秸稈還田條件下農田系統碳循環研究進展

朱鴻杰, 閆曉明, 何成芳, 洪玲, 譚外球

安徽省農科院農產品加工研究所，安徽 合肥 230031

陸地作為三大碳庫中的第二大碳庫，其固碳能力和固定轉化的規律，對全球范圍內的碳源、碳匯都有巨大的影響（潘根興，2003；黃昌勇，2000)。但是，對于目前的陸地碳庫容量的估算，存在著相當大的不確定性（Aase和Kristian，1986）。農田生態系統作為陸地生態系統的重要組成部分、全球碳庫最活躍的部分，其變化不僅影響到土壤肥力和土地生產力，還會影響到CO2排放。農作物秸稈的利用方式直接關系到農田生態系統土壤碳庫的變化。在通常的自然植被條件下，土壤中的有機物質絕大部分直接來源于其植物凋落物和根系分泌物（Chong等，1993）。而農田生態系統中，部分碳以農產品和作物秸稈的形式向系統外輸出。這些輸出的碳流向與流量，是農田系統碳循環研究不可忽略的一部分。秸稈還田減少了系統碳的輸出，秸稈中的碳返回土壤，礦化分解，腐殖化，最終形成有機質保留到土壤中，重新參與到農田系統碳循環過程中。目前的研究表明，秸稈還田一定程度上增加土壤有機碳的含量，而相當一部分碳以 CO2和 CH4的形式損失。盡管如此，秸稈還田仍被認為是最具潛力的農田固碳措施之一（Lu等，2009；Triberti等，2008）。因此，研究，秸稈還田利用對農田生態系統中土壤碳循環的影響，對估算農田生態系統CO2的排放量，及弄清楚全球范圍下碳的平衡變化有重要的現實意義。

1 秸稈還田條件下農田系統碳循環

秸稈還田在不考慮人為活動干擾的情況下，應該包含作物、土壤、大氣 3個子系統。作物子系統通過光合作用將大氣中的 CO2固定下來，轉化成有機物，同時釋放出O2。其中，部分有機物通過作物的莖稈被輸送到作物根部，進而被分泌到土壤中。作物根系及根分泌物在土壤微生物作用下，發生碳的流通變化，有些固定在根系中，有些轉化成土壤碳物質成分。Cotrufo等（Cotrufo和Gorissen，1997）利用14C追蹤法發現，被固定的14C中，90%貯存在植物中，10%轉移到土壤中。其中，7%以游離態存在于土壤中，另 3%存在于植物根際土壤中。同時，根系通過自養呼吸，釋放出CO2、CH4。作物收獲后的秸稈還田，秸稈碳進入土壤系統，在微生物的作用下，參與到土壤系統的碳轉化、運移過程。秸稈被土壤微生物礦化分解，分解后的一些中間產物與土壤物質以及微生物代謝產物或者合成產物結合，形成新的有機質，被固定到土壤中。同時，土壤原有有機碳在外源有機物進入的情況下，部分礦化分解，并達到新的平衡點。土壤有機碳重新建立平衡點的過程中，秸稈的分解礦化、微生物呼吸代謝、土壤原有機碳的礦化，均會產生一定的 CO2、CH4等溫室氣體，進入大氣系統。

由此可見，秸稈還田條件下，除了作物收獲物是系統碳輸出部分，農田系統 3個子系統的碳物質變化是一個吸收、固定、釋放，并且不斷發生物質流通交換并達到新平衡的過程（如圖 1所示）。

2 秸稈還田后的土壤子系統碳的變化

土壤碳庫是陸地碳庫的重要組成部分，包括無機碳（INOC）與有機碳（SOC）兩大類。土壤無機碳主要以碳酸鹽形式穩定存在，，很少參與陸地生態系統碳循環過程，對碳循環的影響不大。土壤有機碳包括動植物及微生物遺體、排泄物、分泌物及部分分解產物和土壤腐殖質，主要來源于原始植被殘留碳、農作物殘體及人為施加的有機物料（Chong等，1993；趙成義，2004）。通常在研究土壤碳庫的變化過程中，主要考慮土壤有機碳（SOC）、土壤礦化碳、土壤微生物碳（MBC）的變化。因為，土壤微生物生物量碳/全碳，作為土壤碳庫質量的敏感指示因子可以推斷碳素有效性，土壤礦化碳與全碳的比值可以指示土壤有機碳活性，土壤活性碳與全碳的比值可以度量土壤有機碳氧化的活性（浙江農業大學，1976；Dalal和 Mayer，1986）。在一個長期穩定的生態系統中，土壤有機物質輸入量與損失量處于一個動態的平衡狀態，一旦平衡遭到破壞，土壤碳庫就會向一個新的平衡態移動。

圖1 秸稈還田條件下農田系統碳的運移Fig.1 Returning Straw on Soil Carbon Circulation in Cropland Ecosystem

2.1 秸稈還田后土壤有機碳的變化

農田土壤有機碳變化取決于土壤有機碳的輸入和輸出的相對關系，即有機物質的分解礦化損失和腐殖化、團聚作用累積的動態平衡與土壤物質遷移淀積平衡的統一（方華軍等，2003）。秸稈進入土壤后，在適宜條件下向礦化和腐殖化兩個方向進行。礦化，就是秸稈在土壤微生物的作用下，由復雜成分變成簡單化合物，同時釋放出 CO2、CH4、N2O和能量的過程；腐殖化，是秸稈分解中間產物或者被微生物利用的形成代謝產物及合成產物，繼續在微生物的參與下重新組合形成腐殖質的過程。秸稈在微生物分解作用下，其中一部分徹底礦化，最終生成CO2、H2O、NH3、H2S等無機化合物。一部分轉化為較簡單的有機化合物（多元酚）和含氮化合物（氨基酸、肽等），提供了形成腐殖質的材料。少量殘余碳化的部分，屬于非腐殖物質，由芳香度高的物質構成，多以聚合態與黏粒相結合而存在，且相互轉化。張夫道（張夫道，1994）在研究秸稈的降解規律時，認為秸稈降解首先形成非結構物質，主要是較高比例的纖維素、木質素、脂肪、蠟質等難于降解的有機物，其中大部分轉化為富里酸（FA），進而轉化為胡敏酸（HA）。分解產物對土壤原有腐殖質進行更新，從腐殖質表面官能團或分子斷片開始，逐步進行。非結構物質可與腐殖酸的單個分子產生交聯作用，在一定條件下，交聯的復合分子可進入腐殖質分子核心的結構中。

就秸稈還田的效果來看，目前多數研究均傾向于秸稈還田能夠提高土壤有機碳的含量，特別是秸稈和有機肥配合，效果更顯著。蔡祖聰等研究結果表明，秸稈的效果優于廄肥，廄肥的效果又優于堆肥，而綠肥的效果最差（尹云鋒等，2005）。田慎重等（田慎重等，2010）、宋明偉等（宋明偉等，2008）、陳尚洪等（Chen等，2008）、Joseph 等（Joseph等，1999）的研究結果均表明秸稈還田對土壤有機碳含量的增加有重要作用，秸稈還田有利于增加土壤有機碳的含量。王成己統計了中國農業生態系統長期試驗資料（1979-2008年），分析表明在長期保護性耕作下，農田表土有機碳含量總體呈上升趨勢，水田下增長高于旱地，秸稈還田更有利于促進表土有機碳的積累（王成己等，2009）。結合秸稈還田的綜合保護性耕作措施可以使水田和旱地的有效固碳期限分別持續27 a和23 a，水田在保持較高固碳速率的同時，延長了有效固碳年限。對有機碳的分組研究，有助于進一步了解秸稈還田后對土壤有機碳的影響。根據有機碳在土壤中分解的難易程度，將有機碳分為活性有機碳、緩性有機碳、惰性有機碳；根據測定方法不同有機碳分為易氧化有機碳、水溶性有機碳、微生物量碳；以物理分組可將土壤有機碳分為輕組、重組、顆粒有機碳（Yan等，2007）。一般認為土壤微生物量碳、顆粒有機質、易氧化碳、易礦化碳、可提取態碳和其它碳水化合物屬于活性有機碳范疇，是土壤質量變化的早期指示劑。目前的研究表明秸稈還田除了能夠提高顆粒有機碳、氮的含量，還可以提高微生物量碳、鹽溶性、水溶性有機碳的含量，但是不同秸稈還田模式效果存在差異。有研究者（周萍等，2009）應用魔角自旋交叉極化碳 13-核磁共振（CPMAS-13C-NMR）和熱裂解（四甲基氰化鈉）-氣相/質譜（Pyr-TMAH-GC/MS）技術進行有機質組份的化學成分分析，認為水稻、油菜等的殘渣和秸稈的輸入有助于顆粒有機碳（POC）的積累。

秸稈還田后打破了土壤系統原有的平衡，在土壤微生物的作用下分解，并與土壤的物質結合形成新的有機質，可以稱為新碳。新碳在進入土壤后對土壤有機碳的周轉、穩定和積累會產生怎樣的影響目前還沒有太多的研究。但從國外學者提出的土壤有機碳固定的幾種機制（化學穩定機制、土壤團聚體物理保護機制、生物學機制），不難看出秸稈還田類型、數量、方式等差異的必然對土壤的礦物質、團聚體、微生物產生沖擊，影響原有土壤有機碳庫系統平衡。秸稈還田提高了土壤有機碳的含量，則必然使不同組分的有機碳含量提高，并且維持在一定水平。

2.2 秸稈還田后土壤礦化碳的變化

土壤有機碳由于土壤背景值較高，對氣候、土地管理措施和利用方式等反應不靈敏，常表現一定的滯后性，短期內很難檢測到其微小變化，因此需要通過一些更敏感的指標來測定。土壤礦化碳累積量從一定程度上反應了土壤有機碳的活性，土壤中潛在性的可礦化碳的敏感性往往大于土壤有機碳。

目前的研究均表明，秸稈還田能夠提高土壤有機碳的含量，并提高有機碳的礦化速率，結合施肥效果更明顯。自然條件下土壤有機碳的礦化主要由微生物來完成，微生物對有機碳正常分解的C/N 約為25，C/N 過高或過低的有機碳分解礦化都比較困難。如果C/N 過高，微生物的分解作用就慢，而且要消耗土壤中的有效態氮素，發生“爭氮現象”。因此，秸稈還田時，需要增施氮肥（柳敏等，2007）。一般來講，礦化的土壤活性有機碳主要來自于新鮮凋落物的分解、根系分泌物以及土壤腐殖質，這也說明秸稈還田能夠提高土壤礦化碳的含量。當然，秸稈還田時，秸稈分解礦化，部分最終轉化成有機碳，但同時也影響土壤原有有機碳的礦化。因為，溫度、土層、含水量等因素影響微生物的活動，這些條件的變化對土壤有機碳的礦化也會產生影響。張鵬等（張鵬等，2011）發現土壤碳礦化速率和累積礦化量在0～60 cm各土層內隨著秸稈還田量的增加而增加。Fugen等（Dou等，2008；Zhao等，2008；陳濤等，2008）的研究表明，土壤碳礦化速率與土壤中生物活性較高、穩定性較差、易礦化的那部分活性有機碳密切相關，且土壤溫度和土層對有機碳礦化影響較大（艾麗等， 2007）。國內外對土壤含水量與土壤有機碳(SOC) 礦化之間的關系開展了大量研究。一般認為，淹水條件下有機殘體和土壤原有有機碳的礦化速率低于好氣條件，且多數研究結果表明淹水抑制稻田 SOC的礦化（Devevre和Horwath，2000；郝瑞軍等，2006；張薇等，2007）。然而，一些采用14C示蹤研究結果表明（江曉東等，2010；朱培立等，1994），淹水狀態下添加秸稈還田的礦化量高于好氣狀態，并且在一定含水量范圍內（30%～105% WHC）與含水量呈線性正相關關系。

如前所述，秸稈還田對提高土壤有機碳含量和礦化具有明顯作用，但是，秸稈還田和土壤原有有機碳礦化之間的關系有待進一步研究。

2.3 秸稈還田后土壤微生物碳的變化

土壤微生物碳是土壤有機碳最活躍的部分，有研究者認為可以利用土壤微生物多樣性、微生物碳和氮等土壤微生物參數來估算土壤的健康和質量。土壤絕大部分物質都處于穩定或者半穩定狀態，雖然微生物量碳只占土壤碳的極少部分，但是微生物通過礦化分解有機物和自身同化無機物，在土壤物質循環中起著關鍵作用。目前，施用有機物可以提高土壤微生物的數量，已經被多數研究證實了。但是，秸稈還田對微生物的多樣性和活性的影響尚存爭議。

影響土壤微生物量的因素很多：土壤類型、人為活動、施肥措施、土地利用方式、不同溫度與濕度環境的影響等（趙勇等，2005；俞慎等，1999）。土壤含水量對微生物量的影響最為重要，0.01～0.05 MPa 接近微生物的最佳濕度。土壤干濕交替作用能造成土壤微生物的大批死亡和更新。土壤pH 值也能明顯影響土壤微生物量，強酸強堿性及鹽堿土的微生物量較低。低溫(小于6 ℃)或高溫(大于35 ℃)時，都會對土壤微生物量產生很大影響。通常土壤環境的改變會對微生物產生兩種結果：一、不適應的微生物數量減少甚至滅絕；二、適應環境的微生物大量繁殖和積累。秸稈還田改變了土壤原有環境，秸稈的輸入為土壤微生物提供了能量和養分。但是王志明等通過14C示蹤技術認為土壤原有C仍然是微生物養分和能量的主要來源，秸稈還田加快了土壤微生物碳的周轉速度，而微生物量碳周轉速度的加快，又會加速土壤原有碳和秸稈碳的分解（王志明等，2003）。一般認為（張逸飛等，2006）秸稈還田的土壤微生物群落的種類和優勢比不還田要高，秸稈還田在一定程度上，增加土壤微生物的多樣性和活性。但是，羅希茜等對紅壤長期定位試驗的研究結果表明，秸稈還田紅壤微生物利用碳源能力低下（羅希茜等，2009）。另有研究指出，腐熟的秸稈有利于維持土壤微生物的多樣性及活性（朱海平等，2003）。

秸稈可以為土壤微生物活動提供碳源的事實毋庸置疑，但是能否提高微生物群落的物種豐富度、優勢度仍存在爭議?？赡芙斩掃€田的初期會降低了微生物利用碳源的能力以及群落物種的均勻度，造成土壤碳、氮利用下降，但是長期的效應會增加土壤微生物的多樣性和活性。

3 秸稈還田后作物子系統碳的變化

作物是農田系統中土壤與大氣之間碳循環的連接部分。作物通過光合作用進行碳同化，光合碳經韌皮部運輸分配到地下部用于根系生長（Dakora和 Phillips，2002），同時以根系沉積物（根系脫落物和根系分泌物）形式向根際土壤環境中輸入碳，并為根際微生物所利用成為微生物量碳中的一部分，或以有機質形式藏于土壤庫中。另外，植物同化的碳還有一部分通過植物自身呼吸及根際微生物呼吸返回到大氣中。每年約有10%大氣CO2通過植被流向土壤（Raich和Potter，1995）。

3.1 秸稈還田對作物地上部碳同化的影響

作物主要通過C3、C4光合途徑，進行碳固定。目前的研究表明（Gregory和 Atwell，1991； LU等，2002），作物在不同生育期對光合碳的地上和地下部的分配差異很大，同時也受到氣候條件、農藝措施及微生物的強烈影響。秸稈還田對增加作物產量及土壤養分的長期效應已經得到普遍的認同，但與作物光合碳的相關性的研究很少。

少量文獻研究顯示，秸稈還田對作物光合作用的影響，表現為正效應。趙霞等（趙霞，2008）在研究不同麥茬處理方式下對玉米的光合作用的影響時認為，秸稈還田有利于提高群體葉面積指數、群體凈光合速率。因為作物光合器官受水分影響較大，作物缺水會導致葉片氣孔度導度下降，甚至致使光合機構受損，減弱光合作用。而秸稈還田后，改變了土壤理化性狀，增加了土壤肥力，降低葉面蒸騰速率，提高水分利用率。通常認為C、N循環緊密相關，N素作為作物的最大需求養分，影響光合作用的潛力極大，Hu等的研究表明（Hu等，2001），N素對碳的固定有限制作用。但是，C、N配施卻有利于作物碳同化。潘根興等（潘根興等，2006）比較了單施化肥、化肥配施有機肥、化肥配施秸稈對水稻碳同化和產量的平均效應，結果顯示化肥配施秸稈對提高水稻碳同化和產量的作用要高于其它措施，單施化肥同化和產量最低。

就目前的研究而言，秸稈還田對作物光合作用影響研究十分有限，多停留在對作物產量的貢獻研究。秸稈還田后是否對作物的生理生化性狀、礦質元素、葉綠體、線粒體等產生影響還不清楚。

3.2 秸稈還田對作物根際碳的影響

根系在作物的生長中起到重要的作用，它不但可以固定作物，提供營養和水分，其中根系分泌物還具有調節作物生長的功能。作物通過根系、土壤、微生物及其環境因子間能流、物流和信息流的相互作用、相互制約而形成了一個具有高度組織性的復雜整體——根際微生態系統。

Jones D.L.指出（Jones等，2009），根系碳通過6種途徑進入土壤，造成植物根系的C損失：根冠和邊緣細胞的損失；根細胞的自溶和死亡；根系有機共生體的碳流通；氣體損失；根系分泌物；根細胞的不溶性聚合分泌物。 Gregory P. J. 和Atwell B. J.對植物根際碳進行了估算[40]，禾谷類作物向地下部轉運20%～30%的光合碳，其中1/2在根系中，1/3 為根系和微生物呼吸所消耗，其余的碳被轉化為土壤微生物量碳和有機質。Jones等（Jones和Darrah，1996）提出根系分泌物的C補償機制假說，認為植物通過分泌物從土壤中獲得C補償，彌補自身的C損失。分泌物不僅能夠提高C的利用效率，還避免根際的 C沉積，減少土壤微生物種群的生長。因此降低了微生物與根系爭奪養分的效應，減少了病原有機物的繁殖，最大程度的降低了病原微生物的趨化程度。而秸稈還田后與作物會發生短期的“爭氮”效應，增加微生物的數量和生物量（劉定輝等，2011），與根系本身的C補償機制相反。但目前，秸稈還田對作物根系和根際碳的影響還不太清楚。國內有報道顯示（戰秀梅等，2012），秸稈還田后當季春玉米產量總體呈下降趨勢，最大根長及生育后期深層根系根長顯著提高，但秸稈還田對花后氮素吸收、氮素及干物質轉移有抑制作用，并且對開花后根系活力的保持不利，采取適當的深耕措施，可以緩解秸稈還田對當季玉米產量的不利影響。

植物根際微環境的研究在近幾年受到高度的關注，根際C、N流通變化和一些根際循環的假說為根際碳循環研究提供了一定的研究基礎。秸稈還田對根際微環境的影響研究很少，從目前的研究還很難看出秸稈還田后根際碳的變化流通情況。

4 秸稈還田后大氣子系統碳的變化

CO2和CH4是農田生態系統碳循環重要組成部分。農田系統的碳排放主要是由土壤呼吸和植物呼吸作用產生。其中，土壤呼吸包括植物根系呼吸、土壤微生物呼吸、土壤動物呼吸，以及含碳物質的化學氧化作用。植物呼吸是指植物地上部分的呼吸作用。國外有研究結果表明，秸稈覆蓋 10年后大約有33%左右C被固定下來，但是2/3左右的秸稈碳都沒有轉化成土壤有機碳，大部分以CO2和CH4的形式損失（Humberto和Lal，2007）。

4.1 秸稈還田CO2的變化

農田系統的CO2排放主要來源于植物和土壤呼吸，作物生長期內光合作用吸收的CO2大于呼吸作用。早在1974年 Shouichi Yoshida等（Yoshida，974）就指出CO2是作物光合作用重要影響因素，其中，土壤排放到大氣中的CO2占了很重要的一部分，淹水條件下的土壤排放的CO2對植物凈光合作用的貢獻占到6%，排干條件下占到7%，植物根系吸收的CO2可以忽略不計?？梢娮魑锷L季的農田系統具有一定的“碳匯”功能。秸稈還田后向原土壤中輸入了有機物料，必然對土壤呼吸產生重要影響。

土壤呼吸，一部分來自微生物對有機質的分解，即異養呼吸作用（RH），一部分源于根系的呼吸，即自養呼吸作用（RA）。前者與微生物的數量和生物量有關，秸稈還田可以增加土壤微生物的數量和活性，因此，秸稈還田理論上會增強土壤的呼吸作用。目前的研究（馬靜，2008）也證實這種觀點，旱地耕作環境中秸稈還田能夠促進土壤呼吸作用，增加CO2的排放。但是耕作條件的改變會影響這種效應，合理配施N肥可以降低土壤CO2的排放；淹水條件下，秸稈還田使土壤有機碳礦化受到了明顯抑制，增加氮肥可以減少有機酸的積累，促進CH4排放，但對CO2沒有明顯影響。然而，秸稈還田對根系呼吸的影響卻少見報道。此外，秸稈直接還田和焚燒后還田，對溫室氣體的排放影響差異很大。Hamman等認為，秸稈焚燒減少了有機質的返還土壤，主要是降低了有機碳和土壤微生物所需的碳源（Hamman等，2007；Montoya-González等，2009）。但是目前，仍然沒秸稈直接還田和焚燒后還田農田系統CO2排放差異的具體數據。

目前秸稈還田下農田措施通常配合機械操作，因此，還需要考慮使用農業機械過程產生的CO2排放。盡管需綜合考慮的因素很多，研究者仍認為秸稈還田是有效的農田固碳手段，可以減少CO2排放。

4.2 秸稈還田CH4的變化

農田系統碳循環過程，CH4盡管所占比例很少，卻是重要的溫室氣體。從100 a的時間尺度上來看，CH4的增溫潛勢是等質量CO2的25倍。

國內外的研究均表明，淹水土壤抑制CO2產生，增加CH4排放，但排水良好的草地、森林等土壤卻可以氧化大氣CH4。有研究提出，土壤中存在氧化微域，具有氧化土壤生成的CH4和減少CH4排放量的功能。稻田土壤生成的CH4平均有80% 被根際和水土界面的氧化區域所氧化，僅有 20% 排放到大氣中（蔡祖聰，1997）。因此，秸稈還田措施對CH4排放的影響也主要集中在稻田種植環境下。逯飛等（逯非等，2009）通過研究估算全國尺度上的秸稈還田稻田氣體排放。秸稈還田通過稻田土壤固碳，雖然減少CO2的排放，但增加了CH4的排放，兩者相互抵消，從而降低了秸稈還田在農田系統中的固碳減排效果。Inubushi等在利用FACE平臺研究日本稻田CH4排放時提出，當大氣CO2濃度升高到550 μmol·mol-1時，水稻揚花期土壤產甲烷潛勢明顯高于周邊田塊，1999年CH4排放增加了38%，2000年增加了 51%（Inubushi等，2003）。國內研究也提出了相似的結論，CO2濃度的提高會促進甲烷的排放（韓琳等，2006）。而 Devevre（Devevre和 Horwath，2000）研究認為在淹水條件下秸稈還田有減少碳的礦化和增加甲烷的釋放的趨勢，但隨著溫度的增加，CH4的釋放可以忽略不計。有研究者提出秸稈還田方式也會對CH4排放產生影響。馬靜等提出秸稈粉碎后條帶狀覆蓋在田間可以減少CH4的排放（Ma等，2008）。

從眾多的研究文獻可以發現，無論是水稻生長季還是非生長季，減少淹水時間，都能夠很大程度上減少CH4排放量。秸稈還田對CH4的減排也表現出一定的正效應，但是似乎水分管理才是減少CH4排放的 最有效措施。

5 總結

關于農田生態系統碳循環研究，國內外科學家開展了大量的研究工作。農田生態系統，受到人為因素的干擾，增加了諸多的不確定因素，因此農田生態系統中碳的循環演化過程顯得較為復雜。秸稈還田利用作為一種有效的農田固碳措施，受到越來越多學者的關注，但是目前仍有諸多問題有待進一步探討。

（1）秸稈還田后土壤有機碳流通變化機理仍將是土壤固碳機理的核心問題。隨著研究的不斷深入，秸稈還田對有機碳的影響研究不能僅僅停留在量的變化上，還田后對土壤有機碳的化學組成和結構特征變化的研究有待進一步加強。通過在物理分組的基礎上進行化學組成和結構研究，了解秸稈還田下有機碳穩定性的機制。

（2）根系-土壤-微生物構成了一個復雜的根際生態微環境。根系是連接土壤和作物的橋梁，根際微環境的研究近年來已成為熱點問題，但是秸稈還田對根際環境的改變以及產生的影響鮮見報道。研究秸稈還田對根際的影響，有助于了解土壤的固碳減排潛力。

（3）在秸稈還田模式下，農田系統的碳排放還應該包括使用農業機械操作時化石燃料消耗所產生的CO2氣體。這部分數據有待監測和收集，為準確測算農田系統碳排放提供確實數據。

（4）研究秸稈還田的碳循環流動，目的是減少溫室氣體的排放，而溫室氣體減排有多種措施可供選擇，秸稈還田僅僅是減排的一種措施。這種減排措施的減排潛力、適宜應用的區域、可能的協同作用和一些限制及不利因素還沒有得到確切的評估。此外，秸稈還田的實施還要考慮社會和經濟層面上的因素。

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