農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/碳匯綜述

朱燕茹 ，王 梁

（1.山東師范大學(xué) 地理與環(huán)境學(xué)院，山東濟(jì)南250000；2.臨沂大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山東臨沂276000）

自工業(yè)革命以來(lái)，人類(lèi)生產(chǎn)、生活方式發(fā)生了極大的轉(zhuǎn)變，大氣中的CO2，CH4，N2O等溫室氣體濃度明顯增加。在20世紀(jì)80年代后期之前，人們普遍認(rèn)為，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)碳的循環(huán)轉(zhuǎn)化處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的平衡過(guò)程當(dāng)中，即除土地利用方式變化會(huì)導(dǎo)致碳釋放或固定外，陸地生態(tài)系統(tǒng)并不會(huì)對(duì)大氣中二氧化碳的濃度造成影響。20世紀(jì)80年代后期之后，眾多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，雖然陸地可能會(huì)截留一部分碳，但從全球范圍來(lái)看，陸地生態(tài)系統(tǒng)一直向大氣排放碳，使之處于碳失衡的狀態(tài)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球總溫室效應(yīng)的70%以上由人類(lèi)活動(dòng)所釋放的溫室氣體造成。因此，全球變暖已成為全球氣候變化研究中的主要焦點(diǎn)，成為國(guó)際界研究的熱點(diǎn)[1]。21世紀(jì)前，人們普遍認(rèn)為：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)和森林生態(tài)系統(tǒng)相比，碳源或碳匯較弱，對(duì)全球碳循環(huán)的價(jià)值較小，因而對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯研究較少。但近年來(lái)的研究表明，在凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力上，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有著與森林生態(tài)系統(tǒng)相當(dāng)甚至更高的水平。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是構(gòu)成陸地生態(tài)系統(tǒng)的三大系統(tǒng)之一，對(duì)大氣碳含量影響較大[2]，定量分析區(qū)域碳儲(chǔ)存量、排放量及其變化是碳循環(huán)研究的重要課題。國(guó)內(nèi)外碳源/匯方面的研究主要是針對(duì)全球不同區(qū)域不同歷史時(shí)期碳變化量的綜合分析[3-4]。從研究區(qū)域看，研究區(qū)多為城市、工業(yè)及森林系統(tǒng)，研究范圍多為全球、全國(guó)及省級(jí)大城市，具體到地級(jí)市的研究相對(duì)較少，除此之外，研究區(qū)也相對(duì)比較集中，多為沿海地區(qū)、山東省、江蘇省、重慶等少數(shù)省市；從研究?jī)?nèi)容看，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)研究多集中于水稻田CH4[5]、土壤碳[6]等方面，且研究的時(shí)間尺度相對(duì)較短，多為10～15年；從研究方法看，在判斷某一系統(tǒng)所屬碳源/匯時(shí)主要方法有農(nóng)作物產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及農(nóng)作物相關(guān)參數(shù)法[3]、微氣象學(xué)方法中的渦度相關(guān)技術(shù)（Eddy covariance，EC）以及將研究對(duì)象置于與外界隔絕的空間中的靜態(tài)箱-氣相色譜法。

1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳源與碳匯的相關(guān)研究

1.1 生態(tài)系統(tǒng)中碳的相關(guān)概念

聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約（UNFCCC）將“碳源”定義為向大氣中釋放產(chǎn)生溫室氣體、氣溶膠或其前體的過(guò)程、活動(dòng)或機(jī)制，“碳匯”為清除大氣中溫室氣體、氣溶膠或其前體的活動(dòng)、過(guò)程或機(jī)制[7-9]。通過(guò)碳源與碳匯的定義可以知道，二者是相對(duì)的概念，即碳源是指自然界中向大氣釋放碳的母體，碳匯是指自然界中碳的寄存體[10]。

眾多學(xué)者在描述生態(tài)系統(tǒng)碳源與碳匯時(shí)，運(yùn)用到植被初級(jí)凈生產(chǎn)力（Net Primary Productivity，NPP）、生態(tài)系統(tǒng)凈交換量（Net Ecosystem Exchange，NEE）2個(gè)指標(biāo)。其中，NPP是指單位時(shí)間、單位面積植物經(jīng)過(guò)光合作用所固定的光合產(chǎn)物扣除植物自身的呼吸所消耗部分后的有機(jī)物數(shù)量，僅反映植被在不受外界環(huán)境的影響下，自身固碳能力的大小，是評(píng)價(jià)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)。趙榮欽[4]運(yùn)用逐月植被覆蓋指數(shù)（NDVI）通過(guò)建模研究了沿海地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳的空間分布，分析出沿海地區(qū)NPP存在著明顯的區(qū)域差異，這種差異主要是由緯度地帶性因素引起的南北地區(qū)農(nóng)作物覆蓋差異造成的，擬合分析NPP與種植面積和碳吸收之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)他們之間相關(guān)性較強(qiáng)。NEE是整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)獲得或失去的碳，在數(shù)值上為土壤異養(yǎng)呼吸作用（RH）減去初級(jí)凈生產(chǎn)力（NPP），數(shù)值可正可負(fù)。郝慶菊等[11]利用靜態(tài)暗箱-氣相色譜法觀測(cè)農(nóng)田土壤的異養(yǎng)呼吸速率，并運(yùn)用模型計(jì)算作物的NPP，從而估算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的NEE，數(shù)值為正，說(shuō)明此區(qū)域?yàn)樘荚?；?shù)值為負(fù)，則為碳匯。NEE是衡量生態(tài)系統(tǒng)碳平衡狀況的重要指標(biāo)，是生態(tài)系統(tǒng)群落總光合作用與群落總呼吸之間平衡的結(jié)果。

經(jīng)濟(jì)系數(shù)是經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量與生物學(xué)產(chǎn)量間的比值。其中，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量是單位面積土地上，所收獲作物可供食用或其他用途的作物籽?；蚱渌鞴俚母晌镔|(zhì)量；生物產(chǎn)量是所收獲作物的干物質(zhì)總量。經(jīng)濟(jì)系數(shù)因植物種類(lèi)、品種、自然環(huán)境栽培措施等的不同而出現(xiàn)差異。估算碳吸收量時(shí)，無(wú)法直接獲取其生物產(chǎn)量，需借助經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)2個(gè)指標(biāo)。

1.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源與碳匯的研究現(xiàn)狀

陸地土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存量約1 400～1 500 Pg，是地球表面最大的碳庫(kù)，大氣中碳儲(chǔ)量約為其1/2，土壤中碳儲(chǔ)量的變化直接影響到大氣中二氧化碳的濃度，其微小的變化就會(huì)造成大氣中二氧化碳濃度的波動(dòng)[12]。張恒恒等[13]研究認(rèn)為，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯呈現(xiàn)正值還是負(fù)值，很大程度上在于土壤有機(jī)碳的固定和溫室氣體釋放之間的平衡，相對(duì)農(nóng)田土壤碳的研究，以整個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為對(duì)象的碳收支研究較少。

在對(duì)土壤碳的研究中，姜勇等[14]研究指出，在中國(guó)約1×108hm2的耕地中，農(nóng)業(yè)土壤年均生物碳截獲量相當(dāng)于2×108hm2自然植被面積土壤碳截獲潛力，達(dá)10 Tg。由于土壤強(qiáng)大的碳儲(chǔ)存能力，涌現(xiàn)了大量影響土壤碳儲(chǔ)存能力以及增加土壤固碳潛力的研究。李英等[15]研究了黃淮海平原不同土地利用方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，結(jié)果表明，農(nóng)田土壤總碳約為14.37 g·kg-1，含量?jī)H次于森林。李金全等[16]在整合有關(guān)中國(guó)農(nóng)田耕層土壤有機(jī)碳文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)出旱作區(qū)農(nóng)作物種類(lèi)對(duì)土壤有機(jī)碳的影響，并指出水田耕作區(qū)土壤有機(jī)碳含量（18.26±7.06）g·kg-1明顯高于旱作區(qū) （11.63±5.65）g·kg-1；除此之外，在堿性土壤中，土壤有機(jī)碳含量與pH值呈明顯的負(fù)相關(guān)，而酸性土壤中，土壤有機(jī)碳含量與pH值無(wú)顯著相關(guān)性。在提高農(nóng)田固碳潛力的分析中，Lal[17]，曹麗花等[18]，Lal[19]的研究指出，60%～70%的土壤碳庫(kù)損失量可通過(guò)合理的耕作措施及土地利用重新固定；相關(guān)研究表明，在綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益前提下，最佳施肥方式為有機(jī)和化學(xué)肥料配合施用，化肥與有機(jī)肥配合施用可以顯著提高土壤有機(jī)碳含量，固碳率最高達(dá)到997 kg·hm-2·a-1。第21屆聯(lián)合國(guó)氣候變化大會(huì)上提出旨在將全球土壤有機(jī)物質(zhì)增加0.4個(gè)百分點(diǎn)，指出在最佳管理的做法下，這一目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn)，甚至?xí)?。由此可?jiàn)，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有極強(qiáng)的固碳能力，且不同利用方式、不同土壤類(lèi)型、施肥方式等均會(huì)對(duì)土壤碳儲(chǔ)存能力產(chǎn)生影響。

進(jìn)入21世紀(jì)，以農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為整體的碳源/匯研究逐漸增多，主要表現(xiàn)在對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收量及碳排放量進(jìn)行估算，并分析其時(shí)空變化規(guī)律。趙榮欽等[2，20]主要針對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量、農(nóng)耕地面積及主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，分析了河南省及中國(guó)沿海地區(qū)碳源/匯的時(shí)空特征，評(píng)價(jià)該區(qū)域的碳匯潛力以及降低農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放的途徑。張大東等[21]通過(guò)搭建農(nóng)業(yè)系統(tǒng)碳源/匯的評(píng)估框架，從時(shí)間尺度上定量分析了浙江省碳源/匯的主要構(gòu)成及其變化趨勢(shì)。王梁等[22-23]、張杰等[24]主要研究了山東全省以及濰坊、臨沂等市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空分布規(guī)律，并探討形成這一現(xiàn)象的原因，運(yùn)用農(nóng)作物產(chǎn)量等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)估算出山東省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的碳匯能力，且各市之間凈碳儲(chǔ)存量存在著明顯的差異。王靜等[25]分析了山西省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空特征，指出山西省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)雖然擁有較強(qiáng)的碳儲(chǔ)存能力，但其碳排放增速也很明顯，并指出不同農(nóng)作物單位面積碳吸收量呈現(xiàn)不同的變化趨勢(shì)，玉米和小麥的碳吸收能力較強(qiáng)。郝維維等[26-27]，田志會(huì)等[28-29]，冉錦成等[30]對(duì)新疆、河西綠洲等西北地區(qū)及北京的碳源/匯時(shí)空特征進(jìn)行了分析。在分析農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的時(shí)空特征時(shí)，研究區(qū)域主要集中在以山東省為主的沿海地區(qū)、以新疆為主的西北地區(qū)以及山西、河南等華北地區(qū)，而對(duì)我國(guó)主要的糧食生產(chǎn)基地東北三江平原地區(qū)、長(zhǎng)江中下游平原等地區(qū)碳源/匯時(shí)空變化特征的研究較少。

2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳收支的主要研究方法

2.1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳收支直接觀測(cè)法

確定農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯及其動(dòng)態(tài)變化的直接觀測(cè)方法就是測(cè)定NEE，目前微氣象法中渦度相關(guān)法和靜態(tài)箱-氣相色譜法是測(cè)定NEE最常用的2種技術(shù)。

2.1.1 渦度相關(guān)法 通過(guò)感應(yīng)器測(cè)定植被上方的三維風(fēng)速、溫度、濕度和CO2濃度的脈動(dòng)，根據(jù)雷諾原理，計(jì)算CO2的垂直通量。渦度相關(guān)法的優(yōu)點(diǎn)在于其可連續(xù)、直接地測(cè)定NEE，對(duì)農(nóng)田不會(huì)產(chǎn)生損害，是一種非破壞性的觀測(cè)方法，可以用來(lái)測(cè)定較大尺度的下墊面通量；但是渦度相關(guān)法原理復(fù)雜、靈敏度低、操作繁瑣，觀測(cè)時(shí)需要平坦的下墊面、大氣邊界層內(nèi)湍流劇烈且湍流間歇期不宜過(guò)長(zhǎng)，在觀測(cè)時(shí)受限于一些環(huán)境條件。因此，目前這種方法尚未得到大范圍的推廣使用。李俊等[31]利用渦度相關(guān)法對(duì)華北平原冬小麥/夏玉米輪作田的碳通量進(jìn)行了連續(xù)2年的觀測(cè)，這種長(zhǎng)時(shí)間、連續(xù)性的觀測(cè)方法既可以獲得研究區(qū)在不同生產(chǎn)季節(jié)NEE的變化情況，同時(shí)也可以觀測(cè)到NEE的晝夜變化，彌補(bǔ)了對(duì)休閑農(nóng)田碳源/匯研究的缺乏。

2.1.2 靜態(tài)箱-氣相色譜法 將由化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的材料制成的特殊箱子罩在所要測(cè)量的樣本地上，每隔一段時(shí)間抽取1次箱中的氣體，然后利用氣相色譜儀測(cè)定溫室氣體的濃度，并求出目標(biāo)氣體濃度隨時(shí)間的變化率[32]。該方法容易受箱內(nèi)外溫差以及箱內(nèi)氣體均勻程度的限制，但具有原理簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)單、移動(dòng)方便、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，且箱式法不受夜間大氣層穩(wěn)定、湍流減弱的影響，夜間觀測(cè)值相對(duì)渦度相關(guān)法更為精確[33]。馮浩等[34]、劉晶晶等[35]分別運(yùn)用箱式法分析了覆膜方式及灌溉方式對(duì)關(guān)中平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯的影響，其研究結(jié)論一致。郝慶菊等[11]利用該方法選取三江平原水田和旱田2種類(lèi)型研究其N(xiāo)EE季節(jié)變化情況，結(jié)果表明，2種類(lèi)型的農(nóng)田生長(zhǎng)季均表現(xiàn)為碳匯，非生長(zhǎng)季則為碳源，定量表示了農(nóng)田碳源與碳匯的時(shí)間變化規(guī)律。目前，這種方法廣泛應(yīng)用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳收支的研究中。

2.2 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯中的數(shù)學(xué)模型

除了運(yùn)用觀測(cè)儀器直接觀測(cè)NEE，確定區(qū)域的碳源/匯量外，目前，依據(jù)多年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入與產(chǎn)出等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，如化肥使用量、農(nóng)作物播種面積、單位面積產(chǎn)量等建立適宜的數(shù)學(xué)模型估算該地區(qū)的碳吸收量及碳排放量，也是國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯最常用的方法之一。趙榮欽[2，4]，王梁[22-23]，趙杰[24]在探究不同區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯在時(shí)空尺度的變化規(guī)律時(shí)均采用了這種方法。

在定量計(jì)算研究區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源/匯時(shí)，通常將碳排放量的估算公式定義為造成碳排放的各種農(nóng)業(yè)投入使用和生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量之和，不同類(lèi)型的碳排放量則為其生產(chǎn)或使用中的使用量與相應(yīng)的轉(zhuǎn)化系數(shù)的乘積，即：

式中，Et為整個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)作物全生育期碳排放的總量，Ed為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中第i種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入的碳排放量，Ai表示第i種投入所對(duì)應(yīng)的碳排放系數(shù)（一般碳排放系數(shù)的確定主要依據(jù)IPCC的規(guī)定來(lái)選?。?。

總結(jié)眾多學(xué)者對(duì)碳排放的估算，常有5種主要的碳排放途徑，分別為：農(nóng)田化肥的生產(chǎn)使用、灌溉使用、農(nóng)業(yè)機(jī)械生產(chǎn)使用、農(nóng)藥的生產(chǎn)和使用、農(nóng)膜的生產(chǎn)和使用。

估算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量時(shí)主要以農(nóng)作物全生育期的相關(guān)指標(biāo)為依據(jù)。根據(jù)農(nóng)作物的產(chǎn)量、碳吸收率以及經(jīng)濟(jì)系數(shù)對(duì)碳吸收量進(jìn)行估算。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量為各類(lèi)農(nóng)作物全生育期碳吸收量之和，即：

式中，Ct為整個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)全生育期碳吸收總量；i為農(nóng)作物的種類(lèi)；Cd為第i類(lèi)農(nóng)作物全生育期對(duì)碳的吸收量；Cf表示第i類(lèi)農(nóng)作物的碳吸收率；Dw為第i類(lèi)農(nóng)作物的生物產(chǎn)量；Yw為第i類(lèi)農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量；Hi為第i類(lèi)經(jīng)濟(jì)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)；農(nóng)作物碳吸收率Cf和經(jīng)濟(jì)系數(shù)Hi主要是借鑒學(xué)者的研究經(jīng)驗(yàn)[2，4，16，19]，數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 中國(guó)主要農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)和碳吸收率

3 影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳源與碳匯動(dòng)態(tài)的主要因素

影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源與碳匯變化的主要因素包括自然因素和人為管理措施2大方面。其中，自然因素包含太陽(yáng)輻射、土壤類(lèi)型、年降水量、年均溫、風(fēng)速、飽和水汽壓等，自然條件的不同造成農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)、種植類(lèi)型產(chǎn)生差異；人為管理措施包含灌溉、施肥、耕地面積、機(jī)械使用情況等，這些因素均會(huì)直接或間接地對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳源與碳匯的時(shí)空變化產(chǎn)生影響。

3.1 自然環(huán)境因素對(duì)農(nóng)田碳的影響

目前，土壤溫度、水分、pH值等是影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳變化的重要因素。劉晶晶等[35]在分析不同灌溉對(duì)關(guān)中平原農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯的影響時(shí)指出，隨著灌溉量的變化，土壤的水分含量發(fā)生變化，土壤呼吸與灌溉量呈正相關(guān)，當(dāng)灌溉量過(guò)大達(dá)到某一臨界值時(shí)，CO2年際排放量將會(huì)降低，180 mm的灌溉水量更有利于該區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的節(jié)水及固碳減排。趙榮欽[2]比較了我國(guó)沿海地區(qū)10省區(qū)碳源/匯的差異，研究結(jié)果表明，由于自然環(huán)境的限制我國(guó)南北方的NPP存在著顯著的差異，由于不同農(nóng)作物生長(zhǎng)的溫度不同，其光合速率也不同，碳吸收率也存在著差異。Kucea等[36]通過(guò)長(zhǎng)期定位觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，土壤CO2的釋放量與土壤溫度之間呈現(xiàn)出指數(shù)相關(guān)關(guān)系。

式中，y表示土壤CO2的釋放，a，b為樣品采集處的常數(shù)，T表示時(shí)間。該模型較好地模擬了土壤CO2的排放與土壤溫度之間的關(guān)系。王軼虹等[37]在分析我國(guó)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)NPP的時(shí)空分布時(shí)指出，全國(guó)范圍內(nèi)22%的像元農(nóng)田NPP與降水有顯著關(guān)系，7%的像元農(nóng)田NPP與氣溫有關(guān)，雖然氣候因素對(duì)農(nóng)田NPP有影響，但受其影響較小。眾多研究結(jié)果表明，雖然氣溫、降水、太陽(yáng)輻射等自然因素會(huì)對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)NPP產(chǎn)生影響，但整個(gè)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯主要影響因素仍是人為管理措施。

3.2 人為管理措施對(duì)農(nóng)田碳的影響

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是受人類(lèi)影響和調(diào)控的復(fù)雜復(fù)合系統(tǒng)，相比自然環(huán)境因素對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響，人為管理措施對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響更大。已有研究表明，在不同的管理措施下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)出不同的碳收支。馮浩等[34]研究指出，覆膜處理小麥—玉米輪作農(nóng)田，其CO2和NO2排放總量較不覆膜處理分別增加了9.3%～33.9%和14.3%～47.1%。林秀群和葛穎[38]分析西南地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在2004—2013年碳排放的時(shí)空差異時(shí)指出，2004—2013年碳排放總量增幅達(dá)34%，最主要的原因在于隨著科技水平的不斷提高，傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)逐漸被農(nóng)業(yè)機(jī)械化所取代，機(jī)械化、現(xiàn)代化程度日益提高，使得農(nóng)田投入增加。郝維維[27]分析指出，伊犁河谷農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯影響因素中化肥與柴油在碳排放中占主導(dǎo)作用。相關(guān)研究表明，由于各地農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平不同，所處的環(huán)境不同，其固碳水平也不盡相同。楊蕊菲[39]通過(guò)SPSS軟件分析南昌市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)農(nóng)田播種面積、機(jī)械總動(dòng)力等各類(lèi)因素與碳排放量的相關(guān)性，得出碳排放量與播種面積的相關(guān)系數(shù)為1.0，與機(jī)械總動(dòng)力、化肥用量及地膜用量的相關(guān)系數(shù)均在0.7以上。新疆地處中國(guó)干旱氣候區(qū)，水分短缺是當(dāng)?shù)靥佳h(huán)的主要限制性因素。牛海生等[40]通過(guò)比較滴灌和漫灌2種不同的灌溉措施下土壤呼吸CO2排放大小發(fā)現(xiàn)，雖然在冬小麥農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中2種不同的灌溉方式均表現(xiàn)出固碳，滴灌方式比漫灌方式多固碳1 139.9 kg·km-1；滴灌更有利于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳。然而，不論哪種形式的灌溉方式，灌溉耗電都是農(nóng)田碳排放的第一大來(lái)源。在眾多的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著現(xiàn)代化與工業(yè)化的發(fā)展，機(jī)械動(dòng)力逐漸代替了人工動(dòng)力，化肥的大量使用，雖然大大提高了生產(chǎn)效率，但隨之而增加的碳排放量加大也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的主要碳源。

4 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳源與碳匯研究存在的問(wèn)題與展望

雖然國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯方面的研究已經(jīng)取得了重大的進(jìn)展，得到了眾多重要的成果，但是由于農(nóng)田系統(tǒng)中人類(lèi)活動(dòng)的影響及不同區(qū)域自然、社會(huì)環(huán)境的差異，目前對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)農(nóng)田系統(tǒng)中碳源/匯的普遍規(guī)律、調(diào)控機(jī)制及更深層次的影響因素研究仍有所欠缺。對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中的碳凈含量的分析中僅考慮個(gè)別片面的因素，對(duì)于全面評(píng)價(jià)在各種因素綜合作用下農(nóng)田系統(tǒng)中碳凈含量的研究較少。除此之外，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究中對(duì)于碳吸收及碳排放量的測(cè)定值精確度不夠高。一方面由于其核算指標(biāo)不夠完整，在考慮農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥等因素對(duì)碳排放的影響時(shí)，只考慮到在使用過(guò)程中對(duì)碳排放造成的影響，而未計(jì)算化肥生產(chǎn)、機(jī)械制造等前期活動(dòng)以及土地翻耕、作物含水量等對(duì)農(nóng)業(yè)碳排放的影響；另一方面，則是對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的邊界模糊不清，研究區(qū)域應(yīng)給予統(tǒng)一的限定邊界，眾多學(xué)者在碳排放量的計(jì)算中沒(méi)有考慮從事農(nóng)業(yè)的人口電力消耗而造成的碳排放量增加，而部分學(xué)者將這一因素列入到農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，造成研究數(shù)據(jù)的不一致性。這些因素的不確定性均會(huì)加大數(shù)據(jù)計(jì)算的不準(zhǔn)確性。

鑒于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的中存在的問(wèn)題，應(yīng)加大對(duì)以下幾個(gè)方面的研究。

首先，要提高數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。在確定不同農(nóng)業(yè)投入的碳轉(zhuǎn)化率時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同土壤質(zhì)地、不同氣候、不同耕作條件等因地制宜調(diào)整轉(zhuǎn)化系數(shù)；同時(shí)要全面、綜合分析各種影響因素的作用；在使用相關(guān)的技術(shù)手段、方法模型時(shí)，要考慮不同研究方法的優(yōu)缺點(diǎn)，合理選擇適宜的研究。

其次，要加大對(duì)高新技術(shù)的使用及研究。技術(shù)的發(fā)展與學(xué)科的發(fā)展相輔相成、相互促進(jìn)。運(yùn)用高新技術(shù)研究既可以提高研究數(shù)據(jù)的精確性，同時(shí)也可以促使研究朝著更深、更尖的方向發(fā)展，使得對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的研究不只是局限于農(nóng)作物全生育期的數(shù)據(jù)，從而為農(nóng)業(yè)的合理發(fā)展、全球生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提供更加科學(xué)的依據(jù)。

最后，要加大人為管理措施對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯的影響研究，在充分運(yùn)用現(xiàn)代科技提高農(nóng)田經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，合理確定不同區(qū)域、不同作物類(lèi)型的生產(chǎn)方式的灌溉量、施肥量及機(jī)械化使用方式，加強(qiáng)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳能力，將經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)環(huán)境效益相結(jié)合，真正做到可持續(xù)發(fā)展。