基于碳足跡的黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯時空變化*

郝小雨

（黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與環(huán)境資源研究所，哈爾濱 150086）

0 引言

碳作為重要的非金屬元素，可通過不同方式來表征農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平（凈初級生產(chǎn)力以固定CO2的能力表征）、土壤肥力指標(biāo)（土壤有機質(zhì)）和環(huán)境問題如全球增溫（CO2）[1]。與化石燃料燃燒排放的CO2相比，人類通過改變土地利用方式向大氣中排放了數(shù)量驚人的溫室氣體[2]。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)作為陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是重要的碳源和碳匯：一方面農(nóng)作物生長和土壤微生物活動會直接排放溫室氣體，與此同時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入（化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)燃料動力和農(nóng)田耕作、灌溉等本身也具有巨大的排放量[3,4]；另一方面，也可經(jīng)過推薦管理措施（Recommended Management Practices,RMPs）提高土壤的有機和無機碳含量，將大氣中的CO2固持在土壤碳庫中，即土壤的固碳作用[5,6]。那么，如何實現(xiàn)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中碳的度量？運用碳足跡的方法實現(xiàn)了統(tǒng)一可比的量度[7]。碳足跡（Carbon footprint）是指一定的時間和空間邊界內(nèi)，某種活動引起的（或某種產(chǎn)品生命周期內(nèi)積累的）直接或間接的CO2排放量的度量，可用來評估農(nóng)田系統(tǒng)或某項農(nóng)業(yè)措施的優(yōu)劣[8,9]。段華平等[9]分析了1990—2009年中國農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡，結(jié)果顯示碳排放量、碳吸收量、碳足跡均呈現(xiàn)增加趨勢，福建、海南、上海、浙江和廣東的單位面積碳足跡較高，黑龍江最低。李明琦等[10]指出，1985—2015年云南省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收、碳足跡均為增加趨勢，其中化肥施用產(chǎn)生的碳排放貢獻(xiàn)最大，表現(xiàn)為碳生態(tài)盈余。王梁等[11]估算了2002—2013年山東省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源、碳匯及其碳足跡變化，指出碳吸收量和碳匯量呈增加趨勢，碳排放量和碳足跡呈降低趨勢。張精等[12]分析了安徽省農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯時空差異，發(fā)現(xiàn)碳排放強度和碳吸收程度呈現(xiàn)出明顯的階段性特征，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡小于區(qū)域生態(tài)承載力。黑龍江墾區(qū)是我國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，自1949年起累計生產(chǎn)糧食達(dá)到4.1億t，為保障國家糧食安全做出了重大貢獻(xiàn)[13]。明確墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯強度及碳足跡變化特征，對于制訂合理的農(nóng)業(yè)減排策略和建設(shè)低碳農(nóng)業(yè)具有積極意義。因此，文章以黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，收集整理1992—2019年相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從時間和空間兩方面分析墾區(qū)主要糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜瓜果類作物的碳排放、碳吸收和碳足跡變化特征，明確影響碳足跡的主要因素，旨在為促進(jìn)墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)固碳減排、發(fā)展低碳農(nóng)業(yè)和保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 黑龍江省墾區(qū)概況

黑龍江省墾區(qū)（現(xiàn)劃歸北大荒農(nóng)墾集團(tuán)有限公司）地處我國東北部小興安嶺南麓、松嫩平原和三江平原地區(qū)（圖1），屬寒溫帶與溫帶大陸性季風(fēng)氣候。轄區(qū)土地總面積5.54萬km2，下轄9個分局（分公司），分別為寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局、牡丹江分局、齊齊哈爾分局、九三分局、北安分局、綏化分局和哈爾濱分局，分布在全省12個市。黑龍江省墾區(qū)農(nóng)田作物種類豐富，糧食作物有玉米、水稻、小麥、豆類、谷子、高粱、薯類等，經(jīng)濟(jì)作物有油料、甜菜、麻類、藥材、煙葉等，及蔬菜、瓜果類作物。

圖1 黑龍江墾區(qū)分布

1.2 數(shù)據(jù)收集

黑龍江省墾區(qū)和黑龍江省農(nóng)作物播種面積、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、化肥施用量、農(nóng)藥使用量、農(nóng)用塑料簿膜使用量、農(nóng)用柴油使用量、農(nóng)業(yè)機械總動力以及有效灌溉面積等數(shù)據(jù)參考1993—2020年《黑龍江墾區(qū)統(tǒng)計年鑒》和《黑龍江統(tǒng)計年鑒》。

1.3 碳排放量計算

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放主要由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入（化肥、農(nóng)藥和農(nóng)膜）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)燃料動力（農(nóng)用機械用電、農(nóng)產(chǎn)品加工用電和農(nóng)用機械柴油消耗）和農(nóng)田耕作、灌溉等產(chǎn)生的間接碳排放。計算方法為[10,14]：

式（1）至（6）中，E、Ef、Ep、Em、Ee、Ei分別代表農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳排放總量以及化肥施用、農(nóng)藥使用、農(nóng)膜使用、農(nóng)業(yè)機械應(yīng)用、農(nóng)業(yè)灌溉產(chǎn)生的碳排放量（kg）；Gf、Gp、Gm、Ae、We、Ai分別代表化肥施用量（kg）、農(nóng)藥使用量（kg）、農(nóng)膜使用量（kg）、農(nóng)作物種植面積（hm2）、農(nóng)業(yè)機械總動力（kW）、灌溉面積（hm2）；A、B、C、D、F、G分別為化肥（氮肥、磷肥、鉀肥和復(fù)合肥）、農(nóng)藥、農(nóng)膜、農(nóng)作物、農(nóng)業(yè)機械和灌溉的碳排放系數(shù)（表1）[3,10,11,14-16]。

式（7）中，Eqm代表農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳排放強度，kg/hm2；At為農(nóng)作物總播種面積，hm2。

表1 農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)投入品碳排放系數(shù)

1.4 碳吸收量計算

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中農(nóng)作物全生育期的碳吸收量計算方法為[10,14]：

式（8）中，Ct為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物碳吸收總量，t；Ci為i類農(nóng)作物的碳吸收率；Yi為i類農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，t；Wi為i類農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品的含水率；Ri為第i類農(nóng)作物的根冠比系數(shù)；Hi為i類農(nóng)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)（表2）[10,11,14,16-18]。

式（9）中，Cqm代表農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收強度，kg/hm2。

表2 主要農(nóng)作物碳吸收率、含水率、經(jīng)濟(jì)系數(shù)和根冠比

1.5 碳足跡計算

碳足跡計算參考段華平等[9]的方法。

式（10）中，CEF為農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡，hm2。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡如果大于該區(qū)域的生態(tài)承載力（播種面積），說明出現(xiàn)了碳生態(tài)赤字；如果小于該區(qū)域的生態(tài)承載力，則表明碳生態(tài)盈余。

式（11）中：CER為生態(tài)盈虧，正值為生態(tài)盈余，負(fù)值為生態(tài)赤字。

1.6 計算方法

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。采用SPSS 24軟件進(jìn)行相關(guān)性分析（Pearson correlation coefficients）和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江墾區(qū)主要農(nóng)作物播種面積和產(chǎn)量演變特征

1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)作物總播種面積呈“階梯狀”上升趨勢（圖1），2019年達(dá)到290.1萬hm2，較1992年提高73.1%，年均增加2.7%，其中1992—2003年穩(wěn)中有升，2003—2010年快速增加，2010—2019年趨于穩(wěn)定。從不同作物來看，1992—2019年糧食作物變化趨勢與黑龍江墾區(qū)農(nóng)作物總播種面積變化一致。經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜瓜果類作物播種面積表現(xiàn)為“拋物線”變化趨勢。從農(nóng)作物占比來看，糧食作物最高，在86.1%～99.2%之間，特別是近10年占比持續(xù)增加，而經(jīng)濟(jì)作物和蔬菜瓜果類作物占比較低。

黑龍江墾區(qū)農(nóng)作物產(chǎn)量變化趨勢與播種面積變化總體一致。2019年農(nóng)作物總產(chǎn)量達(dá)到2 042.1萬t，較1992年提高306.2%，年均增加11.3%，其中糧食作物增長較快，較1992年提高440.7%，經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量下降98.1%，蔬菜瓜果類作物下降59.3%。

圖1 1992—2019年黑龍江墾區(qū)主要農(nóng)作物播種面積和產(chǎn)量變化

2.2 黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放變化

2.2.1 碳排放時間變化

由圖2可知，1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放總量從26.4萬t上升到116.6萬t，增加了341.0%，年均增12.6%，為“階梯狀”增加趨勢。從各排放因子來看，化肥、農(nóng)藥、農(nóng)膜、機械和灌溉的碳排放量分別由1992年的15.4萬t，2.6萬t，0.2萬t，2.8萬t和5.4萬t增長到2019年的45.0萬t，8.2萬t，7.1萬t，5.0萬t和51.3萬t，年均增長率分別為7.1%，7.9%，133.0%，2.9%和31.3%，其中農(nóng)膜和灌溉產(chǎn)生的碳排放量增長趨勢較為明顯。

分析各個因子農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放平均比例，化肥所占比例最高，達(dá)到42.2%（其中氮肥占比34.4%，磷肥2.2%，鉀肥0.8%，復(fù)合肥4.8%，），其次為灌溉38.0%，農(nóng)藥7.1%，農(nóng)膜6.6%，最低為機械6.1%，化肥和灌溉是碳排放的主要貢獻(xiàn)因子。

2.2.2 碳排放空間變化

從分布區(qū)域來看（圖3），黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放主要集中在黑龍江省東部和東北部，其中碳排放量較大的為寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局和牡丹江分局4個管理局，平均占比分別達(dá)到15.1%，18.6%，24.7%，和18.4%。黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量總體呈逐步增加的趨勢（集團(tuán)直屬除外），其中寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局、牡丹江分局、北安分局、九三分局、齊齊哈爾分局、綏化分局和哈爾濱分局分別由1992年的4.2，5.2，2.7，4.4，2.9，2.4，2.2，1.2和0.2萬t上升到到2019年 的16.8，20.3，35.1，21.0，7.1，5.8，6.5，2.8和1.0萬t，年均 增 長率分 別 為10.7%，10.5%，30.7%，13.5%，5.2%，5.2%，6.8%，4.9%和14.3%。建三江分局農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放量增長較快，占比由1992年的13.8%增加到2019年的30.1%。

圖2 1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放變化

2.2.3 碳排放強度變化

從圖4可以看出，黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳排放量呈波動上升趨勢（y=10.136x+154.82，R=0.969，P＜0.05），2019年達(dá)到401.9 kg/hm2，較1992年的145.2 kg/hm2上升了158.7%，年均增加6.5%。黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳排放量平均值為301.8 kg/hm2，較黑龍江省增加19.0%，其中1992—1997年墾區(qū)低于黑龍江省，1998—2019年墾區(qū)高于黑龍江省?？梢?，黑龍江墾區(qū)仍有較大的減排空間。

圖3 1992—2019年黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田生態(tài) 系統(tǒng)碳排放分布

圖4 1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài) 系統(tǒng)碳排放強度

2.3 黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收特征

2.3.1 碳吸收時間變化

黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量呈現(xiàn)“階梯狀”增加的趨勢（圖5），2019年達(dá)到2 568.3萬t，較1992年521.7萬t增加348.9%，年均增加12.9%，其中1992—1997年快速上升，1997—2003年波動起伏變化較小，2003—2012年迅速上升，2012—2019年波動較小。從不同作物類型來看，糧食作物碳吸收量變化趨勢與黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量變化一致。黑龍江墾區(qū)經(jīng)濟(jì)作物碳吸收量表現(xiàn)為“拋物線”變化趨勢，1992—2004年快速上升，之后開始回落。黑龍江墾區(qū)蔬菜瓜果類作物碳吸收量也為“拋物線”變化趨勢，1992—2007年上升，之后開始下降。

黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量明顯高于同時期的碳排放量，二者比例在19.9～25.0，平均為22.8，說明黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有較強的碳匯功能。

比較黑龍江墾區(qū)不同作物碳吸收平均比例（圖6），水稻、玉米、豆類、小麥四大類作物總占比達(dá)到94.9%，其中水稻為碳吸收量最高的作物，占比達(dá)到51.8%，其次為玉米17.9%、豆類作物14.1%和小麥11.1%，其他作物占比均低于2%?？梢?，水稻、玉米、豆類、小麥對黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收貢獻(xiàn)最大，其他作物貢獻(xiàn)較小。

圖5 1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收變化

圖6 黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收比例

2.3.2 碳吸收空間變化

由圖7可知，黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收主要集中在黑龍江省東部和東北部的寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局和牡丹江分局，平均占總碳吸收量的14.7%，18.7%，23.2%和17.5%。黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量總體呈逐步增加的趨勢（集團(tuán)直屬除外），其中寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局、牡丹江分局、北安分局、九三分局、齊齊哈爾分局、綏化分局和哈爾濱分局分別由1992年的112.4萬t，107.1萬t，61.3萬t，91.4萬t，75.7萬t，73.4萬t，44.2萬t，30.1萬t和4.5萬t上升到到2019年的333.9萬t，459.6萬t，786.4萬t，445.6萬t，191.9萬t，136.4萬t，130.6萬t，64.7萬t和16.3萬t，年均增長率分別為7.0%，11.8%，42.2%，13.8%，5.5%，3.1%，7.0%，4.1%和9.5%。建三江分局農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量增長較快，占比由1992年的10.2%增加到2019年的30.6%。

2.3.3 碳吸收強度變化

圖8為黑龍江墾區(qū)碳吸收強度，黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收量呈波動上升趨勢（y=246.29x+3 346.6，R=0.955，P＜0.05），2019年達(dá)到8 854.1 kg/hm2，較1992年的3 126.1 kg/hm2上升了183.2%，年均增加6.8%，其中1992—1997年快速上升，1997—2003年波動變化，2003—2011年迅速上升，2011—2019年波動較小。黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)單位面積碳吸收量平均值為6 917.8 kg/hm2，較黑龍江省的增加42.1%，其中1992—1995年墾區(qū)低于黑龍江省，1996—2019年墾區(qū)明顯高于黑龍江省。

圖7 1992—2019年黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田生態(tài) 系統(tǒng)碳吸收分布

圖8 1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài) 系統(tǒng)碳吸收強度

2.4 黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡變化

2.4.1 碳足跡時間變化

由圖9可知，黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡呈現(xiàn)波動增加趨勢，2019年達(dá)到13.2萬hm2，較1992年的8.5萬hm2上升了55.7%。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡占同時期種作物播種面積的比例較低，在4.0%～5.0%之間。1990—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均表現(xiàn)為碳盈余，說明黑龍江省農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳匯功能較強。

2.4.2 碳足跡空間變化

黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)碳足跡主要集中在黑龍江省東部和東北部的黑龍江墾區(qū)寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局和牡丹江分局（圖10），占比平均為13.7%，18.2%，23.3%和16.9%。黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡總體呈逐步增加的趨勢（集團(tuán)直屬除外），其中寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局、牡丹江分局、北安分局、九三分局、齊齊哈爾分局、綏化分局和哈爾濱分局年均增長率分別為3.0%，1.4%，4.9%，2.2%，1.6%，2.7%，2.0%，1.9%和15.8%。

圖9 1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的 碳足跡和生態(tài)盈虧

圖10 1992—2019年黑龍江墾區(qū)各管理局農(nóng)田 生態(tài)系統(tǒng)碳足跡

2.5 黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放、碳吸收和碳足跡影響因素分析

將1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳排放、碳吸收和碳足跡分別作為因變量，將同時期驅(qū)動因子（氮肥施用量、磷肥施用量、鉀肥施用量、復(fù)合肥施用量、農(nóng)藥使用量、農(nóng)用塑料簿膜使用量、農(nóng)業(yè)機械總動力、有效灌溉面積和農(nóng)作物總產(chǎn)量）作為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，結(jié)果為：

在影響碳排放的相關(guān)因素中，黑龍江墾區(qū)有效灌溉面積和氮肥施用量的標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對值分別為0.491和0.299，明顯大于其他因子，對碳排放影響最為強烈，其他因子貢獻(xiàn)較小。農(nóng)作物總產(chǎn)量是影響黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳吸收的主要因素，其標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對值達(dá)到0.841，其次為有效灌溉面積和氮肥施用量，其他因子影響較小。黑龍江墾區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳足跡受農(nóng)作物總產(chǎn)量影響最大，其標(biāo)準(zhǔn)系數(shù)絕對值達(dá)到2.077，之后為氮肥施用量1.596，也有較強影響，其他因子影響較小。

3 討論與結(jié)論

該研究中，1992—2019年黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放表現(xiàn)為“階梯狀”增加趨勢，貢獻(xiàn)較大的因素為農(nóng)田灌溉和氮肥施用，二者占比分別達(dá)到38.0%和34.4%，這與2000年以后化肥施用量和有效灌溉面積迅速增加有關(guān)。從碳排放強度來看，1992—2019年黑龍江墾區(qū)單位面積碳排放量在145.2～401.9 kg/hm2之間，雖高于黑龍江省的單位面積碳排放量，但均低于同時期全國460～710 kg/hm2的碳排放強度[9]。黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放主要集中在黑龍江省東部和東北部的寶泉嶺分局、紅興隆分局、建三江分局和牡丹江分局，總占比從1992年的65.9%上升到2019年的75.9%，與這4個管理局的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)有關(guān)。近30年，4個管理局的水稻種植面積持續(xù)上升，從1992年的6.3萬hm2增加到2019年的141.5萬hm2，占比從77.9%上升到92.7%，與此同時水稻產(chǎn)量也穩(wěn)步提升，種植面積和產(chǎn)量增加的同時加劇了水肥資源的消耗。據(jù)統(tǒng)計，近10年來黑龍江墾區(qū)年降水量減少5億m3，地下水可開發(fā)量減少400萬m3，墾區(qū)下轄9個管理局所在地區(qū)的降水和地表水資源的空間分布不均，水資源的脅迫程度正在增加[19]。墾區(qū)水稻生產(chǎn)中，還存在化肥施用量變幅大、施肥過量與不足并存和水分管理不合理等問題[20]?？梢?，降低碳排放和提高水肥資源利用效率既是科學(xué)目標(biāo)，又是現(xiàn)實需求。近年來，黑龍江省墾區(qū)深入推進(jìn)“農(nóng)業(yè)三減”和“農(nóng)業(yè)節(jié)水”行動：2015—2019年化肥施用量維持在56.4萬～58.9萬t，較2014年降低0.6%～4.9%。牡丹江管理局推廣水稻節(jié)水控制灌溉技術(shù)，應(yīng)用面積26.75萬hm2(401.23萬畝)，節(jié)水率平均在10%以上，節(jié)水效果顯著[21]。但應(yīng)注意的是，農(nóng)田灌溉和氮肥施用產(chǎn)生的碳排放占比依舊較高，下一步在保證農(nóng)作物產(chǎn)量的同時，需強化氮肥養(yǎng)分管理和合理灌溉，減少化肥施用量，興建農(nóng)田水利設(shè)施，不斷優(yōu)化灌溉、排水工程技術(shù)，探索適宜的水稻節(jié)水灌溉科學(xué)方法。

黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收總量呈現(xiàn)“階梯狀”增加的趨勢，且明顯高于同時期的碳排放量，這也與云南省[10]、山東省[11]、湖南省[22]、河南省[23]、的研究結(jié)果相似。另外，黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡僅占同時期種作物播種面積的4.0%～5.0%，墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)均表現(xiàn)為碳盈余，上述結(jié)果說明黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有較強的碳匯功能，這對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮較好的生態(tài)屏障作用和補償其他行業(yè)的碳生態(tài)赤字具有積極作用。

該研究利用黑龍江墾區(qū)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)核算農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳源、碳匯和碳足跡，基本涵蓋了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的投入、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)燃料動力和農(nóng)田耕作、灌溉等產(chǎn)生的間接碳排放，明確了在同一標(biāo)準(zhǔn)下主要農(nóng)作物的碳吸收特征，客觀地反映了墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳足跡變化。但應(yīng)注意的是，該研究未考慮墾區(qū)土壤的固碳效應(yīng)，也未將農(nóng)作物及土壤的溫室氣體排放、吸收考慮在內(nèi)，特別是近30年來墾區(qū)水稻種植面積持續(xù)增加，與此同時稻田產(chǎn)生的CH4排放必然隨之上升。有研究指出，黑龍江省三江平原水稻生長季向大氣釋放的甲烷-碳總量為0.424～0.513 Tg[24]，而CH4釋放造成的墾區(qū)升溫效應(yīng)還不明確。此外，相關(guān)計算系數(shù)參考了國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，與墾區(qū)實際情況不完全相符，造成研究結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性有所降低。下一步，深入研究黑龍江墾區(qū)不同農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的碳排放和碳吸收系數(shù)，充分考慮作物和土壤呼吸及土壤固碳作用，以期為墾區(qū)制訂低碳行動計劃提供更加豐富和精確的數(shù)據(jù)。

綜上可知，黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳排放表現(xiàn)為“階梯狀”增加趨勢，主要集中在黑龍江省東部和東北部，農(nóng)田灌溉和氮肥施用是碳排放的主要貢獻(xiàn)因素，下一步還需強化氮肥資源養(yǎng)分管理和合理灌溉。黑龍江墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)碳吸收量和碳足跡均呈現(xiàn)增加的趨勢，但碳吸收量顯著高于碳排放量，且碳足跡占比僅為4.0%～5.0%，墾區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)表現(xiàn)為碳盈余，碳匯作用效果顯著。