应用生态学报2010年1月第21卷第1期Chinese Joumal of App lied Ecobgy Jan 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PCC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：在中国稻田推广秸秆还田的固碳潜力为10.48TgC·a,对减缓全球变暖的贡献为38.43TgC02qv·a;但秸秆还田后稻田甲烷排放将从无秸秆还田的5.796Tg·a增加到9.114Tg·a;秸秆还田引起甲烷增排3.318Tg·a,其全球增温潜势达82.95TgC02eq·a,为土壤固碳减排潜力的2.158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1001一9332(2010)0-0099-10中图分类号S154.1文献标识码AStraw retum to rice paddy:Soil carbon sequestration and increased methane em ission LUFei WANG X iaoke HAN Bing OUYANG Zhiyun ZHENG Hua (State Key Labor tory of Urences Beijing 100085,China).Chin J Appl Ecol,201 21(1):99-108.A bstract:Based on the long-tem datasets of soil organic matter content and the observation data ofthe country the rice padd ies in China were divided into single cmopping and double cropping re-gions The soil carbon sequestration poten tial of straw retum in three types of rice paddies in the toregions i e,single copping rice paddies upland/paddy altemated rice paddies and doublecopping rice paddies was evaluated based on the datasets of soil organ ic matter content and thetotal CH e ission from rice padd ies w ithout straw retum was estin ated with reference to the experm ental data of padd ies'CH en ission and by the method ofmean em ission coefficient The totalCH,em ission fron our paddies after straw retum and the global wam ing potential of the inceasedCH em ission were also estinated by using the related methods and parmeters given by IPCC.It10 48 Tg a ofC and the contribu tion to the global wam ing m itigation was 38.43 Tg COz eqva.In the meanwhile the CH an ission from our rice paddies woul be increased fiom 5.796carbon sequestration in rice padd ies Therefore the increased CH en ission due to straw retumtion benefits of soil cabon sequestration in Ch ina's rice padd iestion*中国科学院知识创新工程重大项目(KZCX1W01-17)资助，20090330收稿，2009-1104接受.(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net100应用生态学报21卷工业革命以来，由于人类活动和化石燃料的燃壤碳含量的变化会产生很大影响·为了排除这些因烧使大气中的二氧化碳(C02浓度不断上升.在21素的影响，本文在计算秸秆还田的土壤固碳速率时，世纪前20~30年这一稳定大气C02浓度的关键时将秸秆还田后土壤有机碳的变化量诚去该试验站空期内，作为《凉都议定书》认可的固碳方法之一，农白区土壤有机碳的变化量.由于气候条件、土壤性质田土壤固碳在一系列固碳减排措施中将处于重要地和耕作措施等对化肥区土壤碳产生影响的同时，也位凹，秸秆还田可以通过增加土壤有机碳的直接输同样会对空白区土壤碳产生影响，因此其具体计算入实现固碳.研究表明，秸秆还田的推广是我国农田过程如式(1)式(3)：表土有机碳含量增加的主要原因之一[).中国是世(1)界上最重要的农业大国之一，每年的秸秆产量达式中：S0C为以g·m“计的土壤有机碳含量；soc为6.0×10以上[)，秸秆还田具有可观的固碳潜力.以g·kg计的土壤有机碳含量：BD为土壤容重(g据估算，当前秸秆还田的固碳潜力为23.89TgC··am):H为土层厚度(m),本研究中为0.2ma一，如全面推广水稻、小麦、玉米、高粱等八种作物DSOC=(SOC2-SOC )/t(2)的秸秆还田，固碳潜力可以达到42.23TgC·S0C2为经过长期定位试验年后土壤碳含量的末农田固碳措施主要是通过提高农田土壤有机碳值(g·m):S0C为同一试验区长期定位试验布含量来实现固碳的目标.但是，在实施固碳措施过程置前土壤碳含量的初值(g·m):为长期定位试中，一些活动或过程可引起温室气体增排，从而部分或全部抵消最初措施的固碳效果句.在评价农田土(3)壤固碳措施的潜力时，应全面考虑温室气体收支，而式中：CSR为采用秸秆还田后农田土壤的固碳速率不是仅仅关注对士壤碳本身的影响L可.甲烷(CH)是重要的温室气体之一，在100年时间尺度上，单位壤的碳年变化量(g·m2·a1)Ds0C为秸秆不还田时（空白）稻田土壤的碳年变化量(g·m·GWP)是C02的25倍[)，与土壤碳库相比，采用固碳措施引起的CH,排放变化对总温室气体排放的我国的稻田分布广泛，自然条件和种植制度差影响更加显著[.灌溉稻田是大气CH,的重要来异较大.在本研究中，为估算不同自然条件和种植制源，其CH排放占全球总排放的1%[.大量试验度下秸秆还田的稻田土壤固碳速率，根据种植制度研究-和模型研究2-均显示，秸秆还田将刺等因素将全国分为2个稻区，即单季区和双季区，其激稻田CH:排放.因此，CH,增排是秸秆还田作为中双季区又细分为水旱轮作稻田和双季稻田（表一项固碳措施在稻田实施过程中的重要泄漏因素·1),在各农业区内分别分析秸秆还田量与土壤固碳我国是水稻种植大国，据世界粮食与农业组织统计，2007年中国水稻的种植面积占世界的在本研究中，假定单位耕地面积秸秆还田量与18.66%[),稻田既具有非常可观的固碳潜力，固碳速率呈线性相关关系，即：又是重要的CH,排放源[.本研究在搜集和整理全(4)国典型的农业长期定位试验站数据的基础上，估算式中：a和b分别为线性关系式的斜率和截距：CSR:了中国不同种植制度单季稻田、水旱轮作稻田、双季为秸秆还田的土壤固碳速率(kgC·m2。a)s稻田秸秆还田的土壤固碳潜力，以及秸秆还田对中国稻田CH:排放的影响，分析了稻田CH增排对秸为单位耕地面积秸秆还田量(t·m2·a)秆还田固碳效益的抵消作用.以期为农业温室气体稻田土壤的固碳潜力可按照式(5)计算：诚排和固持措施的选择及可行性评价提供科学依CSP,=10CS·A(5)式中：CSP:为秸秆还田的农田土壤固碳潜力(TgC·a):A为稻田面积(hm2)1材料与方法在各省稻田固碳速率的估算中，单位面积秸秆1.1土壤固碳速率和潜力估算还田量()是分区计算的.考虑到我国当前的秸气候条件、土壤性质及耕作栽培措施对稻田土秆还田技术水平，稻草还田量为稻草总量的一(C)1994-2023 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net