【学术研究】稻田秸秆还田_土壤固碳与甲烷增排_逯非

DOI : 1 0． 1 3 2 8 7／j． 1 0 0 1－ 9 3 3 2． 2 0 1 0． 0 0 5 1 应用生态学报　2010年 1月　第 21卷　第 1期　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｐｐｌｉｅｄＥｃｏｌｏｇｙＪａｎ． 2010 21（1）：99－108 ∗ 稻田秸秆还田：土壤固碳与甲烷增排 ∗∗ 逯　非　王效科　韩　冰　欧阳志云　郑　华（中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室北京 100085）摘　要　基于我国农田土壤有机质长期定位试验和稻田甲烷排放试验成果将全国稻田划分为单季区和双季区．根据土壤有机质试验数据分析了秸秆还田在我国两个稻田区的单季稻田、水旱轮作稻田和双季稻田的固碳潜力．同时根据我国稻田甲烷排放试验数据采用取平均排放系数的方法估算了我国稻田在无秸秆还田情况下的甲烷排放总量；结合ＩＰＣＣ推荐的方法和参数估算了我国稻田秸秆还田后甲烷排放总量及增排甲烷的全球增温潜势．结果表明：－1 在中国稻田推广秸秆还田的固碳潜力为 1 0 ∙ 4 8ＴｇＣ·ａ对减缓全球变暖的贡献为 3 8 ∙ 4 3Ｔｇ－1 －1 ＣＯ2ｅｑｖ·ａ；但秸秆还田后稻田甲烷排放将从无秸秆还田的 5 ∙ 7 9 6Ｔｇ·ａ增加到－1 －1 9 ∙ 1 1 4Ｔｇ·ａ；秸秆还田引起甲烷增排 3 ∙ 3 1 8Ｔｇ·ａ其全球增温潜势达 8 2 ∙ 9 5ＴｇＣＯ2ｅｑｖ－1 ·ａ为土壤固碳减排潜力的 2 ∙ 1 5 8倍．可见推广秸秆还田后中国稻田增排甲烷的温室效应会大幅抵消土壤固碳的减排效益是一项重要的温室气体泄漏．关键词　稻田　秸秆还田　土壤固碳　甲烷　温室气体减排文章编号　1 0 0 1－9 3 3 2（2 0 1 0）0 1－0 0 9 9－1 0　中图分类号　Ｓ 1 5 4 ∙ 1　文献标识码　ＡＳｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｔｏｒｉｃｅｐａｄｄｙ：Ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｄｍｅｔｈａｎｅｅｍｉｓｓｉｏｎ．ＬＵＦｅｉＷＡＮＧＸｉａｏｋｅＨＡＮＢｉｎｇＯＵＹＡＮＧＺｈｉｙｕｎＺＨＥＮＧＨｕａ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＵｒｂａｎａｎｄＲｅｇｉｏｎａｌＥｃｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＥｃｏＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ1 0 0 0 8 5Ｃｈｉｎａ）．Ｃｈｉｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｅｃｏｌ． 2 0 1 0 2 1（1）：9 9－1 0 8．Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｌｏｎｇｔｅｒｍｄａｔａｓｅｔｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｄａｔａｏｆｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓ ’ｍｅｔｈａｎｅ（ＣＨ4 ）ｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔａｔｉｏｎｓａｃｒｏｓｓｔｈｅｃｏｕｎｔｒｙｔｈｅｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｉｎＣｈｉｎａｗｅｒｅｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏｓｉｎｇｌｅｃｒｏｐｐｉｎｇａｎｄｄｏｕｂｌｅｃｒｏｐｐｉｎｇｒｅｇｉｏｎｓ．Ｔｈｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｉｎｔｈｅｔｗｏｒｅｇｉｏｎｓｉ．ｅ．ｓｉｎｇｌｅｃｒｏｐｐｉｎｇｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｕｐｌａｎｄ／ｐａｄｄｙａｌｔｅｒｎａｔｅｄｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓａｎｄｄｏｕｂｌｅｃｒｏｐｐｉｎｇｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｗａｓｅｖａｌｕａｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｄａｔａｓｅｔｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｍａｔｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔ；ａｎｄｔｈｅｔｏｔａｌＣＨ4ｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｗｉｔｈｏｕｔｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｗａｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｗｉｔｈｒｅｆｅｒｅｎｃｅｔｏｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａｏｆｐａｄｄｉｅｓ ’ＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｍｅａｎｅｍｉｓｓｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．ＴｈｅｔｏｔａｌＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｏｕｒｐａｄｄｉｅｓａｆｔｅｒｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎａｎｄｔｈｅｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎｗｅｒｅａｌｓｏｅｓｔｉｍａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｒｅｌａｔｅｄｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓｇｉｖｅｎｂｙＩＰＣＣ．ＩｔｗａｓｅｓｔｉｍａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｕｌｌｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｔｏＣｈｉｎａ’ｓｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｗｏｕｌｄｓｅｑｕｅｓｔｅｒ－1 1 0． 4 8Ｔｇ·ａｏｆＣａｎｄｔｈｅｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｔｏｔｈｅｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｗａｓ3 8 ∙ 4 3ＴｇＣＯ2ｅｑｖ－1 ·ａ．ＩｎｔｈｅｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎｆｒｏｍｏｕｒｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓｗｏｕｌｄｂｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｆｒｏｍ5 ∙ 7 9 6 －1 －1 －1 Ｔｇ·ａｔｏ9 ∙ 1 1 4Ｔｇ·ａａｎｄｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄ3 ∙ 3 1 8Ｔｇ·ａｏｆＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎｗｏｕｌｄｌｅａｄｔｏａ－1 ｇｌｏｂａｌｗａｒｍｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｆ8 2 ∙ 9 5ＴｇＣＯ2ｅｑｖ·ａｗｈｉｃｈｗａｓ2 ∙ 1 5 8ｔｉｍｅｓｏｆｔｈｅｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｆｒｏｍｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｉｎｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓ．ＴｈｅｒｅｆｏｒｅｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｄＣＨ4 ｅｍｉｓｓｉｏｎｄｕｅｔｏｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅｇａｒｄｅｄａｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｌｅａｋａｇｅｓｉｎｃｅｉｔｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｏｆｆｓｅｔｔｈｅｍｉｔｉｇａｔｉｏｎｂｅｎｅｆｉｔｓｏｆｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎｉｎＣｈｉｎａ’ｓｒｉｃｅｐａｄｄｉｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒｉｃｅｐａｄｄｙ；ｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎ；ｓｏｉｌｃａｒｂｏｎｓｅｑｕｅｓｔｒａｔｉｏｎ；ｍｅｔｈａｎｅ；ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅｇａｓｍｉｔｉｇａｔｉｏｎ． ∗中国科学院知识创新工程重大项目（ＫＺＣＸ1ＳＷ0117）资助． ∗∗通讯作者．Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｘｋ＠ｒｃｅｅｓ．ａｃ．ｃｎ 20090330收稿 20091104接受．应　用　生　态　学　报　　　　　　　　　　　　　　　　　　　21卷 100 　　工业革命以来由于人类活动和化石燃料的燃烧使大气中的二氧化碳（ＣＯ2 ）浓度不断上升．在 2 1 世纪前 2 0～3 0年这一稳定大气ＣＯ2 浓度的关键时期内作为《京都议定书》认可的固碳方法之一农田土壤固碳在一系列固碳减排措施中将处于重要地［1］位．秸秆还田可以通过增加土壤有机碳的直接输入实现固碳．研究表明秸秆还田的推广是我国农田［2］表土有机碳含量增加的主要原因之一．中国是世界上最重要的农业大国之一每年的秸秆产量达 8 ［3］ 6 ∙ 0×1 0 ｔ以上秸秆还田具有可观的固碳潜力．据估算当前秸秆还田的固碳潜力为 2 3 ∙ 8 9ＴｇＣ· －1 ａ如全面推广水稻、小麦、