全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 16 期摇 摇 2011 年 8 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
人工和天然湿地芦苇根际土壤细菌群落结构多样性的比较 汪仲琼,王为东,祝贵兵,等 (4489)………………
不同土壤水分下山杏光合作用光响应过程及其模拟 郎摇 莹,张光灿,张征坤,等 (4499)………………………
不同颜色遮阳网遮光对丘陵茶园夏秋茶和春茶产量及主要生化成分的影响
秦志敏,付晓青,肖润林,等 (4509)
……………………………………
……………………………………………………………………………
镉胁迫对烟草叶激素水平、光合特性、荧光特性的影响 吴摇 坤,吴中红,邰付菊,等 (4517)……………………
条浒苔和缘管浒苔对镉胁迫的生理响应比较 蒋和平,郑青松,朱摇 明,等 (4525)………………………………
盐胁迫对拟南芥和盐芥莲座叶芥子油苷含量的影响 庞秋颖,陈思学,于摇 涛,等 (4534)………………………
长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响 高菊生,曹卫东,李冬初,等 (4542)………………
基于水量平衡下灌区农田系统中氮素迁移及平衡的分析 杜摇 军,杨培岭,李云开,等 (4549)…………………
苏北海滨湿地互花米草种子特征及实生苗生长 徐伟伟,王国祥,刘金娥,等 (4560)……………………………
基于 AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价 田耀武,黄志霖,肖文发 (4568)………………
镉污染对不同生境拟水狼蛛氧化酶和金属硫蛋白应激的影响 张征田,庞振凌,夏摇 敏,等 (4579)……………
印度洋南赤道流区水体叶绿素 a的分布及粒级结构 周亚东,王春生,王小谷,等 (4586)………………………
长江口滩涂围垦后水鸟群落结构的变化———以南汇东滩为例 张摇 斌,袁摇 晓,裴恩乐,等 (4599)……………
应用鱼类完整性指数(FAII)评价长江口沿岸碎波带健康状况 毛成责,钟俊生,蒋日进,等 (4609)…………
基于渔业调查的南极半岛北部水域南极磷虾种群年龄结构分析 朱国平,吴摇 强,冯春雷,等 (4620)…………
水稻模型 ORYZA2000 在湖南双季稻区的验证与适应性评价 莫志鸿,冯利平,邹海平,等 (4628)……………
旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 王小彬,王摇 燕,代摇 快,等 (4638)……………………………………
宁夏黄灌区稻田冬春休闲期硝态氮淋失量 王永生,杨世琦 (4653)………………………………………………
太湖沉积物有机碳与氮的来源 倪兆奎,李跃进,王圣瑞,等 (4661)………………………………………………
日偏食对乌鲁木齐空气可培养细菌群落的影响 马摇 晶,孙摇 建,张摇 涛,等 (4671)……………………………
灰飞虱与褐飞虱种内和种间密度效应比较 吕摇 进,曹婷婷,王丽萍,等 (4680)…………………………………
圈养马来熊行为节律和时间分配的季节变化 兰存子,刘振生,王爱善,等 (4689)………………………………
塔里木荒漠河岸林干扰状况与林隙特征 韩摇 路,王海珍,陈加利,等 (4699)……………………………………
珍稀植物伯乐树一年生更新幼苗的死亡原因和保育策略 乔摇 琦,秦新生,邢福武,等 (4709)…………………
垃圾堆肥复合菌剂对干旱胁迫下草坪植物生理生态特性的影响 多立安,王晶晶,赵树兰 (4717)……………
CLM3. 0鄄DGVM中植物叶面积指数与气候因子的时空关系 邵摇 璞,曾晓东 (4725)……………………………
基于生态效率的辽宁省循环经济分析 韩瑞玲,佟连军,宋亚楠 (4732)…………………………………………
专论与综述
土壤食物网中的真菌∕细菌比率及测定方法 曹志平,李德鹏,韩雪梅 (4741)…………………………………
生态社区评价指标体系研究进展 周传斌,戴摇 欣,王如松,等 (4749)……………………………………………
问题讨论
不同胁迫条件下化感与非化感水稻 PAL多基因家族的差异表达 方长旬,王清水,余摇 彦,等 (4760)………
研究简报
钦州湾大型底栖动物生态学研究 王摇 迪,陈丕茂,马摇 媛 (4768)………………………………………………
人工恢复黄河三角洲湿地土壤碳氮含量变化特征 董凯凯,王摇 惠,杨丽原,等 (4778)………………………
基于地统计学丰林自然保护区森林生物量估测及空间格局分析 刘晓梅,布仁仓,邓华卫,等 (4783)…………
晋西黄土区辽东栎、山杨树干液流比较研究 隋旭红,张建军,文万荣 (4791)……………………………………
小兴安岭典型苔草和灌木沼泽 N2O排放及影响因子 石兰英,牟长城,田新民,等 (4799)……………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*316*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄08
封面图说: 在长白山麓低海拔地区的晚秋季节,成片的白桦林用无数根白色的树干、树枝烘托着林冠上跳动的金黄色叶片,共
生的柞木树冠用更浓重的颜色显示了它的存在,整个山梁层林尽染,秋意浓浓。
彩图提供: 陈建伟教授摇 国家林业局摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 31 卷第 16 期
2011 年 8 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 31,No. 16
Aug. ,2011
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:国家重点基础研究发展“973冶计划项目(2011CB100501 / 2007CB109305);国家自然科学基金(40571151);国家“863冶计划项目
(2006AA100220)资助
收稿日期:2010鄄08鄄26; 摇 摇 修订日期:2011鄄04鄄07
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: dxcai@ caas. ac. cn
王小彬,王燕,代快,武雪萍,赵全胜,张丁辰,冯宗会,蔡典雄.旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡.生态学报,2011,31(16):4638鄄4652.
Wang X B, Wang Y, Dai K, Wu X P, Zhao Q S, Zhang D C, Feng Z H, Cai D X. Coupled energy and carbon balance analysis under dryland tillage
systems. Acta Ecologica Sinica,2011,31(16):4638鄄4652.
旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡
王小彬1,2,王摇 燕1,代摇 快1,武雪萍1,2,赵全胜1,张丁辰1,冯宗会1,蔡典雄1,2,*
(1. 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所农业部植物营养与养分循环重点实验室,北京摇 100081;
2. 农业部旱作节水农业重点实验室,北京摇 100081)
摘要:加强农田土壤保持耕作管理,科学认识和调控农田耕作系统能流碳流,提高农业生态系统固碳减排能力,对于减缓农业对
全球温室效应的贡献具有重要意义。 以北方半湿润偏旱区山西寿阳旱作春玉米土壤保持耕作试验研究为基础,利用田间定位
观测数据、辅助能投入参数,土壤呼吸田间原位测定,以及农业生态系统能量 /碳平衡分析及碳循环过程模拟方法,综合分析和
比较不同耕作(CT传统、RT少耕和 NT免耕)系统能量 /碳平衡及能鄄碳关联影响。 与 CT 比较,采用 RT 和 NT 措施下工业能耗
CO2 鄄C损失降低约 4%—12% (相当 11—35 kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)。 在 RT和 NT系统下耗能系数可降低约 6%—10% ,能量生产
效率可提高约 7%—12% 。 2006—2007 年由田间原位测定土壤呼吸 CO2 鄄C释放通量估算,在玉米休闲期(尤其是秋耕处理后),
NT条件下土壤呼吸速率一般为最低(NT
通量趋势基本吻合,如 2006-2007 年玉米产量(kg·hm-2·a-1)平均为,RT(5614依268)>NT(5533依564)>CT(5487依278)。 玉米籽
粒产量与生育期土壤呼吸通量之间呈密切相关(R2 =0. 88)。 本研究结果得出,RT 和 NT 对农田耕作系统的影响呈碳汇效应,
且一般为 NT >RT;而 CT处理表现为碳源。 RT和 NT通过增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。
关键词:土壤保持耕作;农业生态系统;能量平衡;碳平衡
Coupled energy and carbon balance analysis under dryland tillage systems
WANG Xiaobin1,2, WANG Yan1, DAI Kuai1, WU Xueping1,2, ZHAO Quansheng1, ZHANG Dingchen1, FENG
Zonghui1, CAI Dianxiong1,2,*
1 Institute of Agricultural Resources and Regional Planning,Chinese Academy of Agricultural Sciences; Ministry of Agriculture Key Laboratory of Plant
Nutrition and Nutrient Cycling, Beijing 100081, China
2 Key Laboratory of Dryland Farming Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China
Abstract: Scientific regulation of both energy and carbon flows under tillage system with soil conservation tillage practices is
of great significance for saving energy input in farmland, mitigating greenhouse gas emission to the atmosphere, and
increasing carbon sequestration potential in soils. Based on the field experimental studies on conservation tillage in dryland
maize cropping systems, located in Shouyang Dryland Farming Station in Shanxi province of China, impacts of different
tillage systems (including conventional tillage (CT), reduced鄄tillage (RT), and no鄄till (NT) practice) on coupled energy
/ carbon balance were integrally studied. through field observations, embodied energy input parameter determinations, soil
respiration measurements, carbon dynamic processe simulations, and energy / carbon balance estimations in dryland agro鄄
http: / / www. ecologica. cn
ecosystems. Compared with CT, conservation tillage (RT and NT) could increase carbon input (about 1. 6 tC·hm-2) with
increasing stover return and root stubble biomass in the soils, but reduce carbon losses by stover burning / or removal (about
1. 6 tC·hm-2) and by soil erosion ( about 1. 2—1. 6 tC·hm-2). The energy inputs (MJ·hm-2 ) were in the order: CT
(13829) >RT(13289) >NT(12434), which was similar to the order for carbon emissions (kgC·hm-2): CT(283) >RT
(272) >NT(248). The embodied energy consumption was reduce by about 4%—12% (equivalent to 11—35 kg CO2 鄄C·
hm-2·a-1) with NT and RT practices, as compared to the CT practice. The coefficiency of energy consumption was decrease
by about 6%—10% and the coefficiency of energy production increase by 7%—12% under conservation tillage systems, as
compared to the CT practice. The results also showed that the rates of soil organic carbon sequestration (kg C·hm-2·a-1)
tended to increase from -104 with CT to 144—149 with NT and RT. The field measurements during periods 2006—2007
showed that the mean soil respiration rates (kg CO2 鄄C·hm
-2·a-1) with NT were generally lowest (-13% ) during the fellow
periods in the order: NT (540依30)
(kg CO2 鄄C·hm
-2·a-1) were RT (2342依524) >NT (2005依380) >CT (1987依375). The changes in maize grain yields
showed the same trend with soil respiration associated with tillage practices, for instance, the mean maize grain yields (kg·
hm-2·a-1) also were RT (5614 依1298) >NT (5533 依631) >CT (5487 依1320), showing a positively close relationship
between maize grain yields and soil respiration during growing stage (R2 =0. 88). Although different methods were used to
estimate CO2 鄄C emissions by soil respiration processes, the analysis showed the same trends in carbon sink / source under
tillage systems, such as a increasing trend in carbon sink with conservation tillage practices (generally RT >NT) compared
to carbon source with CT, indicating that stover incorporation combined with conservation tillage practices through
increasing carbon input is an effective way for maintenance and enhancement of soil organic carbon.
Key Words: conservation tillage; agro鄄ecosystem; energy balance; carbon balance
近几十年来,农业活动如传统耕作导致农田土壤 CO2排放增加的事实已经表明农业是影响气候变化的主
要因素之一[1]。 土壤耕作是农业生产系统主要的能耗过程,直接影响系统能量 /碳变化过程,对大气 CO2增减
和土壤有机碳(SOC)变化具有重要贡献。 土壤保持耕作是农业系统少投节能固碳重要措施之一,目前被认为
是一项具有直接降低 CO2排放潜力且提高土壤固碳减排作用的有效农业措施之一,因而受到全球广泛
关注[2鄄5]。
自 20 世纪 80 年代,国外学者从农业生态系统农田养分循环过程方面开展了土壤保持耕作研究[6鄄7]。 20
世纪 90 年代,随着人们对全球变化和环境问题的重视,农业生态系统能量分析方法[8鄄10]被应用于土壤耕作系
统评价研究[11鄄12],并将对耕作系统能耗经济分析与 CO2排放及土壤固碳联系起来[13鄄16]。 2000 年以来,土壤保
持耕作的环境效应如不同耕作措施对土壤呼吸[17]、碳固定和 CO2排放及其对减缓温室效应的贡献引起越来
越多的关注[18]。 90 年代中后期以来,农业生态系统土壤碳循环模型及模拟方法研究和应用得到发展[19鄄34]。
中国作为世界上一个重要的农业大国,由于土地耕种历史悠久,长期采用低水平的粗放农作经营方式、频
繁翻耕、不当施肥、作物残茬清除或焚烧,土壤侵蚀和土壤退化等原因[35],已经造成了中国陆地生态系统尤其
耕地土壤碳贮量目前处于一种低水平状态[36]。 因此,通过改善耕作和施肥等农业措施,提高农业生态系统碳
汇和减排能力,对于减缓农业对全球温室效应的贡献具有重要影响。 由于土壤耕作是最主要的人工辅助能投
入或能耗过程,直接或间接影响系统的能耗(排放 CO2)和土壤碳循环及有机质分解(释放 CO2),影响大气温
室气体(以 CO2为主)的浓度变化,这一过程反映了农田耕作系统能流对碳流的影响及二者关联。 20 世纪 80
年代中至 90 年代期间国内外学者对农业系统能量平衡分析已有很多研究[37鄄39],鉴于用能量指标评价农业生
产效率可将农田系统中多种不同量纲的投入和产出在统一量纲下进行评价对比,能流分析和测算方法逐渐完
善[9鄄10,38鄄43]。 尽管我国在农业生态系统能量分析、农田系统 CO2排放和土壤碳循环方面分别都有开展研究,然
9364摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
而,对于旱地农田保持耕作系统能流和碳循环关联影响方面研究及评价仍较少,往往忽视农田系统土壤固碳
减排净效应的估算。 本研究通过旱地农田土壤保持耕作试验和碳循环模拟研究、以及农业生态系统能量 /碳
平衡分析,为科学认识和定量描述农田耕作系统能量 /碳平衡,增强旱地农田系统碳汇和减排管理提供参数
依据。
1摇 材料与方法
1. 1摇 研究思路和方法
本研究从农田耕作系统水平能流 /碳流平衡观点出发,以北方半湿润偏旱区农田土壤保持耕作试验研究
为基础,利用田间定位观测数据、辅助能投入参数分析,土壤呼吸田间原位测定,结合模型模拟预测,试图定量
描述系统外部辅助能量 /碳投入对系统内部能量 /碳循环、能量 /碳产出、以及能流鄄碳流关联影响及碳循环动
态过程。
(1)建立农田耕作系统能流 /碳流平衡概念模型,界定农田土壤鄄作物系统边界,概念性描述系统内外部参
与能流鄄碳流循环过程及元素结构关系。
(2)根据田间试验测定 /当地农田耕作系统气象、管理、土壤鄄作物等特征参数,运用能量分析 /动态过程模
拟(如选用 Century模型)等,研究确定系统碳循环过程各要素能 /碳流通量变化。
(3)估算分析耕作系统能流(量)输入与输出平衡、耕作管理系统土壤鄄作物鄄大气碳循环过程主要碳收支
项平衡,比较不同耕作系统能 /碳收支平衡及耕作管理碳汇 /源影响。
1. 1. 1摇 农田耕作系统能 /碳流基本概念模型及其边界条件
为探索和定量描述农田耕作系统参与能流鄄碳流循环过程及系统内部和系统外部元素结构关系,首先建
立农田耕作系统能流 /碳流平衡概念模型(图 1),并界定农田土壤鄄作物系统边界条件。
大气:
管理: 人工辅助能投入?? 土壤:
(Ei/CEi)
(Eb/CEb)
生物能:
人力, 畜力, 农家肥,
作物秸秆, 种子等
(Cw)土壤侵蚀C损失?? (Cpsb)等号秆C丢弃/焚烧
(Cb)
畜牧能量
(Cpg)粮食 & (Cbp)畜牧
农产品市场
系统边界
有机C分解矿化作用,固定作用
(Cs)
土壤C循环/C固定??? (Cp)C固定??
作物/畜牧:
能量输出??土壤呼吸
土壤耕作 残茬
吸收
有机肥
饲料
工业能源 (无机能/石化能):
农机械, 化肥, 农药, 电力
燃油, 耕作施肥作业等
(Cee)CO2排放量??
(Ces)CO2释放量??
辐射
光合作用气温、降水
图 1摇 农田土壤耕作系统能流 /碳流平衡概念模型
Fig. 1摇 The concept model of coupled energy and carbon flows balance in soil tillage systems
系统内部元素摇 (1)土壤项:与土壤 C固定(Cs)有关的土壤碳循环过程;(2)作物项:作物光合作用(Cp)
0464 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
有关的植物碳累积过程。
系统外部元素摇 (1)管理项:包括以工业能源(Cei)和生物能(Ceb)为主的人工辅助能消耗与转化过程;
(2)大气项:包括降水、气温、光照等气象因素影响过程。
系统内外部碳移出或损失项摇 (1)农产品输出项:包括籽粒(Cpg)和秸秆饲料(Cb);(2)碳排放项:与人
工辅助能耗相关的 CO2 鄄C(Cee)排放和与土壤呼吸有关的 CO2 鄄C(Ces)释放过程;(3)侵蚀项:水土流失过程
(Cw);(4)农弃物或秸秆焚烧(Cpsb)。
1. 1. 2摇 农田耕作系统相关特征参数及碳收支平衡分析
根据田间试验测定 /当地农田耕作系统气象、管理、土壤鄄作物特征等确定模型参数,运用能流(量)分析 /
动态过程模拟等手段研究确定系统碳循环过程各要素能 /碳流通量变化。 测定与估算系统碳平衡如下:
系统碳平衡(kg·hm-2·a-1)= f (Cpg,Cpr,Cps,Cbm,Cee,Ces,Cw,Cpsb)
系统碳平衡(kg·hm-2·a-1)=系统 C投入-系统 C输出摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
= (Cpg + Cpr + Cps + Cbm)-(Cpsb + Cw + Cee + Ces)
其中:
Cp(kg·hm-2·a-1)= 每年作物光合作用有关的植物碳累积过程(»Cpg + Cpr + Cps)
Cpr(kg·hm-2·a-1)= 每年作物根茬 C量参与农田土壤 C循环的生物量
Cps(kg·hm-2·a-1)= 每年以作物秸秆为主的生物能参与农田土壤 C循环的用量
Cbm(kg·hm-2·a-1)= 每年以农家肥为主的生物能参与农田土壤 C循环的用量
Cpsb(kg·hm-2·a-1)= 每年作物秸秆丢弃 /焚烧引起的 C损失量(根据田间试验不同耕作·处理估算)
Cw(kg·hm-2·a-1)= 每年由风蚀水蚀引起的土壤 C损失量(根据 Wang等[44]田间试验测定估算)
Cee (kg·hm-2·a-1)= 每年以工业能源为主的人工辅助能投入量相当的 CO2 鄄C 量(»Cei)。 以工业能源
为主[9,45]
Ces (kg·hm-2·a-1)= 每年与土壤呼吸有关的 CO2鄄C释放通量(Ces »有机物分解 + 微生物呼吸+ 根呼吸)
土壤呼吸估测方法:(1)田间原位测定。 用碱吸收滴定法在田间原位测定不同耕作系统作物生长过程土
壤呼吸 CO2 鄄C释放通量[46]。 (2)土壤有机物分解 C量估算。 根据文献资料和试验测得的有机物料(如秸秆、
牛粪、根茬和有机质)分解系数[47]估算有机物分解 C 量(kgC·hm-2·a-1)(表 1)。 根据 Wang 等估算[48],每年
投入有机物料和有机质分解释放 CO2 鄄C量(kg·hm-2·a-1) = kps伊 秸秆碳(Cps)+kbm伊 牛粪碳(Cbm) + kpr伊 根
茬碳(Cpr)+ks 伊 土壤有机碳(Cs)。 (3)土壤有机碳平衡方程估算。 由Wang等试验和模拟得出[49],每年因呼
吸导致的碳释放量(tC·hm-2·a-1) = (1- 0. 1566) x-0. 1987)。 (4)土壤呼吸释放 CO2鄄C 量模拟估测。 应用
Century模型[50],模拟长期不同耕作能量 /碳管理土壤鄄作物系统土壤呼吸 CO2鄄C释放量(kgC·hm-2·a-1)。
表 1摇 估算土壤呼吸所采用的秸秆、牛粪、根茬和有机质分解系数(山西寿阳) [48]
Table 1 摇 Decay coefficients for stover, manure, stubble + roots and soil organic matter ( SOM) in the calculation of C balances and the
estimation of soil respiration (Shouyang, Shanxi) [48]
项目 Iterm 有机物分解系数 Decay coefficients
秸秆 stover (kps) 0. 8
牛粪 manure (kbm) 0. 48
根茬 Stubble+roots (kpr) 0. 55
土壤有机质 SOM (ks) 0. 0285
1. 1. 3摇 农田耕作系统能投参数调研估测及能量平衡分析
通过对试验区相关基础资料、试验数据、能流和碳流分析、模型模拟所需数据收集和调研(包括气象数
据、土壤、作物、能投及管理等参数),获取当地农田耕作系统人工辅助能量,包括工业能源和生物能投入有关
参数[35],如机耕用柴油(45 MJ / kg)、化肥(N和 P2O5分别为 91 MJ / kg 和 91 MJ / kg)、农药(102 MJ / kg)、和种
1464摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
子(16 MJ / kg)等生产和农田管理过程消耗能量),用于估算与能耗有关的 CO2 鄄C 排放能量,估测和比较不同
耕作管理系统能投、能量输出、能量转化利用效率、农业辅助能产投比等。 估算分析耕作系统能流(量)输入
与输出平衡、土壤鄄作物鄄大气碳循环过程主要碳收支项平衡,以及能流-碳流关联影响。 有关能量平衡分析估
算方法[13,35]如下:
人工辅助能投入(GJ / hm2)= 农机械、肥、药等生产和管理过程耗能
系统 CO2排放量(GJ / hm2或 kg / hm2)= 与人工辅助能耗相关的 CO2 鄄C排放量
系统能量输出(GJ / hm2)摇 = 作物产量(kg / hm2)伊产量能量系数(GJ / kg)
系统净能量输出(GJ / hm2)= 系统能量输出-系统能量投入
系统能量生产效率(t籽粒·GJ-1)=能量输出(t / hm2) /人工辅助能投入(GJ / hm2)
系统耗能强度或系数(GJ·t籽粒-1)=人工辅助能投入(GJ / hm2) /能量输出(t / hm2)
农业辅助能产投比 = 能量输出(GJ / hm2) /人工辅助能投入(GJ / hm2)
1. 2摇 田间试验
1. 2. 1摇 试验区概况
试验地点设在山西寿阳旱农试验区,位于山西晋中地区寿阳县。 该区属中纬度暖温带半湿润偏旱大陆性
季风气候区。 年均降水量约 520 mm。 一年一作春玉米播种面积占粮食播种面积的 50%以上。 该区大部分
土地地势较高(海拔 1066—1159 m),长年因受自然气候的影响,水土流失与土壤剥蚀切割严重,形成黄土丘
陵地貌。 当地农民习惯于采用秋、春两次耕翻和春季翻埋化肥的耕作与施肥方式。 加之耕作粗放,有机肥来
源缺乏,肥料投入少,农作物秸秆未能充分利用,土壤养分状况多数处于中下等水平。 由于该区春季玉米播种
期一般多风少雨,春耕翻+春施肥加剧了土壤风蚀和干旱程度。 春旱是该区春玉米萌发主要限制因素。
1. 2. 2摇 试验设计及方法
旱地农田玉米保护性耕作试验于 2003 年开始在寿阳宗艾村旱农试验区布置实施。 试验地选在较平缓的
旱塬、无灌溉条件的砂质壤土的褐土上。 基础土壤养分含量为:有机质 25. 7 g / kg,全 N 1. 04 g / kg,速效 N
(NH+4 +NO-3)54 mg / kg,速效 P 7. 3 mg / kg,速效 K 92. 9 mg / kg,pH值 7. 87。 供试玉米品种选用当地推荐品种。
试验处理为:(1)CT传统耕作(传统秋后秸秆移出秋耕翻(秸秆残留量约 25% ) +传统春施化肥并春耕
翻);(2)RT少耕(采取秋后秸秆还田(残茬还田量约 90% )少耕并配合秋施化肥);(3)NT免耕(采用起垄免
耕并垄上种植。 秋后将秸秆顺行推倒免耕覆盖(残茬还田量约 90% ),春季采取垄上免耕施肥播种并将秸秆
移至垄沟)。 每年不同耕作处理 NP施肥量为 105 kg / hm2。 肥料为复合肥 20鄄20鄄0(N% 鄄P% 鄄K% )。 小区面
积为 10 m 伊 5 m=50 m2;重复 3 次。
1. 3摇 样品测试及分析方法
1. 3. 1摇 土壤呼吸的测定
2006—2007 年期间测定不同耕作处理玉米生育期和休闲期土壤呼吸动态变化。 土壤呼吸测定采用静态
室间吸收滴定法。 圆柱形容器规格为高 25 cm和直径 29 cm,顶端密闭,在测定当天选好地点安置密闭气室,
气室内放置 1 个盛有 20 mL浓度为 1 mol / L的 NaOH溶液的烧杯,同时设空白对照(即在一两端封闭的同等
容器中放置同样浓度的 NaOH溶液)。 在容器上加以重物保证容器的密闭性。 大约 24h 后取回(从容器中取
出烧杯时应立即密闭,以防止大气中 CO2进入溶液中造成误差),取回的液样先用过量的 BaCl2沉淀已吸收
CO2的 NaOH溶液,然后以酚酞为指示剂,用 1 mol / L的标准 HCl进行滴定中和过量的 NaOH,计算 24 h 内土
壤释放 CO2量。 原则上在整个生育期各生育阶段(播种期、出苗期、拔节期、灌浆期和成熟期)分别进行观测,
每个小区设 3—5 次重复。 根据下式计算 24 h内土壤呼吸速率:
CO2 鄄C(mg·m-2·d-1)= (V0-V)伊CHCl伊M / A
式中,V0为滴定对照瓶所需标准盐酸的体积(mL);V 为滴定样品瓶所需标准盐酸的体积(mL);CHCl为标准盐
酸溶液浓度(mol / L);M为碳的摩尔质量(g / mol)转换系数;A为圆柱形容器的底面积(m2)。
2464 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
通过对每个时间段吟t(天数,即 ti +1-ti)测定的土壤呼吸速率平均值((R i+R i +1) / 2)累加计算并换算(B,
单位换算系数)求得全年(生育期+休闲期)土壤呼吸释放通量:
CO2 鄄C(kg·hm-2·a-1)= 移(R i+ R i +1) / 2伊吟t伊B
1. 3. 2摇 土壤有机质的测定
玉米收获后取样,采用重铬酸钾容量法鄄外加热法进行测定。 方法原理:在外加热油浴 180 益的条件下,
用一定浓度的重铬酸钾鄄硫酸溶液氧化土壤中的有机碳,剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁来滴定,从所消耗的重铬
酸钾量来计算土壤有机质(SOM)含量。 土壤有机质转化为土壤有机碳(SOC)的转换系数为 0. 58(即 SOC =
SOM伊0. 58)。
1. 3. 3摇 作物产量的测定
在玉米收获期取作物植株样,每个小区随机选 3 垄(不包括保护行)进行取样,每垄取 7 株进行称重,分
别测定植株和籽粒干重,然后计算单位面积玉米籽粒和秸秆产量。
1. 3. 4摇 试验数据统计分析
为了能够对农田耕作系统能量平衡 /碳收支平衡进行定量评价,本研究主要采用 2006—2007 年对应的田
间试验数据,包括土壤呼吸测定、土壤有机质和玉米产量等数据进行估算。 试验数据采用 SAS[51]统计软件
GLM及 REG程序进行方差分析和回归分析。
2摇 结果与分析
b
a
b
a
a
a
01000
20003000
40005000
60007000
8000
2006
CT RT NT
玉米
产量
Maiz
e yie
ld (k
g/hm
-
2 )
年份 Year 2007
图 2摇 不同耕作下玉米生育期产量
Fig. 2摇 Maize grain yields under different tillage systems
CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
2. 1摇 不同耕作系统玉米产量
2006—2007 年玉米籽粒产量变化如图 2。 2006 年
降雨量较少(生育期降水量约 419 mm),玉米籽粒产量
变化幅度在 4553—5087 kg / hm2。 相对于 CT(4553 kg /
hm2),NT 玉米籽粒产量 (5087 kg / hm2 )显著提高约
12% (P < 0. 05),RT 产量 (4696 kg / hm2 )增加 3% 。
2007 年降雨量较丰富(生育期降水量约 529 mm),玉米
产量变化幅度在 5979—6531 kg / hm2。 与 CT 产量
(6420 kg / hm2 )比较,RT 产量 (6531 kg / hm2 )增加约
2% ,NT产量(5979 kg / hm2)减少约 7% ,但三者差异不
显著(P > 0. 05)。 两年平均产量(kg / hm2)为:RT(5614
依1298) >NT(5533 依 631) >CT(5487 依 1320)。 相对于
CT,NT在旱年有明显增产作用;丰水年一般保持平产。
2. 2摇 不同耕作系统土壤呼吸估测
农田耕作系统土壤呼吸是由土壤向大气排放 CO2的过程,主要包括土壤微生物呼吸和植物根呼吸及土壤
动物呼吸。 土壤呼吸作用的变化是影响农田系统碳收支平衡要素之一,很大程度影响系统碳平衡估算。 本研
究采用不同方法对不同耕作系统土壤呼吸进行估测:(1)田间原位测定土壤呼吸;(2)根据土壤有机物分解释
放 CO2 鄄C量估算;(3)土壤有机碳平衡方程估算 CO2 鄄C量;(4)模拟估测土壤呼吸。
2. 2. 1摇 田间原位测定土壤呼吸
2006—2007 年在山西寿阳旱农试验区不同耕作 /秸秆处理土壤,于玉米生育期鄄休闲期采用碱吸收滴定法
测定土壤呼吸作用强度(mg CO2 鄄C·m-2·d-1)(图 3),并估算土壤鄄作物系统土壤呼吸作用 CO2 鄄C 年释放通量
(kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)(图 4)。
田间测定结果表明,玉米生长发育高峰期(7—8 月春玉米抽雄鄄吐丝期)土壤呼吸日通量达到最大,休闲
期(11—4 月玉米秋收获后鄄玉米春播期间)土壤呼吸降至最低(图 3)。 2006 和 2007 年不同耕作处理玉米生
育期土壤呼吸日通量(mg CO2 鄄C·m-2·d-1 )变化幅度分别为:385—1176 和 414—1300 (RT);287—1385 和
3464摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
271—1525(NT);280—1279 和 292—1264(CT)。 在玉米休闲期(尤其是秋耕处理后),NT土壤呼吸速率为最
低,而玉米生育期,尤其在玉米生长高峰期,NT 土壤呼吸速率为最高,如 2006—2007 年 3 种耕作下生长高峰
期土壤呼吸速率(mg CO2 鄄C·m-2·d-1)分别为:1385—1525(NT),1176—1300(RT)和 1279—1264(CT)。
0200
400600
8001000
12001400
16001800 RTNTCT
土壤
呼吸
速率
Soil
repir
ation
rate
(CO 2
-C m
g. m-
2 . d-1 )
日期 Date20
06-0
4
2006
-05
2006
-06
2006
-07
2006
-08
2006
-09
2006
-10
2006
-11
2 006
- 12
2007
-01
2007
-02
2007
-03
2007
-04
2007
-05
2007
-06
2007
-07
2007
-08
2007
-09
2007
-10
2007
-11
2007
-12
2006—2007年
图 3摇 碱吸收法测定农田不同耕作系统土壤呼吸日变化通量
Fig. 3摇 Changes in soil respiration rates in maize field under different tillage systems measured by liquid alkali absorb method
CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
RT
玉米生长期
休闲期
2006 2007NT CT RT NT CT土壤
呼吸
通量
/(CO
2-C k
g?hm
-
2 ?a-1 )
Soil
respi
ration
flux
2006—2007年30002500
20001500
10005000
摇 图 4摇 农田不同耕作系统土壤呼吸年释放通量
Fig. 4 摇 Changes in soil respiration flux in maize field under
different tillage systems measured by liquid alkali absorb method
CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
2006—2007 年不同耕作处理土壤呼吸年释放通量
(kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)比较(图 4),玉米休闲期平均为:
NT(540依30)
土壤呼吸作用有关;玉米生育期平均为:CT(1368依355)
供微生物 /作物生长所需能源 /养分,同时促进土壤微生
物和根系的呼吸作用有关。 全年土壤呼吸总量 ( kg
CO2 鄄C·hm-2·a-1 )平均为:RT(2342 依524) >NT(2005 依
380)>CT(1987依375),RT处理较 CT提高约 18% 。
由研究结果发现,不同耕作下的玉米籽粒产量与生
育期土壤呼吸通量趋势基本吻合(图 5),如 2006—2007
年玉米产量(kg·hm-2·a-1)平均为,RT(5614依268) >NT(5533依564) >CT(5487依278)。 玉米籽粒产量与生育
期土壤呼吸通量之间呈密切相关(R2 =0. 88),但与休闲期土壤呼吸通量之间相关性不大。 与 CT 相比,RT 处
理因玉米收获后秸秆直接还田,增加了土壤有机物投入,导致土壤呼吸作用相对较高,作物生长和产量也相对
较高,这可能在于增加有机物料促进了土壤微生物活性和有机物的分解,且改善了作物养分吸收。
2. 2. 2摇 土壤有机物分解释放 CO2 鄄C量估算
根据 2006—2007 年测定不同耕作 /残茬处理的土壤有机质变化和作物产量数据,及有机物(如秸秆、牛
粪、根茬和有机质)分解系数(表 1),可以估算得出每年秸秆和残茬还田土壤有机物分解释放 CO2 鄄C 量(表
2)。 比较不同耕作措施对土壤呼吸(kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)的影响为,RT(3565)>NT(3508)>CT(2215),其估算
值与田间测定结果趋势一致,但估测结果略高于田间测定结果。 这是否与估算中涉及土壤有机碳分解项的取
值深度(20 cm)有关,还有待进一步验证。
4464 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
玉米生长期
休闲期
全年土壤呼吸
土壤
呼吸
通量
Soil
respi
ratio
n flu
x(CO
2-C
kg. hm
-
2 . a-1 )
4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000
玉米产量 Maize yield/(kg/hm2)
y = 0.38x - 1.84R2 = 0.775
y = 0.32x - 358.3R2 = 0.878
y = 0.058x + 356.5R2 = 0.091
2006?2007年
图 5摇 不同耕作系统玉米产量与土壤呼吸年释放通量
Fig. 5摇 The relationships between maize grain yields and soil respiration flux
CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
表 2摇 不同耕作系统年碳投入量、土壤有机质与有机物分解释放 CO2 鄄C量估算 (2006—2007 年)
Table 2摇 Carbon input, soil organic matter (SOM), andCO2 respiration from organic material decomposition estimated by using the decay
coefficients of organic materials [48]
试验年
Year
处理
Treatment
碳投入量
C input / (kg·hm-2·a-1)
秸秆
Stover
根茬
Stubble + roots
土壤有机质
SOM
/ (g / kg)
有机物分解释放 CO2 鄄C
respiration from
decomposition
/ (kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)
玉米产量
Grain yield
/ (kg / hm2)
2006 RT 1860 827 29. 9 3108 4696b依278
NT 2014 895 28. 8 3226 5087a依418
CT 501 801 30. 0 2011 4553b依239
2007 RT 2586 1149 33. 9 4023 6531a依524
NT 2368 1052 33. 7 3786 5979a依815
CT 706 1130 31. 5 2414 6420a依542
平均 RT 2223 988 31. 9 3565 5614a依268
NT 2191 974 31. 3 3508 5533a依564
CT 604 966 30. 8 2215 5487a依278
摇 摇 CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕; 分解系数 k见表 1
2. 2. 3摇 土壤有机碳平衡方程估算 CO2 鄄C量
基于寿阳玉米地少耕秸秆还田长期定位试验,并结合应用碳循环模型(Century 模型)模拟预测耕作系统
土壤有机碳动态变化(图 6)。 由田间试验测定和模拟分析得到土壤有机碳平衡方程[49]如下:SOC(tC·hm-2·
a-1)= 0. 1566x-0. 1987。 由此关系式可推知,维持土壤有机碳平衡的年均残茬投入量(x)至少在 50% (相当
于 1. 3 t C),表明秸秆还田增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。 由方程估算不同耕作措施
对土壤碳汇 /源影响为:长期采用 CT会导致土壤有机碳逐年损失(-104 kgC·hm-2·a-1);而实施 RT和 NT措施
土壤有机碳呈逐年递增趋势(144—149kgC·hm-2·a-1) (表 3)。 由此土壤有机碳平衡方程也可估算土壤呼吸
CO2 鄄C释放量:每年因呼吸导致的碳释放量(tC·hm-2·a-1)= (1- 0郾 1566) x-0. 1987。 比较不同耕作措施对土
壤呼吸的影响,此方程估算结果与田间测定结果基本吻合。 不同耕作处理土壤呼吸估测值为:RT(2074kg
CO2 鄄C·hm-2·a-1)>NT(2047kg CO2 鄄C·hm-2·a-1) >CT(708kg CO2 鄄C·hm-2·a-1)(表 3),但 CT 估算值有些偏低。
这与本关系式是在长期少耕秸秆还田(并配施化肥)试验基础上建立而得,所以较适用于预测秸秆碳投入量
对土壤有机碳分解或固定的影响。
2. 2. 4摇 模拟估测土壤呼吸
应用 Century模型[50],模拟长期不同耕作能量 /碳管理土壤鄄作物系统土壤呼吸 CO2 鄄C 释放量。 模拟估算
5464摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
值与田间测定的不同耕作措施对土壤呼吸的影响趋势基本一致(图 7)。 由模拟估算的土壤呼吸年通量为:
CT(2478kg CO2 鄄C·hm-2·a-1) < NT(3316kg CO2 鄄C·hm-2·a-1) < RT(3988kg CO2 鄄C·hm-2·a-1),但模拟值一般较
田间测定估算值偏高。 由于土壤呼吸过程受环境影响很大,取样时期和测定方法都可能导致实验误差。
表 3摇 用土壤有机碳平衡方程估算土壤呼吸及土壤碳平衡(2006—2007 年平均值)
Table 3 摇 Soil respiration CO2 鄄C emissions and carbon balances ( averaged over 2006—2007 ) estimated by using the equation of soil
organic balance[49]
土壤呼吸及碳汇 /源 CO2 鄄C sink / source CT NT RT
碳投入量 C input (kg C·hm-2·a-1) 1570 3165 3211
土壤呼吸 Soil respiration (kg CO2 鄄C·hm-2·a-1) 708 2047 2074
土壤碳汇 /源 Soil C balance (kg C·hm-2·a-1) (+ / -) -104 144 149
摇 摇 CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕; 有机碳平衡方程式见图 6
-0.3
-0.2
-0.1
0
0.1
0.2
0.3
0.4
秸秆C投入量 C input/(t C.kg.hm-2-1 )0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
y = 0.1566x - 0.1988R2 = 0.8092
土壤
碳固
存速
率
C seq
uestr
ation
rate/
(t C. k
g. hm
-
2 . a-1 )
摇 图 6 摇 每年有机物料 (秸秆 C)投入对土壤碳年变化速率的
影响[49]
Fig. 6 摇 Relationship between annual C inputs ( from stover C
return) to soil and the rate of C sequestration in the top 20 cm
layer[49]
0
100
200
300
400
500 CT NT RT
20032004 20052006 2007200820092010
年份 Year
CO 2呼
吸/
(g C/
m2 )
Annu
al CO
2 resp
iratio
n fro
m de
comp
ositio
n
摇 图 7摇 Century模型[50]模拟预测不同耕作系统残茬分解过程土壤
呼吸 CO2 鄄C量年变化
Fig. 7摇 Simulation of annual CO2 respiration from decomposition
under different tillage systems using Century model[50]
CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
2. 3摇 农田耕作系统能流(量)鄄碳流平衡分析
通过对试验区相关基础资料、试验数据、能流和碳流分析、模型模拟所需数据收集和调研,获取当地农田
耕作系统人工辅助能量,包括工业能源和生物能投入有关参数,用于估算与能耗有关的 CO2 鄄C 排放能量,估
测和比较了不同耕作管理系统能投、能量输出、能量转化利用效率、农业辅助能产投比等,估算分析了耕作系
统能流(量)输入与输出平衡,及土壤鄄作物鄄大气碳循环过程主要碳收支项平衡。
2. 3. 1摇 农田耕作系统能投参数调研估测
对试验区相关基础资料、田间试验数据、能流和碳流数据调研分析、获取当地农田耕作系统人工辅助能
量,包括工业能源和生物能投入有关参数,并对不同耕作系统主要能投参数及与能耗有关的 CO2 鄄C 排放能量
进行估测(表 4)。 采取不同耕作措施的能量投入 为:CT(13829MJ / hm2) >RT(13289MJ / hm2) >NT(12434MJ /
hm2) ;相当于碳排放量为:CT(283kg C / hm2) >RT(272kg C / hm2) >NT(248kg C / hm2)。 与 CT 比较,RT 和
NT措施下的能量投入降低了 4%—12% ;能耗(以 CO2 鄄C排放能量计)降低了 11—35 kg CO2 鄄C / hm2。 表中还
可看出,化肥投入能耗在系统总能量投入中约占 80%—90% ,CT 耕作机械能耗投入约占总能投的 12% ,而
NT和 RT各约占 3%和 9% 。
6464 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
表 4摇 不同耕作系统主要能投参数及碳排放量估测 (2006—2007 年平均值)
Table 4摇 The parameters related to energy inputs and the estimated CO2 鄄C emissions due to energy consumpsion (averaged over 2006—2007)
能量投入项
Energy input
CT
能流
Energy
/ (MJ / hm2)
碳流
Carbon
/ (kgC / hm2)
NT
能流
Energy
/ (MJ / hm2)
碳流
Carbon
/ (kgC / hm2)
RT
能流
Energy
/ (MJ / hm2)
碳流
Carbon
/ (kgC / hm2)
人工 Labour 701 14 350 7. 2 701 14
化肥 Fertilization 10952 224 10952 224 10952 224
春旋耕 Rotary harrowing 540 11 0 0 0 0
机播 Planting 338 7 338 6. 9 338 7
种子 Seed 489 10 489 10 489 10
除草剂 Herbicide 0 0 306 6. 3 0 0
翻地 Ploughing 810 17 0 0 810 17
能量投入 Total energy input 13829 283 12434 248 13289 272
摇 摇 CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
2. 3. 2摇 农田耕作系统能量平衡分析
对不同耕作管理系统能量平衡分析,包括对能量投入、能量输出、能量转化利用效率、农业辅助能产投比
等估测和比较结果如表 5 所示。 不同耕作系统的总能量输出(籽粒+秸秆)为为:RT(173462MJ / hm2) >NT
(170957MJ / hm2) >CT(169540MJ / hm2 )。 耗能系数为:NT(2. 25GJ / t 籽粒) < RT(2. 37GJ / t 籽粒) < CT
(2郾 52GJ / t籽粒);籽粒能量产投比(籽粒能输 /能投)为:NT(7. 3) > RT(6. 9) > CT(6. 5);能量生产效率为:
NT(0. 44t籽粒 / GJ) > RT(0. 42t籽粒 / GJ) > CT(0. 40t籽粒 / GJ)。 与 CT 比较,RT 和 NT 措施下的耗能系数
降低约 6%—10% ,能量生产效率提高约 7%—12% 。
表 5摇 不同耕作系统能量输入与输出及其转化利用效率分析 (2006—2007 年平均值)
Table 5摇 Energy balance analysis based on energy input amd output, and energy productivity under different tillage systems ( averaged over
2006—2007)
能量输入与输出各项 Energy input and output CT NT RT
能量投入 Energy input (MJ / hm2) 13829 12434 13289
能量投入排放量 Emissions (kg CO2 鄄C / hm2) 283 248 272
籽粒产量 Grain yield (kg / hm2) 5487 5533 5614
能量输出(籽粒产量) Energy output (grain yield) (MJ / hm2) 89434 90181 91502
能量输出(秸秆产量) Energy output (stover yield) (MJ / hm2) 80106 80776 81959
总能量输出(籽粒+秸秆) Total energy output (MJ / hm2) 169540 170957 173462
净能量输出(总能输鄄能投) Net energy output (MJ / hm2) 155711 158523 160173
能量产投比(总能输 /能投) Enery output / input 12. 3 13. 7 13. 1
籽粒能量产投比(籽粒能输 /能投) Grain energy output / input 6. 5 7. 3 6. 9
能量生产效率 Energy productivity ( t籽粒 / GJ) 0. 40 0. 44 0. 42
能量消耗强度 Energy intensity (GJ / t籽粒) 2. 52 2. 25 2. 37
摇 摇 CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕
2. 3. 3摇 农田耕作系统碳平衡分析
土壤鄄作物鄄大气碳循环过程主要碳收支项平衡分析见表 6。 与 CT比较,采取保护性耕作(RT和 NT)措施
因增加了秸秆还田碳投入量及根茬生物量约 1. 6 tC / hm2,减少了秸秆焚烧 /丢弃碳损失量约 1. 6 tC / hm2,并降
低了能耗 CO2 鄄C损失量约 11—35 kg CO2 鄄C / hm2,降低了土壤侵蚀流失碳量 1. 2—1. 6 tC / hm2。 NT和 RT处理
的土壤呼吸 CO2 鄄C释放量均大于 CT处理。 由田间原位测定土壤呼吸估算结果可知,土壤呼吸 CO2 鄄C 损失量
在系统碳源项估算中占有很大比重(约占 33%—69% ),如对于 NT 和 RT 而言,土壤呼吸损失对碳源项贡献
各占约 69%和 64% ;而对 CT而言,由土壤呼吸损失、秸秆焚烧 /丢弃、能量投入排放和土壤碳流失对碳源项的
7464摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
影响份额分别约占 33% 、30% 、5%和 33% 。 由表 6 分析可知,通过改变土壤耕作措施(如采取 RT和 NT),可
减少因农机械能耗(4%—12% )、秸秆焚烧(约 87% )和水土流失引起的碳排放(约 60%—80% );通过实施
RT和 NT并秸秆还田措施,相对提高了作物生育期土壤呼吸速率(约 7% ,图 4),同时作物产量(图 5)和土壤
有机质含量(表 2)也有所改善。
尽管不同方法估算的土壤呼吸 CO2 鄄C 损失量有些差异,然而,系统碳汇 /源分析所得结果基本一致(表
6),如 CT处理均表现为碳源;NT / RT 处理表现为碳汇。 可见,农田耕作系统高能投入或高能耗(如 CT)可导
致系统为碳源,而降低能投或能耗(如 NT / RT)则导致系统为碳汇。 可以看出,尽管 NT 与 RT 系统下碳产量
和土壤碳汇基本相近,但 NT系统碳汇作用优于 RT。 其差异主要在于 NT条件下机械能耗投入较少(如 NT和
RT耕作能投各约占总能投的 3%和 9% ,表 4),其能投排放量,特别是土壤侵蚀导致碳损失量明显降低(表
6),而且 NT土壤因未受扰动其土壤呼吸作用一般较 RT土壤为低。 可见,从 NT少投节能和保护土壤免遭侵
蚀、维持和增加土壤有机碳水平和作物产量,以通过提高能量生产效率(NT和 RT各为 12%和 7% )来提高农
田系统土壤固碳减排净效应而论,NT较 RT更胜一筹。
表 6摇 不同耕作系统碳平衡分析 (2006—2007 年平均值)
Table 6摇 Carbon balance analysis under different tillage systems (averaged over 2006—2007)
系统碳汇 /源各项 Carbon sink / source CT NT RT
籽粒 C产量 Grain C yields (kgC / hm2) +2414 +2434 +2470
秸秆 C /根茬 C还田量 C input by stover return (kgC / hm2) +1570 +3165 +3211
烧 /丢弃秸秆 C损失量 C losses by stover removal (kgC / hm2) -1811 -243 -247
能量投入排放 CO2 鄄C量 Emissions by energy input (kgC / hm2) -283 -248 -272
测定估算土壤侵蚀流失 C量 Soil C losses by erosion (kgC / hm2) -2036 -431 -828
1)田间测定估算土壤呼吸 Soil respiration measured (kg CO2 鄄C / hm2) -1987 -2005 -2342
2)有机物分解系数估算土壤呼吸 Soil respiration estimated (kg CO2 鄄C / hm2) -2215 -3508 -3565
3)模拟土壤呼吸释放量 Soil respiration simulated (kg CO2 鄄C / hm2) -2478 -3316 -3988
4)有机碳平衡方程估算土壤呼吸 Soil respiration equated (kg CO2 鄄C / hm2) -708 -2047 -2074
由 1)估算农田系统 C汇 /源 Syetem C sink / source (kgC / hm2)(+ / -) -2133 2672 1993
由 2)估算农田系统 C汇 /源 Syetem C sink / source (kgC / hm2)(+ / -) -2361 1169 769
由 3)估算农田系统 C汇 /源 Syetem C sink / source (kgC / hm2)(+ / -) -2624 1361 346
由 4)估算农田系统 C汇 /源 Syetem C sink / source (kgC / hm2)(+ / -) -854 2630 2260
由 4)估算土壤碳汇 /源 Soil C sink / source (kgC / hm2)(+ / -) -104 144 149
摇 摇 CT: 传统耕翻; NT: 免耕; RT: 秸秆翻压还田少耕; 系统碳汇用+号表示, 系统碳源用-号表示
3摇 讨论与结论
3. 1摇 不同耕作措施对农田系统碳汇 /源的影响
Yu等[52]估算,中国耕地土壤有机碳损失速率(1990 年代与未耕作土壤相比)高达 60%—80% 。 除了受
外界因素(气候、土壤条件等)影响外,土壤耕作通过增加系统生产能耗(或增加温室气体排放)和对土壤碳循
环的影响,直接或间接地加速系统碳损失或影响碳汇增加。 耕作方法的改变如从传统耕翻转向保持耕作技
术,可通过提高土壤有机碳和节省能耗来实现增加土壤碳库或抵消土壤碳损耗(减少 CO2排放) [53]。 欧洲和
北美洲地区的研究显示,通过采用土壤保持耕作(如农地采取少免耕)措施来降低土壤有机碳损失,对补偿或
恢复土壤损失的碳具有很大潜力[5];免耕对温室效应降排潜力只有长期实施免耕措施以后(>10a以至 >20a)
才能显现[54]。 本研究结果表明,与 CT比较,采取保护性耕作措施因增加了秸秆还田碳投入量及根茬生物量,
减少了秸秆烧 /弃碳损失及土壤侵蚀流失碳量,并降低了工业能耗 CO2 鄄C 损失(约 4%—12% ),因此,RT 和
NT对农田耕作系统的影响呈碳汇效应。 尽管不同方法估算的土壤呼吸 CO2 鄄C 损失量有些差异,然而,系统
碳汇 /源分析所得结果是一致的,如 CT处理均表现为碳源;RT 和 NT 处理均表现为碳汇,且一般为 NT >RT。
而且,研究表明秸秆还田少免耕通过增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。
8464 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
3. 2摇 不同耕作措施对农田系统能量 /碳平衡的影响
土壤耕作过程以及耕作管理系统物质能量投入对温室气体的贡献和土壤有机碳的影响是不可忽视的。
国外有学者建议对农业系统净碳损失通量的评价若不考虑能耗引起的 CO2向大气的排放通量则是不完全的,
尤其不能忽略氮肥作为农业生产最大能耗投入对 CO2排放的影响[55]。 每年农业生产过程包括耕作、施肥、农
药、灌溉等投入可成为重要的温室气体排放“源冶,以化肥投入为例,化肥投入在我国农业生产中占很大比
重[56];据估计我国化肥投入成本约占年作物生产总投入材料成本的 50% [57]。 本研究根据试验区旱地农田系
统能量 /碳输入估算,化肥投入在系统总能投中约占 80%—90% ,CT 耕作机械能耗投入约占总能投的 12%
(NT和 RT各约占 3%和 9% )。 显然,通过对农田耕作系统能 /碳平衡综合分析可以看出,免耕系统虽减少了
耕作环节却增加了农药等需求,免耕施肥的短期增产效应不一定优于传统耕作系统,然而,免耕系统下却可能
用少投、节能和减少土壤扰动来降排温室气体、控制水土流失、维持和增加土壤有机碳、以及长期增产潜力和
环保效应作为补偿,以通过提高能量生产效率来提高农田系统土壤固碳减排净效应。 本研究表明,与 CT 比
较,RT和 NT系统的耗能系数可降低 6%—10% ,能量生产效率可提高 7%—12% 。
3. 3摇 不同耕作措施对农田系统土壤呼吸的影响
2006—2007 年由田间原位测定土壤呼吸,不同耕作处理土壤呼吸年释放通量比较,在玉米休闲期,NT 土
壤呼吸通量较 CT降低约 13% ,这显然与玉米收获后 NT土壤不翻动而减少土壤呼吸作用有关。 玉米生育期,
RT和 NT土壤呼吸通量较 CT提高约 7% ,这在于 RT和 NT秸秆还田 /覆盖土壤中有较充足的能源和养分供
应,促进了土壤微生物和根系的呼吸作用。 不同耕作下的玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量趋势基本吻合
(R2 =0. 88),二者均为:RT >NT >CT。 也就是说 RT 和 NT 措施下,在土壤维系一定 C 投入同时合理配施 N
肥,不仅促进了土壤微生物活性和有机物的分解,增强了生育期土壤呼吸作用,同时也提高了土壤有效养分供
应,改善了根系生长和养分吸收,以及地上和地下部生物量积累。 有研究同样指出,当有机物料加入到土壤中
时,土壤呼吸速率会增大[58],如王燕[59]测定了山西寿阳旱地不同养分管理模式下玉米地土壤呼吸通量为:秸
秆还田 >牛粪 >化肥 >CK。 Li等[60]对东北黑土长期施肥下耕地土壤呼吸通量观测也有类似结果:有机肥 >
NPK化肥 >CK。 显然,由于少免耕系统土壤投入大量秸秆碳,促使土壤微生物作用加强,从而影响土壤有机
物分解和土壤呼吸 CO2 鄄C释放过程,并影响土壤有机碳平衡。 由前分析,少免耕系统土壤呼吸通量增加可以
通过减少其他方面碳损失(如工业能耗碳损失,秸秆移出碳丢失,土壤侵蚀碳流失等)而得以补偿,最终系统
碳平衡结果为碳汇。
其他土壤呼吸估测方法(如根据土壤有机物分解释放 CO2 鄄C 量估算,基于土壤有机碳平衡方程估算,或
应用模型模拟估测等)均与田间原位测定结果有同样趋势,即 RT >NT >CT。 由田间原位测定估算可知,土壤
呼吸 CO2 鄄C损失量在系统碳源项估算中占有很大比重(约 33%—69% ),由于土壤呼吸过程受环境影响很大,
取样时期和测定方法都可能导致实验误差,显然,土壤呼吸 CO2 鄄C 损失量估算误差影响到农田系统碳收支平
衡估算。 因此,土壤呼吸日变化过程及其年动态变化的田间观测,相关环境因素影响,以及不同测定估算方法
的差异都还有待进一步分析验证和校正,以减少土壤呼吸损失量估算的不确定性。
3. 4摇 结论
本研究结果得出,RT和 NT对农田耕作系统的影响呈碳汇效应,且一般为 NT >RT;而 CT 处理表现为碳
源。 RT和 NT通过增加土壤碳投入是维持和提高土壤有机碳的有效途径。 与 CT比较,RT和 NT系统可通过
降低耗能系数(6%—10% )或提高能量生产效率(75%—12% )来提高农田系统土壤固碳减排净效应。 不同
耕作措施下的玉米籽粒产量与生育期土壤呼吸通量趋势基本吻合(R2 = 0. 88),二者均为:RT >NT >CT;而玉
米休闲期 NT土壤呼吸通量较 CT降低约 13% 。 土壤呼吸估算误差影响到农田系统碳收支平衡估算,其测定 /
估算方法有待进一步验证和校正,以减少土壤呼吸估算的不确定性。
References:
[ 1 ]摇 Lal R. Residue management, conservation tillage and soil restoration for mitigating greenhouse effect by CO2 鄄enrichment. Soil and Tillage
9464摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
Research, 1997, 43(1 / 2): 81鄄107.
[ 2 ] 摇 Lal R. Soil carbon dynamics in cropland and rangeland. Environmental Pollution, 2002, 116(3): 353鄄362.
[ 3 ] 摇 Lal R. Agricultural activities and the global carbon cycle. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2004, 70(2): 103鄄116.
[ 4 ] 摇 FAO. Conservationagriculture. When agriculture is profitable and sustainable (CD鄄ROM)椅FAO Land and Water Digital Media Series 18. Rome:
FAO, 2002. ISBN 9789250051048.
[ 5 ] 摇 Smith P. Carbon sequestration in croplands: the potential inEurope and the global context. European Journal of Agronomy, 2004, 20 (3):
229鄄236.
[ 6 ] 摇 Hadas A, Wolf D, Stibbe E. Tillage practices and crop response鄄analyses of agro鄄ecosystems. Agro鄄Ecosystems, 1980, 6(3): 235鄄248.
[ 7 ] 摇 Stinner BR, Odum EP, Crossley DA Jr. Nutrient uptake by vegetation in relation to other ecosystem processes in conventional tillage, no鄄tillage and
old鄄field systems. Agriculture, Ecosystems & Environment, 1983, 10(1): 1鄄13.
[ 8 ] 摇 Fluck R C. Energy productivity: A measure of energy utilisation in agricultural systems. Agricultural Systems, 1979, 4(1): 29鄄37.
[ 9 ] 摇 Fluck R C. Energy in World Agriculture Series, V6. Energy in Farm Production. Amsterdam: Elsevier, 1992: 45鄄51.
[10] 摇 Panesar B S, Fluck R C. Energy productivity of a production system: analysis and measurement. Agricultural Systems, 1993, 43(4): 415鄄437.
[11] 摇 Clements D R, Weise S F, Brown R, Stonehouse D P, Hume D J, Swanton C J. Energy analysis of tillage and herbicide inputs in alternative weed
management systems. Agriculture, Ecosystems & Environment, 1995, 52(2 / 3): 119鄄128.
[12] 摇 Franzluebbers A J, Francis C A. Energy output: input ratio of maize and sorghum management systems in eastern Nebraska. Agriculture,
Ecosystems & Environment, 1995, 53(3): 271鄄278.
[13] 摇 Borin M, Menini C, Sartori L. Effects of tillage systems on energy and carbon balance in north鄄eastern Italy. Soil and Tillage Research, 1997, 40
(3 / 4): 209鄄226.
[14] 摇 Uri N D, Atwood J D, Sanabria J. The environmental benefits and costs of conservation tillage. The Science of the Total Environment, 1998, 216
(1 / 2): 13鄄32.
[15] 摇 Janzen H H, Campbell C A, Izaurralde R C, Ellert B H, Juma N, Mcgill W B, Zentner R P. Management effects on soil c storage on the Canadian
prairies. Soil Tillage Research, 1998, 47(3 / 4): 181鄄195.
[16] 摇 Ellert B H, Janzen H H. Short鄄term influence of tillage on CO2 fluxes from a semi鄄arid soil on the Canadian prairies. Soil and Tillage Research,
1999, 50(1): 21鄄32.
[17] 摇 Watts C W, Eich S, Dexter A R. Effects of mechanical energy inputs on soil respiration at the aggregate and field scales. Soil Tillage Research,
2000, 53(3 / 4): 231鄄243.
[18] 摇 West T O, Marland G. A synthesis of carbon sequestration, carbon emissions, and net carbon flux in agriculture: comparing tillage practices in the
United States. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2002, 91(1 / 3): 217鄄232.
[19] 摇 Coleman K, Jenkinson D S, Crocker G J, Grace P R, Kl侏r J, K觟rschens M, Poulton P R, Richter D D. Simulating trends in soil organic carbon in
long鄄term experiments using RothC鄄26. 3. Geoderma, 1997, 81(1 / 2): 29鄄44.
[20] 摇 Li C S, Frolking S, Crocker GJ, Grace P R, Kl侏r J, K觟rchens M, Poulton P R. Simulating trends in soil organic carbon in long鄄term experiments
using the DNDC model. Geoderma, 1997, 81(1 / 2): 45鄄60.
[21] 摇 Kelly R H, Parton W J, Crocker G J, Grace P R, Kl侏r J, K觟rschens M, Poulton P R, Richter D D. Simulating trends in soil organic carbon in
long鄄term experiments using the century model. Geoderma, 1997, 81(1 / 2): 75鄄90.
[22] 摇 Smith P, Smith J U, Powlson D S, McGill W B, Arah J R M, Chertov O G, Coleman K, Franko U, Frolking S, Jenkinson D S, Jensen L S, Kelly
R H, Klein鄄Gunnewiek H, Komarov A S, Li C, Molina J A E, Mueller T, Parton W J, Thornley J H M, Whitmore A P. A comparison of the
performance of nine soil organic matter models using data sets from seven long鄄term experiments. Geoderma, 1997, 81(1 / 2): 153鄄225.
[23] 摇 Fernandes E C M, Motavalli P P, Castilla C, Mukurumbira L. Management control of soil organic matter dynamics in tropical land鄄use systems.
Geoderma, 1997, 79(1 / 4): 49鄄67.
[24] 摇 Leite L F C, de S佗 Mendon觭a E, de Almeida Machado P L O, Filho E I F, Neves J C L. Simulating trends in soil organic carbon of an acrisol
under no鄄tillage and disc鄄plow systems using the century model. Geoderma, 2003, 120(3 / 4): 283鄄295.
[25] 摇 Hill M J. Generating generic response signals for scenario calculation of management effects on carbon sequestration in agriculture: approximation of
main effects using CENTURY. Environmental Modelling & Software, 2003, 18(10): 899鄄913.
[26] 摇 Asseng S, Jamieson P D, Kimball B, Pinter P, Sayre K, Bowden J W, Howden S M. Simulated wheat growth affected by rising temperature,
increased water deficit and elevated atmospheric CO2 . Field Crops Research, 2004, 85(2 / 3): 85鄄102.
[27] 摇 Wang Y X, Zhao S D. Modeling of terrestrial carbon cycling. Chinese Journal of Applied Ecology, 1998, 9(6): 658鄄664.
[28] 摇 Luo S M. Research directions of agricultural ecology in recent years. World Sci鄄Tech Research and Development, 2000, 22(10): 42鄄44.
[29] 摇 Yu Q, Wang T D. Agricultural ecosystem model and high efficient utilization of resources. World Sci鄄Tech Research and Development, 2001, 23
0564 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
http: / / www. ecologica. cn
(5): 22鄄27.
[30] 摇 Li C S. Loss of soil carbon threatens Chineseagriculture: a comparison on agroecosystem carbon pool in China and the U. S. Quaternary Sciences,
2000, 20(4): 345鄄350.
[31] 摇 Liu Y F, Ouyang H, Zhang X Z, Zhong H P, Luo T X. Carbon balance in agro鄄ecosystem in Qinghai Tibet plateau. Acta Pedologica Sinica,
2002, 39(5): 636鄄642.
[32] 摇 Wang L G, Qiu J J, Li W J. Study on the dynamics of soil respiration in the field of summer corn in Huanghuaihai region in China. Soils and
Fertilizers, 2002, (6): 13鄄17.
[33] 摇 Wang L G, Qiu J J. Study on the simulation of soil carbon and nitrogen cycle in agro ecosystem in high yields area a case study of Quzhou
county Hebei Province. Journal of China Agricultural University, 2003, 8(Suppl): 31鄄35.
[34] 摇 Wu J S, Tong C L, Liu S L. Responses of soil organic carbon to global climate changes in cultivated soils in the subtropical and the Loess Plateau
regions. Advance in Earth Sciences, 2004, 19(1): 131鄄137.
[35] 摇 Yang X M, Zhang X P, Fang H J. Importance of agricultural soil sequestering carbon to offsetting global warming. Scientia Geographica Sinica,
2003, 23(1): 101鄄106.
[36] 摇 Wei Y M, Fan Y, Wang Y, Liu C L, Liang Q M, Wu G, Cao M K, Huang Y, Wang S Q. Suggestions andsolutions to carbon emissions in China.
Advances in Climate Change Research, 2006, 2(1): 15鄄20.
[37] 摇 Wang L F. Agroecology. Xi忆an: Shanxi Science and Technology Press, 1994.
[38] 摇 Luo S M, Chen Y H. Agroecology. Changsha: Hunan Science and Technology Press, 1987.
[39] 摇 Wen D Z. Energetics study of the agroecosystems in Northeastern China. Chinese Journal of Ecology, 1986, 5(4): 1鄄5.
[40] 摇 Yin J, Gao Z Q, Zhang B L, Zhang Y Y. A study of the energy conversion system in farming. Journal of Shanxi Agricultural University, 1998, 18
(2): 95鄄98.
[41] 摇 Wen D Z. The study method of energy flow in agro鄄ecosystem. Rural Eco鄄Environment, 1985, (4): 47鄄52.
[42] 摇 Han C R. Agricultural structure and efficiency in agro鄄ecosystem. Rural Eco鄄Environment, 1985, (3): 6鄄8.
[43] 摇 Li L L, Huang Y Z, Han C R. Study on conversion coefficient of industrial energy inputs in agro鄄ecosystem. Rural Eco鄄Environment, 1989, (4):
32鄄36.
[44] 摇 Wang X B, Oenema O, Hoogmoed W B, Perdok U D, Cai D X. Dust storm erosion and its impact on soil carbon and nitrogen losses in northern
China. Catena, 2006, 66(3): 221鄄227.
[45] 摇 Janzen H H, Campbell C A, Izaurralde R C, Ellert B H, Juma N, Mcgill W B, Zentner R P. Management effects on soil c storage on the Canadian
prairies. Soil Tillage Research, 1998, 47(3 / 4): 181鄄195.
[46] 摇 Xu G H, Zheng H Y. AnalysisHandbook of Soil Microorganism. Beijing: China Agriculture Press, 1986.
[47] 摇 Cai D X. Maintenance of soil organic matter balance in the farmland of dryland椅Leng S L, Han S F, eds. The Theory and Technology of Water鄄
Saving and Yield Increasing for Dryland Crop in North China. Beijing: Chinese Agricultural Science and Technology Press, 1996: 210鄄217.
[48] 摇 Wang X B, Hoogmoed W B, Cai D X, Perdok U D, Oenema O. Crop residue, manure and fertilizer in dryland maize under reduced tillage in
northern China: II nutrient balances and soil fertility. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2007, 79(1): 17鄄34.
[49] 摇 Wang X B, Cai D X, Hoogmoed W B, Oenema O, Perdok U D. Scenario analysis of tillage, residue and fertilization management effects on soil
organic carbon dynamics. Pedosphere, 2005, 15(4): 473鄄483.
[50] 摇 Parton W J. The CENTURY model椅Powlson D S, Smith P, Smith J U, eds. Evaluation of Soil Organic Matter Models Using Existing Long鄄Term
Datasets. NATO ASI Series I. Berlin: Springer鄄Verlag, 1996: 283鄄293.
[51] 摇 SAS Institute Inc. SAS誖 9. 1. 2 Qualification Tools User忆s Guide. Cary NC: SAS Institute Inc, 2004.
[52] 摇 Yu Y Y, Guo Z T, Wu H B, Kahmann J A, Oldfield F. Spatial changes in soil organic carbon density and storage of cultivated soils in China from
1980 to 2000. Global Biogeochemical Cycles, 2009, 23: GB2021, doi:10. 1029 / 2008GB003428.
[53] 摇 Kern J S, Johnson M G. Study projects conversion to year 2020 and accompanying reductions in soil organic carbon and fossil fuel emissions. Past
Fluid Journal, 1993,1(3): 11鄄13.
[54] 摇 Six J, Ogle S M, Breidt F J, Conant R T, Mosier A R, Paustian K. The potential to mitigate global warming with no鄄tillage management is only
realized when practised in the long term. Global Change Biology, 2004, 10(2): 155鄄160.
[55] 摇 Janzen H H, Campbell C A, Izaurralde R C, Ellert B H, Juma N, Mcgill W B, Zentner R P. Management effects on soil c storage on the Canadian
prairies. Soil Tillage Research, 1998, 47(3 / 4): 181鄄195.
[56] 摇 Lin B. Chemical Fertilizer and Pollution鄄free Agriculture. Beijing: Chinese Agricultural Press, 2003.
[57] 摇 Lin B, Li J K, Jin J Y. Outlook on fertilizer use inChina in next century椅CAAM. Research Progress in Plant Protection and Plant Nutrition.
Beijing: China Agriculture Press, 1999: 345鄄351.
1564摇 16 期 摇 摇 摇 王小彬摇 等:旱地农田不同耕作系统的能量 /碳平衡 摇
http: / / www. ecologica. cn
[58]摇 Li Y N, Wang G Y, Li W. Soilrespiration and carbon cycle. Earth Science Frontiers, 2002, 9(2): 351鄄357.
[59] 摇 Wang Y. Effects ofNutrient Management and Tillage Practices on Soil Carbon Change in Dryland Agroecosystom 。 Beijing: Chinese Academy of
Agricultural Sciences, 2008.
[60] 摇 Li H B, Han X Z, Qiao Y F, Hou X Y, Xing B S. Carbondioxide emission from black soil as influenced by land鄄use change and long鄄term
fertilization. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2009, 40(7 / 8): 1350鄄1368.
参考文献:
[27]摇 汪业勖, 赵士洞. 陆地碳循环研究中的模型方法. 应用生态学报, 1998, 9(6): 658鄄664.
[28] 摇 骆世明. 农业生态学近年研究动向. 世界科技研究与发展, 2000, 22(10): 42鄄44.
[29] 摇 于强, 王天铎. 农田生态系统模型与农业资源高效利用. 世界科技研究与发展, 2001, 23(5): 22鄄27.
[30] 摇 李长生. 土壤碳储量减少: 中国农业之隐患———中美农业生态系统碳循环对比研究. 第四纪研究, 2000, 20(4): 345鄄350.
[31] 摇 刘允芬, 欧阳华, 张宪洲, 钟华平, 罗天祥. 青藏高原农田生态系统碳平衡. 土壤学报, 2002, 39(5): 636鄄642.
[32] 摇 王立刚, 邱建军, 李维炯. 黄淮海平原地区夏玉米农田土壤呼吸的动态研究. 土壤肥料, 2002, (6): 13鄄17.
[33] 摇 王立刚, 邱建军. 高产粮区农业生态系统土壤碳氮循环的模拟研究———以河北省曲周县为例. 中国农业大学学报, 2003, 8(增刊 1):
31鄄35.
[34] 摇 吴金水, 童成立, 刘守龙. 亚热带和黄土高原区耕作土壤有机碳对全球气候变化的响应地球科学进展. 地球科学进展, 2004, 19(1):
131鄄137.
[35] 摇 杨学明, 张晓平, 方华军. 农业土壤固碳对缓解全球变暖的意义. 地理科学, 2003, 23(1): 101鄄106.
[36] 摇 魏一鸣, 范英, 王毅, 刘兰翠, 梁巧梅, 吴刚, 曹明奎, 黄耀, 王绍强. 关于我国碳排放问题的若干对策与建议. 气候变化研究进展,
2006, 2(1): 15鄄20.
[37] 摇 王留芳. 农业生态学. 西安: 陕西科技出版社, 1994.
[38] 摇 骆世明, 陈聿华. 农业生态学. 长沙: 湖南科技出版社, 1987.
[39] 摇 闻大中. 我国东北地区农业生态系统的力能学研究. 生态学杂志, 1986, 5(4): 1鄄5.
[40] 摇 尹钧, 高志强, 张布雷, 郑月英. 农田能量测算原理与指标体系的研究. 山西农业大学学报, 1998, 18(2): 95鄄98.
[41] 摇 闻大中. 农业生态系统能流的研究方法. 农村生态环境, 1985, (4): 47鄄52.
[42] 摇 韩纯儒. 农业生态系统的农业结构与效率. 农村生态环境, 1985, (3): 6鄄8.
[43] 摇 李连禄, 黄育珠, 韩纯儒. 农业生态系统工业能投的折算系数探讨. 农村生态环境, 1989, (4): 32鄄36.
[46] 摇 许光辉, 郑洪元. 土壤微生物分析方法手册. 北京: 中国农业出版社, 1986.
[47] 摇 蔡典雄. 保持旱地农田的土壤有机质平衡椅冷石林, 韩仕峰. 中国北方旱地作物节水增产理论与技术. 北京: 中国农业科技出版社,
1996: 210鄄217.
[56] 摇 林葆. 化肥与无公害农业. 北京:中国农业出版社, 2003: 1鄄8.
[58] 摇 李玉宁, 王关玉, 李伟. 土壤呼吸作用和全球碳循环. 地学前缘, 2002, 9(2): 351鄄357.
[59] 摇 王燕. 养分管理与耕作措施对旱地土壤碳消长过程影响的研究. 北京: 中国农业科学院, 2008.
2564 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 16 August,2011(Semimonthly)
CONTENTS
A comparative study on the diversity of rhizospheric bacteria community structure in constructed wetland and natural wetland
with reed domination WANG Zhongqiong, WANG Weidong, ZHU Guibing, et al (4489)………………………………………
Light response of photosynthesisand its simulation in leaves of Prunus sibirica L. under different soil water conditions
LANG Ying, ZHANG Guangcan,ZHANG Zhengkun,et al (4499)
………………
…………………………………………………………………
Effects of colour shading on the yield and main biochemical components of summer鄄autumn tea and spring tea in a hilly tea field
QIN Zhimin, FU Xiaoqing, XIAO Runlin, et al (4509)
……
……………………………………………………………………………
Effects of cadmium on the contents of phytohormones, photosynthetic performance and fluorescent characteristics in tobacco leaves
WU Kun, WU Zhonghong, TAI Fuju, et al (4517)
…
…………………………………………………………………………………
Comparative physiological responses of cadmium stress on Enteromorpha clathrata and Enteromorpha linza
JIANG Heping, ZHENG Qingsong, ZHU Ming, et al (4525)
……………………………
………………………………………………………………………
Effects of salt stress onglucosinolate contents in Arabidopsis thaliana and Thellungiella halophila rosette leaves
PANG Qiuying, CHEN Sixue, YU Tao, et al (4534)
………………………
………………………………………………………………………………
Effects of long鄄term double鄄rice and green manure rotation on rice yield and soil organic matter in paddy field
GAO Jusheng, CAO Weidong, LI Dongchu, et al (4542)
………………………
…………………………………………………………………………
Nitrogen balance in the farmland system based on water balance in Hetao irrigation district,Inner Mongolia
DU Jun,YANG Peiling,LI Yunkai,et al (4549)
…………………………
……………………………………………………………………………………
Seed characteristics and seedling growth of Spartina alterniflora on coastal wetland of North Jiangsu
XU Weiwei,WANG Guoxiang,LIU Jin忆e,et al (4560)
…………………………………
………………………………………………………………………………
Assessment of non鄄point source pollution export from Zigui county in the Three Gorges Reservoir area using the AnnAGNPS model
TIAN Yaowu, HUANG Zhilin, XIAO Wenfa (4568)
……
………………………………………………………………………………
Effects of Cadmium pollution on oxidative stress and metallothionein content in Pirata subpiraticus (Araneae: Lycosidae) in
different habitats ZHANG Zhengtian,PANG Zhenling,XIA Min,et al (4579)……………………………………………………
The distribution of size鄄fractionated chlorophyll a in the Indian Ocean South Equatorial Current
ZHOU Yadong, WANG Chunsheng, WANG Xiaogu, et al (4586)
………………………………………
…………………………………………………………………
Change of waterbird community structure after the intertidal mudflat reclamation in theYangtze River Mouth: a case study of
NanHui Dongtan area ZHANG Bin, YUAN Xiao, PEI Enle, et al (4599)………………………………………………………
Application of fish assemblage integrity index(FAII)in the environment quality assessment of surf zone of Yangtze River estuary
MAO Chengze, ZHONG Junsheng, JIANG Rijin, et al (4609)
……
……………………………………………………………………
Population age structure of Antarctic krill Euphausia superba off the northern Antarctic Peninsula based on fishery survey
ZHU Guoping, WU Qiang, FENG Chunlei, et al (4620)
……………
…………………………………………………………………………
Validation and adaptability evaluation of rice growth model ORYZA2000 in double cropping rice area of Hunan Province
MO Zhihong, FENG Liping, ZOU Haiping, et al (4628)
……………
…………………………………………………………………………
Coupled energy and carbon balance analysis under dryland tillage systems
WANG Xiaobin, WANG Yan, DAI Kuai, et al (4638)
……………………………………………………………
……………………………………………………………………………
The nitrate鄄nitrogen leachingamount in paddy winter鄄spring fallow period WANG Yongsheng, YANG Shiqi (4653)…………………
The sources of organic carbon and nitrogen in sediment of Taihu Lake NI Zhaokui, LI Yuejin, WANG Shengrui, et al (4661)……
Effect of partial solar eclipse on airborneculturable bacterial community in Urumqi
MA Jing, SUN Jian, ZHANG Tao, et al (4671)
……………………………………………………
……………………………………………………………………………………
Comparative study on density related intra鄄 and inter鄄specific effects in Laodelphax striatellus (Fallen) and Nilaparvata lugens
(St覽l) L譈 Jin, CAO Tingting, WANG Liping, et al (4680)………………………………………………………………………
Behavior rhythm and seasonal variation of time budget of sun bear (Helarctos malayanus) in captivity
LAN Cunzi, LIU Zhensheng, WANG Aishan, et al (4689)
………………………………
…………………………………………………………………………
Disturbance regimes and gaps characteristics of the desert riparian forest at the middle reaches of Tarim River
HAN Lu, WANG Haizhen, CHEN Jiali, et al (4699)
………………………
………………………………………………………………………………
Death causes and conservation strategies of the annual regenerated seedlings of rare plant, Bretschneidera sinensis
QIAO Qi, QIN Xinsheng, XING Fuwu, et al (4709)
……………………
………………………………………………………………………………
Effects of municipal compost extracted complex microbial communities on physio鄄ecological characteristics of turfgrass under
drought stress DUO Lian,WANG Jingjing, ZHAO Shulan (4717)…………………………………………………………………
Spatiotemporal relationship of leaf area index simulated by CLM3. 0鄄DGVM and climatic factors
SHAO Pu, ZENG Xiaodong (4725)
………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
Analysis of circular economy of Liaoning Province based on eco鄄efficiency HAN Ruiling, TONG Lianjun, SONG Yanan (4732)……
Review and Monograph
The fungal to bacterial ratio in soil food webs, and its measurement CAO Zhiping, LI Depeng, HAN Xuemei (4741)………………
Indicators for evaluating sustainable communities: a review ZHOU Chuanbin, DAI Xin, WANG Rusong, et al (4749)………………
Discussion
Differential expression of PAL multigene family in allelopathic rice and its counterpart exposed to stressful conditions
FANG Changxun, WANG Qingshui, YU Yan, et al (4760)
………………
………………………………………………………………………
Scientific Note
Ecology study on the benthic animals of QinZhou Bay WANG Di,CHEN Pimao,MA Yuan (4768)……………………………………
Change characteristics of soil carbon and nitrogen contents in the Yellow River Delta soil after artificial restoration
DONG Kaikai, WANG Hui,YANG Liyuan, et al (4778)
…………………
…………………………………………………………………………
Estimation and spatial pattern analysis of forest biomass in Fenglin Nature Reserve based on Geostatistics
LIU Xiaomei, BU Rencang,DENG Huawei,et al (4783)
……………………………
……………………………………………………………………………
Study on sap flow in forest of Quercus liaotungensis and Populus davidiana by using the TDP method
SUI Xuhong,ZHANG Jianjun,WEN Wanrong (4791)
…………………………………
………………………………………………………………………………
N2O Emission and its driving factors from typical marsh and shrub swamp in Xiaoxing忆an Mountains, Northeast China
SHI Lanying, MU Changcheng, TIAN Xinmin, et al (4799)
………………
………………………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊
Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊
Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1—9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 16 期摇 (2011 年 8 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
(Semimonthly,Started in 1981)
摇
Vol郾 31摇 No郾 16摇 2011
编摇 摇 辑摇 《生态学报》编辑部
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
电话:(010)62941099
www. ecologica. cn
shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
主摇 摇 编摇 冯宗炜
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
主摇 摇 办摇 中国生态学学会
中国科学院生态环境研究中心
地址:北京海淀区双清路 18 号
邮政编码:100085
出摇 摇 版摇
摇 摇 摇 摇 摇 地址:北京东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
印摇 摇 刷摇 北京北林印刷厂
发 行摇
地址:东黄城根北街 16 号
邮政编码:100717
电话:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
订摇 摇 购摇 全国各地邮局
国外发行摇 中国国际图书贸易总公司
地址:北京 399 信箱
邮政编码:100044
广告经营
许 可 证摇 京海工商广字第 8013 号
Edited by摇 Editorial board of
ACTA ECOLOGICA SINICA
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Tel:(010)62941099
www. ecologica. cn
Shengtaixuebao@ rcees. ac. cn
Editor鄄in鄄chief摇 FENG Zong鄄Wei
Supervised by摇 China Association for Science and Technology
Sponsored by摇 Ecological Society of China
Research Center for Eco鄄environmental Sciences, CAS
Add:18,Shuangqing Street,Haidian,Beijing 100085,China
Published by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North Street,
Beijing摇 100717,China
Printed by摇 Beijing Bei Lin Printing House,
Beijing 100083,China
Distributed by摇 Science Press
Add:16 Donghuangchenggen North
Street,Beijing 100717,China
Tel:(010)64034563
E鄄mail:journal@ cspg. net
Domestic 摇 摇 All Local Post Offices in China
Foreign 摇 摇 China International Book Trading
Corporation
Add:P. O. Box 399 Beijing 100044,China
摇 ISSN 1000鄄0933CN 11鄄2031 / Q 国内外公开发行 国内邮发代号 82鄄7 国外发行代号 M670 定价 70郾 00 元摇