安岳县2008-2012年农田作物植被碳储量及其空间分布

张 开，罗怀良，王 睿

安岳县2008-2012年农田作物植被碳储量及其空间分布

张 开，罗怀良*，王 睿

(四川师范大学地理与资源科学学院，四川成都 610101)

【目的】本文依据安岳县统计年鉴资料，对县级小尺度区域内部乡镇之间差异的碳储量及碳密度进行分析研究。【方法】获取主要农作物经济产量、耕作面积等统计数据，对安岳县近5年来(2008-2012)植被碳储量进行估算。【结果】在安岳县近5年来作物植被碳储量平均值构成中以大春作物为主，作物中水稻所占比重最多，红苕所占比重相对较少。各作物植被碳储量分别为:小麦14.45×104t，玉米13.45×104t，水稻18.31×104t，红苕2.07×104t，油菜8.14×104t，花生1.48×104t，棉花0.02×104t。安岳县69个乡镇近5年平均碳密度最大的乡镇是自治乡(9.60 t/hm2)，平均碳密度最小的乡镇是护建乡(5.57 t/hm2)，两者相差4.03 t/hm2，碳密度最大的乡镇是最低乡镇的1.72倍。【结论】各乡镇作物植被碳密度空间构成差异原因也比较复杂，与复种指数、耕地中水田与旱地比重以及作物单产和社会经济条件有关。复种指数越高的乡镇作物植被碳密度就越大，水田面积比重大的乡镇作物植被碳密度较高，作物单产显著影响作物植被碳储量。

碳储量;碳密度;农田作物植被;安岳县

【研究意义】全球气候变化问题已成为各国政府、社会公众以及科学界共同关心的重大问题。陆地生态系统碳循环又是当前气候变化和区域可持续发展研究的核心内容之一，影响社会发展的各个方面[1]。【前人研究进展】方精云等以1991年的数据为基础，建立了中国陆地系统的碳循环模式。此模式对于陆地植被碳库和土壤有机碳库的定量研究，由于数据存在更新，研究结果虽尚有一定争议，但还是获得了不小的突破[2-3]。不少国内学者对陆地生态系统中的森林和草地生态系统进行了深入研究[4-9]，如王绍强等研究了东北地区植被碳库储量(2.81 Gt)及其空间分布特征[10]。董云社等研究了内蒙古锡林郭勒草原生态系统定位站典型草地CO2、CH4的通量及日变化特征，得出草原表现出明显的碳汇特征[11]。但是针对农田生态系统方面的研究还比较欠缺，更多集中在土壤有机碳含量变化以及影响因素上[12]。农田生态系统的研究在国外取得了不少成果，如Lal等发现美国中西部大部分土壤在自然生态系统转化为农业生态系统的过程中，碳库固碳能力在原有的基础上下降了30%～50 %，即为25～40 mgC/hm2[13]。国内学者对全国尺度[14]、区域尺度(如三江平原地区[15])以及县域尺度(如盐亭县[16]、三泉镇[17])等农田生态系统作物植被碳储量进行了估算。我国主要农作物有机碳在作物体内的分布及成熟期籽实、茎叶、根茬产量的比例关系、饲料-堆腐过程中有机碳的循环率[18-19]、有机物料在土壤中的残留率和土壤微生物体碳的循环周转等已有较多报道。【本研究切入点】但作为一个农业大国，我国对于农田生态系统碳循环的研究依然薄弱。目前，关于农田生态系统的研究多集中在农田土壤碳循环方面，对于农作物碳储量的研究也主要着眼于国家或省级等大尺度区域的研究。【拟解决的关键问题】本文针对县域尺度范围内的作物碳储量的研究较为局限，由此进行县域小尺度内农田作物碳储量及固碳研究，有助于促进农业持续发展和固碳作用的协调统一。

1 研究区概况

安岳县地理位置属于四川省东部的盆地中部丘陵区，地跨沱江、涪江中游分水岭。与乐至、大足、遂宁、内江、资阳、资中、潼南、荣昌等8市县为邻，现隶属资阳市。安岳县地理坐标为北纬29。40′至30。18′53″、东经104。56′51″至105。45′14″。安岳县全县幅员面积2689.11 km2，辖区范围内有69个乡镇，927个村。2012年该县总人口为161.66万，人口密度为420人/平方公里。

2 材料与方法

2.1 研究方法

2.1.1 样方调查与实验分析法 分别于玉米、水稻、红苕、小麦、油菜等5种主要农作物成熟收获前所选定的实验观测农田样地中随机选取1 m×1 m的农作物样方，测定作物各器官的生物量，进而求取农作物的经济系数。

2.1.2 模型估算法 用作物植被碳储量参数估算模型估算安岳县玉米、水稻、小麦、油菜、红苕等作物植被的碳储量，再结合播种面积和耕地面积求取碳密度[16]。

式中，S为区域作物植被碳储量(t);Si为第i类农作物的碳储量(t);Ci为第i类农作物单位生物量中的含碳量，即含碳率(%);Qi为第i类农作物经济产量(t);Ei为第i类农作物的经济系数，即果实部分占整个生物量的比重(%);fi为第i类农作物果实的水分系数(%);n为农作物种类数，本研究包括水稻、玉米、红苕、小麦、油菜、其它小春作物(以豌豆、葫豆和大麦为主)、其它大春作物(以高粱与大豆为主)等农作物;D为区域农田作物植被的平均碳密度(t/hm2);A为区域耕地面积(hm2)。

2.1.3 空间对比分析法 通过对安岳县69个乡镇的农田作物植被(玉米、水稻、小麦、花生、棉花、油菜、红苕、其余大春作物、其余小春作物)碳储量、碳密度的空间分布情况与各乡镇的复种指数、水田旱地比例等方面进行综合对比分析。

2.2 数据来源与主要参数的确定

2.2.1 数据来源 安岳县及其69个乡镇近5年(2008-2012)农田作物植被碳储量所需要的7种农作物(水稻、玉米、红苕、小麦、油菜、花生、棉花等)的播种面积，产量等均来源于《安岳县统计年鉴(2008-2012)》。

2.2.2 主要农作物相关参数的确定 水稻、油菜、玉米、小麦、红苕等5种农作物植被其经济系数采用实测，并结合当地的实际农业生产情况。其具体测定方法如下:分别于水稻、玉米、红苕、小麦、油菜等5种主要农作物成熟收获前在安岳县思贤乡金沙村11组实验观测农田样地上随机选取1 m×1 m的农作物样方。在植株样品采集后，按不同器官将样品放入恒温(100℃恒温)烘箱中烘至恒重，取出后分器官称取其干物质重量，加总计算得到农作物生物量，从而求取农作物的经济系数。

而如花生、棉花、其他大春作物以及其他小春作物等一些种植面积较小的大小春作物，其经济系数则根据文献[20-21]进行确定。

由于不同种类的植被包括相同种类植被的不同组织器官，其碳元素含量都存在一定差异，植物生物量转换为碳量大多依据含碳率来估算。为了进一步精确估算安岳县作物植被碳储量，本文在平均含碳率和果实水分系数选取上采用相似区域(川中丘陵地区)研究的成果来确定[16]。安岳县农田作物植被碳储量所采用的估算参数见表1。

表1 安岳县主要农作物植被碳储量估算参数Table 1 Main crops vegetation carbon storage estimation parameters，Anyue county

3 结果与分析

3.1 安岳县近5年不同作物的碳储量和碳密度

近5年来安岳县的农田作物植被碳储量的平均值为65.97×104t(表2)，农田作物植被碳密度的平均值为7.15 t/hm2。

安岳县各种农田作物植被碳储量的主要构成情况见表3，5年植被碳储量平均值分别为:小麦14. 45×104t，玉米13.45×104t，水稻18.31×104t，红苕2.07×104t，油菜8.14×104t，花生1.48×104t，棉花0.02×104t。

从各种农作物所占比重来看，水稻在作物植被碳储量的比重最多，红苕所占比重相对较少，其余各农作物在整个作物植被碳储量中所占的比重从大到小依次为:水稻(27.76%)、小麦(21.91%)、玉米(20.38%)、油菜(12.34%)、其他大春作物(8.95 %)、其他小春作物(3.23%)、红苕(3.15%)、花生(2.24%)和棉花(0.04%)。

作物的碳密度是指单位播种面积作物的碳储量，某一区域的平均碳密度是是指区域单位耕地面积的碳储量。从表3可以看出，安岳县各种农作物植被碳密度的5年平均值分别为:小麦3.93 t/hm2，玉米3.90 t/hm2，水稻4.23 t/hm2，红苕0.59 t/hm2，油菜3. 45 t/hm2，花生1.57 t/hm2，棉花0.82 t/hm2。

表2 安岳县近5年农田作物植被碳储量和碳密度Table 2 The crops vegetation carbon storage and carbon density last5 years，Anyue county

表3 安岳县2008-2012年平均碳储量和碳密度Table 3 Average carbon storage and carbon density of 2008-2012，Anyue county

表4 安岳县近5年大、小春作物植被碳储量Table 4 Last5 years of Spring crop vegetation carbon storage，Anyue county(×104t)

3.2 安岳县近5年大、小春作物碳储量构成

从表4可以看出，安岳县农作物植被碳储量的平均构成以大春作物为主，5年平均植被碳储量为40.83×104t，占总储量的61.89%。总储量中小春作物所占比重较小，5年平均植被碳储量为24.73× 104t，占总储量的比重为38.11%。由此可见，安岳县作为典型的一年两熟耕作制度地域，大春作物是安岳县的主要种植作物，其大春作物植被碳储量比例一直高于小春作物植被碳储量。

3.3 安岳县近5年农田作物植被碳储量和碳密度的区域分布

通过对2008-2012年安岳县69个乡镇的农田作物植被平均碳储量的计算，再运用MapGIS K9软件依次平均划分碳储量最低到最高的乡镇为5个等级。从图1可以看出，安岳县69个乡镇的农田作物植被平均碳储量数值较高的乡镇有:文化镇、驯龙镇、华严镇、长河源乡、石羊镇等，多集中于安岳县的东部。而和平乡、元坝镇这些平均碳储量较低的乡镇多位于县域南部。

同样对2008-2012年安岳县69个乡镇的农田作物植被平均碳密度进行计算，运用MapGIS K9软件按碳密度由低到高划分为5个等级。从图2可以看出，平均碳密度较高的有:自治乡、悦来乡、共和乡、文化镇等，这些乡镇多分位于安岳县的中西部;而双龙街乡、石羊镇、和平乡、永清镇、高屋乡等碳密度较低的乡镇多位于安岳县的北部和南部。碳密度近5年平均碳密度最大的乡镇是自治乡(9.60 t/ hm2)，平均碳密度最小的乡镇是护建乡(5.57 t/ hm2)，两者相差4.03 t/hm2，平均碳密度最大的乡镇是最低乡镇的1.72倍。

通过对2008-2012年安岳县69个乡镇的平均复种指数进行计算，从图3可以看出，安岳县69个乡镇的平均复种指数分布与各乡镇的农田作物植被年平均碳密度分布大体一致。5年平均复种指数排名前五的是文化镇、悦来乡、自治乡、共和乡、建华乡;5年平均农田作物植被碳密度排名前五的是自治乡、悦来乡、共和乡、文化镇、龙台镇。说明一个区域的耕地复种指数对该区域的植被碳密度起决定性影响作用，复种指数的提高，使得该区域耕地利用率高。这样在耕地面积相同的情况下，单位面积作物产量会随着复种指数的增长而增长，其作物植被碳密度也就越高。

图1 安岳县2008-2012年平均碳储量分布Fig.1 Average carbon storage reserves of2008-2012，Anyue county

图2 安岳县2008-2012年平均碳密度分布Fig.2 Average carbon density reserves of2008-2012，Anyue county

图3 安岳县2008-2012年平均复种指数和水旱地比例Fig.3 The average cropping index and the proportion of Paddy field and drylands of 2008-2012，Anyue county

4 讨 论

4.1 安岳县近5年主要作物碳密度动态变化的差异

安岳县近5年农田作物植被碳密度变化趋势大致可分为两类，一类是农田作物植被碳密度到2012年呈上升趋势的;一类是农田作物植被碳密度到2012年呈下降趋势的。其中从2012年植被碳密度上升最多的是白水乡，从2008年的6.90 t/hm2上升到2012年的9.74 t/hm2，增加了2.84 t/hm2;到2012年植被碳密度下降最多的是高升乡，从2008年的9.24 t/hm2下降到2012年的5.33 t/hm2，下降了3.92 t/hm2。到2012年植被碳密度比2008年上升的乡镇有35个，下降的有34个乡镇，各乡镇的作物植被碳密度的动态变化原因比较复杂。

4.2 安岳县近5年农田作物植被碳密度差异原因分析

由于安岳县各乡镇的耕地面积差异较大，各乡镇间的农田作物植被碳储量不具有可比性。故本文仅以农田作物植被碳密度来讨论该县69个乡镇农田作物植被碳储量的差异。

安岳县水田年面积比例大的几个乡镇(图3)对应的平均碳密度值也比较高，水田年面积比例较小的乡镇，植被碳密度也相对落后。由此可以得出，水田占耕地比重的大小对乡镇的农田作物植被碳密度的影响不可忽视，水田面积比重大的乡镇其作物植被碳密度较高。

同时再结合安岳县的地形地势，该县中间高，两边低，而碳密度较高的乡镇多位于地势较低处，而且沱、涪江流域也多位于此。这说明地势低平的河流灌溉区域，作物生长的比较好，从而影响作物植被碳密度。还有乡镇经济、人口交通以及乡镇耕地面积对于作物的产量的影响也不可忽视。

4.3 维持与提高安岳县农田作物植被固碳能力的对策

(1)农田土地利用结构的合理调整。农田土地利用结构的调整，主要是增加水田面积，扩大水稻播种面积。文章中可看出安岳县各个乡镇的水田比例不是很高，今后可通过合理布局，增加水田面积，从而达到进一步提高固碳减排能力的目标，特别是完善农业产业结构、调整作物结构方面有很大改进空间。

(2)提高复种指数、减少抛荒和撂荒土地面积。安岳县有些乡镇的复种指数还有待改善，复种指数对单位面积农作物植被碳储量有不小影响。因而要想显著增加农作物生物产量以及农作物植被碳储量可以从，提高农作物的复种指数、降低当地的撂荒频率、合理的经营土地与施肥、改善农业土壤的灌溉条件以及逐步发展生态农业模式等方面进行。

(3)加强秸秆、有机废弃物及农副产品的合理利用。作物秸秆的有效利用，可以起到固碳作用。安岳县农作物秸秆焚烧和堆弃的现象还是比较普遍，这是由于安岳县在秸秆收集的时节外出务工人数众多，缺少劳动力，为节约时间和劳动成本，不得已大量焚烧和堆弃。这样的利用方式其实没有充分发挥秸秆对于植被碳储量的作用，合理的处理秸秆可以从很多方面改善。一是提高畜禽粪便的利用率。推进畜禽粪便还田，这样有机施肥用量的增长可以有效提高土壤肥力，从而增加产量;二是农产品以及有机废弃物的整合利用。在当地开展农产品加工废弃物资源化综合利用工程，提高农产品的附加值，实现资源综合利用。三是加强秸秆综合利用。在这方面可以:①采用秸秆还田培肥地力，有利于提高秸秆资源的利用水平。②推广秸秆综合利用技术。可以在该县农业生产过程中通过把农作物产生的秸秆资源转化为畜牧业的饲料，再通过牲畜的新陈代谢，作为肥料排放到农田中。这样既增强了土壤的肥力，也减少了农业的碳排放量。③加大秸秆利用的宣传，制定秸秆综合利用优惠政策。

5 小 结

本文以四川省安岳县为例，在分析安岳县主要农作物的基础上，对该县及其69个乡镇的农田作物植被碳储量与碳密度进行了估算及研究。通过文章论述可知，安岳县农作物植被碳储量的平均构成以大春作物为主，而在其作物构成中水稻在作物植被碳储量的比重最多，红苕所占比重相对较少。安岳县农田作物植被碳储量的空间差异较大，造成安岳县作物植被碳储量及构成区域差异的原因主要有:各乡镇复种指数的不同;作物单产能力有差别以及耕地中水田与旱地比重的差异。针对安岳县在农田生态系统利用上的一些不足，提出了以调整农田土地利用结构、提高复种指数、减少抛荒和撂荒土地面积以及加强秸秆、有机废弃物及农副产品的合理利用的固碳措施对策。希望通过这些对策使得安岳县能充分利用好自身农业特点，发挥固碳作用，向可持续的生态农业发展。

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(责任编辑 李 洁)

Carbon Storage of M ain Crops and Its Distribution during Last 5 Years(2008-2012)in Auyue County Sichuan Province

ZHANG Kai，LUO Huai-liang*，WANG Rui
(College of Geography and Resource Science Sichuan Normal University，Chengdu Sichuan 610101，China)

【Objective】According to the annual statistical information of Anyue county，this thesiswill analyze and research the discrepant carbon storage and carbon density among the townshipswhich are in the small-scale region of the county.【Method】The statistical data of the economic outputs and cultivated area ofmain cropswere used to estimate the carbon storage of the vegetation in Anyue county in the past 5 years，from 2008-2012.【Result】During the past5 years，the average carbon storage of crops vegetation in county was dominated by spring crops.Among those crops，the proportion of rice was the largest，and the proportion of sweet potato was relative small.The carbon storage of crops vegetation was:wheatwas144，500 ton，corn was134，500 ton，rice was183，100 ton，sweet potato was20，700 ton，rape was81，400 ton，peanutwas 14，800 ton and cotton was 200 ton.Among the 69 townships in Anyue，Zizhi village had the largest average carbon density(9.60 t/hm2)in the past5 years，and Hujian Village had the smallest average carbon density(5.57 t/hm2).The difference between the two was4.03 t/hm2，and the density of Zizhiwas1.72 times as that of Hujian.【Conclusion】The reasons for the differences of the carbon density of crops vegetation are complicated，and they are associated with multiple-crop index，the proportion between paddy fields and dry lands，crop yield of per unitarea and the social economy condition.The higher themultiple-crop index of the township crop is，the larger carbon density of the vegetation is;the cropswhose proportion of paddy fields is large has higher carbon density of vegetation;the crop yield of per unit area influences the carbon storage of crop vegetation significantly.

Carbon storage;Carbon density;Vegetation of farmland crops;Anyue county

S314

A

1001-4829(2017)8-1860-07

10.16213/j.cnki.scjas.2017.8.028

2016-10-09

国家社会科学基金项目(17BGL137);教育部人文社科规划基金项目(15XJA790003);四川师范大学实验室与设备管理处大精开放基金项目(DJ2016-55)

张 开(1989-)，男，助理实验师，主要研究方向:资源开发与区域规划，*为通讯作者:罗怀良(1966-)，男，教授，硕士生导师，主要从事全球变化、自然资源利用与区域地理等方面研究，E-mail:huaill@163.com。