農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)

周文婷，黃毅斌，王義祥，鐘珍梅，翁伯琦

(1.福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，福建 福州 350007； 2.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所，福建 福州 350013)

隨著全球氣候變化研究的不斷深入，對(duì)全球氣候變暖形成原因的理解也產(chǎn)生了一些分歧：一部分人認(rèn)為人類(lèi)改造自然的活動(dòng)是全球氣候變暖的主要原因[1]；另一部分人認(rèn)為全球氣候變暖是氣候周期性變化的結(jié)果，太陽(yáng)活動(dòng)和火山活動(dòng)是引起變化的主要原因，而人類(lèi)活動(dòng)不是決定性原因[2-4]。但不論主要原因是什么，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)整個(gè)地球系統(tǒng)產(chǎn)生的巨大影響不容忽視，人類(lèi)活動(dòng)排放出以CO2為主的溫室氣體引起了全球碳循環(huán)的變化，進(jìn)而影響到全球氣候的變化。碳循環(huán)研究在此種局勢(shì)下顯示出極為重要的意義。

根據(jù)Falkowski等[5]的研究結(jié)果，陸地生態(tài)系統(tǒng)蓄積了總量大約為2 000 Gt(1 Gt=1×1015g)的碳，盡管相較于巖石圈>6×107Gt和海洋3.84×104Gt的碳量十分微弱，但是人類(lèi)主要的生產(chǎn)生活空間位于陸地上，其行為直接影響陸地生態(tài)系統(tǒng)，使得這部分碳儲(chǔ)量的變化體現(xiàn)出非同一般的可變性和極為顯著的重要性。土壤碳庫(kù)是溫室氣體重要的釋放源，也是重要的吸收匯[6]。人類(lèi)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，導(dǎo)致全球碳循環(huán)中的最大不確定性主要來(lái)自陸地生態(tài)系統(tǒng)。陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程可以解釋為：植物通過(guò)光合作用使大氣中的CO2形成有機(jī)物并固定在體內(nèi)，而后，一部分有機(jī)物通過(guò)植物的呼吸作用和土壤及枯枝落葉層中有機(jī)質(zhì)的降解返還大氣。這一個(gè)循環(huán)過(guò)程就形成了大氣-陸地植被-土壤-大氣整個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)[7]。

在人類(lèi)活動(dòng)中，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)有著巨大的影響，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不僅改變了原有的土地利用方式，原有植被種類(lèi)，甚至土壤類(lèi)型，且對(duì)原有碳循環(huán)產(chǎn)生了極為重要的影響。1850-1990年期間，土地利用變化造成的CO2排放量約為124 Gt，而其中貢獻(xiàn)最大的是農(nóng)業(yè)的擴(kuò)張。在農(nóng)業(yè)活動(dòng)中，耕地所造成的總凈通量約占68%，牧草占13%，遷移農(nóng)業(yè)占4%[8]。人類(lèi)活動(dòng)已經(jīng)強(qiáng)烈改變了原有的全球碳循環(huán)模式[8]。

1 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳源？碳匯？

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是碳匯還是碳源，這是首先需要回答的問(wèn)題。

農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)既可以是碳匯，也可以是碳源。農(nóng)業(yè)碳排放主要源于農(nóng)業(yè)廢棄物、家畜腸道發(fā)酵、家畜糞便管理、農(nóng)業(yè)能源利用、稻田以及生物燃燒。而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳主要固定在作物和土壤中。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，農(nóng)田管理措施、土壤性質(zhì)是影響土壤有機(jī)碳固定、轉(zhuǎn)化及釋放的主要因素，同時(shí)還受土地利用方式、植物品種、氣候變化等多種因素影響[6]。不同的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)因自身特點(diǎn)呈現(xiàn)出不同的碳通量，同一農(nóng)業(yè)系統(tǒng)因管理方式或利用方式不同，甚至可以由碳源(匯)轉(zhuǎn)變?yōu)樘紖R(源)。如趙成義[9]利用田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)及地面調(diào)查數(shù)據(jù)對(duì)綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)玉米(Zeaymays)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)對(duì)CO2的固碳量最大，24 h固定量可達(dá)38.47 g·m-2，就年固碳量來(lái)看，綠洲玉米生態(tài)系統(tǒng)可達(dá)141.66 t CO2·hm-2·a-1，遠(yuǎn)高于小麥(Triticumaestivum)生態(tài)系統(tǒng)的122.60 t CO2·hm-2·a-1和棉花(Gossypiumspp.)生態(tài)系統(tǒng)的50.39 t CO2·hm-2·a-1；高山草地對(duì)CO2也有凈固定能力，24 h固定量可達(dá)11.52 g·m-2；而云杉(Piceaasperata)林地對(duì)CO2有凈釋放能力，24 h釋放量為4.22 g·m-2。

20世紀(jì)80年代以前，我國(guó)農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳總體上以釋放為主，進(jìn)入20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，我國(guó)土壤有機(jī)碳總體上出現(xiàn)了穩(wěn)定和增加的趨勢(shì)。田云和張俊飚[10]將1995-2010年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排量、碳匯量進(jìn)行測(cè)算，發(fā)現(xiàn)中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)均表現(xiàn)為碳匯功能；總體上中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排量、碳匯量和凈碳匯量均保持上升態(tài)勢(shì)。得此結(jié)果，一方面是由于農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)向多元化發(fā)展，高產(chǎn)高效和保護(hù)性農(nóng)業(yè)技術(shù)得到推廣應(yīng)用；另一方面是由于全國(guó)范圍的區(qū)域農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)計(jì)劃的實(shí)施，土壤得到保持和培肥，土壤有機(jī)碳得以積累[11]。盡管目前中國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)尚能夠發(fā)揮其較好的碳匯功能，但是根據(jù)多位學(xué)者估算,中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)年碳排放量仍不容樂(lè)觀。目前，中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)碳排量呈增加趨勢(shì)，且東部地區(qū)>中部地區(qū)>西部地區(qū)(表1)。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)主要影響因素

2.1農(nóng)業(yè)管理方式 與常規(guī)耕作方式相比，免耕少耕措施對(duì)土壤有機(jī)碳庫(kù)增加和微生物量碳變化有顯著影響，已有眾多研究表明，免耕少耕可顯著增加土壤有機(jī)碳含量。王小彬等[15]對(duì)旱地農(nóng)田不同耕作系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，得出傳統(tǒng)的耕作下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中包括耕作、施肥、農(nóng)藥和灌溉等投入可成為重要的溫室氣體排放“源”，直接或間接影響系統(tǒng)的能耗和土壤碳循環(huán)及有機(jī)質(zhì)分解，在此過(guò)程中排放和釋放CO2，旱地農(nóng)田為碳源，而少耕和免耕的農(nóng)田呈現(xiàn)為碳匯，且免耕農(nóng)田碳匯效應(yīng)大于少耕農(nóng)田。傳統(tǒng)的耕作方式破壞土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，使土壤有機(jī)碳失去保護(hù)暴露出來(lái)；耕作中表層的土壤充分混合，干濕交替的頻度和強(qiáng)度增加，土壤的通氣性及孔性變好，土壤水分及其溫度狀況均得到一定改善，微生物活性提高，加速土壤有機(jī)碳的分解[16]。有研究者指出，免耕是否有利于增加土壤碳截存，依賴(lài)于實(shí)施免耕措施的時(shí)間長(zhǎng)短。對(duì)傳統(tǒng)耕作的農(nóng)田實(shí)行免耕，在剛開(kāi)始實(shí)行階段，不僅不會(huì)提高地壤碳截存，甚至?xí)鹜寥捞冀卮娴慕档停绻L(zhǎng)期實(shí)施免耕措施，則會(huì)有利于增加土壤碳截存[17]。在棄用地上種植一些四季常綠的植物，將產(chǎn)生額外的環(huán)境效益，再采用少耕免耕的農(nóng)業(yè)措施，將大大提高棄用地對(duì)大氣中CO2的固定[16]。Hollinger等[18]研究了免耕條件下美國(guó)西部地區(qū)玉米和大豆(Glycinemax)輪作農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡，結(jié)果表明，在田間尺度上，玉米和大豆地均表現(xiàn)為碳匯，每年的凈吸收量分別為576和33 g·m-2。研究者在美國(guó)、加拿大、中國(guó)等地區(qū)進(jìn)行試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)、不同土壤類(lèi)型以及不同開(kāi)墾年限，開(kāi)墾對(duì)土壤有機(jī)碳含量產(chǎn)生的影響不同，有機(jī)質(zhì)含量下降變化幅度在10%～60%，可使原有系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為碳源，或碳源效益加深[19-20]。

表1 中國(guó)農(nóng)業(yè)碳排放量Table 1 Agricultural carbon emissions in china

化肥的使用能改變土壤有機(jī)碳含量。有研究認(rèn)為，長(zhǎng)期施用農(nóng)業(yè)化肥有利于土壤有機(jī)碳含量增加[21]。尤其在有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤上，施用足量化肥對(duì)提高土壤有機(jī)碳含量具有極為顯著的作用，同時(shí)也認(rèn)為化肥對(duì)土壤有機(jī)碳的影響有一定的限度[22]。但也有研究認(rèn)為，農(nóng)作物施用化肥與農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳間存在顯著的負(fù)相關(guān)[23]。只有化肥與有機(jī)肥配合施用才有利于土壤有機(jī)碳含量的增加[24]。

不同的農(nóng)業(yè)管理措施會(huì)使土地有不同的固碳潛力，已有多位學(xué)者進(jìn)行了估算(表2)。對(duì)多種農(nóng)業(yè)管理措施的固碳潛力進(jìn)行比較，其中合理施肥的固碳作用最大，其次是構(gòu)建農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)與施糞肥；而免耕、保護(hù)性耕作和作物還田的固碳作用不明顯。因此，人類(lèi)進(jìn)行農(nóng)事活動(dòng)時(shí)，可多選擇合理施肥、構(gòu)建農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)、種草、輪作等相對(duì)固碳作用較強(qiáng)的農(nóng)業(yè)管理措施，以更好地發(fā)揮農(nóng)業(yè)碳匯功能。

表2 不同管理措施下的農(nóng)業(yè)固碳潛力Table 2 Estimation of potentials for agricultural carbon sequestration by different management practices

2.2土地利用方式 根據(jù)IPCC估算，由于土地利用變化引起的CO2排放量能夠達(dá)到人類(lèi)活動(dòng)引起的總排放量的1/3[35]，通過(guò)土地利用方式的轉(zhuǎn)變將會(huì)增加1.6×1015g的碳排放[36]。土地利用形式變化是除了石油燃燒之外引起大氣 CO2濃度升高最為重要的因素，其中主要是農(nóng)業(yè)用地面積(耕地和牧場(chǎng))的擴(kuò)大和森林面積的減少。這一土地利用的變化不但會(huì)降低地上植被碳截存，還會(huì)引起地下土壤碳截存的下降；林地或草地轉(zhuǎn)變?yōu)楦夭坏珪?huì)引起土壤有機(jī)碳的下降，而且經(jīng)過(guò)多年的種植后，土壤中的有機(jī)碳仍然不能恢復(fù)到土地利用前的水平[23]。孟靜娟等[37]將水田修整為橘園后，最初幾年土壤的固碳能力明顯降低，而這是由于當(dāng)土地利用方式變化時(shí)，受到人為擾動(dòng)，土壤呼吸和有機(jī)碳分解速率加快，土壤的緩性碳庫(kù)與惰性碳庫(kù)會(huì)降低，相對(duì)的碳匯能力下降。

林地和草地向農(nóng)田轉(zhuǎn)化是目前農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中較主要的土地利用變化方式，這種改變會(huì)造成地表有機(jī)質(zhì)的侵蝕，增加有機(jī)碳的損失。研究表明，在農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)大量天然草地被開(kāi)墾為農(nóng)田時(shí)，會(huì)加速有機(jī)質(zhì)分解，使0-50 cm土層有機(jī)質(zhì)含量大大降低[38]。而生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)、保護(hù)與管理實(shí)踐可以?xún)?chǔ)存、維持和增大土壤碳截存[39]，通過(guò)對(duì)果園土地的生草處理，每年可增加3 400.0 kg·hm-2的有機(jī)碳儲(chǔ)量[40]；Kroodsma和Field[41]將稻田改種葡萄(Vitisvinifera)及其他果樹(shù)，經(jīng)過(guò)多年生長(zhǎng)后，發(fā)現(xiàn)碳匯分別增加了23.0%及54.4%。

2.3全球變暖 有研究指出陸地生態(tài)系統(tǒng)在溫暖時(shí)期多表現(xiàn)為碳源，而在冷涼時(shí)期多表現(xiàn)為碳匯，研究者指出隨著溫度升高，火災(zāi)和呼吸作用釋放的CO2要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于植物的凈初級(jí)生產(chǎn)量的增加[42-43]。在目前大氣CO2濃度下，C3植物光合作用沒(méi)有達(dá)到飽和，CO2濃度增加能夠提高光合作用水分利用效率，延長(zhǎng)季節(jié)性干旱生態(tài)系統(tǒng)植被生長(zhǎng)期，增加C3和C4植物凈初級(jí)生產(chǎn)量[5,44-45]。溫度升高和溫室氣體增加可提高光合效率和干物質(zhì)積累，光合產(chǎn)物向根際輸出量比例增大，從而將導(dǎo)致土壤有機(jī)碳輸入量增加。眾多研究表明，CO2濃度升高，更多的碳將貯存于地下。大氣CO2濃度升高也將影響土壤有機(jī)碳的分解過(guò)程。大氣CO2濃度升高，植被的群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，植物地上部分生物量增加，使進(jìn)入土壤的凋落物數(shù)量增加。CO2濃度升高，植物的光合特性改變，葉片的化學(xué)成分也會(huì)發(fā)生一定變化，如非結(jié)構(gòu)性碳水化合物含量增加，次生代謝物如酚類(lèi)含量增加。這些將影響凋落物的成分及其在土壤中的降解速率[6]。CO2濃度升高后，易分解水溶性碳輸入土壤量增大，抑制了植物殘?bào)w和原有土壤有機(jī)質(zhì)的降解，從而促進(jìn)土壤有機(jī)物的累積[46]。隨著全球變暖，一些地區(qū)降水會(huì)持續(xù)增加，降水和濕度增加不僅能夠給植物根系提供更多水分，而且額外的濕度使植物的氣孔張開(kāi)的更大，讓更多的CO2進(jìn)入植物體，使光合作用過(guò)程更為迅速。但情況如果相反，許多碳匯功能將迅速消失[44]。

也有相反的研究結(jié)果，北溫帶和溫帶歐洲陸地植被生長(zhǎng)期在一段研究時(shí)間內(nèi)有所延長(zhǎng)，增加了生產(chǎn)量和碳儲(chǔ)量，但CO2通量測(cè)定卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些生態(tài)系統(tǒng)有明顯的響應(yīng)成為凈碳匯[47]。在溫度升高的環(huán)境下，微生物異養(yǎng)呼吸增強(qiáng)，會(huì)抵消因CO2濃度增加引起植物凈初級(jí)生產(chǎn)量增加的量，甚至超過(guò)這一部分的量[5]。溫室氣體增加，全球變暖，土壤溫度上升，將促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，因此，有學(xué)者認(rèn)為土壤總有機(jī)質(zhì)含量保持恒定不變[48-49]。

綜合上述研究，全球變暖對(duì)于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)主要碳循環(huán)過(guò)程和植被、土壤碳庫(kù)、凋落物的影響是必然的，但是在氣候變暖條件下，農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)究竟表現(xiàn)為碳源或碳匯功能尚存在很大爭(zhēng)議。

3 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究方法——模型模擬

隨著人們對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程的不斷深入研究，應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)模型逐漸發(fā)展起來(lái)。模型方法能夠綜合氣候、大氣和人類(lèi)活動(dòng)等諸多因素，綜合分析碳循環(huán)的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程及其反饋關(guān)系；能夠跨越時(shí)空尺度范圍，分析過(guò)去和預(yù)測(cè)未來(lái)的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳源/碳匯分布特征。因此，模型方法日益成為農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究中運(yùn)用最多的方法。

目前農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究模型有10余種，較為成熟的有RothC、CENTURY、DNDC和CASA。這些模型以氣象、土壤、土地利用和農(nóng)田管理等為驅(qū)動(dòng)條件，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)生、分解和轉(zhuǎn)化等過(guò)程進(jìn)行數(shù)字模擬。

RothC模型是在英國(guó)洛桑試驗(yàn)站長(zhǎng)期試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立的土壤有機(jī)碳周轉(zhuǎn)模型。該模型將有機(jī)碳庫(kù)分為易分解植物殘?bào)w、難分解植物殘?bào)w、微生物生物量、腐殖化有機(jī)質(zhì)和惰性有機(jī)質(zhì)。此模型僅與土壤過(guò)程有關(guān)，不含植物生長(zhǎng)的子模型，不計(jì)算作物地上生物量歸還到土壤中的有機(jī)碳數(shù)量。主要考慮的參數(shù)包括土壤溫度、濕度、粘粒含量、植被覆蓋、有機(jī)物料類(lèi)型及有機(jī)碳投入量等。RothC模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所需參數(shù)比較容易獲得，通常可以較好模擬耕層土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)[50]。

CENTURY模型是評(píng)價(jià)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳演變最為有效的工具之一，起初用于模擬草地生態(tài)系統(tǒng)的碳、氮、磷、硫等元素的長(zhǎng)期演變過(guò)程，之后加以改進(jìn)擴(kuò)展到森林、稀樹(shù)草原、農(nóng)田等生態(tài)系統(tǒng)中。CENTURY模型主要輸入?yún)?shù)包括月平均最高氣溫，月平均最低氣溫，月降水量，作物木質(zhì)素含量，作物氮、磷、硫等元素含量，土壤質(zhì)地，大氣及土壤的氮輸入以及初始土壤碳、氮、磷、硫的含量。正確而有效地確定參數(shù)，從而使CENTURY模型運(yùn)行有效，是整個(gè)模型應(yīng)用過(guò)程中的關(guān)鍵。就農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)而言， CENTURY模型需要以下參數(shù)：作物參數(shù)、耕作方式參數(shù)、施肥參數(shù)、收獲參數(shù)、有機(jī)肥參數(shù)和地點(diǎn)參數(shù)[51]。

DNDC(反硝化-分解)模型是以模擬農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中碳氮循環(huán)為目的的生物地球化學(xué)模型。該模型由6個(gè)子模型構(gòu)成，分別描述了土壤有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)生、分解和轉(zhuǎn)化過(guò)程，最后給出土壤有機(jī)碳各組分動(dòng)態(tài)含量和CO2、CH4、N2、NO和N2O等溫室氣體通量。該模型由區(qū)域性輸入數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)支持，所輸入數(shù)據(jù)主要分為兩大部分，一部分直接與地理坐標(biāo)有關(guān)，如地形、氣候、植被類(lèi)型和土壤類(lèi)型；另一部分與地理坐標(biāo)沒(méi)有直接關(guān)系，如農(nóng)作物生理特征、耕作制度、施肥和土壤理化性質(zhì)等。該模型基本設(shè)計(jì)思路是在驗(yàn)證點(diǎn)位模型的基礎(chǔ)上根據(jù)各區(qū)域農(nóng)作制度不同特點(diǎn)來(lái)編制運(yùn)行DNDC區(qū)域模型GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，并在數(shù)據(jù)庫(kù)支持下運(yùn)行模型[52]。

CASA(Carnegie-Ames-Stanford Approach)模型是一種整合遙感參數(shù)和生理生態(tài)參數(shù)的一個(gè)陸地生態(tài)系統(tǒng)碳通量模型，該模型所需參數(shù)少，模擬值精度高，已廣泛應(yīng)用于大尺度陸地生態(tài)系統(tǒng)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力和碳通量的研究中。該模型是通過(guò)計(jì)算植被層吸收的入射光合有效輻射和植被將其轉(zhuǎn)化為植物有機(jī)碳的效率從而得到植被凈初級(jí)生產(chǎn)力。該模型中，植被凈初級(jí)生產(chǎn)力主要由植被吸收的光合有效輻射和光能轉(zhuǎn)化率兩個(gè)變量決定[53]。

中國(guó)農(nóng)業(yè)植被凈初級(jí)生產(chǎn)力模型(Crop-C)，是一個(gè)具有普適性的模型，它以稻麥作物凈初級(jí)生產(chǎn)力模型為基本框架，其模擬對(duì)象為占我國(guó)農(nóng)作物總播種面積2/3的水稻、小麥、玉米、棉花、油菜(Brassicanapus)和大豆。此模型主要包括兩大功能模塊：光合作用和呼吸作用；土壤-作物系統(tǒng)氮素運(yùn)移。光合作用和呼吸作用綜合考慮了環(huán)境因子和氮素的影響，土壤-作物系統(tǒng)氮素運(yùn)移包括了作物氮素吸收、土壤氮礦化和化肥氮釋放。經(jīng)模型分析得出，氣候變暖將降低作物凈初級(jí)生產(chǎn)力。該模型關(guān)鍵輸入?yún)?shù)包括輻射、溫度、降水、大氣CO2濃度、土壤全氮含量和施氮量。關(guān)鍵參數(shù)的微小偏差會(huì)導(dǎo)致結(jié)果的明顯差異，且主要輸入?yún)?shù)響應(yīng)的敏感性依次為溫度>光合有效輻射>大氣CO2濃度>土壤全氮含量>施氮量>降水[54]。

4 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究存在問(wèn)題與展望

4.1強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的多機(jī)制多層次相關(guān)分析 農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)既是碳源又是碳匯，不同的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及不同的管理利用方式等因素都會(huì)使該農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)在碳源碳匯之間轉(zhuǎn)換。目前對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)影響因素的研究多側(cè)重于對(duì)單因素的考慮，對(duì)多因素考慮尚存在缺陷，且對(duì)多種因素間的聯(lián)系及其聯(lián)系過(guò)程沒(méi)有充分認(rèn)識(shí)。全球變暖對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳效應(yīng)的影響仍然存在很大爭(zhēng)議，溫室氣體增加和溫度上升與碳通量正負(fù)相關(guān)性仍未能解決[7]。未來(lái)可從氣候條件、經(jīng)營(yíng)管理方式、植物生長(zhǎng)特點(diǎn)及土壤碳素轉(zhuǎn)化等其它影響因素綜合分析，從而得出更加全面合理的碳循環(huán)結(jié)論。

4.2強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的長(zhǎng)時(shí)間大尺度的觀測(cè)研究 陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳匯/源的時(shí)空變化尚未確定。缺乏對(duì)不同生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、養(yǎng)分循環(huán)、水循環(huán)、能量利用、植物光合量、植物呼吸量、土壤呼吸量、土壤碳含量和土壤氮含量的長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù)，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間大尺度的研究。缺乏對(duì)生物地球化學(xué)過(guò)程和物理氣候過(guò)程之間耦合的研究[55]。由于全球及長(zhǎng)時(shí)間大尺度的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究存在相當(dāng)大的不確定性，而遙感觀測(cè)技術(shù)恰好能夠提供大尺度范圍和長(zhǎng)時(shí)間的檢測(cè)、定量化的調(diào)查，因此，可通過(guò)定量化的大尺度農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究以準(zhǔn)確地評(píng)估農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳匯/碳源的時(shí)間和空間分布格局。

4.3強(qiáng)化農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)方法和網(wǎng)絡(luò)連接 目前有關(guān)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳循環(huán)研究多相對(duì)獨(dú)立且實(shí)驗(yàn)技術(shù)差異較大，因此較難將大范圍的碳通量及碳儲(chǔ)量進(jìn)行完整對(duì)比與綜合評(píng)估。有必要建立統(tǒng)一的觀測(cè)方法與網(wǎng)絡(luò)連接，以保證資料數(shù)據(jù)的可比性和連續(xù)性。

4.4改進(jìn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的模型方法 目前碳循環(huán)研究運(yùn)用較多的是模型方法，該方法應(yīng)用時(shí)多采用一些定量化結(jié)果，而此結(jié)果多采用的是一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，具有很多不確定性，易造成模型模擬結(jié)果的差異性。該方法很難真實(shí)反映農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)模型的建立，應(yīng)更加注重過(guò)程機(jī)理的動(dòng)態(tài)研究，加強(qiáng)其在多種機(jī)制影響下多層次綜觀考量的定量研究；且可將模型與遙感、GIS技術(shù)結(jié)合，模擬大尺度的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)過(guò)程。

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