01农业生态会议.

华中农业大学曹凑贵农业部华中作物生理生态与栽培重点开放实验室[e-mail]稻田温室气体减排与低碳农业第十五届中国农业生态学学术研讨会报告内容一、农田温室气体及排放特征二、农田温室气体减排的农艺措施三、农田土壤碳库及碳汇功能四、低碳农业及途径一、农田温室气体及排放特征1.温室气体大气中主要温室气体是水汽（H2O），水汽所产生的温室效应大约占整体温室效应的60%～70％，其次是二氧化碳（CO2）占26％，其他还有臭氧（O3），甲烷（CH4），氧化亚氮（N2O）全氟碳化物（PFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、含氯氟烃（HCFCs）及六氟化硫（SF6）等人类活动影响最主要温室气体是CO2和CH4，其中大气CO2浓度的增加对增强温室效应的贡献最大，约占70%，其次是CH4，贡献约占19%。1994年温室气体排放量2008年度：CO2浓度达385.2ppm，+38%CH4浓度达1797ppb，+157%N2O浓度达321.8ppb，+19%2.农业源温室气体农业源GHGs占总人为排放源的10-17%（13.5%）。主要是CH4、N2O，全球50%的CH4、60%的N2O来自农业。中国农业源温室气体排放占我国温室气体排放总量的17％，甲烷和氧化亚氮分别占全国甲烷和氧化亚氮排放量的50.15％和92.47。GHGs排放量GtCO2-eq/yr占全球人为排放量的比例排放源CH43.347%畜禽业约70%、稻田约24%、秸秆焚烧等6%N2O2.858%农田土壤约66%动物粪便、秸秆焚烧等约34%CO20.041%农业源温室气体排放（IPCC,2007)3.农田在我国固碳减排中的影响农田是CH4与N2O的重要来源，在全球温室气体的预算中具有重要影响。1994年中国稻田CH4、农田N2O分别占全国总排放量的18%和17%，2005年估算，稻田CH4排放589万吨，农田N2O排放78万吨。中国是水稻生产大国，世界面积第一，占世界总面积的22，其对于我国温室气体减排和增加碳固定不容忽视。农业活动甲烷排放量农田SOM在气候、植被、土质及人为扰动下，可分解为无机碳（C）和氮（N）。C在好气下以CO2形式释放进大气，在厌氧下可产生CH4，无机铵态N可在硝化菌作用下变成硝态氮，硝态氮在反硝化菌作用下转化成多种状态的氮氧化物，N2O是在硝化和反硝化过程中产生的在气候、植被、土质及农田管理诸多条件中，任何因子的微小变化，都会改变影响CO2、CH4、N2O的产生及排放。4.农田温室气体排放特征（1）农田CO2排放特征农田土壤CO2排放强度主要取决于SOM的含量及矿化速度、土壤微生物类群的数量及其活动特性、土壤动物的呼吸作用等。稻田CH4排放具有明显的季节规律，常规条件下先升后降，分蘖期最高，移栽和收获期较低。有结果表明分蘖期和抽穗期会出现CH4排放高峰。（2）农田CH4排放特征实际上，稻田CH4排放受水稻生长发育、土壤水分、土壤温度、土壤氧化还原状况等多种因素的综合调控。不同稻作措施直接、间接影响CH4的产生排放。作者研究地点稻作系统排放通量(mg﹒m-2﹒h-1)曹凑贵江汉平原免耕稻田施肥：5～51；不施肥：1～28张越芳阳澄湖麦-稻系统麦秆还田：翻耕11.58；旋耕10.75麦秆不还田：翻耕4.68；旋耕5.42马秀梅川中丘陵冬水田休闲期：5.37；水旱轮作可降低排放蔡祖聪封丘间歇灌溉0.16-1.88江长胜川中丘陵冬灌田水稻生长期22.78±2.76休闲期1.43±0.20不同农田CH4的排放特点CH4排放高值区（7省）：湖南、湖北、江西、广东、广西、江苏、安徽（3）农田N2O排放特征稻田N2O排放具有明显的季节规律，常规条件下水稻齐穗前稻田N2O排放保持较低的水平，齐穗-成熟期明显上升，与CH4排放有反趋势。作者研究地点稻作系统排放通量(ug﹒m-2﹒h-1)曹凑贵江汉平原免耕稻田35.62～828.92董红玉黄淮海麦-玉系统小麦季节：12.51～673.25玉米季节：16.46～475.77王立刚黄淮海棉花地49.02～55.26麦-玉系统65.2～07.21李西祥黄土高原旱作小麦-16.08～26.4黄国宏东北沈阳旱作大豆-0.9～318.2玉米-11.9～545.2土壤水、温、SOM等影响N2O的产生氮肥的施用与N2O释放量呈明显的线性关系1.稻田养鸭可降低稻田温室气体效应二、农田温室气体减排的农艺措施稻鸭生态系统温室气体排放量/(g.m−2)处理20062007CH4释放量N2O释放量CO2释放量CH4释放量N2O释放量CO2释放量空白27.27A0.23a619.4a16.82A0.19A247.44b稻鸭19.73B0.25b688.4b13.41B0.22B266.59a稻田养鸭能显著降低CH4的排放通量，尤其是稻鸭共作期间，两年平均比淹水稻田减少25%。稻田养鸭显著提高了N2O的排放量，提高了8-13%。稻田养鸭显著提高了CO2的排放量，提高了7-10%。相对于常规稻作，温室气体的综合增温潜势降低了15-21%。稻鸭共作能有效地降低温室气体的温室效应。2.节水灌溉可降低稻田温室气体效应间歇灌溉稻田CH4排放量为20.04g·m-2，比长期淹灌处理37.27g·m-2减少了46.23%；N2O排放量为127.42mg·m-2，比长期淹灌处理增加了40.52%间歇灌溉稻田CH4和N2O温室效应总和为4651.70kgCO2·ha-2，比长期淹灌处理减少42.36%。（卢维盛等，1997）中期晒田可减少温室效应84%水旱轮作可减少97%。3.控制施肥可降低稻田温室气体效应036912156570758085909510010511008016024032040065707580859095100105110CH4日排放量(kg·hm-2·d-1)CH4累积排放量(kg·hm-2)—△—N0—○—N225—□—N375—◇—N525氮肥对稻田CH4排放的影响到成熟期，稻田CH4累积排放量为150~388kg·hm-2；施加氮肥显著增加了稻田CH4排放。N0、N225、N375和N525为实验处理水平,尿素施用量分别为0、225、375和525kgN·hm-24.免耕可降低稻田温室气体效应施肥显著提高了CH4的排放，施肥处理土壤CH4平均排放通量为16.39~20.87mgm-2h-1，是未施肥处理1.55~1.57倍（p0.05）。免耕显著影响土壤CH4排放：对于翻耕稻田处理，免耕稻田土壤CH4平均排放通量显著降低了27%~29%(p0.05)。4.免耕可降低稻田温室气体效应5.选用低排品种可降低稻田温室气体两个水稻品种在生长季内CH4排放上差异显著，分别为1.38和0.96g/m2，降低30%Disang的高排放与其较高的叶面积指数、根系体积和分蘖数有关，Liut具有高产形成的主要特征。三、农田土壤碳库及碳汇功能1.土壤碳库巨大土壤碳库容量分别是植物碳库的3倍和大气碳库的2倍，全球土壤每年CO2排放量是化石燃料燃烧释放量的10倍。土壤有机碳的积累不仅可以提高土壤生产力，也是减缓大气CO2浓度增加的有效途径。全球植被年固碳量为0.53PgC,其中，作物吸收碳量占47%，草原吸收10%，森林固碳量占43%，如果农作物残余物0.18PgC永久储存在土壤将可抵消美国在京都议定书中承诺的美国CO2排放量的60%。稻季不同稻田C收支及平衡估算/(kgCha-1)项目CKRDRW土壤碳排放CO2-C-774.4-843.4-1213.4CH4-C-465.5-374.2-255.2总输出C-1239.8-1217.6-1468.5水稻固碳量根系固碳量123312221120根际沉析碳284281258根系含碳+根际沉析碳总量151715031378占植株总固碳的比例%14.9415.2215.70地上部分固碳量8634.88374.87399.5总计10151.89877.88777.5系统C净收支8912.08660.27309.0若考虑水稻秸秆和籽粒的输出，则进入稻田土壤的碳为水稻根茬和水稻根系沉析碳。研究结果表明，常规淹水灌溉和养鸭稻田均表现为土壤根际输入碳大于土壤排放碳，具有增加土壤有机碳库的趋势；而间歇灌溉稻田，土壤排放碳则大于根际沉析碳，则有可能减弱土壤碳库的趋势。2.农田土壤具有碳汇功能免耕定位3年试验0-20CM土壤有机质密度比对照提高37.3%；胡敏酸、富里酸分别提高52.3%和35.4%据IPCC估算，通过适当的农业管理措施，每年能使土壤提高0.4—0.9PgC，持续50年土壤碳库累积增加24—43PgC。据Lal估计，全球土壤增碳潜力为0.4—1.2Pg/ha2.yr，英国免耕土壤比传统耕作提高8%的碳含量；荷兰19年的综合措施（包括施用有机肥）使土壤有机质提高0.5%；德国通过20年的浅耕，使农田5cm土层碳大量积累，50cm土层有机碳比翻耕高5Mg/ha。05101520253035HumicacidFulvicacidOrganiccarbonTotal(t/hm2)CK免耕土壤有机碳库是碳循环的重要组成部分，土壤排放的CO2和CH4是微生物利用土壤有机物的终端产物，因此土壤有机碳的含量、组成与性质的变化必然会导致土壤C排放的变化。碳库组分缩写特点土壤总有机碳TOC变化相对稳定，在稻季有积累的趋势。季节内变化幅度为5%左右。水溶性有机碳DOC变化敏感，在水稻抽穗期含量较高。季节内变异系数为17%~28%.易氧化态有机碳ROC变化敏感，在水稻分蘖期含量较高。季节内变异系数为20%~23%。微生物量碳MBC变化很敏感，在水稻分蘖盛期含量较高。季节内变异系数为38%~42%。腐殖质碳FA、HA变化较稳定，季节内变化幅度为10%左右。3.土壤有机碳库的组分特征2010碳库各组分强烈收作物生育期和种植模式影响20040060080010001200140005-3006-0606-1406-2907-0707-1407-2107-2808-0508-1208-1908-2609-02采样日期Samplingdate(m-d)DOC(mg.kg-1driedsoil)CKRDRW0.00.51.01.52.02.53.03.54.04.505-3006-0606-1406-2106-2907-0707-1407-2107-2808-0508-1208-1908-2609-02采样日期Samplingdate（m-d)ROC(g.kg-1driedsoil)CKRDRW10015020025030035040045050055060005-3006-0606-1406-2907-0707-1407-2107-2808-0508-1208-1908-2609-02采样日期Samplingdate(m-d)MBC(mg.kg-1driedsoil)CKRDRW水溶性有机碳（DOC),微生物量碳（MBC),易氧化态碳(ROC)ROC水稻分蘖期含量较高MBC在水稻分蘖盛期含量较高DOC在水稻抽穗期含量较高。CKTOCROCROC/TOCDOCDOC/TOCHAHA/TOCFAFA/TOCHA/FAMBCMBC/TOCpH-**********土温********TN***-**-**NH4+-**-***-*-**-*NO3--*-**-**-**过氧化氢酶**-***-**-**-*-**纤维素酶-**C/N**-*-**-*累积固碳量********稻田土壤有机碳库组分变化的影响因素土壤温度与DOC和MBC呈正相关。土壤pH与DOC呈显著正相关，与TOC呈显著负相关土壤TN、NH4+与DOC呈正相关，与MBC及其有效率呈负相关。土壤NO3-与DOC及MBC均呈负相关土壤H2O2酶活性与TOC及DOC呈正相关，与HA、FA呈负相关土壤纤维素酶活性与TOC及ROC呈负相关，与DOC呈正相关土壤有机碳组分与C排放通