中國(guó)溫室農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳平衡研究.pdf

1、農(nóng)業(yè)用地是導(dǎo)致陸地系統(tǒng)土壤碳損失的主要原因。尋找新的農(nóng)業(yè)耕作方式，在高產(chǎn)、高投入的情況下，仍可以使系統(tǒng)保持碳匯能力，成為研究熱點(diǎn)。近三十年，溫室，特別是塑料大棚蔬菜種植(plastic greenhouse vegetable cultivation，PGVC)在中國(guó)的發(fā)展十分迅猛，使中國(guó)迅速成為面積第一（占全球面積90％）的國(guó)家。PGVC為農(nóng)民帶來(lái)很大效益，但這種來(lái)自露天蔬菜種植(conventionalopen field vege

2、table cultivation，CVC)相對(duì)較新的耕作系統(tǒng)的碳平衡情況，尤其是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中碳釋放考慮后新系統(tǒng)扮演了碳源還是碳匯角色，目前仍不確定。
　　 本研究基于質(zhì)量平衡法和碳循環(huán)全程分析法（full carbon cycle analysis），對(duì)中國(guó)PGVC系統(tǒng)凈碳流進(jìn)行了估算。研究樣點(diǎn)遍及了中國(guó)23個(gè)省、4個(gè)直轄市、5個(gè)自治區(qū)，共39個(gè)區(qū)的195個(gè)樣點(diǎn)。除碳平衡外，本文還簡(jiǎn)要分析了PGVC系統(tǒng)所提供的其他生態(tài)服務(wù)

3、功能。研究結(jié)果如下：
　　 1．考慮了建設(shè)成本和經(jīng)營(yíng)過(guò)程的人力投入后，中國(guó)PGVC系統(tǒng)相對(duì)于大氣系統(tǒng)表現(xiàn)為凈碳匯，凈碳流為0.58士0.27 Mg C ha"1yr"l1Mg=106g)，碳吸收能力是CVC系統(tǒng)（同樣也是凈碳匯，0.23士0.23 Mg C ha"1yr-1）的2.5倍。兩種操作系統(tǒng)這種碳吸收增幅（即△凈碳流）在中國(guó)呈現(xiàn)區(qū)域性差異，表現(xiàn)為北方高于南方。
　　 2．CVC系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻GVC系統(tǒng)后，耕層(0-

4、20 cm)土壤有機(jī)碳含量在40年時(shí)間內(nèi)增加了41％（變化率：0.96 Mg Cha-1yr-1）；但PGVC系統(tǒng)SOC隨耕作年限先增后減，最后趨于平緩。有機(jī)碳增加幅度呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性，中國(guó)北部處于溫帶的地區(qū)SOC增加幅度顯著高于南部亞熱帶地區(qū)。PGVC僅對(duì)耕層C含量產(chǎn)生影響，對(duì)土壤深層(20-100cm)影響不大。但由于耕層SOCD占1m深SOCD的比例較大，因此，PGVC系統(tǒng)lm深土壤層SOCD同樣高于CVC系統(tǒng)。
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5、．PGVC系統(tǒng)NPP是鄰近CVC系統(tǒng)的約1.7倍(PGVC:8.87±0.46 MgCha-1yr-1; CVC:5.36±0.66 Mg C ha-1yr-1)。兩種種植系統(tǒng)NPP差異呈現(xiàn)北方區(qū)域高南方區(qū)域低的空間分布規(guī)律。區(qū)域間的氣候差異導(dǎo)致了兩種操作系統(tǒng)NPP產(chǎn)生差異，同時(shí)溫室的使用在中國(guó)不同區(qū)域功能不同，致使溫室耕作NPP的增幅存在空間差異。
　　 4．綜合土壤和植被碳流，中國(guó)PGVC系統(tǒng)NEP為3.10±0.28 Mg

6、 C ha-1，表現(xiàn)為凈碳固定。相應(yīng)地，CVC系統(tǒng)雖同樣為碳固定(1.33±0.34 Mg C ha-1yr-1)，但固碳量不足PGVC系統(tǒng)的1/2。
　　 5．中國(guó)PGVC系統(tǒng)碳密度(作物碳+土壤碳，其中土壤深度0-100cm)為122.99 MgCha-1，但其中93％來(lái)自土壤碳。PGVC系統(tǒng)碳密度是CVC系統(tǒng)碳密度的1.2倍，但PGVC系統(tǒng)碳儲(chǔ)量遠(yuǎn)低于CVC系統(tǒng)。這主要源于兩種耕作系統(tǒng)的面積差異較大，PGVC系統(tǒng)種植面積僅

7、占CVC系統(tǒng)面積的12％。
　　 6．CVC系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)镻GVC系統(tǒng)后，農(nóng)業(yè)操作相關(guān)的碳釋放量大大高于原系統(tǒng)--(CVC)達(dá)4倍；兩種系統(tǒng)農(nóng)業(yè)操作碳釋放差異程度中國(guó)北部高于南部；PGVC系統(tǒng)農(nóng)業(yè)操作碳釋放情況在各區(qū)域也存在空間差異，總體為北部高、南部低，北部是南部的約兩倍。
　　 7．PGVC系統(tǒng)比CVC系統(tǒng)除提供更多的蔬菜產(chǎn)品和擁有更強(qiáng)的固碳能力外，還具備其他調(diào)節(jié)服務(wù)（如土壤保持、節(jié)水等）且均高于CVC系統(tǒng)，但同時(shí)也比C

8、VC系統(tǒng)多產(chǎn)生了一些負(fù)面環(huán)境影響（如土壤鹽漬化、N20釋放及廢棄塑料白色污染）。但總體而言，PGVC系統(tǒng)仍有著較優(yōu)的環(huán)境效益，并為農(nóng)民帶來(lái)較高的凈收益。
　　 8．基于目前PGVC系統(tǒng)的凈碳吸收量（凈碳流），假設(shè)將中國(guó)50％的蔬菜種植田轉(zhuǎn)變?yōu)镻GVC系統(tǒng)，那么整個(gè)蔬菜種植系統(tǒng)的碳吸收能力將增加3.2Tg C(1Tg=1012g)；如果100％轉(zhuǎn)變?yōu)闇厥曳N植，系統(tǒng)的碳吸收將會(huì)增加7.4Tg C。在此前提下（100％轉(zhuǎn)變?yōu)镻GVC系