長(zhǎng)三角農(nóng)田土壤固碳技術(shù)的固碳潛力及激勵(lì)機(jī)制研究.pdf

1、眾多研究已經(jīng)證實(shí)，通過陸地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行土壤固碳，是近期內(nèi)減緩全球氣候變化行之有效的技術(shù)途徑。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤環(huán)境受人類干擾嚴(yán)重，其土壤碳儲(chǔ)量、穩(wěn)定性和變化趨勢(shì)受農(nóng)田管理模式及技術(shù)的影響顯著。在合理的農(nóng)田管理模式與技術(shù)下，農(nóng)田土壤可以成為大氣碳的一個(gè)“匯”，固碳潛力巨大。因此，確定農(nóng)田土壤的碳匯大小、固碳潛力是制訂區(qū)域碳排放清單和公平合理的國際環(huán)境協(xié)議的重要科學(xué)依據(jù)。2007年12月在印尼巴厘島召開的聯(lián)合國氣候變化大會(huì)上通過了啟動(dòng)2012

2、年后應(yīng)對(duì)氣候變化談判的路線圖，世界各國尤其是發(fā)達(dá)國家和地區(qū)紛紛啟動(dòng)一系列大型綜合項(xiàng)目，以明確本國的農(nóng)田土壤碳情況，以在國際環(huán)境談判上贏得主動(dòng)權(quán)。
　　 日益增多的研究顯示，我國農(nóng)田尤其是稻田土壤的固碳潛力巨大，可為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供更大的減排空間。但是，至今關(guān)于我國農(nóng)田土壤的固碳效應(yīng)大小，以及不同管理模式的固碳潛力大小仍很不明確，面臨著日益加重的國際固碳減排壓力，我國急需進(jìn)行農(nóng)田土壤固碳效應(yīng)及潛力估算，明確農(nóng)田土壤增碳的調(diào)控途徑，

3、為即將編寫的第二次國家氣候變化評(píng)估報(bào)告和制定農(nóng)業(yè)應(yīng)對(duì)氣候變化的相關(guān)戰(zhàn)略和政策措施提供科學(xué)依據(jù)和參考。長(zhǎng)江三角洲地區(qū)（長(zhǎng)三角）是我國具有悠久水稻種植歷史的區(qū)域之一，由于經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展而引起的高CO2排放問題不容忽視。該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展水平較高，耕地質(zhì)量監(jiān)測(cè)體系建設(shè)比較完善。1980年以來，積累了大量農(nóng)田土壤有機(jī)碳長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和田間試驗(yàn)研究數(shù)據(jù)，可為區(qū)域農(nóng)田土壤固碳效應(yīng)及其潛力研究提供寶貴材料。本研究以長(zhǎng)三角農(nóng)田為研究對(duì)象，旨在明確該地區(qū)農(nóng)田土壤

4、固碳技術(shù)對(duì)土壤固碳的影響及其潛力，探討農(nóng)田固碳技術(shù)推廣應(yīng)用的激勵(lì)機(jī)制，為我國農(nóng)田土壤固碳潛力估算和固碳措施選擇及配套政策制定提供決策依據(jù)和技術(shù)參考。
　　 本研究以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用GIS空間分析技術(shù)分析20余年來長(zhǎng)三角地區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量時(shí)間和空間變化特征；通過影響因素分析，探討自然因素和人為因素對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的影響和作用；以長(zhǎng)期定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用Meta-analysis分析方法研究該地區(qū)典型固碳技術(shù)的固

5、碳效應(yīng)；在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基于情景假設(shè)，利用RothC模型對(duì)典型固碳技術(shù)在該地區(qū)的固碳潛力進(jìn)行模擬和探討；采用農(nóng)戶調(diào)研和生產(chǎn)調(diào)查的方法，結(jié)合農(nóng)戶行為模型分析，明確該地區(qū)典型農(nóng)田固碳技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，并對(duì)影響農(nóng)戶應(yīng)用固碳技術(shù)行為的因素進(jìn)行分析；最后，探討并提出促進(jìn)該地區(qū)農(nóng)田土壤固碳技術(shù)推廣和應(yīng)用的激勵(lì)機(jī)制，主要研究結(jié)果如下：
　　 自上世紀(jì)80年代初以來，長(zhǎng)三角地區(qū)農(nóng)田土壤是大氣CO2的一個(gè)“匯”。2006年農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量比上世紀(jì)

6、80年代初平均高出19.5個(gè)百分點(diǎn)。不同土壤類型有機(jī)碳含量均有不同程度的增加，在長(zhǎng)三角主要的農(nóng)田土壤中，以潮土的有機(jī)碳含量增幅最大，增加了56.5個(gè)百分點(diǎn)，提高到10.8g/kg，水稻土提高了11.0個(gè)百分點(diǎn)。農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量空間分布差異顯著，總體而言呈現(xiàn)南部高北部低的趨勢(shì)，從土壤有機(jī)碳含量空間分布的變化看，長(zhǎng)三角地區(qū)北部農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量增加較為明顯，呈現(xiàn)出“碳匯”功能趨勢(shì)。
　　 20余年來，長(zhǎng)三角農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的空間

7、變異增大，長(zhǎng)期水稻種植下的水田利用方式對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的增加具有積極貢獻(xiàn)。農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量的半方差函數(shù)分析表明，其變程由1980年的274.9km下降為41.5km，塊金值占基臺(tái)值比(C0/(C0+C)）由1980年的28.1％增加為49.8％。由隨機(jī)因素如耕作制度、農(nóng)業(yè)管理等引起的變異在總變異中的比重加大，而氣候、土壤類型、成土母質(zhì)等結(jié)構(gòu)性因素引起的變異變小。影響因素分析表明，在長(zhǎng)三角地區(qū)，人為因素降低了自然等環(huán)境因素對(duì)土壤有機(jī)

8、碳含量的影響比重，在長(zhǎng)三角農(nóng)田土壤有機(jī)碳的管理中具有重要的作用，尤其是長(zhǎng)期保持的稻作模式對(duì)區(qū)域農(nóng)田土壤碳增加效應(yīng)突出。
　　 秸稈還田和有機(jī)肥施用能夠顯著提高土壤有機(jī)碳含量，有機(jī)肥施用的平均固碳時(shí)間效應(yīng)要高于秸稈還田。Meta-analysis分析表明，平均7年的試驗(yàn)期內(nèi)，秸稈還田的固碳效應(yīng)為0.41tCha-1yr-1。而平均14年的試驗(yàn)期內(nèi)，有機(jī)肥施用的固碳效應(yīng)平均達(dá)到0.34tCha-1yr1，少免耕的固碳效應(yīng)則不顯著。種

9、植制度對(duì)農(nóng)田土壤固碳也存在一定的影響，一年三熟種植條件下，秸稈還田的固碳效應(yīng)比一年兩熟下高出0.35tha-1yr1。相應(yīng)的有機(jī)肥施用下，一年三熟較一年兩熟高出0.30tha-1yr-1。固碳技術(shù)的固碳時(shí)間效應(yīng)也存在差異，有機(jī)肥固碳持續(xù)期約為40年而秸稈還田約為20年。
　　 全量秸稈還田、1.5tC有機(jī)肥+半量秸稈、3tC有機(jī)肥施用情景下長(zhǎng)三角農(nóng)田土壤呈現(xiàn)出較高的固碳潛力。利用RothC模型模擬了不同固碳技術(shù)情景下長(zhǎng)三角地區(qū)農(nóng)

10、田土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)，結(jié)果表明，前20年，半量秸稈還田情景下年均固碳速率達(dá)到0.37tha-1yr-1，全量還田則達(dá)到0.70tha-1yr-1。施用1.5tC有機(jī)肥和3tC有機(jī)肥情景下平均固碳速率則分別達(dá)到0.36tha-1yr-1和0.68tha-1yr-1。1.5tC有機(jī)肥+半量秸稈情景下平均固碳速率為0.69tha-1yr-1。固碳潛力的空間分布表明，在半量秸稈還田或1.5tC有機(jī)肥施用情景下，長(zhǎng)三角農(nóng)田土壤固碳潛力呈現(xiàn)北部高南部低

11、的總體趨勢(shì)，在全量秸稈還田、3tC有機(jī)肥、以及1.5tC有機(jī)肥+半量秸稈情景下，長(zhǎng)三角南部地區(qū)仍呈現(xiàn)較高的固碳潛力。
　　 影響長(zhǎng)三角農(nóng)戶固碳技術(shù)應(yīng)用行為的因素呈現(xiàn)顯著的地區(qū)差異。農(nóng)戶調(diào)查結(jié)果表明，不同地區(qū)農(nóng)戶固碳技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀存在顯著的差異，作物秸稈還田程度、有機(jī)肥施用情況差異明顯?；谵r(nóng)戶固碳技術(shù)應(yīng)用行為的影響因素分析發(fā)現(xiàn)，在經(jīng)濟(jì)較為發(fā)達(dá)的地區(qū)，對(duì)于秸稈還田與否，農(nóng)戶更多的是從秸稈處理的邊際成本出發(fā)，而相對(duì)略欠發(fā)達(dá)地區(qū)，對(duì)于

12、秸稈還田與否，農(nóng)戶主要考慮秸稈的使用效益。對(duì)于有機(jī)肥而言，畜禽養(yǎng)殖與否以及富余勞動(dòng)力水平是影響有機(jī)肥使用的關(guān)鍵因素。因此，在制定促進(jìn)農(nóng)田土壤固碳技術(shù)的激勵(lì)政策時(shí)，要充分考慮地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及農(nóng)戶生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的基本特征及其差異，有效促進(jìn)農(nóng)田固碳技術(shù)最大可能的應(yīng)用和推廣。
　　 進(jìn)行可持續(xù)的農(nóng)戶自我發(fā)展機(jī)制、參與式的技術(shù)實(shí)施與推廣機(jī)制、公平有效的政府配套保障機(jī)制三個(gè)主要方面的激勵(lì)創(chuàng)新。要進(jìn)一步提高農(nóng)戶自身對(duì)農(nóng)業(yè)廢棄物資源的高效循環(huán)利用，增