《京都议定书》生效后我国耕地土壤碳循环研究若干问题

《京都议定书》生效后我国耕地土壤碳循环研究若干问题 《京都议定书》生效后我国耕地土壤碳循环 研究若干问题 中国基础科学?科学前沿 南京农业大学农业资源与生态环境研究所?潘根兴 中国科学院南京土壤研究所?赵其国蔡祖聪 摘要地球系统碳循环与全球变化研究的 一 个重要任务是阐明陆地生态系统的碳汇演 变及其对日益升高的大气CO,的收集与固定 能力以及未来趋势.土壤有机碳是地球陆地 生态系统最重要和活跃的碳库,同时又是土 壤肥力和基础地力的最重要的物质基础,它 影响着耕地生产力及其稳定性.随着《京都 议定书》的生效,农业土壤碳循环及固碳潜力 的研究将越来越成为国际全球变化研究中的 主流趋势,国际科学界十分关注人为利用管 理下土壤固碳潜力的变化.配合土壤固碳机 理及其影响因素的研究,分析与预测未来通 过改变管理政策与农业技术途径而可能达到 的固碳能力成为今后研究的发展方向.我国 农业面临着稳定耕地生产能力和补偿工业温 室气体减排的压力和挑战,但我国耕地地力 不稳,有机碳水平较低的现状又为实行固碳 农业带来了机遇.我国所处的自然环境和社 会经济背景条件的特殊性决定了我国耕地农 业利用与土壤碳循环的特殊性,而这种特殊 性对耕地土壤固碳潜力及其过程的影响是国 际陆地生态系统碳循环研究中没有解决而又 只能由我国自己来解决的重大科学理论问 题.当前,我国急迫需要启动对耕地土壤碳 循环与固碳潜力及其调控途径的重大基础研 究,摸清国家尺度耕地土壤的固碳能力,认识 耕地固碳与生产力保持的耦合机制,明确耕 国家自然科学基金重点项目(40231016) 地土壤固碳与稳产的技术途径体系,为我国 建立农业固碳与生产力稳定的长效机制和温 室气体减排的环境外交提供可靠依据. 关键词:耕地生产力土壤固碳碳循环 全球变化农业可持续发展京都议定书 温室气体减排 引言 旨在温室气体全球减排的《京都议定书》已于 2005年2月16日正式生效.《京都议定书》3.4款 提出可以通过增加生态系统碳库来补偿经济发展中 的碳排放.在找到有效的工业CO排放替代技术途 径之前,寻求能源碳排放在农业中的重新收集与固 定成为国际上共同努力的方向.地球系统碳循环与 全球变化研究的一个重要任务就是阐明陆地生态系 统的碳汇演变及其对日益升高的大气CO,的收集与 固定能力以及未来演变趋势0J.本文根据国际学 术发展动态,讨论了我国农业土壤碳循环与全球变 化研究的若干基础问题,提出了当前急迫的研究需 求,以期为推动我国陆地生态系统碳循环与全球变 化研究提供参考. 一 ,土壤碳循环及固碳潜力研究是国际 全球变化研究的主流趋势 土壤中含有有机碳和无机碳酸盐两种形态的 碳,后者是生物不能直接利用的.全球土壤中无机 碳酸盐约有1oOOPg,而土壤中储存的有机碳(SOC) 高达15ooPg,是大气CO:总量的3倍,陆地生物 2005?2?ChinaBasicScience12 中国基础科学?科学前沿 碳量的约2.5倍.土壤碳通过呼吸产生的CO排放 是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子J,与大气 CO的交换快速.因此,土壤碳库的稳定,增长或 释放都与大气碳库的变化有重要的关系,土壤能否 增加碳储存是关乎陆地生态系统能否继续发挥对大 气CO吸收与固定的碳汇效应的重要理论基础.全 球土壤覆盖面积中农业利用的面积约50亿公顷,而 耕地占l4亿公顷.耕地土壤直接影响着农业生 产,并可受人为利用和管理 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 的较快影响,其碳库 可以在5一l0年的尺度上快速调节J.因此,无论 是在2003年美国发起召开的碳收集领导人论坛(C SequestrationLeadershipForum,2003)中,还是在 IPCC2002年开始筹备并将于2005年正式发布的碳 捕获与收集评估报告(CCaptureandSequestrationAs— sessmerttReport,IPCC2002)中,耕地土壤有机碳动 态变化与碳固定潜力和趋势的资料与估计都占有十 分重要的份额. 自《京都议定书》签约以来,国际组织和各主要 国家纷纷出台国家间和政府的重大科技计划项目, 开展对耕地土壤固碳潜力及其实现途径的分析研 究,以作为制定CO排放清单及提出减排配额的依 据.欧盟在EurocarbonClusterProjects_l…一揽子计划 中开展了对欧盟l5国土壤固碳潜力的研究;美国和 加拿大在21世纪初由农垦部负责完成了全国农业 土壤有机碳库与固碳潜力的研究…';德国通过国 家科学基金会的优先项目正进行着全国农业土壤固 碳潜力及其机制的研究;法国由国家农业科学院 (INRA)完成了全国土壤普查基础上的资料汇总与 固碳潜力估计的研究;英国也已完成了农业土壤 有机碳储量及固碳潜力的评价工作;比利时由根 特大学土壤管理系为主正在进行国家尺度的研 究.美国和欧洲还专门拨款研究耕地土壤固碳的 技术经济,专门分析了农民在不同经济政策下的技 术选择对耕地土壤固碳规模的影响m.世界粮农组 织对耕地的固碳也十分重视,其对世界耕地土壤的 有机碳储存与各种利用措施情景下的固碳潜力与可 行性进行了综合分析,其成果集中反映在WorldSoil ReportNo.96【18].值得注意的是,自2002年以来,美 国分别由国家科学基金会(NSF)和能源部牵头在全 国各大区设立了政府资助的土壤固碳研究中心,其 主要任务是研究土壤特别是农业土壤的固碳技术与 效益.最近,意大利政府拨出600万欧元研究促 进土壤固碳的实用技术,这一项目由Napoli大学应 用化学系教授,世界土壤学联合会土壤化学委员会 主席Piccolo博士领导的课题组承担.上述国际动态 充分反映了各国政府对土壤碳库动态与固碳潜力的 重视,这些研究实际上也体现了各国政府期望通过 土壤固碳而争取更多碳排放配额的要求. 发达国家科学界十分关注人为利用管理下土壤 固碳潜力的变化,配合土壤固碳机理及其影响因素 的研究,分析与预测未来可能通过改变管理政策与 农业技术途径而提高固碳能力成为研究的一大发展 方向.自从Hassink(1996)发表了自然土壤中有机 碳固定服从于土壤黏粒含量的研究报告后,土壤 碳固定的微团聚体保护机制研究在西方甚为活跃. 不同农业管理措施对土壤固碳的影响主要是通过对 土壤微团聚体更新与转化的改变,从而使有机碳的 保护机制发生变化所致.因而,在微观上,对不同条 件下土壤固碳潜力与机制的微团聚体的研究报道日 益增多.另一方面,在宏观上,对于不同因素对土 壤固碳影响的综合研究也开始活跃起来.2002年, 美国橡树岭国家生态实验室的West和Post发表了 对全球100多个国家的土壤肥料长期试验地土壤碳 动态的分析报告,评价了全球通过合理轮作和耕 作措施促进土壤固碳的潜力;最近,美国Colorado大 学国家资源生态实验室科学家发表了对全球不同气 候带100多个土壤与农业管理的长期试验和实验研 究点的分析报告,评价了不同的农业管理措施对 土壤固碳的影响强度及其随气候条件的变化.同 时,这个实验室还对美国每个主要作物带在不同农 业管理措施下的土壤固碳容量与速率进行了预测研 究.这些研究反映了国际社会和科学界对农业土壤 固碳能力及其未来变化趋势的关注,更代表了不同 国家通过摸清其固碳家底来判断其应对国际温室气 体减排的努力方向与对策选择的需求J.在《京都 议定书》正式生效后,无论是对于目前已承担义务的 发达国家还是对于未来可能承担义务的发展中国 家,这种研究都十分必要. 二,全球变化下我国耕地农业生产与 固碳:背景,压力与挑战 1.我国耕地的粮食生产与地力衰退问题 耕地生产能力的可持续发展一直是我国农业头 等重要的问题,得到我国政府一如既往的重视.我 国粮食生产自1998年总产达到5400亿公斤以来, 总产和单产出现持续滑坡.水稻,小麦播种面积急 剧下降,玉米,大豆单产变率增大.总量减少,单产 不稳造成了国家和国际社会对我国未来l6亿人口 粮食安全的严重担忧(隋鹏飞.粮食生产发展与土 20O5?2?Chln~BmlcscIence13 中国基础科学?科学前沿 肥工作.中国土壤学会第10次全国会员代表大会暨 学术讨论会,2004年7月23日,沈阳).因而,我国 未来人口增长下的粮食安全已成为近几年国际社会 地缘政治与环境政治的严重关切点.2030年我国人 如果按保守估计,人均粮食需求 口将达16亿, 375kg,在粮食播种面积为1.03亿公顷的前提下,我 们需要保证单产400kg/亩.而如果要达到人均 450kg的粮食,播种面积如果乐观地保有1.1亿公 顷,则仍需达到单产450kg.因此,即使能保有相应 的播种面积,单产也必须提高35%—50%.这就是 说,在相当程度上需要提高耕地的基础生产力.根 据20世纪90年代布设于全国主要农作区的土壤肥 力与肥料效应监测网的地力变化资料(中国植物营 养与肥料学会"全国土壤肥力演变规律与持续利用" 学术讨论会,2004年11月22—23日,北京),我国 耕地地力发生着明显的衰退,表现在化肥利用率不 高,产量不稳.而我国粮食生产中,地力贡献率仍然 占主要因素:在南方,地力在单产中占50%_-60%; 北方约占50%_-65%.15年以上的长期试验表明, 旱作物对地力的依赖还高于水稻.根据第二次土壤 普查资料,可以发现各粮食主产区的平均单产水平 与其土壤的平均有机碳含量密切相关.因此,地 力的稳定和提高对于我国耕地的粮食生产能力是至 关重要的. 多年来我国耕地粮食总体生产能力下降的主要 原因,固然有我国经济发展中大规模,无序化占地所 引起的耕地地力总体下降的因素.但在耕地总体生 产能力下降的同时,导致当前我国粮食单产滑坡的 重大原因之一是现有耕地基础地力的急剧消耗与衰 退,其突出表现是肥料效益急剧下降,粮食生产的投 入成本不断升高.20世纪60年代,每公斤氮肥增产 水稻15—2Okg,小麦1O一15kg,玉米2O—3Okg;80 年代增产水稻9kg,小麦1Okg,玉米13.4kg,肥料效 益下降约30%—50%.90年代,在南方稻区,每 公斤氮肥仅增产5—8kg水稻,小麦.地力下降还表 现在自然资源成本不断飙升,当前,生产1kg粮食要 付出1.2方水,100克化肥和50kg(西南)一150kg (西北)土壤流失的高额成本. 2.我国耕地地力衰退与土壤有机碳问题 土壤有机碳是土壤肥力和基础地力最重要的物 质基础,也是决定生态系统生产力及其稳定性的土 壤关键组分..我国耕地地力演变的主要特征 是土壤有机碳的贫乏与消耗.换句话说,我国耕地 总体生产能力质量下降的普遍原因还在于高度集约 化,高投入农业发展中以有机碳为中心的土壤地力 的耗竭.如果说1950m1960年代的粮食生产飞跃 是通过垦植,耕地面积扩张,自然资源地力消耗所 致,那么,1980初至1998年的粮食生产飞跃则是高 肥料,高农药投入下刺激地力耗竭所致.自然资源 的开发,使耕地有机碳平均损失了13t/ha,总量损失 了约2Pg,相当于燃烧了200亿吨标准煤.而东北和 华北的损失占了一半以上.东北大粮仓的黑土开 垦后有机质快速消减,目前大部分仅为15__20g/ ,与南方土壤相近.东北粮食生产的持续滑 坡,与土壤有机碳快速耗竭是分不开的. 耕地土壤有机碳的损失导致耕地的有机地力与 无机地力间的严重不平衡,这是我国耕地中普遍存 在的除养分非均衡化外的一大资源环境问题.我国 耕地有机碳含量普遍很低,一般南方在0.8%一 1.2%,华北在0.5%.8%,东北约在1%一1.5%, 西北绝大多数在0.5%以下.而欧洲农业土壤都在 1.5%以上.我国耕地平均有机碳含量低于世界 平均值30%以上,低于欧洲50%以上.我国粮食 生产能力由1949年的1亿吨左右提高到5.4亿吨, 付出了20多亿吨耕地土壤有机碳的沉重代价,相当 于丧失了1000万公顷中等地力表土.这种损失在 东北地区,华北地区,西北地区最为突出,表土碳库 损失了30%__50%.在高强度化肥投入,尤其 是氮肥投入下,我国耕地有机碳仍存在耗减趋势,特 别是在中西部地区. 3.耕地土壤固碳与农业生产力 根据预测,我国2025年的工业CO:排放量将达 到2Pg,超过美国(1.84Pg)而成为全球第一号排放 大国.我国已同意履行《京都议定书》规定的温室 气体减排义务,并正在考虑实施固碳 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 .根据北 京大学方精云教授最近的研究(方精云.中国陆地 植被碳汇有多大?:整合遥感和地面观测数据.CNC— IGBP2004年会报告,2004年12月21—22日,北 京),近20年来,我国森林和草地的植被固碳是 0.45Pg,每年仅为0.02Pg,即2000万吨CO2-C/yr, 总量相当于其总碳库的10%左右.相反,耕地碳汇 为0.19Pg,每年1000万吨CO2一C,固碳总量相当于 农业植被总碳库的20%强(达到自然植被的2倍), 而耕地面积不到森林和草地面积的1/4.在这种情 况下,我国耕地土壤将受到稳定生产和实现固碳的 双重压力. 然而,我国农业发展中耕层土壤碳库已损失了 约2Pg,我国耕地有机碳密度已低于世界平均水平 的30%.农业能否有效固碳,如何有效固碳是摆在 我国政府面前的一个重大课题,这同时也构成了国 2005?2?0hlnaB璐IcScien?14 中国基础科学?科学前沿 际社会对我国农业环境安全的担忧. 但是,另一方面,我国粮食生产的根本是耕地生 产力,后者的中心问题是地力,而地力的关键基础是 土壤有机碳.从这个角度,作为耕地资源贫困的国 家和耕地土壤有机碳缺乏的国家,我们面临的固碳 压力和挑战实际上又为我们提供了全球变化下未来 农业发展的新机遇.随着环境友好和固碳减排成为 国际农业今后走向,我国的农业必须将地力建设与 有效的固碳结合起来,走出一条稳定生产力和固碳 减排双赢的农业可持续发展之路J.在第236次香 山科学会议(香山科学会议办公室."我国农田土壤 碳库演变及发展趋势"学术讨论会简报.2004年9 月21_23日,北京)及"全国土壤肥力演变与持续利 用"讨论会上,我国农业和土壤碳循环研究的科学家 们一致认为,我国的粮食安全问题是国家和国际社 会都严重关注的问题,在保障粮食安全的同j~,j-,我国 农业还能不能固碳,这是关乎我国工业发展中应对 国际环境威胁论和全球变化国家义务的另一大问 题.我国如果忽视农业在我国温室气体减排中的作 用,错过固碳农业的发展机遇,我国将在国际全球变 化与温室气体控制的环境外交中陷于被动,将在很 大程度上影响国家利益.科学家们强烈呼吁,一个 以地力建设为中心,以稳产固碳为双重目标的固碳 农业时代已经到来,我国必须抓住这一机遇,迫切需 要将粮食安全与农业统筹考虑,认真研究粮食生产 的稳定发展与土壤增碳,以地力建设带动粮食的高 产和稳产,同时为工业发展提供固碳空问. 三,我国耕地稳产固碳的基础科学研究: 特殊问题与创新需求 1.我国耕地土壤碳循环与固碳过程的特异性 国外农田土壤碳循环研究主要是以旱地与保护 性农业为对象发展起来的,关于土壤固碳潜力与途 径的理论研究结果不适用于我国农业实情.我国所 处的自然环境和社会经济背景条件的特殊性,决定 了我国耕地的农业利用与土壤碳循环的特殊性,而 这种特殊性对耕地土壤固碳潜力及其过程的影响是 国际陆地生态系统碳循环研究中没有解决而又只能 由我国自己来解决的重大科学理论问题. (1)我国耕地资源短缺背景下的集约化利用与 高强度投入对土壤碳循环的影响与固碳潜力.我国 现有耕地1.2亿公顷,人均耕地已接近0.8亩的警 戒线.我国的耕地中,水田占1/5,旱地中80% 是靠天田_2.我国一直在维持增长中人口的粮食需 求,以满足高产为目标的集约化利用和高强度投入 是我国农业的最基本特征.我国耕地中有机碳循环 与养分循环与发达国家以维持高效生产力和合理经 济回报为出发点的,以免耕,休闲,轮作和农林牧复 合等保护性利用为主的农田有很大的差异. (2)以细碎化为特征的土地分散经营机制和以 农户为主体的农民自由管理行为对土壤碳循环的影 响.我国自上世纪80年代初以来,普遍实行家庭联 产承包制,土地经营规模普遍较小.在东南沿海省 份,家庭占有耕地平均在0.3公顷以下,因此出现耕 地承包单元众多,面积小而分散,这尤其在丘陵山区 更为突出.分散经营一方面造成耕地细碎化,导 致包括有机质含量在内的耕地属性的巨大农田空问 变异性(张琪.近20年来水稻土有机碳变化——县 级和村级尺度的研究.南京农业大学硕士学位论文, 2004),使我国耕地土壤有机碳库4-di计的不确定性问 题相比发达国家更为突出;另一方面,一定范围内 的土地流转,如转包,租赁,影响农民的耕地培育投 入与最佳的农田管理技术选择,从技术经济行为上 严重限制了土壤固碳措施的推广及其效益的发挥. 因此,土地经营体制下的农田土壤碳循环过程的空 问变异与耕地土壤固碳的技术经济效益将在全国存 在巨大的区域分异,并在总体上影响耕地土壤固碳 潜力的评估与实现. (3)在脆弱生态环境和低碳库背景下耕地土壤 碳循环与固碳过程的特点.我国粮食主产区分布于 东部的东北平原,黄淮海平原区,长江中下游平原, 江南红黄壤丘陵区和西部的黄土高原丘陵区,云贵 桂岩溶山地区与宁夏,内蒙沿黄河地区.除了长江 中下游平原#1-,其它地区都是不同程度的生态环境 脆弱地区.如上所述,目前我国大部分地区的耕 地土壤有机碳平均水平都较低,有机碳含量较高的 东北平原是全球变化敏感地区,有机碳趋向于不稳 定,碳汇作用正在加速丧失.在这种情况下,土壤中 有机碳的含量状况远远还未达到粘粒保护的饱和状 态,也远远未达到土壤微团聚体的物理保护容量极 限,这与欧美国家生态保护良好条件下土壤有机碳 含量已趋向于土壤有机碳饱和容量的情况迥异.在 有机碳含量低而不稳定的背景下,土壤碳循环的基 本特点是什么?耕地固碳的自然趋势是什么?固碳 的速率和时限又有何特征?这些问题都将是我国耕 地土壤碳循环的特殊问题. 我国耕地土壤碳循环与固碳研究的主要问题 2. 与优先研究的内容 在土壤固碳与稳定生产力的双重压力下,我国 20O5?2?ChinaBesleScience15 中国基础科学?科学前沿 耕地土壤碳库家底有多大,其演变趋势如何,固碳潜 力可达到什么规模及技术与经济可行性如何?耕地 土壤固碳能不能同时稳定耕地地力与生产力?采用 什么样的耕地固碳战略和技术途径实现CO减排与 农业生产持续发展的双赢?这些重大问题如果都不 清楚,将严重影响对我国温室气体减排能力的评估, 进而不利于我国环境外交谈判,并限制了我国农业 持续发展的长远规划.我们认为,当前急迫需要研 究阐明的主要问题及研究内容包括: (1)耕地土壤碳库及其演变态势研究——欧美 各国关于耕地土壤碳库及其演变的研究开展较早, 欧盟和美国,加拿大已经完成了农业土壤有机碳库 的国家尺度估算,作为温室气体减排清单制定的主 要依据.并且通过以工业革命以来与最近20_50 年农业发展以来两个时间尺度,和全球与区域或国 家尺度的大空间尺度的资料对比,利用模型研究了 大尺度农业土壤碳库演变与全球变化的关系,提出 全球耕地土壤自工业革命以来损失78"4-12PgC,美 国损失了4"4-1PgC;并认为,耕作引起的土壤侵蚀是 土壤有机碳库损失的主要途径.国外对我国农业 土壤碳库变化十分注意,提出我国农业利用下土壤 以有机碳库损失趋势为主,20世纪70年代以来每 年损失70Tg,而美国却每年增加70Tg.这种判断 我国 严重影响到我国农业对全球变化影响的估价.至今还没有一个公认的全国土壤碳库4-di计值,而农 业土壤碳r~4-di计至今尚是空白.目前已基于第二次 土壤普查(1979--1982)资料,对耕作土壤相对于自 然土壤的全剖面和表土的碳库损失形成了初步的国 家尺度的估计mJ.赵其国等较早对南方红壤地区 土壤有机碳库及不同利用下的变化作了比较分析, 揭示了不同的土壤利用可能对区域尺度的土壤碳库 演变产生明显影响.但目前还存在的主要问题是: (1)由于缺乏点面间的空间联系研究,难以评价国家 或区域尺度的碳库及其演变;(2)研究中普遍采用国 外已有的土壤有机碳模型,不符合中国的农业利用 现状,估计值存在严重的不确定性;(3)没有明确的 时间尺度,尚难评价我国不同时期农业发展中土壤 碳库及其演变的特点与全球变化效应.这对于认识 我国农业发展,农业的区域性和不同的农业管理实 践对全球变化的影响及探讨对于全球变化的适应性 机制严重不足. (2)耕地土壤固碳潜力研究——欧美等国家和 国际组织纷纷已经或正在~4-di作出国家或全球农业 土壤的固碳潜力(全球0.9"4-0.3Pg/a,欧盟15国 90—120TgC/a,美国202TgC/a).IPCC第三工作组 目前正在作全球温室气体减排潜力的第四次评估报 告(WG3,AR4,IPCC,2004).研究全球和区域 尺度耕地土壤固碳潜力最主要的途径是在典型土壤 碳库损失研究的基础上,采用模型统计方法作出4-di 计.对于耕地土壤固碳潜力与速率的4-di计,目前 的研究主要是根据长期试验资料分析不同农业措施 (轮作,施肥和耕作)下有机碳库的变化j.这些 研究以发达国家的旱地保护性耕作中的土壤有机碳 增加的趋势为主要出发点,根据欧洲,美国等发达国 家的农业运行机制,考虑到农民的利益驱动,对不同 措施和不同经济杠杆下土壤固碳的潜力进行了技术 经济评价,提出现有农业补贴政策下土壤固碳的 技术经济潜力仅为自然固碳潜力的20%—40%J. 而美国俄亥俄州立大学土壤固碳研究中心主任R. Lal(2002)则是根据我国农业土壤碳库损失的资料 判断提出我国50年内土壤固碳潜力为11Pg,平均每 年固碳潜力是224Tg,其中最大的潜力是退化土壤 恢复,其次才是农业耕作管理下的土壤固碳j.这 一 估计是否符合我国的实际情况,我们尚无自己对 于耕地土壤固碳潜力的研究予以反应.迄今为止, 关于我国农业及农业土壤碳汇与固碳潜力的国家资 料尚为空白.我国一方面要满足粮食生产的稳定 和持续发展,另一方面耕地处于农户分散经营管理 下,iO_切需要认识我国耕地土壤固碳的自然潜力及 其现行管理与经营下的技术经济可行性. (3)土壤固碳与耕地生产力关系的研究——上 已述及,土壤有机质是耕地土壤质量或者基础地力 的代表,而旱地农业对基础地力的依赖要甚于水田. 对于我国较普遍的水旱轮作耕地体系来说,土壤有 机质水平与地力的关系与国外的旱地有何差异,这 是一个急待明确的问题.土壤有机碳增加(固碳)对 于提高基础地力的作用,过去主要从土壤结构的发 育,有机碳矿化中养分的供应以及良好的保水保肥 性等不同侧面研究.以往土壤固碳研究中对于土壤 碳库的生物有效性,特别是有机碳的活泼性与农业 管理措施的关系较为充分,但这种碳库的积累与 碳库的动态变化与耕地的基础生产力间的联系机制 及其本质的认识十分粗浅.近年来,有越来越多的 研究提出了土壤有机质与土壤生态系统稳定性的问 题.2,土壤固碳与耕地基础地力的关系不仅需要 从土壤物理过程(如水分物理),土壤化学过程(如养 分矿化)去了解,而且需要从有机质对于一个多样性 的土壤生物区系的保持,土壤生态系统服务功能的 完善的作用等方面重新认识.因此,土壤中以能量, 物质与生物活动关系为主线的土壤生物物理过程, 2OO5?2?ClllnaB鹕icScie咐16 中国基础科学?科学前沿 生物地球化学过程和生态系统演化过程的耦合机制 是土壤固碳与耕地生产力关系研究的发展方向.认 清这种关系及其机制,将为我国制定固碳与稳产的 战略措施提供明确的依据. 上述问题,集中起来就是一个关键问题即我国 耕地土壤碳循环与固碳上的特异性:特殊的农业资 源利用背景,特殊的驱动机制(生物气候,土地经营 和农田管理)与特殊的矛盾(固碳与稳产).深入开 展这一研究,一方面可形成和发展具有我国特色的 以人为管理过程一自然生物过程相互作用为研究主线 的耕地土壤碳循环理论体系,构成我国陆地生态系 统碳循环与全球变化研究的有机组成部分,在国际 人为利用管理与土壤碳循环关系研究上树立我国优 势与领先地位;另一方面,阐明耕地土壤有机碳和耕 地生产力的共轭协调机制及其在粮食稳产,高产,优 质上的机理和技术途径,评估并明确国家尺度固碳 稳产的潜力,幅度与时效性及社会经济可行性,评价 和构筑农业固碳稳产的农田技术体系与管理和调控 的战略途径,可为国家建立农业固碳与生产力稳定 的长效机制和温室气体减排的环境外交提供可靠的 依据. 四,结语 在《京都议定书》正式生效后,国际社会对全球 气候变化的控制正在不断强化,我国经济正在快速 发展,面临的温室气体减排的压力不断增大.作为 国际潮流,农业承担固碳与温室气体减排已势在必 然.我国尚未有一个的明确的国家碳清单,耕地碳 库家底不清,固碳潜力与时效不明,固碳稳产的技术 途径不明确,对于环境外交中争取国家利益和固碳 减排国家战略的制定十分不利!我们能否将农业固 碳的压力和挑战转化为新时期农业发展的机遇,在 于我们能否阐明我国耕地土壤碳循环的特点,摸清 耕地土壤固碳的潜力,完善固碳与稳产的技术途径 体系.在国际农业已走向固碳农业的时代潮流中, 我们只有时不我待,奋起直追,提出我国自己的固碳 与温室气体减排的资料,才能避免在环境外交中的 被动地位. 参考文献 [1]孙成权,曲建升.国际地球科学发展趋势.地球科学进展, 2002,17(3):344--347 [2]叶笃正,符淙斌,董文杰.全球变化科学进展与未来趋势,地球 科学进展,2002(4):467 [3]hlR.Worldsoilsand~nhouseeffect.IGBPGlobalChangeNe— wsletter,1999,37:4—_5 [4]彭少麟,李越林,任海,等.全球变化条件下的土壤呼吸效应. 地球科学进展,2002,17(5):705—713 [5]TrumboreSE,ChadwickOA,AmundsonR.Rapidexchangeofsoil carbonandatmosphericC02drivenbytemperaturechange.Science, 1996.272:393—_396 [6]FAO.ProductionYearbook.Rome,Italy,2001 [7]潘根兴,李恋卿,张旭辉,等.中国土壤有机碳库量与耕地土壤 碳固定动态的若干问题.地球科学进展,2003,18(4):6o9—618 [8] [9]IPCCWorkingGroup?,IPCCworkshoponcarbondioxidecapture andstorage,Proceedings,Regina,Canada,18—21November2002 [10] [11]hlR,FollettRF,KimbleJ,ColeCV.ManagingU.S.cropland tosequestercarboninsoil.J.SoilWaterConserv.,1999.54:374— 381 [12]VandenBygaartAJ,GregoriehEG,AngersDA.Influenceofa一 culturalmanagementonsoilorganiceaton:Acompendiumandas— sessmentofCanadianstudies.CanadianJournalofSoilScience, 2003,83:363—_380 [13]SoilsassourceandsinkforC02一mechanismsandregulationofor— ganicmatterstabilisationinsoils.Apriorityprogramfundedby DFG.,2005 [14]ArrouysD,BalesdentJ.IncreasingcarbonstocksinFrenchagricul— turalsoils.ScientificAssessmentUnitforExpertise,INRA.2002. 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