中国农田主要温室气体排放特征与控制技术

全球气候变化已成为不争的事实,已经引起了各国科学家和政府的高度重视。人类活动向大气中排放的二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）等温室气体浓度的增加是导致气候变化的重要原因之一。农田土壤是这三种温室气体的重要来源。文章概述了农田土壤CO2、CH4和N2O三种主要温室气体的排放机制,系统总结了国内对这三种温室气体排放通量的观测研究,提出了相应的减排技术对策,并对目前的研究问题和未来的发展方向作了深入的探讨,以期为控制农田土壤温室气体排放、发展低碳农业提供参考依据。     

Nonpoint Source Pollution Responses Simulation for Conversion Cropland to Forest in Mountains by SWAT in China

Several environmental protection policies have been implemented to prevent soil erosion and nonpoint source (NPS) pollutions in China. After severe Yangtze River floods, the “conversion cropland to forest policy” (CCFP) was carried out throughout China, especially in the middle and upper reaches of Yangtze River. The research area of the current study is located in Bazhong City, Sichuan Province in Yangtze River watershed, where soil erosion and NPS pollution are serious concerns. Major NPS pollutants include nitrogen (N) and phosphorus (P). The objective of this study is to evaluate the long-term impact of implementation of the CCFP on stream flow, sediment yields, and the main NPS pollutant loading at watershed level. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) is a watershed environmental model and is applied here to simulate and quantify the impacts. Four scenarios are constructed representing different patterns of conversion from cropland to forest under various conditions set by the CCFP. Scenario A represented the baseline, i.e., the cropland and forest area conditions before the implementation of CCFP. Scenario B represents the condition under which all hillside cropland with slope larger than 25° was converted into forest. In scenario C and D, hillside cropland with slope larger than 15° and 7.5° was substituted by forest, respectively. Under the various scenarios, the NPS pollution reduction due to CCFP implementation from 1996–2005 is estimated by SWAT. The results are presented as percentage change of water flow, sediment, organic N, and organic P at watershed level. Furthermore, a regression analysis is conducted between forest area ratio and ten years’ average NPS load estimations, which confirmed the benefits of implementing CCFP in reducing nonpoint source pollution by increasing forest area in mountainous areas. The reduction of organic N and organic P is significant (decrease 42.1% and 62.7%, respectively) at watershed level. In addition, this study also proves that SWAT modeling approach can be used to estimate NPS pollutants’ impacts of land use conversions in large watershed.     

松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量和固碳潜力研究

农田土壤有机碳储量和固碳潜力是陆地碳循环和全球气候变化研究中的一个重要问题。论文基于第二次土壤普查数据和实地取样数据,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带农田表层土壤有机碳储量,分析4个县市(德惠市、九台市、农安县、公主岭市)农田表层土壤碳库的饱和水平和固碳潜力,比较旱田与水田土壤固碳潜力的差异。结果表明,1980-2005年间,松嫩平原玉米带农田土壤有机碳储量增加了7.20 TgC。各县市农田土壤碳库的饱和水平以德惠市最大,为4.11 kgC·m^-2,九台市次之,公主岭市最低,为3.14 kgC·m^-2。假设在1980年土地利用方式、耕作措施、施肥水平和气候条件不变的情况下,估算得到松嫩平原玉米带农田土壤的固碳潜力为8.17 TgC。从单位面积固碳潜力看,九台市最高,为0.77 kgC·m^-2,农安县次之,德惠市和公主岭市均低于松嫩平原玉米带。松嫩平原玉米带旱田和水田土壤碳库的饱和水平基本持平。     

苏北沿海地区农户耕地利用行为意愿及影响因素分析

随着快速城市化以及农村劳动力转移,长三角区域欠发达地区乡村耕地资源利用呈现新特征,从主体角度开展该区域耕地资源利用研究对乡村治理以及农业高质量发展具有重要影响。以江苏盐城和南通为例,通过问卷调查以及结构方程模型,分析农户耕地资源利用行为意向及影响因素。结果表明：苏北沿海地区不同耕地规模农户的耕地利用行为意向存在显著性差异。农户耕地资源利用行为意愿主要直接受到农户户主个人及家庭特征和耕地资源禀赋特征两个因素影响,政策认知以及技术与资金使用对其产生间接影响且程度较弱。苏北沿海地区乡村治理过程中亟需进一步开展农户分类管理与引导,促进耕地适度规模化经营,加强农户技能与政策培训,探索农业服务新模式,促进耕地资源精准管理、农业高质量发展以及乡村振兴等目标实现。     

土地利用的经济生态位分析和耕地保护机制研究

土地利用变化包括土地利用结构和土地利用强度两个方面,是土地利用类型从低生态位层次向高生态位转变的自组织行为。对不同层次的土地利用生态位进行控制与协调,才能实现一定耕地保有量下土地利用资源场的均衡。而这种均衡正是耕地总量动态平衡得以实现的前提。在生态位势理论与系统边界理论的基础上,论文构建了土地利用经济生态位的模型,并以江苏省锡山市为例定量分析了不同土地利用类型相互作用的强度。研究显示,经济发达区非农用地与农用地生态位差较大,城市化进程加快,使耕地更易损失。从资源流动的场论分析角度,探讨了建立耕地保护机制的途径和方法。在目前的水平上,把土地利用生态位作为土地利用/覆被研究中的一种新方法论更有意义。     

模拟降水量减少对大豆-冬小麦轮作农田土壤呼吸的影响

为研究降水量减少对旱作农田土壤呼吸的影响,设置大豆-冬小麦轮作田间试验.采用随机区组试验,在田间设置对照（CK）、降水量减少20%（P20%）、降水量减少40%（P40%）处理,观测了3个处理土壤呼吸、土壤温度、土壤湿度的季节动态变化,并观测土壤CO₂产生速率、硝化速率、反硝化速率、收获时的作物生物量.结果表明,在大豆生长季,CK、P20%、P40%这3个处理的季节平均土壤呼吸速率分别为（4.91±0.67）、（4.19±0.39）、（4.35±0.32）μmol·（m²·s）^-1,处理间差异未达到显著水平（P>0.05）;在冬小麦生长季,这3个处理的季节平均土壤呼吸速率分别为（2.39±0.17）、（2.03±0.02）、（1.94±0.05）μmol·（m²·s）^-1,表现为CK > P20% > P40%,处理间差异达到显著水平（P>0.05）.降水量减少降低了土壤CO₂产生速率,但对土壤硝化速率和反硝化速率的影响不明显.降水量减少对大豆根、茎叶、籽粒生物量无显著（P>0.05）影响,但显著（P<0.05）降低了冬小麦的根、茎叶、籽粒生物量.土壤温度是影响土壤呼吸季节变异的主要因素,两者间呈指数回归关系,不同处理间的温度敏感系数（Q₁₀）无显著（P>0.05）差异.     

中国典型农田土壤有机碳密度的空间分异及影响因素

农田土壤有机碳密度（SOCD）是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标.为理解我国农田SOCD空间分异特征及其影响因素,基于中国生态系统研究网络19个典型农田生态站2005~2015年SOCD的监测数据,利用地理探测器方法,分析了农田SOCD空间分异的影响因素.结果表明,我国不同站点农田SOCD平均值变化范围为0.83~4.97 kg·m^-2,并呈现出湿润季风区高于干旱半干旱地区的空间分异特征.在不同土地利用方式下,水稻田SOCD明显高于其他类型的农田,并且其表现出显著增加的趋势（P<0.05）,增加速率为0.13 kg·（m²·a）^-1.土壤理化性状和降水量是影响农田SOCD空间分布的重要因素,特别是土壤碱解氮含量对农田SOCD空间分布影响最大,且它分别与纬度、土壤类型、降水量及土壤pH等因素交互后影响力显著增强,本研究结果对我国农田温室气体减排增汇提供重要的科学依据.     

Shallow groundwater nitrogen responses to different land use managements in the riparian zone of Yuqiao Reservoir in North China

This field study investigated the nitrogen concentrations in the shallow groundwater from an ephemeral stream and four land uses:cropland,two-year restored (2yr) and five-years restored (5yr) woodlands,fishponds,and the nitrogen flux in the riparian zone of Yuqiao Reservoir.The groundwater nitrate-N concentrations in cropland were the highest among the four land uses.Total dissolved nitrogen (TDN) and nitrate-N concentrations in the 2yr woodland were significantly (p<0.05) higher than in 5yr woodland.The lowest nitrogen concentrations were detected in fishponds.Nitrate-N was the main form in cropland and 2yr woodland,whereas both nitrate-N and diSSolved organic nitrogen (DON) were the main species in 5yr woodland and fishponds.But,ammonium-N was the main form in the ephemeral stream.During the rainy season,the groundwater flow wim dissolved nitrogen drains from upland into the reservoir along the hydraulic gradient.The woodland between the cropland and reservoir could act as a buffer to retain shallow groundwater nitrogen.The dominant form of ammonium-N in the groundwater TDN pool in ephemeral stream indicated that nitrogen from the village and orchard in upland flowed into the reservoir via subsurface flow.The fishpond Was not an important pollution source for nitrogen transfer via shallow groundwater.     

十七世纪中叶以来长三角地区耕地演变特征及影响因素分析

自十七世纪中叶清朝康熙年间推行土地政策以来,长三角地区耕地变化速度显著加快,对现代社会—经济—环境产生了巨大影响。在前人研究基础上,系统收集了长三角地区十七世纪以来的耕地数据,选择海拔、坡度、土壤与河流距离和人口密度等影响因子,利用SPSS软件进行二元Logistic回归,结合不同时期耕地分布影响因子权重,重建1661—2020年长三角地区耕地演变数据,基于此探索历史耕地的空间分异规律和时间演变过程,系统分析不同时期耕地变化驱动因素。研究发现：长三角地区耕地数量呈现“M”型波动上升趋势,在空间分布上表现为“北多南少”,其空间格局呈“西进北扩,纵深扩散”的演变态势。清朝时期,自然地理环境是影响耕地空间分布的重要因素;农业政策和技术随着社会发展逐渐成为耕地变化的主要原因。改革开放后,工业化城镇化进程加快与生态退耕项目的推进导致长三角地区耕地持续减少。历史时期长三角耕地格局持续受到地理环境因素的影响,呈现出动态变化的特征。在地理变迁与耕地格局演变的过程中,自然地理环境在宏观层面上影响耕地格局的形成与演变,始终是耕地格局演绎变迁的基底,也是区域人文景观的基础。人文地理环境则在微观层面深入且细致地改变耕地格局,反映了人类对自然的开发实践。长三角地区耕地的变化体现了人与地理环境之间的博弈,反映出“人地关系”理念的转变。区域发展规划应突显长三角的生态环境优势,打造区域一体化的生态景观廊道,在可持续发展观的指导下推进生态文明建设和美丽中国建设。     

西北旱区农田土壤N_2O排放空间变化特征及影响因素探讨

旱地农田土壤被认为是重要的N_2O排放源,但排放通量及影响因素仍存在不确定性。对西北干旱半干旱地区农田土壤N_2O的排放分析表明,全区N_2O排放通量相对较低,20世纪80—90年代呈波动式增长。N_2O排放的空间格局总体呈现从东南向西南逐渐减少的趋势。陕西地区排放量为75.58 t?a-1,贡献了全区50%的N_2O排放。过量的氮肥施用、较高的降水量以及明显的增温效应是陕西南部N_2O排放增强的主要原因。