譚美秋，崔耀平①，馬曉哲，劉 朋，樊 雷，蘆艷艷，文 雯，陳 準(zhǔn)

〔1.黃河中下游數(shù)字地理技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(河南大學(xué))，河南 開封 475004；2.河南大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，河南 開封 475004；3.自然資源科技創(chuàng)新中心/ 河南省土地整理中心，河南 鄭州 450016；4.河南大學(xué)哲學(xué)與公共管理學(xué)院，河南 開封 475004〕

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，關(guān)系著陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。據(jù)估計(jì)，大氣中每年有5%～20%的CO2、15%～30%的CH4和80%～90%的N2O來源于土壤[1]，而農(nóng)業(yè)CO2排放當(dāng)量占比為7.89%，CH4和N2O占比更是高達(dá)40.9%和71.6%[2]。因此，控制農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放對改善全球生態(tài)環(huán)境和保障高質(zhì)量農(nóng)田的生態(tài)安全具有重要意義[3]。近年來，陸地碳匯受到社會(huì)的廣泛關(guān)注并得到大量研究[4-5]，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳作用也逐漸獲得各界學(xué)者的高度認(rèn)可，針對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/碳匯的識別、測算以及減排增匯對策的提出等相關(guān)研究也成為當(dāng)前碳循環(huán)領(lǐng)域研究的重要課題[6]。

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有碳源和碳匯的雙重屬性。BOUWMAN[7]研究認(rèn)為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是碳排放源，因?yàn)槠渖a(chǎn)活動(dòng)及其相關(guān)過程會(huì)產(chǎn)生大量溫室氣體，從而引起碳排放。然而，CHAMBERS等[8]、LAL等[9-10]更多學(xué)者則認(rèn)為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)具有巨大的碳匯潛力，其固碳作用不可忽視。除了對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是碳源還是碳匯存在爭議以外，隨著研究的不斷深入和推進(jìn)，很多問題和局限性也顯露出來。一方面，當(dāng)前對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯核算大多選用凈碳匯法，而該方法存在不能明確識別碳源和碳匯測算項(xiàng)目的缺陷。國內(nèi)學(xué)者在對碳排放量進(jìn)行測算時(shí)，主要考慮農(nóng)地利用碳排放[11]、農(nóng)業(yè)能源碳排放[12]和畜禽養(yǎng)殖碳排放[13]，但將畜禽養(yǎng)殖碳排放歸為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)還是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的界限也較為模糊。另一方面，缺乏將碳排、碳匯有機(jī)銜接起來的研究，單一方法核算結(jié)果的認(rèn)可度還尚待探索，結(jié)果缺乏充分驗(yàn)證和分析，研究結(jié)果較具片面性。通過對研究區(qū)內(nèi)現(xiàn)有農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯核算的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，發(fā)現(xiàn)不同學(xué)者的研究結(jié)果差異較大，且測算結(jié)果均遠(yuǎn)超全國農(nóng)田的碳匯水平，說明現(xiàn)有研究結(jié)果的合理性還有待探討[14-17]?？傮w而言，我國不同區(qū)域尺度農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯估算研究還較為欠缺，且不同方法之間的可對比性有待考證，若不能在這些困境中有所突破，將有礙于全面了解農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源/碳匯狀況，進(jìn)而無法充分指導(dǎo)農(nóng)田減排增匯措施和政策的制定。

河南省作為全國的農(nóng)業(yè)大省，有著特殊的農(nóng)業(yè)條件和種植結(jié)構(gòu)，其農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)在全國范圍頗具代表性。因此，筆者在總結(jié)前人研究的基礎(chǔ)上，基于河南省生態(tài)現(xiàn)狀，分別采用凈碳匯法和固碳速率法對河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/碳匯(碳排放量/碳吸收量)進(jìn)行定量核算，在市域尺度上厘清農(nóng)田碳匯的分布情況。同時(shí)，從省域視角對比分析研究結(jié)果，用詳實(shí)可靠的數(shù)據(jù)和不同方法驗(yàn)證同一個(gè)問題，進(jìn)一步引起對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳能力的關(guān)注和重視，并能為制定河南省農(nóng)業(yè)碳減排政策、發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)和實(shí)現(xiàn)雙碳計(jì)劃提供參考和支撐。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

河南省位于31°23′ N～36°22′ N、110°21′ E～116°39′ E(圖1)，地處黃河流域中下游，黃淮海平原西南部，華北大平原南部，秦嶺山系余脈東端，地勢西高東低，低山丘陵和平原分異明顯，是我國重要的糧食生產(chǎn)核心區(qū)。2019年河南省農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值高達(dá)4 635.40億元，占全省國民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值的8.54%；河南省耕地面積占全國耕地面積的4.61%，農(nóng)作物播種面積為1 467.64萬hm2，占全國總量的8.84%，對全國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和促進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)具有重要意義。

審圖號：GS(2020)4619號

1.2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.2.1凈碳匯法

為了更加直觀地探求影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/碳匯的具體原因，選用能夠清晰識別碳排放和碳吸收各項(xiàng)目的凈碳匯法。碳匯(Nt)指農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)作物全生育期過程中的碳吸收量與自然生長排放、農(nóng)業(yè)投入所產(chǎn)生的碳排放量的差值，其計(jì)算公式為

Nt=Ct-Tt。

(1)

式(1)中，Nt為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯，t；Ct為碳吸收量，t；Tt為碳排放量，t。

碳吸收計(jì)算方法為

(2)

式(2)中，Ct為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總碳吸收量，t；Ci為某種農(nóng)作物碳吸收量，t；Cf為作物的碳吸收率；Yi為第i類農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，t；Wi為作物干重比；Hi為第i類農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)。具體系數(shù)取值見表1[18-20]。

表1 主要農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)(Hi)、干重比(Wi)及碳吸收率(Cf)[18-20]取值

碳排放計(jì)算方法為

(3)

式(3)中，Tt為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)總碳排放量，t；Ti為第i類碳排放源碳排放量，t；Ei為第i類碳排放源數(shù)量，t；δi為第i類碳排放源的碳排放系數(shù)。依據(jù)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放源的特征，從農(nóng)用物資、土壤和稻田3個(gè)方面確定具體碳源因子及其所對應(yīng)的碳排放系數(shù)。認(rèn)為畜禽養(yǎng)殖所產(chǎn)生的碳排放不歸為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放范疇。

為了方便分析和比較，對碳吸收量和碳排放量進(jìn)行加總時(shí)，將統(tǒng)一置換成標(biāo)準(zhǔn)碳(C)。同時(shí)，由IPCC第四次評估報(bào)告(2007年)可知，1 t N2O和1 t CH4所引發(fā)的溫室效應(yīng)與298 t CO2(81.272 7 t C)和25 t CO2(6.818 2 t C)所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)相當(dāng)。

(1)農(nóng)用物資碳排放

將農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放源按農(nóng)業(yè)資源投入和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)分為氮肥、磷肥、鉀肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)用柴油、土地翻耕和農(nóng)業(yè)有效灌溉面積8類，對應(yīng)的碳排放系數(shù)見表2[18,20-23]。

(2)土壤碳排放

農(nóng)作物種植過程中，人為翻耕等活動(dòng)易對土壤表層產(chǎn)生破壞，從而導(dǎo)致大量溫室氣體流失到大氣中，其中，以N2O最為突出。目前，國內(nèi)學(xué)者通過大量實(shí)驗(yàn)，測算了我國主要農(nóng)作物品種土壤N2O排放系數(shù)(表3)[24-28]。

表2 各類農(nóng)資投入碳排放系數(shù)取值及其來源[18,20-23]

表3 各種農(nóng)作物土壤N2O排放系數(shù)[24-28]

稻田土壤呼吸CO2排放主要來自于農(nóng)田作物根系呼吸和土壤微生物對枯枝落葉、還田秸稈和有機(jī)肥等有機(jī)質(zhì)成分的分解與氧化。吳賢榮等[29]的研究界定水稻種植的碳排放系數(shù)(以C計(jì))為11.45 t·hm-2，扣除水稻田CH4和N2O溫室效應(yīng)的碳排放系數(shù)后，水稻田土壤呼吸的碳排放系數(shù)(以C計(jì))為10.23 t·hm-2。

(3)稻田CH4排放

由于稻田CH4排放受我國不同地區(qū)水熱條件的影響，導(dǎo)致各地區(qū)水稻生長周期內(nèi)CH4排放率不盡相同。為了讓結(jié)果更為準(zhǔn)確，參照以往研究[23]，河南省水稻屬中季稻，因此，取中季稻CH4排放系數(shù)為17.85 g·m-2。

1.2.2固碳速率法

固碳速率法可用于直接測算各類型生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯量，適用范圍廣，常用于計(jì)算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯量。根據(jù)GB/T 1.1—2020《生態(tài)系統(tǒng)評估 生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)總值(GEP)核算技術(shù)規(guī)范》，不考慮農(nóng)田植被的碳匯，只考慮農(nóng)田土壤的碳匯，此方法的核算結(jié)果也是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的凈碳匯量，其計(jì)算公式為

SCSC=(SBS+RSCSN+RP×RSCSS)×CS。

(4)

式(4)中，SCSC為農(nóng)田土壤碳匯(以C計(jì))，t·a-1；RP為農(nóng)田秸稈還田推廣施行率；CS為耕地面積，hm2；SBS為無固碳措施條件下農(nóng)田土壤固碳速率(以C計(jì))，t·hm-2·a-1，其計(jì)算公式為

SBS=CNS×DB×H×0.1。

(5)

式(5)中，CNS為無化肥和有機(jī)肥施用情況下我國農(nóng)田有機(jī)碳變化，g·kg-1·a-1；DB為土壤容重，g·cm-3；H為土壤厚度，cm。

RSCSN為施用化學(xué)氮肥和復(fù)合肥的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳速率(以C計(jì))，t·hm-2·a-1，計(jì)算公式為

RSCSN=0.528 6×FTN+1.597 3。

(6)

式(6)中，F(xiàn)TN為單位面積耕地化學(xué)氮肥、復(fù)合肥總施用量(以N計(jì))，kg·hm-2·a-1，計(jì)算公式為

FTN=(FN+FC×0.3)/Sp。

(7)

式(7)中，F(xiàn)N為區(qū)域化學(xué)氮肥施用量，t；FC為復(fù)合肥施用量，t；Sp為區(qū)域耕作面積，hm2。

RSCSS為秸稈全部還田的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳速率(以C計(jì))，t·hm-2·a-1，其計(jì)算公式為

RSCSS=40.607×S+181.9。

(8)

式(8)中，S為單位耕地面積秸稈還田量，t·hm-2·a-1，計(jì)算方法為

(9)

式(9)中，j為作物類別，j=1，2，…，n；YCj為區(qū)域作物j當(dāng)年產(chǎn)量，t；RSGj為作物j草谷比。所用參數(shù)值和來源見表4[30-31]和表5。

表4 主要參數(shù)列表[30-31]

表5 主要作物草谷比

2 結(jié)果與分析

2.1 凈碳匯計(jì)算結(jié)果

采用凈碳匯法核算的2020年河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收和碳排放結(jié)果如下：碳排放包括自然排放和農(nóng)資投入，自然排放中稻田CH4、土壤碳呼吸和土壤硝化碳排放分別為19.91萬、613.57萬和244.85萬t，合計(jì)878.33萬t；農(nóng)資投入中氮肥、磷肥、鉀肥、農(nóng)膜、柴油、農(nóng)藥、灌溉、翻耕碳排放分別為402.85萬、57.40萬、9.95萬、52.87萬、78.10萬、59.05萬、286.83萬和142.01萬t，合計(jì)1 089.06萬t；水稻、小麥、玉米、豆類、花生、油菜、棉花、煙草、蔬瓜和其他碳吸收分別為94.94萬、1 011.81萬、549.52萬、27.14萬、148.15萬、16.50萬、4.02萬、2.79萬、422.05萬和44.47萬t，合計(jì)2 321.39萬t。河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯，即碳吸收量與碳排放量的差值為354.00萬t。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量為1 967.39萬t，自然排放和農(nóng)資投入占比分別為44.64%和55.36%。自然碳排放中土壤碳呼吸為主要排放源，占比為69.86%，土壤N2O 氣體和水稻田CH4氣體排放占比分別為27.88%和2.26%；農(nóng)用物資投入中施用氮肥和使用灌溉措施引起的碳排放占比較大，兩者占農(nóng)資投入的63.33%，其次，人為翻耕對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放也有較大影響。此外，筆者研究未考慮畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的碳排放量(511.80萬t)，若將畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的碳排放考慮為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放源之一，則農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)就為碳源(-157.80萬t)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量為2 321.39萬t，各類農(nóng)作物對碳吸收的貢獻(xiàn)由大到小依次為小麥、玉米、蔬瓜、花生、水稻、其他、豆類、油菜、棉花和煙草。小麥和玉米是河南省主要糧食作物，播種面積較大，故碳匯能力強(qiáng)。近年來，越來越多的農(nóng)戶放棄糧食作物種植，轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)效益更高的蔬菜、瓜果等經(jīng)濟(jì)作物。因此，蔬菜和瓜果種植面積增加，產(chǎn)量增多，固碳能力也優(yōu)于其他作物。

2020年河南省各地級市碳匯量由小到大依次為信陽、濟(jì)源、三門峽、濮陽、鄭州、平頂山、鶴壁、洛陽、漯河、新鄉(xiāng)、焦作、許昌、安陽、開封、南陽、駐馬店、商丘和周口(圖2)。碳吸收總量最大和最小的分別是周口市(343.56萬t)和濟(jì)源市(6.72萬t)，碳吸收能力出現(xiàn)差異主要是與不同地級市農(nóng)作物產(chǎn)量和播種面積有關(guān)。各地級市碳排放總量最大的是信陽市(629.20萬t)，主要是土壤碳呼吸引起的碳排放；碳排放總量最小的是濟(jì)源市(5.49萬t)，其耕地面積僅占河南省耕地面積的0.48%，因此，濟(jì)源市是碳吸收量和碳排放量均最小的地級市。同時(shí)，將河南省各地級市碳匯能力劃分為5個(gè)等級(圖3)，在空間上識別碳匯的分布情況。除信陽市為碳源狀態(tài)外，其他地級市碳匯能力整體上由西北向東南方向逐漸增強(qiáng)。此外，將各地級市農(nóng)作物主要貢獻(xiàn)者(小麥、玉米和蔬瓜)的碳吸收量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(圖3)，發(fā)現(xiàn)各地級市碳匯等級高低與農(nóng)作物碳吸收能力強(qiáng)弱有直接關(guān)系，碳匯等級越高的地級市，大多數(shù)農(nóng)作物碳吸收量越大。

圖2 河南省各地級市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯

圖3 河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)主要作物碳吸收量及碳匯等級

總體而言，小麥幾乎為各地級市碳吸收量的最大貢獻(xiàn)者，但開封市蔬菜瓜果的碳吸收量大于小麥和玉米，這與當(dāng)?shù)貎A向于經(jīng)濟(jì)作物種植的狀況相符。各地級市地貌、播種面積和農(nóng)田結(jié)構(gòu)存在不同程度的差異，商丘、周口和駐馬店都地處平原地帶，農(nóng)田分布較廣，因此，這3個(gè)地級市農(nóng)作物碳吸收量較大，碳匯等級最高。豫西大多為山地，相對而言農(nóng)田數(shù)量較少，碳吸收量少，故碳匯等級較低。

2.2 固碳速率法計(jì)算結(jié)果

2020年河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯為292.16萬t，其中，26.6%來自施用氮肥和復(fù)合肥(77.78萬t)導(dǎo)致的碳吸收，73.4%來自秸稈還田(214.38萬t)帶來的碳封存。該結(jié)果略低于韓冰等[32]的模擬結(jié)果，這是因?yàn)楣P者的估算方法來自GB/T 1.1—2020。該規(guī)范僅核算了無固碳措施、施用化肥和秸

稈還田對土壤固碳速率的影響，沒有考慮免耕的固碳效應(yīng)，這就直接導(dǎo)致筆者核算的固碳量偏小。2020年河南省農(nóng)田固碳速率(以C計(jì))達(dá)到0.35 t·hm-2·a-1，其中，0.078 6 t·hm-2·a-1來自化肥施用，0.271 4 t·hm-2·a-1來自秸稈還田，在無化肥施用的情況下，土壤固碳速率為0[15]。趙占輝[33]認(rèn)為河南省農(nóng)田有機(jī)碳密度整體上增長趨勢顯著，大部分區(qū)域固碳速率高達(dá)0.3～0.5 t·hm-2。因此，選定的農(nóng)田固碳速率與趙占輝的研究結(jié)果接近。

應(yīng)用固碳速率法測算的河南省各地級市碳匯量由小到大依次為濟(jì)源、三門峽、鶴壁、漯河、鄭州、焦作、洛陽、濮陽、許昌、平頂山、開封、安陽、新鄉(xiāng)、信陽、商丘、駐馬店、南陽和周口(圖4)，此與凈碳匯法核算結(jié)果排序有所差異。河南省各地級市均表現(xiàn)為碳匯，周口市仍為碳匯量最大的地級市。由于該方法是直接從固碳速率法角度出發(fā)對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯進(jìn)行核算，與凈碳匯法不同，計(jì)算過程中不存在對各類農(nóng)作物碳匯的測算，因此，僅將河南省各地級市碳匯能力劃分為5個(gè)等級(圖5)?？傮w來看，各地級市碳匯能力由西北向東南方向逐漸增強(qiáng)，與凈碳匯法測算結(jié)果呈現(xiàn)基本一致的規(guī)律。從碳匯的貢獻(xiàn)成分來看，各地級市碳匯量幾乎是以秸稈還田部分為主，化肥施用部分占比相對較小。

圖4 河南省各地級市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯

圖5 河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯等級

3 討論

筆者研究采用固碳速率法和凈碳匯法兩種方法對河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量進(jìn)行測算，其中，固碳速率法用于直接計(jì)算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯，該方法能夠盡可能避免因核算項(xiàng)目不全而導(dǎo)致的結(jié)果誤差，但也存在許多弊端。一是該方法僅核算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中土壤生態(tài)系統(tǒng)碳匯，忽略對植被生態(tài)系統(tǒng)碳匯的測算，而判定農(nóng)田植被是碳源還是碳匯對研究結(jié)果有著直接影響。二是該方法無法分別計(jì)算碳源和碳匯，不能清晰識別碳排放和碳吸收各項(xiàng)目的具體情況，有礙于剖析造成農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是碳源還是碳匯的內(nèi)在原因。然而，凈碳匯法能夠彌補(bǔ)固碳速率法的不足。從研究結(jié)果來看，采用凈碳匯法核算的河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量為2 321.39萬t，其中，小麥對碳吸收的貢獻(xiàn)最大；碳排放量為1 969.39萬t，主要是由于土壤碳排放量大。就市域尺度而言，采用固碳速率法核算的信陽市碳匯量為24.26萬t，而采用凈碳匯法測算的結(jié)果卻顯示信陽市碳排放大于碳吸收，碳匯量為-463.59萬t，即為碳源。信陽市多分布有水田，盛產(chǎn)水稻，而水稻碳吸收能力遠(yuǎn)不及小麥，加上土壤碳呼吸旺盛，碳排放大，由此可見，信陽市的實(shí)際情況與凈碳匯法的測算結(jié)果更相符。因此，筆者研究認(rèn)為凈碳匯法更適用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)或農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)碳匯的計(jì)算，其研究結(jié)果更為可靠。

筆者研究直接模擬得到的結(jié)果是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以碳為單位的凈碳匯量，不僅與已有研究結(jié)果的單位一致，而且核算視角相同，具有可比性，因此，就省域尺度和全國的占比數(shù)據(jù)展開綜合對比(表6[14-17])。耕地的數(shù)量和質(zhì)量決定區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力。河南省歷年來耕地面積變化不大，即使不同年份耕地質(zhì)量有所差異，但在耕地?cái)?shù)量差值較小的情況下，其生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力不應(yīng)相差過大。然而，從前3位學(xué)者的研究結(jié)果來看，研究時(shí)段相近數(shù)量的耕地卻對應(yīng)著差值顯著的碳匯量；此外，學(xué)者四的研究發(fā)現(xiàn)792.61萬hm2耕地面積具有6 390.40萬t碳匯量，這與學(xué)者一的結(jié)果有出入。因此，單純對比筆者研究和他人在省域尺度的研究結(jié)果不足以支撐結(jié)果的可信度，需要在全國尺度上以全國數(shù)據(jù)為參考開展進(jìn)一步探討。

表6 筆者研究與其他學(xué)者研究結(jié)果對比[14-17]

不少學(xué)者在中國陸地生態(tài)系統(tǒng)碳匯量核算方面開展研究。徐麗等[34]研究發(fā)現(xiàn)1980—2010年期間中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表層(0—20 cm)碳儲(chǔ)量增長速率為0.013 Pg·a-1(即1 300萬t·a-1)；另有學(xué)者的研究顯示，1960—2010年期間中國陸地生態(tài)系統(tǒng)年碳匯整體呈上升趨勢，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量為(0.032±0.007)Pg·a-1，即(3 200±700)萬t·a-1[35]。河南省耕地面積約占全國面積的4.61%，即使受各區(qū)域地質(zhì)、土壤質(zhì)地不同等因素的影響，河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量也應(yīng)該低于全國水平，而他人的研究已經(jīng)遠(yuǎn)超過全國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量。此外，在碳排放核算項(xiàng)目的考量上，僅學(xué)者一與筆者研究在核算時(shí)將自然排放考慮在內(nèi)，其余3位學(xué)者都只考慮了農(nóng)資投入引起的碳排放，忽略了自然因素引起的碳排放，導(dǎo)致測算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量時(shí)不夠系統(tǒng)全面。因此，筆者研究中采用凈碳匯法得到的計(jì)算結(jié)果(354.00萬t)雖然大于河南省農(nóng)田面積在全國占比所對應(yīng)的碳匯量〔(147.52±32.27)萬t〕[35]，但相比他人研究更具合理性。

事實(shí)上，測算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯受數(shù)據(jù)、方法等諸多不確定性因素的限制，還面臨許多挑戰(zhàn)。凈碳匯法從碳吸收和碳排放兩個(gè)方面考慮農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯，與直接核算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯量的固碳速率法不同，該方法能夠分別測算碳源和碳匯，但在數(shù)據(jù)獲取和項(xiàng)目核算方面也存在一些問題。自然因素中土壤CO2分解和農(nóng)資投入中氮肥施用是河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放的重要因子，當(dāng)前很多學(xué)者在計(jì)量農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放和碳匯等相關(guān)研究中對人為因素導(dǎo)致的碳排放考慮較為全面，但對自然碳排放部分的考量有所欠缺。同時(shí)，人為排放中柴油僅有部分用于農(nóng)田耕作，而厘清柴油使用的路徑有一定困難，為了盡可能完善凈碳匯法的核算方法，筆者研究將柴油考慮進(jìn)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放項(xiàng)目中。因此，明確凈碳匯法核算項(xiàng)目清單尤為重要，關(guān)系到研究結(jié)果的進(jìn)一步精確。固碳速率法從土壤固碳速率角度對河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯進(jìn)行核算，該方法可操作性強(qiáng)且具有普適性，但在選取參數(shù)的過程中也存在著困難。一方面，當(dāng)前對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳速率的研究甚少，尤其是針對省域及其以下尺度的研究更少；另一方面，就參數(shù)本身而言，由于受土壤有機(jī)質(zhì)形成機(jī)理和周轉(zhuǎn)過程中相關(guān)可獲取性因素的制約，導(dǎo)致對農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳速率和碳匯定量評估中具有一定的不確定性[36]。因此，今后的研究動(dòng)向應(yīng)將關(guān)注點(diǎn)落到中等尺度生態(tài)系統(tǒng)土壤固碳速率的挖掘和不確定性定量空間分布信息的綜合評估上，以致力于測算更精確的研究結(jié)果，指導(dǎo)土壤資源的可持續(xù)利用。

4 結(jié)論

基于前人農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯核算的相關(guān)研究，選取農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯法和固碳速率法兩種不同的方法，系統(tǒng)分析河南省及其各地級市凈碳匯和空間分布特征，得到以下結(jié)論：

(1)凈碳匯法更適用于核算河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)凈碳匯，其值為354.00萬t，碳吸收明顯大于碳排放。

(2)根據(jù)前文的測算和分析，采用凈碳匯法和固碳速率法核算得到的研究結(jié)果表明河南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)整體上呈碳匯狀態(tài)。

(3)河南省各地級市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯量在空間上表現(xiàn)為由西北向東南方向遞增的態(tài)勢，兩種方法核算結(jié)果呈現(xiàn)出大體一致的規(guī)律。此外，雖然各地級市農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳匯與其耕地?cái)?shù)量較為統(tǒng)一，但在空間上還是呈現(xiàn)出一定的地域異質(zhì)性。