近年來(lái)，農(nóng)田土壤固碳的研究已經(jīng)成為全球變化研究的一大熱點(diǎn)。大量研究表明，SOC儲(chǔ)量受諸多因素的影響，如采用保護(hù)性/免耕措施、推廣秸稈還田、平衡施用氮肥、采用輪作制度和土地利用方式等，上述管理措施的差異導(dǎo)致農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫(kù)的顯著差別，并影響農(nóng)田溫室氣體排放水平。

保護(hù)性耕作作為改善生態(tài)環(huán)境尤其是防治土壤風(fēng)蝕的新型耕作方式，在多個(gè)國(guó)家已經(jīng)有廣泛的研究和應(yīng)用。中國(guó)開展的保護(hù)性耕作研究證明了其在北方地區(qū)的適用性，并且已進(jìn)行了保護(hù)性耕作對(duì)溫室效應(yīng)影響的相關(guān)研究。統(tǒng)計(jì)表明2004年全球范圍內(nèi)免耕耕作的面積約為95Mha,占全球耕地面積的7%,并且這一面積有逐年增加的趨勢(shì)。

常規(guī)耕作措施會(huì)對(duì)土壤物理性狀產(chǎn)生干擾，破壞團(tuán)聚體對(duì)有機(jī)質(zhì)的物理保護(hù)，影響土壤溫度、透氣性，增加土壤有效表面積并使土壤不斷處于干濕、凍融交替狀態(tài)，使得土壤團(tuán)聚體更易被破壞，加速團(tuán)聚體有機(jī)物的分解。免耕/保護(hù)性耕作可以避免以上干擾，減少SOC的分解損失。而頻繁的耕作特別是采用犁耕會(huì)導(dǎo)致SOC的大量損失，CO2釋放量增加，而免耕則能有效的控制SOC的損失，增加SOC的儲(chǔ)量，降低CO2的釋放量。West和Post研究發(fā)現(xiàn)從傳統(tǒng)耕作轉(zhuǎn)變?yōu)槊飧梢怨潭?.57±0.14MgCha-1yr-1。但對(duì)于保護(hù)性耕作/免耕是否有利于減少溫室氣體效應(yīng)尚不明確，這是由于一方面免耕對(duì)減少CO2排放是有利的，表現(xiàn)為免耕可以減少燃油消耗所引起的直接排放；另一方面，秸稈還田以后秸稈碳不會(huì)全部固定在土壤中，有一部分碳以氣體的形式從農(nóng)田釋放入大氣。

免耕會(huì)導(dǎo)致表層土壤容重的增加，產(chǎn)生厭氧環(huán)境，減少SOC氧化分解的同時(shí)增加N2O排放；采用免耕后更高的土壤水分含量和土壤孔隙含水量（Waterfilledporespace,WFPS）能夠刺激反硝化作用，增加N2O排放；同時(shí)免耕導(dǎo)致的N在表層土壤的累積也可能是造成N2O排放增加的原因之一，在歐洲推廣免耕措施以后，土壤固碳環(huán)境效益將被增排的N2O抵消50%以上。但也有新西蘭的研究表明，常規(guī)耕作與免耕在N2O排放上無(wú)顯著性差異，還有研究認(rèn)為鑿式犁耕作的農(nóng)田N2O排放比免耕高，原因可能是免耕時(shí)間太短，對(duì)土壤物理、生物性狀還未產(chǎn)生影響。耕作會(huì)破壞土壤原有結(jié)構(gòu)，減少土壤對(duì)CH4的氧化程度。也有研究表明，翻耕初期會(huì)增加土壤對(duì)CH4的排放，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間（6-8h）后，CH4排放通量有所降低。

總之，在增加土壤碳固定方面，保護(hù)性耕作和免耕的碳增匯潛力大于常規(guī)耕作；在凈碳釋放量方面，常規(guī)耕作更多起到CO2源的作用，而保護(hù)性耕作和免耕則起到CO2匯的作用；在碳減排方面，免耕和保護(hù)性耕作的減排潛力均大于常規(guī)耕作；由于N2O和CH4的排放受多種因素的綜合影響，因此耕作措施對(duì)這兩種溫室氣體排放的影響還有待進(jìn)一步研究。

作物秸稈作為土壤有機(jī)質(zhì)的底物，且作物秸稈返還量與SOC含量呈線性關(guān)系，因此作物秸稈是決定SOC含量的關(guān)鍵因子之一。秸稈還田有利于土壤碳匯的增加，同時(shí)避免秸稈焚燒過(guò)程中產(chǎn)生溫室氣體。因此，秸稈還田是一項(xiàng)重要而又可行的農(nóng)田碳匯管理措施。秸稈還田以后，一部分殘留于土壤中成為土壤有機(jī)質(zhì)的來(lái)源，另一部分將會(huì)以CO2氣體的形式散逸到大氣中，因此，隨著秸稈還田量的增加CO2排放也會(huì)增加。有研究表明，秸稈經(jīng)過(guò)多年分解后只有3%碳真正殘留在土壤中，其他97%都在分解過(guò)程中轉(zhuǎn)化為CO2散逸到大氣中。秸稈還田會(huì)增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，而有機(jī)質(zhì)是產(chǎn)生CH4的重要底物，因此秸稈還田會(huì)增加CH4的排放。綜合考量，秸稈還田措施會(huì)引起CH4排放的增加，但直接減少了對(duì)CO2的排放，同時(shí)秸稈還田相對(duì)提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，有利于土壤碳的增加，對(duì)作物增產(chǎn)具有積極作用。

秸稈還田措施對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)C、N循環(huán)的影響可表現(xiàn)為：一方面由于供N量的增加，可促進(jìn)反硝化和N2O排放量的增加；另一方面表現(xiàn)為高C/N的秸稈進(jìn)入農(nóng)田后會(huì)進(jìn)行N的生物固定，降低反硝化N損失；同時(shí)在秸稈分解過(guò)程中還可能產(chǎn)生化感物質(zhì)，抑制反硝化。我國(guó)采用秸稈還田農(nóng)田土壤固碳現(xiàn)狀為2389Tga-1，而通過(guò)提高秸稈還田量土壤可達(dá)的固碳潛力為4223Tga-1，與國(guó)外研究結(jié)果相比較，Vleeshouwers等研究認(rèn)為，如果歐洲所有農(nóng)田均采用秸稈還田措施，歐洲農(nóng)田土壤的總固碳能力可達(dá)34Tga-1。La1預(yù)測(cè)采用秸稈還田措施后全球農(nóng)田土壤的總固碳能力可達(dá)200Tga-1。隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展及長(zhǎng)期以來(lái)氮肥的過(guò)量投入，氮肥損失也是日益嚴(yán)重，可通過(guò)秸稈還田措施與氮肥的配合施用降低氮肥的反硝化作用及N2O的排放。但秸稈還田后秸稈與土壤的相互作用異常復(fù)雜，因此需要進(jìn)一步開展秸稈施入土壤后與土壤的相互作用機(jī)理及田間實(shí)驗(yàn)研究。

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤中的無(wú)機(jī)氮是提高作物生產(chǎn)力的重要因素，氮肥投入能夠影響SOC含量，進(jìn)而對(duì)農(nóng)田碳循環(huán)和溫室氣體排放產(chǎn)生重要影響。長(zhǎng)期施用有機(jī)肥能顯著提高土壤活性有機(jī)碳的含量，有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥可提高作物產(chǎn)量，而使用化學(xué)肥料能增加SOC的穩(wěn)定性。農(nóng)業(yè)中氮肥的投入為微生物生長(zhǎng)提供了豐富的氮源，增強(qiáng)了微生物活性，從而影響溫室氣體的排放。但也有研究在長(zhǎng)期增施氮肥條件下能夠降低土壤微生物的活性，從而減少CO2的排放。有研究表明，CO2排放與土壤不同層次的SOC及全N含量呈正相關(guān)性，說(shuō)明在環(huán)境因子相對(duì)穩(wěn)定的情況下，土壤SOC和全N含量直接或間接地決定CO2排放通量的變化。對(duì)農(nóng)業(yè)源溫室氣體源與匯的研究表明，減少氨肥、增施有機(jī)肥能夠減少旱田CH4排放，而施用緩/控釋氮肥和尿素復(fù)合肥能顯著減少農(nóng)田土壤NO2的排放。但也有研究表明，無(wú)機(jī)氮肥施用可減少土壤CH4的排放量，而有機(jī)肥施用對(duì)原有機(jī)質(zhì)含量低的土壤而言可大幅增加CH4的排放量。長(zhǎng)期定位施肥實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，氮肥對(duì)土壤CH4氧化主要來(lái)源于銨態(tài)氮而不是硝態(tài)氮，因?yàn)榘睂?duì)CH4氧化有競(jìng)爭(zhēng)性抑制作用。此外，長(zhǎng)期施用氮肥還改變了土壤微生物的區(qū)系及其活性，降低CH4的氧化速率，導(dǎo)致CH4凈排放增加。全球2005年生產(chǎn)的100MtN中僅有17%被作物吸收，而剩余部分則損失到環(huán)境中。單位面積條件下，有機(jī)農(nóng)田較常規(guī)農(nóng)田有更少的N2O釋放量，單位作物產(chǎn)量條件下，兩種農(nóng)田模式下N2O的釋放量無(wú)顯著性差異。尿素硝化抑制劑的使用可以起到增加小麥產(chǎn)量，與尿素處理相比對(duì)全球增溫勢(shì)的影響降低8.9-19.5%，同時(shí)還可能起到減少N2O排放的目的。合理的氮素管理措施有助于增加作物產(chǎn)量、作物生物量，同時(shí)配合秸稈還田等措施將會(huì)起到增加碳匯、減少CO2排放的作用。同時(shí)必須注意到施肥對(duì)農(nóng)田碳匯的效應(yīng)研究應(yīng)建立在大量長(zhǎng)期定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)不同氣候區(qū)采用不同的氮肥管理措施才能起到增加農(nóng)田固碳目的。

土壤水分狀況是農(nóng)田土壤溫室氣體排放或吸收的重要影響因素之一。目前全球18%的耕地屬水澆地，通過(guò)擴(kuò)大水澆地面積，采取高效灌溉方法等措施可增加作物產(chǎn)量和秸稈還田量，從而起到增加土壤固碳目的。水分傳輸過(guò)程中機(jī)械對(duì)燃料的消耗會(huì)帶來(lái)CO2的釋放，高的土壤含水量也會(huì)增加N2O的釋放，從而抵消土壤固碳效益。濕潤(rùn)地區(qū)的農(nóng)田灌溉可以促進(jìn)土壤碳固定，通過(guò)改善土壤通氣性可以起到抑制N2O排放的目的。土壤剖面的干濕交替過(guò)程已被證實(shí)可提高CO2釋放的變幅，同時(shí)可增加土壤硝化作用和N2O的釋放。采用地下滴灌等農(nóng)田管理措施，可影響土壤水分運(yùn)移、碳氮循環(huán)及土壤CO2和N2O的釋放速率，且與溝灌方式相比不能顯著增加溫室氣體的排放。

稻田土壤在耕作條件下是CH4釋放的重要源頭，但通過(guò)采取有效的稻田管理措施可以

減少水稻生長(zhǎng)季的CH4釋放。如在水稻生長(zhǎng)季，通過(guò)實(shí)施一次或多次的排水烤田措施可有

效減少CH4釋放，但這一措施所帶來(lái)的環(huán)境效益可能會(huì)由于N2O釋放的增加而部分抵消，

同時(shí)此措施也容易受到水分供應(yīng)的限制，且CH4和N2O的全球增溫勢(shì)不同，烤田作為CH4

減排措施是否合理仍然有待于進(jìn)一步的定量實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。在非水稻生長(zhǎng)季，通過(guò)水分管理尤

其是保持土壤干燥、避免淹田等措施可減少CH4釋放。

許多研究表明，N2O與土壤水分之間有存在正相關(guān)關(guān)系，N2O的釋放隨土壤濕度的增加而增加，并且在超過(guò)土壤充水孔隙度（WFPS）限值后，WFPS值為60%-75%時(shí)N2O釋放量達(dá)到最高。Bateman和Baggs研究表明，在WFPS為70%時(shí)N2O的釋放主要通過(guò)反硝化作用進(jìn)行，而在WFPS值為35%-60%時(shí)的硝化作用是產(chǎn)生N2O的重要途徑。由此可見(jiàn)，WFPS對(duì)N2O的產(chǎn)生釋放影響機(jī)理前人研究結(jié)果并不一致，因此有必要繼續(xù)對(duì)這一過(guò)程深入研究。

通過(guò)選擇作物品種，實(shí)行作物輪作等農(nóng)學(xué)措施可以起到增加糧食產(chǎn)量和SOC的作用。有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用地表覆蓋，種植覆蓋作物，豆科作物輪作等措施來(lái)增加SOC，但同時(shí)又會(huì)對(duì)CO2，N2O及CH4的釋放產(chǎn)生影響，原因在于上述措施有助于增強(qiáng)微生物活性，進(jìn)而影響溫室氣體產(chǎn)生與SOC形成/分解，從而增加了對(duì)溫室氣體排放影響的不確定性。種植豆科固氮植物可以減少外源N的投入，但其固定的N同樣會(huì)起到增加N2O排放的作用。在兩季作物之間通過(guò)種植生長(zhǎng)期較短的綠被植物既可起到增加SOC，又可吸收上季作物未利用的氮，從而起到減少N2O排放的目的。

在新西蘭通過(guò)8年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，有機(jī)農(nóng)場(chǎng)較常規(guī)農(nóng)場(chǎng)有更高的SOC，在荷蘭通過(guò)70年的管理得到了相一致的結(jié)論。Lal通過(guò)對(duì)亞洲中部和非洲北部有機(jī)農(nóng)場(chǎng)的研究表明，糞肥投入及豆科作物輪作等管理水平的提高，可以起到增加SOC的目的。種植越冬豆科覆蓋作物可使相當(dāng)數(shù)量的有機(jī)碳進(jìn)入土壤，減少農(nóng)田土壤CO2釋放的比例，但是這部分環(huán)境效益會(huì)由于N2O的大量釋放而部分抵消。氮含量豐富的豆科覆蓋作物，可增加土壤中可利用的碳、氮含量，因此由微生物活動(dòng)造成的CO2和N2O釋放就不會(huì)因缺少反應(yīng)底物而受限。種植具有較高C：N比的非固氮覆蓋作物燕麥或深根作物黑麥，會(huì)因?yàn)樯罡到y(tǒng)更有利于帶走土壤中的殘留氮，從而減弱覆蓋作物對(duì)N2O產(chǎn)生的影響。綜上，通過(guò)合理選擇作物品種，實(shí)施作物輪作可以起到增加土壤碳固定，減少溫室氣體排放的目的。

土地利用變化與土地管理措施均能影響土壤CO2，CH4和N2O的釋放。將農(nóng)田轉(zhuǎn)變成典型的自然植被，是減少溫室氣體排放的重要措施之一。這一土地覆蓋類型的變化會(huì)導(dǎo)致土壤碳固定的增加，如將耕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸睾髸?huì)由于減少了對(duì)土壤的擾動(dòng)及土壤有機(jī)碳的損失，使得土壤碳固定的自然增加。同時(shí)由于草地僅需較低的N投入，從而減少了N2O的排放，提高對(duì)CH4的氧化。將旱田轉(zhuǎn)變?yōu)樗飼?huì)導(dǎo)致土壤碳的快速累積，由于水田的厭氧條件使得這一轉(zhuǎn)變?cè)黾恿薈H4的釋放。由于通過(guò)土地利用類型方式的轉(zhuǎn)變來(lái)減少農(nóng)田溫室氣體的排放是一項(xiàng)重要的措施，但是在實(shí)際操作中往往會(huì)以犧牲糧食產(chǎn)量為代價(jià)。因此，對(duì)發(fā)展中國(guó)家尤其是如中國(guó)這樣的人口眾多的發(fā)展中國(guó)家而言，只有在充分保障糧食安全等前提條件下這一措施才是可考慮的選擇。