稈綜合利用技術?？梢栽谠摽h農業(yè)生產過程中通過把農作物產生的秸稈資源轉化為畜牧業(yè)的飼料，再通過牲畜的新陳代謝，作為肥料排放到農田中。這樣既增強了土壤的肥力，也減少了農業(yè)的碳排放量。③加大秸稈利用的宣傳，制定秸稈綜合利用優(yōu)惠政策。

5 小 結

本文以四川省安岳縣為例，在分析安岳縣主要農作物的基礎上，對該縣及其69個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農田作物植被碳儲量與碳密度進行了估算及研究。通過文章論述可知，安岳縣農作物植被碳儲量的平均構成以大春作物為主，而在其作物構成中水稻在作物植被碳儲量的比重最多，紅苕所占比重相對較少。安岳縣農田作物植被碳儲量的空間差異較大，造成安岳縣作物植被碳儲量及構成區(qū)域差異的原因主要有:各鄉(xiāng)鎮(zhèn)復種指數(shù)的不同;作物單產能力有差別以及耕地中水田與旱地比重的差異。針對安岳縣在農田生態(tài)系統(tǒng)利用上的一些不足，提出了以調整農田土地利用結構、提高復種指數(shù)、減少拋荒和撂荒土地面積以及加強秸稈、有機廢棄物及農副產品的合理利用的固碳措施對策。希望通過這些對策使得安岳縣能充分利用好自身農業(yè)特點，發(fā)揮固碳作用，向可持續(xù)的生態(tài)農業(yè)發(fā)展。

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(責任編輯 李 潔)

Carbon Storage of M ain Crops and Its Distribution during Last 5 Years(2008-2012)in Auyue County Sichuan Province

ZHANG Kai，LUO Huai-liang*，WANG Rui
(College of Geography and Resource Science Sichuan Normal University，Chengdu Sichuan 610101，China)

【Objective】According to the annual statistical information of Anyue county，this thesiswill analyze and research the discrepant carbon storage and carbon density among the townshipswhich are in the small-scale region of the county.【Method】The statistical data of the economic outputs and cultivated area ofmain cropswere used to estimate the carbon storage of the vegetation in Anyue county in the past 5 years，from 2008-2012.【Result】During the past5 years，the average carbon storage of crops vegetation in county was dominated by spring crops.Among those crops，the proportion of rice was the largest，and the proportion of sweet potato was relative small.The carbon storage of crops vegetation was:wheatwas144，500 ton，corn was134，500 ton，rice was183，100 ton，sweet potato was20，700 ton，rape was81，400 ton，peanutwas 14，800 ton and cotton was 200 ton.Among the 69 townships in Anyue，Zizhi village had the largest average carbon density(9.60 t/hm2)in the past5 years，and Hujian Village had the smallest average carbon density(5.57 t/hm2).The difference between the two was4.03 t/hm2，and the density of Zizhiwas1.72 times as that of Hujian.【Conclusion】The reasons for the differences of the carbon density of crops vegetation are complicated，and they are associated with multiple-crop index，the proportion between paddy fields and dry lands，crop yield of per unitarea and the social economy condition.The higher themultiple-crop index of the township crop is，the larger carbon density of the vegetation is;the cropswhose proportion of paddy fields is large has higher carbon density of vegetation;the crop yield of per unit area influences the carbon storage of crop vegetation significantly.

Carbon storage;Carbon density;Vegetation of farmland crops;Anyue county

S314

A

1001-4829(2017)8-1860-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.028

2016-10-09

國家社會科學基金項目(17BGL137);教育部人文社科規(guī)劃基金項目(15XJA790003);四川師范大學實驗室與設備管理處大精開放基金項目(DJ2016-55)

張 開(1989-)，男，助理實驗師，主要研究方向:資源開發(fā)與區(qū)域規(guī)劃，*為通訊作者:羅懷良(1966-)，男，教授，碩士生導師，主要從事全球變化、自然資源利用與區(qū)域地理等方面研究，E-mail:huaill@163.com。