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中国作为世界上最大的发展中国家和当前化石燃料温室气体排放最多的国家之一，面临着国际温室气体减排的压力和国内社会经济可持续发展的挑战，迫切需要寻找减缓大气温室气体增加的技术措施。农田土壤固碳措施是京都议定书认可的固碳减排途径之一，其中化学氮肥施用和秸秆还田等措施具有可观的固碳潜力。许多研究表明，施用化学氮肥和秸秆还田有助于土壤有机碳的积累，是近年来中国农田土壤有机碳含量增加的主要原因。因此，科学评价中国施用化学氮肥和秸秆还田的土壤固碳潜力及可行性，对于我国参与全球温室气体减排谈判的国家环境外交和制定我国社会经济可持续发展战略具有重要意义。
本研究以国内长期定位实验数据、国内外相关研究成果以及统计数据为基础，建立了我国分区域的土壤固碳速率与化学氮肥施用量和秸秆还田量的关系，估算了我国化学氮肥施用和秸秆还田的土壤固碳现状和潜力及净固碳潜力，并通过构建“秸秆还田-焚烧”等模型，分析了推广秸秆还田的净减排效果和作为固碳减排措施的可行性，从温室气体减排的角度提出了在我国推广氮肥施用和秸秆还田的建议。主要成果如下：
(1)根据全国84组长期施用化学氮肥定位实验数据，建立了四大农区(东北农区，华北农区，西北农区以及南方农区)的农田土壤固碳速率与氮肥施用量的线性关系，估算出我国2005年氮肥施用的土壤固碳为13.24TgC·yr-1；按推荐量施肥，增施氮肥609.9万吨后农田土壤固碳潜力将为21.44 TgC·y-r1。采用增施氮肥的措施可以提高中国农田土壤固碳8.201 TgC·yr-1，减排效果为我国2005年化石燃料碳排放的0.5417％。
(2)根据我国现有的化学氮肥施用造成的N2O排放和化肥生产过程中温室气体排放状况，氮肥增施能够造成温室气体排放量增加10.12TgCe·yr-1；在东北、华北、西北和南方农区增施每吨氮肥将导致温室气体排放分别增加1.299tCe、1.836tCe、1.730tCe和1.734tCe。因此，综合考虑土壤固碳和泄漏因素，增施氮肥会造成温室气体的净排放，故不是一种可行的固碳措施。但提高化学氮肥的利用效率，减少化肥施用量和降低化学氮肥生产过程中的温室气体排放将有利于温室气体的减排。
(3)根据全国117组长期秸秆还田定位实验数据，建立了四大农区农田土壤固碳速率与单位面积年秸秆还田量间的线性关系。我国各省推广秸秆还田的固碳速率为64.20～633.63 kgC·ha-1·yr-1。2005年我国秸秆还田的土壤固碳潜力为16.93TgC·yr-1；如果全面推广秸秆还田，我国农田土壤的固碳潜力将达到59.79TgC·yr-1。推广秸秆还田可以增加土壤固碳42.87 TgC·yr-1，其减排效益可以抵消我国2005年化石燃料碳排放的2.831％。
(4)在考虑秸秆还田造成的土壤温室气体泄漏因素后，与秸秆焚烧相比，秸秆还田仍然具有可观的固碳减排潜力31.97TgCe·yr-1。进一步分析表明，在福建、江西、湖南、广东四省，秸秆还田后将会造成温室气体总排放量的增加；其他27个省份净减排潜力总和为35.28TgCe·yr-1，可以抵消我国2005年化石燃料碳排放的2.33％。稻田CH4排放的增加是秸秆还田最大的温室气体泄漏因素，在全国尺度上能够抵消秸秆还田的土壤固碳潜力的56.65％。
(5)由秸秆还田固碳减排模型估算得出，在充分考虑物料、技术、经济等方面限制因素后，在我国的可行固碳减排潜力仅为理论土壤固碳潜力的16.76％～24.24％。在我国推广精准施肥、稻田甲烷减排以及经济补贴等都将有助于提高秸秆还田的可行性。