【摘要】：農(nóng)業(yè)用地是導致陸地系統(tǒng)土壤碳損失的主要原因。尋找新的農(nóng)業(yè)耕作方式,在高產(chǎn)、高投入的情況下,仍可以使系統(tǒng)保持碳匯能力,成為研究熱點。近三十年,溫室,特別是塑料大棚蔬菜種植(plastic greenhouse vegetable cultivation, PGVC)在中國的發(fā)展十分迅猛,使中國迅速成為面積第一(占全球面積90%)的國家。PGVC為農(nóng)民帶來很大效益,但這種來自露天蔬菜種植(conventional open field vegetable cultivation, CVC)相對較新的耕作系統(tǒng)的碳平衡情況,尤其是將農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中碳釋放考慮后新系統(tǒng)扮演了碳源還是碳匯角色,目前仍不確定。 本研究基于質量平衡法和碳循環(huán)全程分析法(full carbon cycle analysis),對中國PGVC系統(tǒng)凈碳流進行了估算。研究樣點遍及了中國23個省、4個直轄市、5個自治區(qū),共39個區(qū)的195個樣點。除碳平衡外,本文還簡要分析了PGVC系統(tǒng)所提供的其他生態(tài)服務功能。研究結果如下： 1.考慮了建設成本和經(jīng)營過程的人力投入后,中國PGVC系統(tǒng)相對于大氣系統(tǒng)表現(xiàn)為凈碳匯,凈碳流為0.58±0.27 Mg C ha-1 yr-1 (1Mg=106g),碳吸收能力是CVC系統(tǒng)(同樣也是凈碳匯,0.23±0.23 Mg C ha-1 yr-1)的2.5倍。兩種操作系統(tǒng)這種碳吸收增幅(即△凈碳流)在中國呈現(xiàn)區(qū)域性差異,表現(xiàn)為北方高于南方。 2.CVC系統(tǒng)轉變?yōu)镻GVC系統(tǒng)后,耕層(0-20 cm)土壤有機碳含量在40年時間內增加了41%(變化率：0.96 Mg C ha-1 yr-1);但PGVC系統(tǒng)SOC隨耕作年限先增后減,最后趨于平緩。有機碳增加幅度呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性,中國北部處于溫帶的地區(qū)SOC增加幅度顯著高于南部亞熱帶地區(qū)。PGVC僅對耕層C含量產(chǎn)生影響,對土壤深層(20-100 cm)影響不大。但由于耕層SOCD占1m深SOCD的比例較大,因此,PGVC系統(tǒng)1 m深土壤層SOCD同樣高于CVC系統(tǒng)。 3. PGVC系統(tǒng)NPP是鄰近CVC系統(tǒng)的約1.7倍(PGVC:8.87±0.46 Mg C ha-1 yr-1; CVC:5.36±0.66 Mg C ha-1 yr-1)。兩種種植系統(tǒng)NPP差異呈現(xiàn)北方區(qū)域高南方區(qū)域低的空間分布規(guī)律。區(qū)域間的氣候差異導致了兩種操作系統(tǒng)NPP產(chǎn)生差異,同時溫室的使用在中國不同區(qū)域功能不同,致使溫室耕作NPP的增幅存在空間差異。 4.綜合土壤和植被碳流,中國PGVC系統(tǒng)NEP為3.10±0.28 Mg C ha-1,表現(xiàn)為凈碳固定。相應地,CVC系統(tǒng)雖同樣為碳固定(1.33±0.34 Mg C ha-1 yr-1),但固碳量不足PGVC系統(tǒng)的1/2。 5.中國PGVC系統(tǒng)碳密度(作物碳+土壤碳,其中土壤深度0-100 cm)為122.99 Mg C ha-1,但其中93%來自土壤碳。PGVC系統(tǒng)碳密度是CVC系統(tǒng)碳密度的1.2倍,但PGVC系統(tǒng)碳儲量遠低于CVC系統(tǒng)。這主要源于兩種耕作系統(tǒng)的面積差異較大,PGVC系統(tǒng)種植面積僅占CVC系統(tǒng)面積的12%。 6.CVC系統(tǒng)轉變?yōu)镻GVC系統(tǒng)后,農(nóng)業(yè)操作相關的碳釋放量大大高于原系統(tǒng)——(CVC)達4倍；兩種系統(tǒng)農(nóng)業(yè)操作碳釋放差異程度中國北部高于南部；PGVC系統(tǒng)農(nóng)業(yè)操作碳釋放情況在各區(qū)域也存在空間差異,總體為北部高、南部低,北部是南部的約兩倍。 7. PGVC系統(tǒng)比CVC系統(tǒng)除提供更多的蔬菜產(chǎn)品和擁有更強的固碳能力外,還具備其他調節(jié)服務(如土壤保持、節(jié)水等)且均高于CVC系統(tǒng),但同時也比CVC系統(tǒng)多產(chǎn)生了一些負面環(huán)境影響(如土壤鹽漬化、N20釋放及廢棄塑料白色污染)。但總體而言,PGVC系統(tǒng)仍有著較優(yōu)的環(huán)境效益,并為農(nóng)民帶來較高的凈收益。 8.基于目前PGVC系統(tǒng)的凈碳吸收量(凈碳流),假設將中國50%的蔬菜種植田轉變?yōu)镻GVC系統(tǒng),那么整個蔬菜種植系統(tǒng)的碳吸收能力將增加3.2 Tg C(1 Tg=1012 g)；如果100%轉變?yōu)闇厥曳N植,系統(tǒng)的碳吸收將會增加7.4 Tg C在此前提下(100%轉變?yōu)镻GVC系統(tǒng)),中國整個蔬菜種植系統(tǒng)的碳吸收將可抵消每年由于化石燃料燃燒而造成的碳釋放(1,500 Tg C)的1.8%。
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：S181

【引證文獻】

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1 薛慧;人工系統(tǒng)生態(tài)服務研究[D];浙江大學;2013年

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本文編號：2639256