全 文 ：第 13卷第 3期
2 0 0 5年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
Vo1．13 NO．3
July， 2005
我国农田生态系统碳蓄积及其变化特征研究*
鲁春霞 谢高地 肖 玉 于 格
(中国科学院地理科学与资源研究所 北京 100101)
摘 要 对我国近 20年来农田生态系统 C蓄积的时空变化特征进行估算分析结果表明，我 国农田生态系统近 20
年来 c蓄积总量持续增大，主要是 由于单位面积 C密度持续增大。农田 C密度高值 区主要分布在我 国东部地 区且
多>3t／hm ，低值 区主要分布在我 国北方农 牧交错 带地 区且普遍 生态系统C蓄积能力的关键 。
关键词 农田生态系统 C蓄积 C密度值 作物残余物
Carbon fixation by farmland ecosystems in China and their spatial and temporal characteristics．LU Chun-Xia，XIE Gao-
Di，XIAO Yu，YU Ge(Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences。
Beijing 100101，China)，CJEA，2005，13(3)：35～37
Abstract The amount of carbon fixation and its spatial and temporal characteristics by farmland ecosystem are estimated
and analyzed ．The results show that the total quantities of carbo n fixation increases gradualy in the past two decades be—
cause the carbon density per hectare increases．The East China belongs tO the area of the high value(over 3t／hm )and
the agropastural ecotone in North China has the low value of carbo n density which is less than 1 t／hm ．Thus，the crop
residue management is the key issue for enhancing carbo n sequestration．
Key words Farmland ecosystem ，Carbo n fixation，Carbo n density，Crop residue
(Received Aug．16，2004；revised Sept．8，2004)
农田生态系统具有固 C周期短、蓄积量大的特点，与森林生态系统和草地生态系统相比，目前陆地生态系
统 C贮量研究中对农 田生态系统 C蓄积在全球变化中的作用研究相对不足。据 IPCC第二次评估报告中估计
在未来 50～100年中农田土壤可固定 C40-80PgH J。刘允芬u．2 J对中国农业生态系统 c平衡计算结果表明，
农业生态系统 c循环周期一般为 1年，但它确实是 c汇而非 c源。本研究从国家尺度上估算评价了我国农 田
生态系统植被 c蓄积量及其时空分异规律，为寻求增强 c蓄积量、减少 c排放量途径提供理论依据。
1 研究方法
本研究基于不同区域农作物的经济产量 ，根据农作物经济产量与生物产量的关系模型和已有的研究成
果，确定不同区域生物量和含 c量相关参数 ，初步估算出我国不同区域农 田生态系统总生物量和总 c蓄积
量，所估算的农作物包括稻谷、小麦、玉米、高梁、谷子、豆类、油料、糖料 、薯类、棉花、烟草和蔬菜类，其中蔬
菜类直接按产量计算。作物经济产量、生物量和 c蓄积量之间的转换 ，根据经济产量估算农 田生态系统最
终生物量和 c蓄积量 ，其计算式为：
S = C ×[(1一W )×P ／R +E ] (1)
式中，S 为 i类作物 C蓄积量，C 为 i类作物单位生物量中的含 C量， 为i类作物含水量 ，P 为i类作物
经济产量 ，R 为 i类作物经济系数，E 为地下生物量。并以有关统计数据为基础对全国农作物地上 c蓄积
量进行估算 ，同时利用已有的农作物生物量研究成果估算不同地区农作物地下生物量。
2 结果与分析
2．1 农田生态系统 C蓄积空间格局及其特征
从近 20年来我国农 田生态系统 c蓄积空间格局变化来看(见表 1)，其分布特征是总 c蓄积量 自西向东
*中国科学院地理科学与资源研究所知识创新工程主干科学计划项 目(CX10G-E01—02—05)和中国科学院知识创新工程重要方向性项 目
(KZCX3一SW一333)资助
收稿 日期：2004-08—16 改回日期：2004-09-08
36 中 国 生 态 农 业 学 报 第 13卷
*农作物包括稻谷 、小麦、玉米 、高粱、谷子、豆类 、油料 、糖料、薯类、棉花和烟草。
4～6 t
6—8
>8 ，
图1我国农田生态系统C密度 希状况
．1 spa6aI distribution of boIltlxation ty byfarmland ecosysteminChin~
逐渐增大，青藏高原农田生态系统 C蓄积量最低
(总 C蓄积量为 250万 t左右)，占我国大陆农田
生态系统总 C蓄积量的0．39％，农作物播种面积
占全国的 0．51％；黄淮海地区农_田生态系统 C蓄
积量最高 ，占全国的20％，农作物播种面积 占全
国的 30％左右。根据小麦、水稻和玉米等粮食作
物多年平均生产量估算的农作物单位面积 C密
度空间分布表 明(见图 1)，我国农 田生态系统 C
密 度 空 间 差 异 很 大 ，最 大 值 为 9．27t／hm2，
最小 值 为0．14t／hm2，相 差60多倍 ；C密度 高
表2 我国农田生态系统C蓄积总■与农作物面积分布(2000)
Tab．2 ca~onr脚tion offarmhal戢6嘞娜 of( a】d抛 dis l；0l1．山200
暑1
第 3期 鲁春霞等 ：我国农 田生态系统碳蓄积及其变化特征研究 37
值区主要分布在我国东部地区，而<500kg／hm 的低值区主要分布在我国北方农牧交错带地区，这与我国自
然地带性变化相一致 ，即东部地区由于充沛雨量和光热条件农作物种植多为 1年 2季或 2年 3季 ，因此农作
物单位面积 C蓄积量显著高于 1年 1季的北方地 区。从行政区域来看 ，我国农田生态系统 C蓄积的分布
(见表2)中南地区和华东地区很高，分别占全国C蓄积总量的(除我国台湾省外)29．9％和 28．6％，最低为西
北地 区，占全国 C蓄积总量的 6．3％，表明农作物生物量的大小与农作物播种面积的分布基本一致。
2．2 农田生态系统 C蓄积总量动态变化
近 20年来我国农 田生态系统总生物量和 C蓄积总量呈逐渐增大趋势，我 国农田生态系统 C蓄积总量
由 1980年的 3．56亿 t增为 1985年的 4．70亿 t、1990年的 5．44亿 t、1995年的 5．81亿 t和 2000年的6．35
亿 t。同时单位面积生物量和 C密度也逐年增大 ，由 1980年农 田的 C蓄积量 3076kg／hm 增至 1985年的
3918kg／hm 、1990年的 4424kg／hm 、1995年的4770kg／hm 和 2000年的 5054kg／hm 。从我国不同省区农
田生态系统 c蓄积总量动态变化来看 ，大部分省区如河南、山东和四川省等 c蓄积总量总体呈持续增大趋
势 ，西藏 自治区总量虽较小，但增幅较大，1980年到 2000年农 田C蓄积总量增大了 5倍 ，但也有一些省 区如
广东省等呈下降趋势(见表 3)。
表 3 我国部分省区农田 c蓄积总量比较 (1980~2000)
Tab．3 Comparison of carbon fixation in different provinces from 1980 tO 2000
3 小 结 与讨 论
近 20年来我国农 田生态系统生物量和 C蓄积总量空间分布东部地区为 C密度高值 区，大多>3000
kg／lam ，而<500kg／hm 的低值区主要分布在北方地区农牧交错带，该区旱作农业 占相当比例，故其单位面
积生物产量较低。我国农 田生态系统 c蓄积总量一直呈增大趋势，c密度同样也持续增大。计算结果表明
我国农田生态系统 c蓄积量愈来愈大 ，过去 20年中我国耕地面积虽一直呈减少趋势，但总 c蓄积量却呈增
加趋势 ，说明单位面积生物量的增大是我国农 田生态系统 c蓄积量增大的根本原因。方精云_3 J根据粮食产
量计算的我国农田生态系统 c蓄积总量为 4．01亿 t／o，本研究计算包括 了经济作物 ，并估算了主要作物地
下生物量，以 1990年和 1995年为例 ，我国农田生态系统 c蓄积总量分别为 5．44亿 t／a和 5．81亿 t／a，其结
果较接近我国农田生态系统 c蓄积总量实际状况。从总体看我国农田生态系统面积为草地的 1／4左右 ，而
其 c蓄积总量则为草地的 1／2，说明农田生态系统 c蓄积是调节大气环境、缓解全球气候变暖的重要组成部
分。由于农田生态系统具有固 c周期短 、作物残余物量大的特点，因此如何延长农 田生态系统固 c周期 ，科
学管理作物残余物是增强农田生态系统 c蓄积能力的关键，这 尚待进一步深入研究。
参 考 文 献
1 刘允芬 ．农业生态系统碳循环研究．自然资源学报，1995，10(1)：1～8
2 刘允芬．中国农业系统碳汇功能．农业环境保护 ，1998，17(5)：197～202
3 方精云．中国陆地生态系统碳库 ．现代生态学的热点问题研究．北京：中国科学技术出版社 ，1996．251～277
4 IPCC：(31imate Cha~ e．New York：Cambridge University Press，1995
5 R．Carbon sequestrationin dryland．AnnualArid Zone，2000，39(1)：1～10
6 PetersonG．A．．HalvorsonA．D．et a1．Reducedtilage andincreasing croppingintensityintheGreat Plains∞ nseⅣes soilC．SoilTilageRes
1998。47：207～218