农业环境保护牨牴牴牳牞牨牱牗牭牘牶牨牴牱—牪牥牪犃犵狉狅犨犲狀狏犻狉狅狀犿犲狀狋犪犾犘狉狅狋犲犮狋犻狅狀本文为国家八五攻关项目“牳牭－牴牨牫－牥牰”成果之一，并得到国家教委留学回国人员基金资助。收稿日期牶牨牴牴牱－牨牥－牫牨牷修改稿收稿日期牨牴牴牳－牥牨－牥牭图牨生物圈碳平衡示意图牨前言政府间气候变化专门委员会（犐犘犆犆）牨牴牴牥年报告指出牶“对犆犗牪源和汇的定量估算还存在不平衡……，北半球的地球生态系统是一个显著的犆犗牪的汇，但是这样一个汇还没有被直接证实……”犤牨犦，这个不平衡叫做“丢失的碳汇”。牨牴牴牪和牨牴牴牬年犐犘犆犆的报告对该评估没有实质性改变犤牪、牫犦。对于“丢失汇”的研究，使陆地生态系统的作用日益引起注意。我们初步研究曾指出我国农业系统“对大气犆犗牪浓度而言，不是源而是汇”犤牬犦，对于农业系统的碳汇功能有必要深入探讨。牪研究方法与结果牪牣牨碳平衡的概念及其表达模型生物圈具有相当大的贮碳功能。绿色植物生长中，通过光合作用吸收大气中的犆犗牪形成有机物；继之被人和动物食用，或加工为工业品被利用；再通过消化（消耗）、分解，以碳的不同形式排放到大气、土壤、水体；然后又被植物吸收，重新进入循环……牗图↑↓↓↓←↓牨牘。死亡有机物吸收海洋土壤↑↑←↓呼吸大气犆浮游动物、鱼类陆地↑↑陆地人和动物浮游植物↓↓陆地上的植物沉积物牗包括矿物燃料牘死亡有机物矿物燃↑料燃烧中国农业系统碳汇功能刘允芬牗中国科学院国家计划委员会自然资源综合考察委员会，北京牨牥牥牨牥牨牘摘要研究我国现实和未来农业系统碳汇功能，提出该系统碳排放和碳固定清单。以牨牴牴牥、牨牴牴牭和牪牥牥牥年为例，对周年碳平衡进行计算分析，绘制出全国农业系统碳平衡概图。碳的排放、固定、转移量占当年吸收量的百分比分别为牳牪牣牰％—牳牬牣牬％、牨牬牣牭％—牨牭牣牱％和牨牣牨％—牨牣牱％，年固碳量为牨牣牨×牨牥牳—牨牣牬×牨牥牳狋。无论是现阶段还是气候变化后，我国农业系统对碳的吸收均大于排放，对大气犆犗牪而言，不是源而是汇。在全球温室气体逐年增加的情况下，应采取积极措施，加强农业系统碳汇功能，为减缓大气犆犗牪浓度的增加做出贡献。关键词→农业系统碳汇功能源汇牨牴牴牳年牨牥月１９８农业环境保护对百年以下的时间尺度，陆地生物圈对碳汇有意义的是生长着的植物和土壤，通过形成生物量和存贮更多的土壤碳来对大气犆犗牪浓度的增加作出响应。研究我国农业系统碳汇功能，边界条件是牴牣牰×牨牥牱犺犿牪耕地、牫牣牴牪×牨牥牳犺犿牪草地以及近海和淡水水面上的各种农作物、牧草、畜禽、水产品的第一、二性产品及其加工品。研究该系统中碳平衡的动态过程并探讨碳汇功能，分为四个子系统即吸收子系统牶一性生产通过光合作用对碳的吸收同化。排放子系统牶人畜食（饲）用消费、生物能源燃烧、以农产品为原料的日用品年内消耗及还田有机物年内分解等相当的碳量。固定子系统牶系统内留种、库存及日用品和还田有机物年内未消耗（分解）部分所相当的碳量。转移子系统牶出口农牧产品相当的碳量。均以日历年为时间单位。为了得到碳在上述四个子系统中的数量，以下述公式表示它们之间的关系牶农业系统吸收的碳量（犝狋）牻排放量（犈狋）＋固定量（犉狋）＋转移量（犜狋）（牨）从碳平衡（犅狋）的角度考虑，则可以下式表示牶犅狋牻犝狋－犈狋－犜狋（牪）式中狋为年序（下同）。如果犅狋牼牥，则犝狋牼（犈狋＋犜狋），说明系统周年内有碳积累，对大气而言吸收多于排放，为碳汇，否则为碳源。根据以上对农业碳循环动态过程的分析，遵循系统动力学原理，以数学方程及函数关系模拟农业系统中的碳循环规律，并预测未来气候条件下碳的源汇关系以及平衡状况的变化趋势。模型的基本方程包括牶吸收子系统犝（狋）牶犝牗狋牘牻犝犉（狋）＋犝犔（狋）＋犝犐（狋）＋犝犛（狋）牗牫牘式中犝犉、犝犔分别为种植业、畜牧业生产中对碳的吸收，犝犐、犝犛分别为进口和上年存留农产品相当的碳量。排放子系统犈牗狋牘牶犈牗狋牘牻犈犅（狋）＋犈犠牨（狋）＋犈犉牨（狋）＋犈犃（狋）＋犈犘牨（狋）牗牬牘式中犈犅为生物能源燃烧、犈犠牨为还田秸秆及凋落物当年分解还原、犈犉牨为食用类农产品当年消费、犈犃为存栏畜生存耗料、犈犘牨为日用和生产消费品当年消耗的农产品相当的碳量。固定子系统犉牗狋牘牶犉牗狋牘牻犉犠牪（狋）＋犉犠牫（狋）＋犈犉牪（狋）＋犈犉牫（狋）＋犉犘牪（狋）＋犉犘牫（狋）（牭）式中犉犠牪和犉犠牫为还田秸秆及凋落物当年未分解还原、犈犉牪和犈犉牫为食用类农产品当年未消费、犉犘牪和犉犘牫为日用和生产消费品中当年未消耗农产品相当的碳量。转移子系统犜牗狋牘牶犜牗狋牘牻犜犐（狋）＋犜犃（狋）牗牰牘式中犜犐、犜犃分别为直接出口的一性农产品和出口畜产品相当的碳量。牪牣牪现实中国农业系统的碳汇功能根据“牪牣牨”中的模型分别计算了我国牨牴牴牥和牨牴牴牭年农业系统的碳平衡。吸收子系统牶计算中资料取自中国统计年鉴及调研材料。牨牴牴牥—牨牴牴牭年全国耕地面积减少牱牥牣牪×牨牥牬犺犿牪，年均减少牨牬×牨牥牬犺犿牪；由于单产提高，同期第一性农产品吸收的犆量增加到牳牥牰牳牫牣牱牱×牨牥牬狋，年均增长牨牪牥牥×牨牥牬狋。排放子系统牶全部计入当年排放的是生物能源和人畜食（饲）用消耗的农产品。部分计入的有两项牶一是日用和生产消费品中当年消耗的部分，如棉、麻、丝、皮、毛及其加工产品，按不同生活水平及该物的不同使用年限计算出当年消耗排放的百分比（全国加权值为牰牥％—牳牥％）；二是埋入土壤中的有机肥，按不同分解速率计算当年排放还原的碳量。根据我们牨牴牴牭—牨牴牴牱年在中国科学院拉萨农业生态站和我会“北亚热带中高山草地畜牧业优化生产模式”课题组牨牴牴牪—牨牴牴牫年１９９牨牱卷牭期农业环境保护图牪牨牴牴牭年中国农业生态系统碳平衡图牗单位牨牥牬狋犆牘在四川巫溪红池坝所作试验，并参照调研材料，加权计算了全国的分解速率系数，当年取值为牥牣牰牱—牥牣牱牨。固定子系统包括牶①农产品的库存、留种量；②生产和生活消费品中一年以上耗用量；③埋入土壤中的有机物一年以上分解量。转移子系统是指直接出口的农产品（含加工品）。从计算结果看，牨牴牴牥和牨牴牴牭年农业系统的碳排放均小于碳吸收，当年碳的固定量占吸收量的牨牬％以上，牨牴牴牭年固定量牨牪牰牭牭牣牱牭×牨牥牬狋（图牪），比牨牴牴牥年净增加牨牳牥牥×牨牥牬狋犆，排放与吸收之比增加牨牣牪％。进一步证实了我国农业系统是碳的弱汇的结论。牪牣牫我国农业系统碳汇功能的地区分布我国地形、气候复杂，农业生产布局地域差异大，应针对不同农业气候区分别进行讨论。因资料所限，暂以省为单位模拟计算分区农业系统碳平衡状况，将各区碳的当年固定量与吸收量之比定义为“农业碳汇功能系数”，表征各区碳汇功能强度。该系数在－牥牣牫牬（上海）—牥牣牱牪（山东）之间，依此将全国分为四个区牶低于牥为农业碳源区，包括京津沪、广东及云贵川，这些地区碳的排放量大于吸收量，“固定量”为负值；除上述地区外该系数均高于牥为农业碳汇区，每年有一定量的碳固定；高于牥牣牬为强汇功能区，位于冀鲁豫；牥牣牪—牥牣牬为中汇功能区，包括东北三省及安徽、新疆；全国多数区域为牥—牥牣牪的弱汇功能区。人口密度高、人均农业土地占有少，或农业单产低的地区碳排放量高于或接近吸收量而成为农业碳源区。农业生产发达地区单产高，碳汇功能强，周年碳排放量仅为吸收量的三分之二左右。从全国农业系统看，就大多地区而言农业碳汇功能系数高于牥，为碳汇区。牪牣牬未来农业系统碳汇功能预测气候变化后农业碳汇功能将怎样发展是人们更关心的问题。为了预测未来气候条件牨牴牴牳年牨牥月２００农业环境保护图牫牪牥牥牥年中国农业生态系统碳平衡图牗单位牨牥牬狋犆牘下农业系统碳汇的可能变化及其对大气犆犗牪浓度变化的贡献，以牪牥牥牥年为目标进行了预测分析，仍用牪牣牨的模型计算。对于吸收子系统，首先考虑土地利用改变造成的未来耕地特别是农业播种面积减少的影响。根据对耕地面积及各种作物播种面积进行的时间序列分析，并考虑了国家对占用耕地的控制政策以及由于自然灾害减少和开荒增加耕地，牪牥牥牥年耕地约为牴牣牬牬×牨牥牱犺犿牪。以复种指数牨牭牭％计，农播面积牨牬牣牰牫×牨牥牱犺犿牪。据现有预测犤牭犦，从现在起到本世纪末，我国大部分地区气温略有上升并大致与本世纪牪牥年代相似；降水变化较为复杂。由于大气犆犗牪浓度增加、气温上升和降雨在部分地区增多，单位土地面积上植物对碳的吸收及其有机物的产出亦将随之变化。根据对各种作物单产进行的动态分析，牪牥牥牥年单产增加幅度达牰％—牨牬％，第一性生产对碳的吸收量增加到牳牱牱牬牱×牨牥牬狋。对于排放子系统，由于加强了农业副产品的资源化利用，生物能源和直接还田有机物当年排放量与牨牴牴牭年接近。随着经济发展对农产品的需求和消费将有不同程度提高，牪牥牥牥年我国将进入工业化中期阶段，全国人口将达牨牪牣牴亿。对未来消费水平的预测参照了发达国家和前苏联相应时期的水平犤牰、牱犦牶人均国民收入增加到牳牥牥美元牞耐用消费品和劳务支出比重提高，非耐用消费品比重下降。根据这一思路以及对牳牥年代以来消费水平的动态分析，综合确定了消费水准。碳排放量预计为牱牪牬牴牴牣牭牴×牨牥牬狋。对于转移子系统，根据国家的进出口政策，农产品出口会稳步增长，出口相当碳量为牨牭牥牭牣牪×牨牥牬狋。综合上述预测，牪牥牥牥年农业系统将有牨牫牱牬牪牣牪牨×牨牥牬狋的碳固定，占吸收碳量的牨牭牣牱％，与现实水平基本持平。说明在未来条件下农业系统仍能保持碳汇功能（图牫）。牪牣牭从人均角度看我国农业系统的碳汇功能对于碳汇功能的分析还应考虑它的人２０１牨牱卷牭期农业环境保护年份系统吸收碳量人均吸收碳量系统排放碳量人均排放碳量排放／吸收牗％牘牨牴牴牥牱牬牰牴牬牣牥牬牰牭牫牣牫牥牰牫牥牫牳牣牱牪牭牭牨牣牫牰牳牬牣牬牥牨牴牴牭牳牥牰牳牫牣牱牱牰牰牰牣牨牬牰牰牱牭牳牣牥牥牭牭牨牣牨牱牳牪牣牱牬牪牥牥牥牳牱牱牬牱牣牥牥牰牱牳牣牱牬牱牪牬牴牴牣牭牴牭牰牥牣牳牥牳牪牣牰牪年份系统固定碳量人均固定碳量固定／吸收牗％牘系统转移碳量人均转移碳量转移／吸收牗％牘牨牴牴牥牨牥牳牪牰牣牴牪牴牬牣牱牥牨牬牣牭牥牳牪牳牣牬牥牱牣牪牭牨牣牨牨牨牴牴牭牨牪牰牭牭牣牱牭牨牥牬牣牬牴牨牭牣牰牴牨牪牱牥牣牥牪牨牥牣牬牴牨牣牭牱牪牥牥牥牨牫牱牬牪牣牪牨牨牥牰牣牫牥牨牭牣牰牰牨牭牥牭牣牪牥牨牨牣牰牬牨牣牱牪表牨我国农业系统碳平衡及其人均分配牗系统量牶牨牥牬狋犆牞人均量牶犽犵犆牤人牘均分配以及各子系统碳含量占吸收量的百分比（表牨）。从牨牴牴牥到牪牥牥牥年的变化看，人均吸收量年增加牪牣牫牨犽犵犆，排放、固定和转移的增量分别占吸收增量的牫牱牣牨牪％、牬牭牣牰牪％和牨牱牣牪牰％，即固定量的增加幅度最大，人均对碳汇功能的贡献表现为增长趋势。牫结论及有关减汇增源对策的讨论根据对我国农业系统碳平衡的现实分析和未来预测，肯定了该系统“对碳而言不是源而是汇”的结论的正确。尽管农业系统的循环周期一般仅一年，但它对大气犆犗牪浓度的增加确实起到了减缓作用。我国是农业大国，无论是当前还是到下个世纪初，农业系统每年总有一定数量的碳固定（占当年吸收量的牨牬％左右），其碳汇功能不可忽视。为了减源增汇，在保证农业持续发展的同时维持生态平衡、纯洁生态环境、减缓犆犗牪浓度的增加，主要应采取以下对策牶①提高单产。耕地减少，提高单产是强化农业碳汇功能的关键。应不断改善生产条件，增加投入，加强农田基本建设，提高农业的科技含量。②提倡非经济产量资源化利用。农作物副产品应进行深加工利用。如扩大秸秆作为饲料、工业或手工业原料的比例；推行过腹还田、发展沼气；直接还田的秸秆要在粉碎、沤制后施用，严禁就地焚烧；加强生物能源的商品化技术研究与推广等。③充分利用耕地资源。气候变暖有利于多熟种植，应因地、因时制宜提高复种指数，调整耕作制度，变农业经济的二元结构为三元结构。提高耕地利用率可增加碳吸收，减少冬闲田和裸地则会降低土壤碳排放犤牳犦。④培育推广优良品种。根据我国农业生产实际和未来气候变化趋势，有计划地抓紧培育（引进）具有对高温、干旱等极端气候及病虫害有抗性的品种，确保在新的生态环境中农牧产量不断提高，扩大碳的吸收存储。⑤重视土壤保护和改良。气候变暖，地温升高，土壤有机质的分解速率加快，引起碳排放增加有机质下降。从现在起就要重视土壤保护和改良，强调施用有机肥，调控化肥使用，加强盐碱涝洼地、黄红壤等低产田的治理改良，增加土壤有机质，提高单位面积产量，扩大碳吸收，减少碳排放。⑥合理利用和保护草地资源。改良天然草地，扩大人工草地，既能保护土壤减少碳排放，又有利于提高产草量，促进畜牧业生产，增加碳储存。还应特别注意对草地资源的保护，严禁破坏草地，防止草地沙荒化。⑦稳定耕地控制人口。在国民经济发展中必须制定严格的政策法规限制耕地的非农业占用，最大限度稳定耕地。严格执行基本国策，控制人口增长。⑧加强农业系统对碳的减汇增源科学技术的研究推广，广泛开展国际合作交流，吸收并借鉴国际上先进技术经验，使我国农业碳汇功能不断增强。我国农业系统在一个相当长的时期内都具有碳汇功能。由于温室气体的人为排放具有明显的科学的不确定性，这一研究不仅牨牴牴牳年牨牥月２０２农业环境保护欢迎订阅牨牴牴牴年《中国农学通报》《中国农学通报》是由中国科学院院士、著名的农业科学家庄巧生先生任主编、中国农学会主办的农业综合性学术期刊，也是中国科协优秀学术期刊和全国农口系统优秀科技期刊。主要报道国内外农牧业各学科的研究报告、学术交流报告、试验简报、研究进展、专题综述、新品种选育、国外农业以及农业宏观论述（农业论坛和基层论坛牘，刊登种植业（农药、农膜、农机、土壤、肥料、种子、栽培、病虫防治）、养殖业（种畜、种禽、畜牧、水产、饲料、添加剂、兽药、病虫防治）、农产品贮藏加工业（保鲜技术、保鲜剂、食品开发、加工机械）等方面的实用新技术、新方法；提供国内外农业科技信息及动态。适合各级农牧科技人员、农技推广人员、农业行政管理干部、农业大中专院校师生和广大农村养殖及种植专业户等参阅。《中国农学通报》为双月刊，公开发行，国内统一刊号为犆犖牨牨－牨牴牳牬牤犛，牨牰开本，牳牥页，每期定价牭牣牥牥元。本刊由中国农学会编辑出版部自办征订、发行（邮局不办理）。订购者款汇牶北京市朝阳区麦子店街牪牥号楼中国农学会编辑出版部开户银行牶北京市工商行朝阳支行八里庄分理处帐号牶牥牬牪牨牨牴－牫牬单位牶中国农学通报编辑部邮政编码牶牨牥牥牥牪牰电话牶（牥牨牥）牰牬牨牴牬牬牳牥，牰牬牨牴牬牱牥牭具有迫切的现实意义和深远的政治意义，而且在理论研究上也有重要价值。参考文献牨犐犘犆犆牞牨牴牴牥牞犆犾犻犿犪狋犲犆犺犪狀犵犲牣犜犺犲犐犘犆犆犛犮犻犲狀狋犻犳犻犮犃狊狊犲狊狊犿犲狀狋牣犎狅犵犺狋狅狀犑犜牞犑犲狀犽犻狀狊犌犑犪狀犱犈狆犺狉犪狌犿狊犑犑牣牗犲犱狊牣牘牣犆犪犿犫狉犻犱犵犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔犘狉犲狊狊，犆犪犿犫狉犻犱犵犲牞犝犓牶牫牰牭牪犐犘犆犆牞牨牴牴牪牶犆犾犻犿犪狋犲犆犺犪狀犵犲牨牴牴牪牣犜犺犲犛狌狆狆犾犲犨犿犲狀狋犪狉狔犚犲狆狅狉狋狋狅狋犺犲犐犘犆犆犛犮犻犲狀狋犻犳犻犮犃狊狊犲狊狊犿犲狀狋牣犎狅犵犺狋狅狀犑犜牞犆犪犾犾犪狀犱犲狉犅犃犪狀犱犞犪狉狀犲狔犛犓牣牗犲犱狊牣牘牣犆犪犿犫狉犻犱犵犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔犘狉犲狊狊牞犆犪犿犫狉犻犱犵犲牞犝犓牶牪牥牥牫犐犘犆犆牞牨牴牴牬牶犆犾犻犿犪狋犲犆犺犪狀犵犲牨牴牴牬牣犚犪犱犻犪狋犻狏犲犉狅狉犮犻狀犵狅犳犆犾犻犿犪狋犲犆犺犪狀犵犲犪狀犱犪狀犈狏犪犾狌犪狋犻狅狀狅犳狋犺犲犐犘犆犆犐犛牴牪犈犿犻狊狊犻狅狀犛犮犲狀犪狉犻狅狊牣犎狅犵犺狋狅狀犑犜牞犕犲犻狉犪犉犻犾犺狅犔犌牞犅狉狌犮犲犅犑牣牗犲犱狊牣牘牣犆犪犿犫狉犻犱犵犲犝狀犻狏犲狉狊犻狋狔犘狉犲狊狊牞犆犪犿犫狉犻犱犵犲牞犝犓牶牫牫牴牬刘允芬牣农业生态系统碳循环研究牣自然资源学报，牨牴牴牭牷牨牥（牨）牶牨—牳牭国家科学技术委员会牣中国科学技术蓝皮书牣第牭号，气候，北京牶科学技术文献出版社，牨牴牴牥牶牨牬牳—牨牭牫牰中国社会科学院世界经济与政治研究所综合统计研究室编牣苏联和主要资本主义国家经济历史统计集牣北京牶人民出版社，牨牴牳牴牶牳牴—牴牭牱国外经济统计资料编辑小组编牣国外经济统计资料牣北京牶中国财政经济出版社，牨牴牱牴牶牨牨牫—牨牪牱牳刘允芬牣西藏高原农田土壤犆犗牪排放研究初报牣自然资源学报，牨牴牴牳牷牨牫（牪）作者简介刘允芬，女，牭牨岁，副研。目前从事全球变化对农业影响和响应方面的国家攻关及自然科学基金研究有关课题。