天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的測(cè)度分析

沈體忠 (湖北省天門市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，湖北 天門 431700)

天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的測(cè)度分析

沈體忠 (湖北省天門市農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)站，湖北 天門 431700)

應(yīng)用2003～2012年湖北省天門市耕地面積、農(nóng)作物產(chǎn)量、農(nóng)田投入等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收、碳排放和碳足跡進(jìn)行了定量測(cè)度分析。結(jié)果表明，10a來(lái)，農(nóng)作物碳吸收量、碳吸收強(qiáng)度呈現(xiàn)出隨著年份的遞進(jìn)而逐年增加的態(tài)勢(shì)，分別由2003年的787.90×103t C、7.24t C/hm2增加到2012年的1 144.01×103t C和10.35t C/hm2；農(nóng)田投入碳排放量及碳排放強(qiáng)度則呈先升后降再上升的變化趨勢(shì)，變化范圍分別為(89.04～106.12)×103t C/a和0.82～0.98t C/(hm2·a)，化肥為主要碳排放源；農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為碳匯，其碳足跡呈現(xiàn)出隨著年份的遞進(jìn)而逐年減少的態(tài)勢(shì)，由2003年的48.81×103hm2減少至2012年的37.70×103hm2，占同期耕地面積比重的34.12%～44.85%，明顯小于區(qū)域生態(tài)承載力。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)；碳吸收；碳排放；碳足跡；天門市

由溫室氣體引起的全球變暖問(wèn)題已引起國(guó)際社會(huì)的普遍關(guān)注，隨著全球變暖成為社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)，碳足跡(carbon footprint)成為一個(gè)新的研究方法并迅速得到學(xué)術(shù)界的認(rèn)可[1]?！白阚E”這個(gè)概念最早起源于哥倫比亞大學(xué)的Rees和Wackernagel提出的生態(tài)足跡(ecological footprint)的概念，即在現(xiàn)有技術(shù)條件下，按空間面積計(jì)算的支持一個(gè)特定地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和人口的資源消費(fèi)以及廢棄物消納所需的生物生產(chǎn)性土地面積(包括陸地和水域)。碳足跡源于生態(tài)足跡的概念，最先出現(xiàn)于英國(guó)，并在學(xué)界、非政府組織和新聞媒體的推動(dòng)下迅速發(fā)展起來(lái)[2]，是目前國(guó)內(nèi)外普遍認(rèn)同的用于應(yīng)對(duì)氣候變化、解決定量評(píng)價(jià)碳排放強(qiáng)度的研究方法[1]。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，與人類關(guān)系密切，它既是重要的碳源亦是碳匯。一方面，大氣中20%的CO2、70%的CH4和90%的N2O來(lái)源于農(nóng)業(yè)活動(dòng)及其相關(guān)過(guò)程[3]；另一方面，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)又是一個(gè)巨大的碳庫(kù)，主要包括土壤有機(jī)碳庫(kù)和農(nóng)作物生物量碳等。據(jù)韓冰等[4]估算，中國(guó)農(nóng)田土壤生態(tài)系統(tǒng)固碳現(xiàn)狀和潛力分別為101.4 Tg C/a和182.1Tg C/a；另?yè)?jù)段華平等[5]報(bào)道，我國(guó)1990～2009年農(nóng)作物年碳吸收量為525.60～676.13Tg C 。這表明農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在全球碳循環(huán)中具有突出重要的地位。近年來(lái)，我國(guó)一些學(xué)者分別從國(guó)家[5]、省[6]和地市州[7]尺度對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡進(jìn)行了研究，但鮮見(jiàn)縣域尺度的報(bào)道。為此，本研究以天門市為例,從縣域尺度對(duì)該市2003～2012年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡進(jìn)行定量測(cè)度分析，以期為發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

天門市位于鄂中，地處江漢平原北部、漢江下游左岸，跨東經(jīng)112°35′～113°28′，北緯30°23′～30°54′，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)。研究區(qū)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大市，種植業(yè)發(fā)達(dá)。20世紀(jì)80年代以來(lái)就是我國(guó)優(yōu)質(zhì)棉、商品糧的重要生產(chǎn)基地。在21世紀(jì)初的我國(guó)優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域布局中，又被列入長(zhǎng)江流域水稻、棉花優(yōu)勢(shì)區(qū)和長(zhǎng)江中游“雙低”油菜優(yōu)勢(shì)區(qū)，其主要耕作制度為小麥(油菜)-水稻和小麥(油菜)-棉花(大豆)一年兩熟制。

1.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)邊界界定

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)受人為控制的大量物質(zhì)能量輸入輸出的復(fù)雜系統(tǒng)，碳循環(huán)過(guò)程較為復(fù)雜，涉及到系統(tǒng)之間各種形式的物質(zhì)循環(huán)和遷移[8]。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)包括生態(tài)過(guò)程、技術(shù)過(guò)程與經(jīng)濟(jì)過(guò)程，即農(nóng)田生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)。碳循環(huán)主要發(fā)生在生態(tài)系統(tǒng)和技術(shù)系統(tǒng)中。目前在對(duì)碳循環(huán)的研究中多把焦點(diǎn)放在了生態(tài)過(guò)程的碳循環(huán)研究上，即農(nóng)田土壤碳的研究，而忽略了技術(shù)過(guò)程中碳循環(huán)的研究[9]。因此，本研究在估算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡時(shí), 以農(nóng)田生產(chǎn)的生態(tài)系統(tǒng)、技術(shù)系統(tǒng)為邊界,將作物生育期碳吸收量和土壤碳固定量作為主要的碳吸收途徑，而將農(nóng)田投入的碳排放量和土壤呼吸碳釋放量作為主要的碳排放途徑，對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡進(jìn)行定量測(cè)度分析。

1.3 研究方法

1)農(nóng)田生產(chǎn)投入碳排放量的估算 農(nóng)田生產(chǎn)投入碳排放量是指在農(nóng)田生產(chǎn)過(guò)程中投入的化石能源及電力(火電)消耗所產(chǎn)生的CO2。依據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)資料，本研究主要考慮化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油在生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用過(guò)程中直接或間接導(dǎo)致的碳排放以及農(nóng)田灌溉過(guò)程中耗用電能(火電部分)間接產(chǎn)生的碳排放，其計(jì)算公式為：

(1)

表1 主要農(nóng)田投入的碳排放系數(shù)及數(shù)據(jù)來(lái)源

注：IREEA為南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境研究所。

式中，E為農(nóng)田各項(xiàng)投入的碳排放量，tC/a；i為某項(xiàng)農(nóng)田投入；n為農(nóng)田投入的項(xiàng)目數(shù)；Ei為第i項(xiàng)農(nóng)田投入的碳排放量，tC/a；Ti為第i項(xiàng)農(nóng)田投入的數(shù)量，t或hm2(農(nóng)田灌溉面積)；Ki為第i項(xiàng)農(nóng)田投入的碳排放系數(shù)，t(kg)C/t或kgC/hm2。主要農(nóng)田投入的碳排放系數(shù)及數(shù)據(jù)來(lái)源如表1所示。

2)農(nóng)作物生育期碳吸收量的估算 考慮數(shù)據(jù)可獲性，作物碳吸收量采用李克讓[15]提出的根據(jù)作物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)以及碳吸收率來(lái)估算作物生育期內(nèi)通過(guò)光合作用對(duì)碳的吸收量，其計(jì)算公式為：

(2)

表2 主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)與碳吸收率

式中，C為農(nóng)田作物碳吸收量,tC/a；j為某種作物；k為作物的種類數(shù)；Cj為第j種作物全生育期的碳吸收量,tC/a；Xj為第j種作物光合作用合成單位有機(jī)質(zhì)干質(zhì)量所吸收的碳；Yj為第j種作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,t/a；Hj為第j種作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。我國(guó)主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)與碳吸收率見(jiàn)表2[12,15]。

3)農(nóng)田土壤碳固定與碳呼吸的估算 農(nóng)田土壤有機(jī)碳固定和碳呼吸由于缺少逐年的數(shù)據(jù)資料，只能根據(jù)相關(guān)研究的年平均值估算不同年份農(nóng)田土壤的碳固定量與碳呼吸量。金琳等[16]通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)，構(gòu)建農(nóng)田管理情景，分析各管理措施長(zhǎng)期定位試驗(yàn)土壤有機(jī)碳變化量的數(shù)據(jù),估算中國(guó)農(nóng)田管理土壤碳匯量,得出長(zhǎng)江上中游區(qū)農(nóng)田施化肥、施有機(jī)肥、配施化肥與有機(jī)肥、秸稈還田和免耕情景下土壤有機(jī)碳的年均增加分別為0.36、0.92、1.15、1.03、3.26tC/(hm2·a)，本研究以其平均值1.34tC/(hm2·a)為研究區(qū)農(nóng)田土壤的年均固碳速率。

土壤呼吸碳釋放主要來(lái)自植物根系的自養(yǎng)呼吸和根際呼吸以及土壤有機(jī)碳的異養(yǎng)分解[17]。李潔靜等[18]在太湖地區(qū)長(zhǎng)期不同施肥條件下，水稻—油菜輪作生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2的年釋放量為3.04tC/hm2；孟磊等[19]在河南封丘中國(guó)科學(xué)院封丘農(nóng)業(yè)生態(tài)國(guó)家實(shí)驗(yàn)站長(zhǎng)期定量施肥條件下，冬小麥—玉米輪作生態(tài)系統(tǒng)土壤CO2的年釋放量為3.02tC/hm2。根據(jù)天門市實(shí)際情況取兩者的平均值3.03tC/(hm2·a)為本研究土壤年均碳呼吸量。

4)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的核算 本研究將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡看作生態(tài)足跡的一部分，將其定義為消納農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量所需的生產(chǎn)性土地面積，即由農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量與單位面積碳吸收能力的比值得到，其計(jì)算公式為：

(3)

(4)

(5)

式中：CEF為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡，hm2/a；ECE為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量，tC/a，包括農(nóng)田投入碳排放量(E)和土壤呼吸碳釋放量(EH)；NEP為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收能力，tC/(hm2·a)；C為作物碳吸收量，tC/a；CG為土壤碳固定量，tC/a；S為耕地面積，hm2。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡如果超過(guò)了生態(tài)承載力(capacity)，那么就會(huì)出現(xiàn)碳生態(tài)赤字；如果小于生態(tài)承載力，則表現(xiàn)為碳生態(tài)盈余。

(6)

(7)

式中：CED為碳生態(tài)赤字；CER為碳生態(tài)盈余；CEC為生態(tài)承載力，即耕地面積。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究計(jì)算所需的耕地面積、農(nóng)作物播種面積、農(nóng)作物產(chǎn)量、化肥施用量、農(nóng)藥施用量、農(nóng)膜使用量、柴油使用量和農(nóng)田灌溉面積等數(shù)據(jù)均來(lái)自于2003～2012年《天門統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)田作物碳吸收及其特征分析

1)農(nóng)田作物碳吸收量與碳吸收強(qiáng)度 由表3可知，天門市農(nóng)作物年碳吸收量呈現(xiàn)出隨著年份的遞進(jìn)而逐年增加的態(tài)勢(shì)，由2003年的787.90×103tC逐年增加到2012年的1144.01×103tC，增幅達(dá)45.20%，年均遞增率為1.17%。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，水稻、小麥2大糧食作物的碳吸收量呈明顯波動(dòng)增加趨勢(shì)，其碳吸收量分別從2003年的277.68×103tC、36.27×103tC波動(dòng)增加到2012年的443.87×103tC和164.63×103tC，增長(zhǎng)59.85%與353.90%，年均遞增率1.48%和4.84%，是天門市農(nóng)作物碳吸收量逐年增加的主要原因。

由于天門市耕地面積從2003年的108.83×103hm2逐年下降到2008年的106.98×103hm2，然后再逐年增加到2012年的110.48×103hm2，因此有必要分析單位耕地面積的碳吸收強(qiáng)度。由表3可知，單位耕地面積的碳吸收強(qiáng)度與農(nóng)作物年碳吸收量的變化趨勢(shì)一致，由2003年的7.24tC/hm2逐年遞增到2012年的10.35tC/hm2，增幅42.96%，年均遞增率為1.12%。其碳吸收強(qiáng)度高于全國(guó)[5]的4.44～5.92tC/(hm2·a)、江蘇省[6]的6.04～7.71tC/(hm2·a)和上海市[12]的5.88～8.07tC/(hm2·a)。這可能與研究區(qū)一年兩熟的耕作制度，水稻、棉花、油菜等優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品和小麥的規(guī)?；N植，雜交水稻、雜交棉花、雙低油菜品種的普及以及農(nóng)作物高產(chǎn)栽培技術(shù)的推廣應(yīng)用等因素有關(guān)。

表3 天門市2003～2012年農(nóng)作物碳吸收量與碳吸收強(qiáng)度

2)不同農(nóng)作物碳吸收強(qiáng)度及對(duì)碳吸收量的貢獻(xiàn) 由表4可知，水稻單位播種面積碳吸收強(qiáng)度最大，其平均值為6.96t C/(hm2·a)；其次是玉米和棉花，分別為5.84和5.55t C/(hm2·a)；蔬菜最低，僅為1.50t C/(hm2·a)；其余6種(類)作物則分布在3.03～3.96t C/(hm2·a)之間。經(jīng)計(jì)算，10種(類)作物單位播種面積的碳吸收強(qiáng)度加權(quán)平均值為4.40t C/(hm2·a)。這表明，水稻具有高于旱作物的固碳能力，在同等單位耕地面積上，可以固定更多的碳。從不同農(nóng)作物對(duì)碳吸收量的貢獻(xiàn)看(表4)，水稻的貢獻(xiàn)最大，貢獻(xiàn)率為37.86%；其次是棉花，為22.06%；再次是油菜和小麥，分別為16.11%和11.96%。這4種農(nóng)作物的貢獻(xiàn)率高達(dá)87.99%，而水稻的貢獻(xiàn)率又居于主導(dǎo)地位，其種植面積或單產(chǎn)的變動(dòng)對(duì)農(nóng)作物碳吸收量的變化趨勢(shì)具有舉足輕重的作用。鑒于此，從固碳角度考慮，今后應(yīng)以高固碳作物水稻為抓手，優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，擴(kuò)大水稻播種面積，主攻單產(chǎn)，充分挖掘它的固碳潛力，這對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排，發(fā)展碳匯農(nóng)業(yè)，不失為一項(xiàng)行之有效的舉措。

表4 天門市2003～2012年不同農(nóng)作物碳吸收強(qiáng)度與貢獻(xiàn)率

2.2 農(nóng)田投入碳排放及其特征分析

1)農(nóng)田投入碳排放量與碳排放強(qiáng)度 由表5可知，與農(nóng)作物碳吸收不同，農(nóng)田投入碳排放量呈先升后降再上升的變化趨勢(shì)，其中2003～2009年碳排放量為上升期，碳排放量由89.04×103t C逐年上升到105.55×103t C；2010年開(kāi)始下降，2011年降到102.53×103t C；2012年又再度上升，并超過(guò)2009年的碳排放量,為106.12×103t C，增幅19.18%，年均遞增率為0.55%。從碳排放強(qiáng)度看(表5)，與農(nóng)田投入碳排放量變化趨勢(shì)基本一致,由0.82t C/(hm2·a)上升到0.98t C/(hm2·a)，漲幅為19.51%。但碳排放強(qiáng)度高于全國(guó)[5]的0.46～0.71t C/(hm2·a)，這應(yīng)引起天門市有關(guān)方面的高度重視。

表5 天門市2003～2012年農(nóng)田投入碳排放量及碳排放強(qiáng)度

2)不同農(nóng)田投入碳排放強(qiáng)度及對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn) 由表6可知，在5種主要農(nóng)田投入碳排放途徑中，其平均碳排放強(qiáng)度化肥>農(nóng)藥>農(nóng)用柴油>農(nóng)膜>農(nóng)田灌溉，它們分別為0.59、0.22、0.02、0.08、0.01t C/(hm2·a)，其中化肥的碳排放強(qiáng)度是農(nóng)藥的2.68倍、農(nóng)用柴油的7.38倍、農(nóng)膜的2.95倍和農(nóng)田灌溉的59倍，而農(nóng)藥的碳排放強(qiáng)度則是農(nóng)用柴油的2.75倍、農(nóng)膜的11倍、農(nóng)田灌溉的22倍。從不同農(nóng)田投入對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)看(表6)，也是化肥>農(nóng)藥>農(nóng)用柴油>農(nóng)膜>農(nóng)田灌溉，其中化肥的貢獻(xiàn)最大，貢獻(xiàn)率高達(dá)63.94%，是左右碳排放總量的關(guān)鍵；農(nóng)藥的貢獻(xiàn)率占23.78%，也是一個(gè)不可忽視的重要因素；農(nóng)用柴油與農(nóng)膜的貢獻(xiàn)率只占8.31%和2.83%，對(duì)碳排放量的貢獻(xiàn)有限；而農(nóng)田灌溉的貢獻(xiàn)率僅占1.05%，可忽略不計(jì)。在當(dāng)前化肥碳排放量居高不下、農(nóng)藥碳排放量逐年增加和農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平不斷提高的大背景下，從減排角度考慮，今后應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)放在化肥、農(nóng)藥的碳排放控制上。要大力推廣平衡施肥、有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施、秸稈還田和病蟲(chóng)害綠色防控等低碳農(nóng)業(yè)技術(shù)，提高化肥、農(nóng)藥等高碳型農(nóng)業(yè)投入品的利用率，減少其使用量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

表6 天門市2003～2012年不同農(nóng)田投入碳排放強(qiáng)度與貢獻(xiàn)率

2.3 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡及其特征分析

1)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯量與凈碳匯強(qiáng)度 本研究中凈碳匯量是指農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量與碳排放總量的差值。由表7可知，天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯量變化與農(nóng)作物碳吸收量變化趨勢(shì)相同，也是隨著年份的遞進(jìn)而逐年增加，由2003年的514.94×103t C增加到2012年的851.18×103t C，增幅65.30%，年均遞增率1.58%。而單位耕地面積凈碳匯強(qiáng)度與凈碳匯量變化趨勢(shì)一致，由2003年的4.73t C/hm2增加到2012年的7.70t C/hm2，增長(zhǎng)62.79%，年均遞增率為1.53%。這表明，天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有較強(qiáng)的碳匯功能，其凈碳匯量可補(bǔ)償天門市工業(yè)和居民生活的碳生態(tài)赤字，具有顯著的生態(tài)效應(yīng)。

2)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡與碳足跡效率 由表7可知，天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡與凈碳匯量的變化趨勢(shì)卻相反, 則隨著年份的遞進(jìn)而逐年減少，由2003年的48.81×103hm2減少到2012年的37.70×103hm2，減幅達(dá)29.47%，年均遞減率為0.81%。同時(shí)，由于生態(tài)足跡的逐年減少，其碳生態(tài)盈余也逐年增加，即由2003年的60.02×103hm2增加到2012年的72.78×103hm2，增幅為21.26%，年均遞增0.60%。也就是說(shuō)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)每年排放的CO2僅需34.12%～44.85%的耕地面積來(lái)消納。韓召迎等[7]將農(nóng)田碳吸收量與碳足跡的比值定義為碳足跡效率，此值越大，表示碳足跡效率越大，反之，則碳足跡效率越小。由表7可見(jiàn)，天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡效率逐年增大，由2003年的19.13t C/hm2逐年增大到2012的34.27t C/hm2，增幅79.14%，年均遞增率為1.84%。這主要由農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收能力逐年增強(qiáng)所致。今后還需要在保障農(nóng)田碳吸收增加的同時(shí)，有效控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放與碳足跡的增長(zhǎng)，充分發(fā)揮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)屏障作用，以便消納更多能源活動(dòng)和工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的碳排放量，促進(jìn)天門市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。

表7 天門市2003～2012年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯量與碳足跡

3 討論

本研究從碳循環(huán)的角度，采用系數(shù)法初步測(cè)度分析了天門市2003～2012年農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收、碳排放與碳足跡。由于國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較為薄弱，其估算結(jié)果尚存在一定的不確定性。首先，在農(nóng)作物碳吸收上，雖然農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)較為穩(wěn)定，但隨著品種類型的更新?lián)Q代，也會(huì)發(fā)生變化[6]。從研究區(qū)3大優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品看，水稻品種在雜交化的基礎(chǔ)上，于1999年起大面積推廣超級(jí)稻，而棉花和油菜則在2003年實(shí)現(xiàn)了棉花雜交化和油菜雙低化，它們的經(jīng)濟(jì)系數(shù)也可能會(huì)得到相應(yīng)的提高，如超級(jí)稻的經(jīng)濟(jì)系數(shù)已達(dá)到0.6以上[6]。但本研究計(jì)算所采用的經(jīng)濟(jì)系數(shù)仍為20世紀(jì)90年代或以前的參數(shù)[15]，可見(jiàn)，水稻、棉花、油菜的經(jīng)濟(jì)系數(shù)明顯偏低，勢(shì)必導(dǎo)致農(nóng)作物碳吸收量被低估。

其次，在農(nóng)田投入碳排放系數(shù)的選用上，本研究除氮肥、農(nóng)膜和農(nóng)田灌溉外，磷肥、鉀肥、復(fù)合肥和農(nóng)藥的碳排放系數(shù)均選用美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室20世紀(jì)90年代的研究數(shù)據(jù)[11～13]。由于中美兩國(guó)在能源結(jié)構(gòu)、化學(xué)工業(yè)工藝以及農(nóng)田管理等方面存在較大的差異，必然會(huì)造成碳排放系數(shù)的誤差。如我國(guó)是世界上唯一以煤為主要原料生產(chǎn)氮肥的國(guó)家，生產(chǎn)氮肥能源消耗多，碳排放也多，而美國(guó)基于天然氣的氮肥工業(yè)的碳排放要比我國(guó)小很多[10]。逯非等[10]的研究結(jié)果顯示，我國(guó)生產(chǎn)1t氮肥所產(chǎn)生的碳排放為1.740t C，比美國(guó)[11]的0.85754t C高出2.03倍。由此可見(jiàn)，本研究磷肥、鉀肥、復(fù)合肥和農(nóng)藥的碳排放系數(shù)可能偏低，其實(shí)際碳排放量將會(huì)更大些。

再次,在土壤碳固定與碳呼吸速率上，現(xiàn)有研究結(jié)果表明，土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化不但受自然因素，如溫度、降水和植被類型的影響，而且在很大程度上受施肥、秸稈還田、免耕和灌溉等農(nóng)業(yè)耕作管理措施的影響[4]；而土壤碳呼吸速率與水熱因子、作物生物學(xué)特性和農(nóng)業(yè)管理活動(dòng)等因素相關(guān)[20]，均存在較大的不確定性，也是影響其估算結(jié)果精度的一個(gè)重要原因。

鑒于上述估算結(jié)果的不確定性，有必要進(jìn)一步深入開(kāi)展細(xì)致的研究，包括符合我國(guó)國(guó)情的碳排放系數(shù)推算、不同農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)測(cè)定、不同條件下的土壤碳呼吸速率測(cè)算以及不同農(nóng)田耕作管理措施的土壤碳匯量研究等，以便為區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡核算提供更多、更準(zhǔn)確的目錄清單。

4 結(jié)論

1)2003～2012年，天門市農(nóng)作物碳吸收量與碳吸收強(qiáng)度呈現(xiàn)出隨著年份的遞進(jìn)而逐年增加的態(tài)勢(shì)，分別從2003年的787.90×103tC、7.24t C/hm2增加到2012年1144.01×103t C和10.35t C/hm2，分別增長(zhǎng)了45.2%和42.96%。水稻為高固碳作物，對(duì)農(nóng)作物碳吸收量的貢獻(xiàn)居于主導(dǎo)地位。

2)農(nóng)田投入碳排放量及碳排放強(qiáng)度呈先升后降再上升的變化趨勢(shì)，變化范圍分別為(89.04～106.12)×103t C/a和0.82～0.98t C/(hm2·a)，分別增長(zhǎng)了19.18%和19.51%。其中化肥為主要碳排放源，是左右碳排放量的關(guān)鍵。

3)核算結(jié)果顯示，天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為碳匯，其碳足跡呈現(xiàn)出隨著年份的遞進(jìn)而逐年減少的態(tài)勢(shì)，由2003年的48.81×103hm2減少至2012年的37.70×103hm2，減幅達(dá)29.47%，占同期耕地面積比重的34.12%～44.85%，明顯小于區(qū)域生態(tài)承載力。但當(dāng)前天門市的農(nóng)業(yè)發(fā)展屬于嚴(yán)重依賴化肥、農(nóng)藥等化石能源產(chǎn)品的高碳型發(fā)展模式。在低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代，必須轉(zhuǎn)變現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式，逐步減少對(duì)高碳農(nóng)業(yè)的依賴，大力推廣應(yīng)用環(huán)境友好型的低碳農(nóng)業(yè)技術(shù)，積極發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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[編輯] 余文斌

2016-02-24

沈體忠(1950-),男,高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)研究，cblsdr@tom.com。

S181

A

1673-1409(2017)14-0062-07

[引著格式]沈體忠.天門市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡的測(cè)度分析[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自科版)，2017，14(14)：62～68.