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气候变化智慧型农业的表征与计量评价

南京农业大学学报 2020年第1期43卷 1-9页

作者：程琨郑聚锋潘根兴南京农业大学资源与环境科学学院

日益加剧的全球气候变化将对农业带来巨大威胁,而高强度的农业利用在提供生态系统服务的同时也产生巨大的环境风险,如何在气候变化背景下维持农业生产的可持续性是当前倡导的气候变化智慧型农业的核心内容。气候变化智慧型农业是通过一... 详细信息

日益加剧的全球气候变化将对农业带来巨大威胁,而高强度的农业利用在提供生态系统服务的同时也产生巨大的环境风险,如何在气候变化背景下维持农业生产的可持续性是当前倡导的气候变化智慧型农业的核心内容。气候变化智慧型农业是通过一系列合理管理实现气候变化背景下维持甚至增强生态系统服务功能并减少生态环境负面影响的农业经营系统。土壤通过碳-氮(养分)和水循环以及生物调控作用,影响农田系统供给生态服务的能力和农业生产的生态环境效应,而这些作用又受气候变化的影响。因此,构建气候变化智慧型土壤是实现气候变化智慧型农业的重要前提。为了评价和筛选气候变化智慧型农业的技术途径,需要发展表征和量化农田生态系统服务及生态环境效应的方法学,建立生态系统服务和生态环境影响指标体系,并通过集成分析形成具有可比性的综合量化指标,通过实施案例的综合效应分析比较识别应对气候变化的最优模式。其中,生命全周期评价法、多元集成分析、生态系统模型将是气候变化智慧型农业计量的基本方法学工具。发展从田块到区域尺度的整合研究,采用最新的气候变化情景数据和高精度农田生态系统数据探索气候变化智慧型农业的实现途径是当前研究的重要方向。

关键词：气候变化智慧农业可持续性固碳减排指标

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基于可收集的秸秆资源量估算及利用潜力分析

植物营养与肥料学报 2018年第2期24卷 404-413页

作者：孙建飞郑聚锋程琨潘根兴南京农业大学农业资源与生态环境研究所/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心南京210095

【目的】准确估算秸秆资源量及其分布是秸秆综合利用的重要基础,秸秆资源量估算的不确定性主要在于草谷比和可收集系数的变异性。本研究基于江苏省区县尺度粮食产量数据,定量分析了江苏省主要粮食作物秸秆资源量及其不确定性,进而探讨... 详细信息

【目的】准确估算秸秆资源量及其分布是秸秆综合利用的重要基础,秸秆资源量估算的不确定性主要在于草谷比和可收集系数的变异性。本研究基于江苏省区县尺度粮食产量数据,定量分析了江苏省主要粮食作物秸秆资源量及其不确定性,进而探讨了不同秸秆利用方式的温室气体减排潜力。【方法】按草谷比和秸秆可收集系数估算区县尺度粮食作物秸秆资源量和可收集资源量,分析了草谷比和可收集系数的变异性,探讨了秸秆资源量估算的不确定性来源,采用置信区间计算方法给出了江苏省作物秸秆资源量95%的置信区间。通过聚类分析与空间分析对秸秆资源量空间分布进行评价;最后基于情景分析方法对不同秸秆利用方式可能带来的环境效益进行计量。【结果】江苏省主要粮食作物草谷比和可收集系数存在较大变异,其变异系数分别为2.2%~16.7%和5.4%~18.9%。江苏省2014年水稻、小麦、玉米和大豆秸秆资源总量平均为3974万t(95%置信区间为3720~4227万t),而可收集秸秆资源量平均为3062万t(95%置信区间为2907~3217万t);其中,水稻、小麦、玉米和大豆秸秆资源可收集量分别占全省的53.2%、36.7%、7.9%和2.2%。江苏省粮食作物秸秆氮、磷、钾养分资源量分别为25.58万t(以N计)、3.51万t(以P2O5计)、46.22万t(以K_2O计),在空间分布上各养分资源均呈现北高南低的特征。未被利用(焚烧和丢弃)的秸秆相当于3.07万t氮肥(以N计)、1.93万t磷肥(以P2O5计)、15.76万t钾肥(以K_2O计)以及170.12万t标准煤。情景分析结果表明,如将未被利用秸秆进行秸秆还田、秸秆发电或热裂解炭化,可分别带来约36.2万t、230.18万t或381.16万t二氧化碳当量的减排潜力,相当于江苏省温室气体排放量的0.18%、1.13%或1.88%。【结论】作物草谷比和可收集系数的变异性是秸秆资源量估算不确定性的主要来源,发展区域特征的草谷比和可收集系数是未来秸秆资源评价研究的重要内容。江苏省粮食作物可收集秸秆资源较为丰富,但不同作物间可收集资源量存在较大差异。与其他利用方式相比,生物质热裂解具有更高的固碳减排潜力,是农业可持续秸秆资源利用的潜在途径。

关键词：粮食生产秸秆草谷比可收集系数生物质炭固碳减排

升金湖枯水期滩地土壤CO_2-C释放通量及有机碳稳定性研究

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湿地科学 2011年第2期9卷 132-139页

作者：郑聚锋潘根兴吴新民南京农业大学农业资源与生态环境研究所江苏南京210095 南京林业大学森林资源与环境学院江苏南京210037 池州学院化学材料与工程实验中心安徽池州247100

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在陆地碳库和固碳中具有重要作用。全球湿地碳库的稳定对减少土地利用变化引起的温室气体释放及减缓气候变化具有重要意义。以升金湖国家级自然保护区的典型滩地为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对... 详细信息

湿地是陆地生态系统的重要组成部分,在陆地碳库和固碳中具有重要作用。全球湿地碳库的稳定对减少土地利用变化引起的温室气体释放及减缓气候变化具有重要意义。以升金湖国家级自然保护区的典型滩地为研究对象,采用静态箱—气相色谱法对土壤CO_2释放通量进行观测和测定,并进一步分析土壤有机碳库的分布,探讨了滩地土壤呼吸动态和碳库稳定性。研究结果表明,升金湖0～20 cm滩地土壤有机碳含量为11.47～22.25 g/kg,有机碳密度为3.78～4.58 kg/m^2,平均有机碳密度为4.11 kg/m^2,土壤CO_2-C释放通量为111.7～499.5mg/(m^2.h);滩地土壤有机碳密度和CO_2-C释放通量高于周边地区的水稻土土壤,且其有机碳稳定系数偏低,这表明升金湖滩地土壤有机碳库自身具有较高的稳定性,这是滩地土壤有机碳保持的一种机制,在气候变暖背景下,滩地土壤有机碳库的脆弱性将增加。

关键词：升金湖滩地土壤呼吸碳库稳定性温度敏感性

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生物质炭施用对深层土壤碳库的影响

南京农业大学学报 2020年第4期43卷 589-593页

作者：郑聚锋程琨潘根兴南京农业大学资源与环境科学学院/农业资源与生态环境研究所/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心江苏南京210095

施用生物质炭进行农田土壤改良已被认为是一种有效的土壤固碳与温室气体减排措施,研究深层土壤有机碳动态对于准确评估农田土壤固碳潜力有重要意义。目前,国内外学者对于生物质炭施用对土壤有机碳动态影响已有一定的认知,尤其是对表层... 详细信息

施用生物质炭进行农田土壤改良已被认为是一种有效的土壤固碳与温室气体减排措施,研究深层土壤有机碳动态对于准确评估农田土壤固碳潜力有重要意义。目前,国内外学者对于生物质炭施用对土壤有机碳动态影响已有一定的认知,尤其是对表层土壤有机碳的周转情况,但对于深层土壤有机碳影响方面的研究还相对缺乏。本文主要阐述深层土壤固碳研究的趋势,农田深层土壤有机碳的来源与稳定性,生物质炭施用下表层土壤有机碳移动性的变化及其对深层土壤有机碳动态的影响,探讨深层土壤有机碳研究方面存在的问题和未来研究方向,期望为农业土壤固碳和生物质炭应用的相关研究提供参考。

关键词：生物质炭表层土壤碳迁移深层土壤有机碳固定

从《IPCC 2006国家温室气体排放清单增补:2013湿地》谈湿地温室气体计量进展及问题

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地球科学进展 2014年第10期29卷 1120-1125页

作者：郑聚锋潘根兴程琨张旭辉南京农业大学农业资源与生态环境研究所江苏南京210095

通过对《IPCC 2006国家温室气体排放清单增补:2013湿地》出台的背景、湿地类别的划分、温室气体计量方法学进行解读,从温室气体排放源、计量方法和排放因子3个方面对湿地温室气体排放的计量进行了分析,重点探讨了对《IPCC 2006国家温室... 详细信息

通过对《IPCC 2006国家温室气体排放清单增补:2013湿地》出台的背景、湿地类别的划分、温室气体计量方法学进行解读,从温室气体排放源、计量方法和排放因子3个方面对湿地温室气体排放的计量进行了分析,重点探讨了对《IPCC 2006国家温室气体排放清单指南》中方法学的更新与改进,结合我国湿地研究的现状,进一步指出我国湿地研究中亟待解决的关键问题和未来研究的主要方向,为我国湿地排放清单指南的编制提供了理论指导。

关键词：湿地温室气体排放清单排放因子方法学 IPCC

面向自愿减排碳交易的生物质炭基肥固碳减排计量方法研究

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中国农业科学 2018年第23期51卷 4470-4484页

作者：孙建飞郑聚锋程琨叶仪庄园潘根兴南京农业大学农业资源与生态环境研究所/江苏省有机固体废弃物资源化协同创新中心

【目的】秸秆热解炭化-生物质炭基肥-生态农业产业体系正在中国兴起。炭基肥通过替代化肥产生可观的温室气体减排量并显著增加土壤有机碳库,其规模化发展具有参与我国正在实施的自愿减排碳交易项目的明显潜力。本研究探讨构建生物质炭... 详细信息

【目的】秸秆热解炭化-生物质炭基肥-生态农业产业体系正在中国兴起。炭基肥通过替代化肥产生可观的温室气体减排量并显著增加土壤有机碳库,其规模化发展具有参与我国正在实施的自愿减排碳交易项目的明显潜力。本研究探讨构建生物质炭基肥项目固碳减排计量方法,为其大规模农业应用参与自愿减排碳交易提供科学依据和方法学支撑。【方法】根据自愿减排项目固碳减排计量方法学和农田固碳减排计量的逻辑框架,基于秸秆炭基肥项目发展的实地调查、已有炭基肥试验的固碳减排案例监测及文献统计,并参考已备案的农业减排方法学,从项目合格性、基准线确定、边界选择、关键排放源和土壤碳库确定、系统泄漏到净碳汇计量方法等方面探讨开发炭基肥项目固碳减排计量方法学,以分析炭基肥项目进行碳交易的可行性。【结果】秸秆炭基肥项目计量方法学的基准线情景为农田常规施肥管理,但需针对不同农田经营模式而确定项目边界(例如分散农民为经营主体的田块模式和工厂-农田的集约化企业运营模式),分别考虑农田氧化亚氮和甲烷的排放和土壤有机碳库来审视项目的关键排放源和碳库,考虑项目的泄漏可能包括农民运输炭基肥导致的额外排放或原有秸秆利用方式发生改变导致的额外排放。农作物炭基肥案例分析表明:以农民为主体的炭基肥项目,单个生长季的冬小麦或水稻生产可分别产生1 440和282 kg CO2-eq·hm-2的减排量;而"工厂-农田"集约化模式中,在未对炭基肥生产工艺进行优化的条件下(副产物未被循环利用),炭基肥生产过程带来的温室气体排放将抵消部分炭基肥应用的农田碳汇量;如对优化炭基肥生产工艺后,单个生长季的冬小麦和水稻生产可分别产生1 479和340 kg CO2-eq·hm-2的净碳汇量。【结论】构建了一套用于量化炭基肥项目净碳汇量的计量方法,可以合理地量化炭基肥农田应用项目产生的净碳汇量。本研究发展的方法学适用炭基肥农业固碳减排项目,量化结果显示炭基肥项目可带来可观的减排量,且旱作农田的净碳汇效应高于稻作农田,优化炭基肥生产工艺条件下工厂-农田集约化运营模式获得的碳汇量显著高于未优化工艺条件下的农民主体的项目模式。研究表明未来应当关注和开发区域尺度不同类型炭基肥施用下氧化亚氮和甲烷减排因子以及土壤固碳因子。

关键词：碳交易农业固碳减排炭基肥方法学气候变化秸秆热解炭化

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关于中国土壤碳库及固碳潜力研究的若干问题

科学通报 2011年第35期56卷 2162-2173页

作者：郑聚锋程琨潘根兴 SMITH Pete 李恋卿张旭辉郑金伟韩晓君杜彦玲南京农业大学农业资源与生态环境研究所农业与气候变化研究中心南京210095 南京林业大学资源环境学院南京210037 Institute of Biological and Environmental Sciences School of Biological Sciences University of Aberdeen 23 St Machar Drive Aberdeen AB24 3UU UK

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域.本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果,分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势,并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题.整合已有的研究资料,可以认为中... 详细信息

土壤碳库研究及碳汇问题是近年来土壤碳循环与全球变化研究的热点领域.本文回顾了中国土壤碳库估算的研究成果,分析了我国土壤碳库在气候变化下的演变态势,并探讨了土壤有机碳矿化与温室气体的释放问题.整合已有的研究资料,可以认为中国土壤总有机碳库接近90Pg,无机碳库约为60Pg,农田土壤已有的固碳速率在20～25Tg/a水平.农田土壤固碳的理论容量可以达到2.0Pg水平,但农业技术的实施能够实现的技术潜力可能仅为理论潜力的1/3左右.因此,改善土壤管理和农田经营机制可能是提高土壤固碳技术潜力的关键.土壤固碳中有机碳积累并不表现出分解的敏感性,固碳显得有利于提高农田生产力和改善生态系统功能,一些农田综合温室气体排放的生命周期评价的案例研究反而显示有机质积累下农业生产的碳排放强度没有提高甚而降低.未来中国土壤碳库研究的重点发展方向在于:(1)以流域为尺度和地球表层系统为对象的系统固碳与碳汇研究;(2)生态系统土壤碳固定与稳定机制,特别是土壤固碳与生产力和生态服务功能的协同机理和多界面过程.中国土壤碳科学将面临多学科集成和多目标服务的新发展机遇.

关键词：土壤碳库土壤固碳有机碳稳定性温室气体排放土壤碳科学

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太湖地区长期施肥条件下水稻-油菜轮作生态系统净碳汇效应及收益评估

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应用生态学报 2009年第7期20卷 1664-1670页

作者：李洁静潘根兴张旭辉费庆华李志鹏周萍郑聚锋邱多生南京农业大学农业资源与生态环境研究所南京210095 江苏省吴江市汾湖镇金家坝办事处江苏吴江215215 南京林业大学资源与环境科学学院南京210037 江苏省吴江市汾湖经济开发区农村工作局江苏吴江215215

以太湖地区水稻-油菜轮作系统长期施肥处理试验田为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳和农田CO2排放等实测资料,以及生态系统的物质投入和管理投入等调查资料,估算了该系统的年碳平衡和经济收益.结果表明:不同施肥处理的年碳汇量在... 详细信息

以太湖地区水稻-油菜轮作系统长期施肥处理试验田为研究对象,利用历年作物产量、凋落物固碳和农田CO2排放等实测资料,以及生态系统的物质投入和管理投入等调查资料,估算了该系统的年碳平衡和经济收益.结果表明:不同施肥处理的年碳汇量在0.9～7.5tC·hm-2·a-1,有机无机肥配施的净碳汇量是单施化肥的3倍.系统物质投入的碳成本在0.37～1.13tC·hm-2.a-1,人工管理的碳成本在1.69～***-2·a-1,年度经济收益在5.8×103～16.5×103CNY·hm-2.a-1,有机无机肥配施下的经济效益是单施化肥下的1.1倍.与单施化肥相比,有机无机肥配施单位碳汇的边际成本为217.1CNY·t-1C,与欧盟碳交易市场的碳价格每吨20欧元相近.与单施化肥相比,有机无机肥配施下生态系统不仅生产力较高,而且表现出更高的碳汇效应和经济收益.

关键词：水稻-油菜轮作农田生态系统长期试验肥料处理碳汇碳平衡经济收益

水稻土基底呼吸与CO_2排放强度的日动态及长期不同施肥下的变化

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植物营养与肥料学报 2006年第4期12卷 485-494页

作者：郑聚锋张旭辉潘根兴李恋卿南京农业大学农业资源与生态环境研究所江苏南京210095

土壤呼吸排放是陆地生态系统土气交换快速而活跃的途径之一，对大气CO2浓度的变化有显著的影响。本文对太湖地区一个代表性水稻土水稻收割后土壤基底呼吸CO2排放进行了昼夜观测和采样分析。结果表明，不同小区平均土壤呼吸与CO2排放速率... 详细信息

土壤呼吸排放是陆地生态系统土气交换快速而活跃的途径之一，对大气CO2浓度的变化有显著的影响。本文对太湖地区一个代表性水稻土水稻收割后土壤基底呼吸CO2排放进行了昼夜观测和采样分析。结果表明，不同小区平均土壤呼吸与CO2排放速率在CO2-C12．2～25．2mg／（m^2·h）之间，日排放量在CO2-C327．2～604．1mg／（m^2·d）之间，低于文献报道的森林和草地及旱作农田的土壤呼吸；与长期有机，无机配施处理相比，长期单施化肥CO2日排放量提高了55％～85％，并且显著提高了土壤呼吸对土壤（5cm）温度的响应敏感性。相关分析表明，土壤呼吸CO2排放强度与土壤微生物N（Nmic）、微生物C：N（Cmic／Nmic）和P的有效性有密切的关系；生物有效N和P的有效性显著地影响着土壤呼吸与CO2的生成和排放。本试验结果进一步支持了水稻土的固碳效应。但是：供试不同小区土壤呼吸排放强度的变异隐含着长期不同施肥处理可能使与高呼吸活性有关的微生物群落发生改变，有待于进一步研究。

关键词：水稻土长期施肥土壤基底呼吸 CO2排放温度敏感性养分有效性