中國(guó)農(nóng)田土壤固碳增匯潛力的秸稈還田措施模擬研究.pdf

1、中國(guó)作為世界上最大的發(fā)展中國(guó)家和當(dāng)前化石燃料溫室氣體排放最多的國(guó)家之一，面臨著國(guó)際溫室氣體減排的壓力和國(guó)內(nèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)，迫切需要尋找減緩大氣溫室氣體增加的技術(shù)措施。農(nóng)田土壤固碳措施是京都議定書(shū)認(rèn)可的固碳減排途徑之一，其中秸稈還田等措施具有十分可觀的固碳潛力。許多研究表明，秸稈還田等農(nóng)田管理措施能有效地增加土壤碳儲(chǔ)量，從而有利于減緩大氣CO2濃度的上升趨勢(shì)。秸稈還田有助于土壤有機(jī)碳的積累，是近年來(lái)中國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量增加的主

2、要原因。因此，科學(xué)評(píng)價(jià)中國(guó)進(jìn)行秸稈還田的土壤固碳潛力及可行性，對(duì)于我國(guó)參與全球溫室氣體減排談判的國(guó)家環(huán)境外交和制定我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。
　　本文是中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所主持的中國(guó)-奧地利國(guó)際合作項(xiàng)目（中國(guó)陸地碳匯決策支持系統(tǒng)研究）成果的一部分。主要研究思路是基于環(huán)境政策綜合氣候模型(EPIC)，采用中國(guó)科學(xué)院生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)(CERN)的千煙洲生態(tài)試驗(yàn)站（簡(jiǎn)稱(chēng)千煙洲站）、鷹潭紅壤生態(tài)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)站（簡(jiǎn)稱(chēng)鷹潭

3、站）、禹城農(nóng)業(yè)綜合試驗(yàn)站（簡(jiǎn)稱(chēng)禹城站）農(nóng)田監(jiān)測(cè)場(chǎng)長(zhǎng)期觀測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證和優(yōu)化了EPIC模型部分參數(shù)，使得改進(jìn)后的EPIC模型能更精確地模擬中國(guó)南方地區(qū)水稻和華北地區(qū)小麥、玉米秸稈還田后土壤碳儲(chǔ)量的變化。模型的具體運(yùn)行過(guò)程如下:將全國(guó)尺度的數(shù)據(jù)包括氣象數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、產(chǎn)量數(shù)據(jù)、耕作數(shù)據(jù)、DEM數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)統(tǒng)一處理為空間分辨率10公里的格式，之后利用EPIC模型逐一像元進(jìn)行模擬，從而得出不同秸稈還田情景下中國(guó)農(nóng)田耕作層的土壤碳儲(chǔ)量。本論文的主

4、要成果和結(jié)論如下:
　　(1)利用1990-2010年江西省氣象資料以及土壤清查資料，模擬分析了四種秸稈還田(CR)比例情景下2010-2030年江西省水稻田土壤的固碳潛力。研究結(jié)果表明，無(wú)秸稈還田(CR0％)和秸稈還田25％(CR25％)兩種處理下耕作層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別下降-21.3％和-6.5％，秸稈還田50％(CR50％)和100％(CR100％)處理下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量分別增加5.4％和11.9％;相對(duì)CR0％情景而言，CR

5、25％、CR50％、CR100％情景下江西省水稻田土壤總固碳潛力分別為6.43、14.92和25.26TgC(1Tg=106t)，相對(duì)于無(wú)秸稈還田土壤碳儲(chǔ)量分別增加4.5％、10.5％、18％。表明秸稈還田管理措施可以有效增加水稻田土壤碳儲(chǔ)量，但是如果秸稈還田比率比較低的話(huà)，也難以彌補(bǔ)由于耕作措施導(dǎo)致的水稻田土壤碳儲(chǔ)量的損失。
　　(2)秸稈還田設(shè)置的情景1，將中國(guó)農(nóng)田的秸稈還田率作為一個(gè)統(tǒng)一值進(jìn)行模擬，得到秸稈還田30％(CR3

6、0％)、秸稈還田100％(CR100％)情景下的碳儲(chǔ)量變化量分別是3.14TgC、13.8TgC?？梢钥闯鯟R30％、CR100％情景分別比未實(shí)施秸稈還田碳儲(chǔ)量的措施提高19.8％、255.2％。秸稈還田增加了土壤有機(jī)質(zhì)的投入，同時(shí)導(dǎo)致土壤不穩(wěn)定碳收入增加、流失減少、意味著土壤匯集碳增加，隨著秸稈還田的大量增加，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量呈線(xiàn)性上升。
　　(3)秸稈還田設(shè)置的情景2，根據(jù)中國(guó)東北、西北、華北、華東、華南、華中、西南七個(gè)大區(qū)域?qū)?/p>

7、際的秸稈還田率進(jìn)行模擬，從而得到秸稈還田情景下中國(guó)農(nóng)田土壤耕作層實(shí)際的碳儲(chǔ)量的變化量為1.54TgC。假設(shè)2010年各個(gè)區(qū)域的實(shí)際焚燒秸稈的部分全部還田，用同樣的方法得出2010年焚燒部分的秸稈還田影響下中國(guó)農(nóng)田耕作層土壤碳儲(chǔ)量的變化量為1.60TgC。
　　(4)秸稈還田設(shè)置的情景3，假設(shè)2010年各個(gè)大區(qū)焚燒的秸稈全部加入到農(nóng)田土壤中，即基線(xiàn)情景秸稈還田30％+秸稈焚燒19％。模擬的結(jié)果表明2010年49％秸稈還田（30％還田

8、+19％焚燒）比例下中國(guó)農(nóng)田耕作層土壤碳儲(chǔ)量的變化量為6.54TgC，此結(jié)果與分區(qū)模擬的秸稈焚燒和秸稈還田影響下的碳儲(chǔ)量的變化量的總和3.14TgC相比，兩者的差值為3.4TgC，說(shuō)明分區(qū)模擬和整體模擬之間還存在誤差。
　　(5)相對(duì)于秸稈移除，2010年我國(guó)如果全面推廣秸稈還田，推廣秸稈還田可以增加土壤碳儲(chǔ)量的變化量13.75TgC·yr-1，其減排效益可以抵消我國(guó)2010年化石燃料碳排放的1.83％。
　　(6)本研究建