近年來，農田土壤固碳的研究已經成為全球變化研究的一大熱點。大量研究表明，SOC儲量受諸多因素的影響，如采用保護性/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致農田土壤有機碳庫的顯著差別，并影響農田溫室氣體排放水平。

保護性耕作作為改善生態環境尤其是防治土壤風蝕的新型耕作方式，在多個國家已經有廣泛的研究和應用。中國開展的保護性耕作研究證明了其在北方地區的適用性，并且已進行了保護性耕作對溫室效應影響的相關研究。統計表明2004年全球范圍內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。

常規耕作措施會對土壤物理性狀產生干擾，破壞團聚體對有機質的物理保護，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，使得土壤團聚體更易被破壞，加速團聚體有機物的分解。免耕/保護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導致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的儲量，降低CO2的釋放量。West和Post研究發現從傳統耕作轉變為免耕可以固定0.57±0.14MgCha-1yr-1。但對于保護性耕作/免耕是否有利于減少溫室氣體效應尚不明確，這是由于一方面免耕對減少CO2排放是有利的，表現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全部固定在土壤中，有一部分碳以氣體的形式從農田釋放入大氣。

免耕會導致表層土壤容重的增加，產生厭氧環境，減少SOC氧化分解的同時增加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；同時免耕導致的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，常規耕作與免耕在N2O排放上無顯著性差異，還有研究認為鑿式犁耕作的農田N2O排放比免耕高，原因可能是免耕時間太短，對土壤物理、生物性狀還未產生影響。耕作會破壞土壤原有結構，減少土壤對CH4的氧化程度。也有研究表明，翻耕初期會增加土壤對CH4的排放，但經過一段時間（6-8h）后，CH4排放通量有所降低。

總之，在增加土壤碳固定方面，保護性耕作和免耕的碳增匯潛力大于常規耕作；在凈碳釋放量方面，常規耕作更多起到CO2源的作用，而保護性耕作和免耕則起到CO2匯的作用；在碳減排方面，免耕和保護性耕作的減排潛力均大于常規耕作；由于N2O和CH4的排放受多種因素的綜合影響，因此耕作措施對這兩種溫室氣體排放的影響還有待進一步研究。

作物秸稈作為土壤有機質的底物，且作物秸稈返還量與SOC含量呈線性關系，因此作物秸稈是決定SOC含量的關鍵因子之一。秸稈還田有利于土壤碳匯的增加，同時避免秸稈焚燒過程中產生溫室氣體。因此，秸稈還田是一項重要而又可行的農田碳匯管理措施。秸稈還田以后，一部分殘留于土壤中成為土壤有機質的來源，另一部分將會以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排放也會增加。有研究表明，秸稈經過多年分解后只有3%碳真正殘留在土壤中，其他97%都在分解過程中轉化為CO2散逸到大氣中。秸稈還田會增加土壤有機質含量，而有機質是產生CH4的重要底物，因此秸稈還田會增加CH4的排放。綜合考量，秸稈還田措施會引起CH4排放的增加，但直接減少了對CO2的排放，同時秸稈還田相對提高了土壤有機質含量，有利于土壤碳的增加，對作物增產具有積極作用。

秸稈還田措施對農業生態系統C、N循環的影響可表現為：一方面由于供N量的增加，可促進反硝化和N2O排放量的增加；另一方面表現為高C/N的秸稈進入農田后會進行N的生物固定，降低反硝化N損失；同時在秸稈分解過程中還可能產生化感物質，抑制反硝化。我國采用秸稈還田農田土壤固碳現狀為2389Tga-1，而通過提高秸稈還田量土壤可達的固碳潛力為4223Tga-1，與國外研究結果相比較，Vleeshouwers等研究認為，如果歐洲所有農田均采用秸稈還田措施，歐洲農田土壤的總固碳能力可達34Tga-1。La1預測采用秸稈還田措施后全球農田土壤的總固碳能力可達200Tga-1。隨著農業的發展及長期以來氮肥的過量投入，氮肥損失也是日益嚴重，可通過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雜，因此需要進一步開展秸稈施入土壤后與土壤的相互作用機理及田間實驗研究。

在農田生態系統中，土壤中的無機氮是提高作物生產力的重要因素，氮肥投入能夠影響SOC含量，進而對農田碳循環和溫室氣體排放產生重要影響。長期施用有機肥能顯著提高土壤活性有機碳的含量，有機肥配施無機肥可提高作物產量，而使用化學肥料能增加SOC的穩定性。農業中氮肥的投入為微生物生長提供了豐富的氮源，增強了微生物活性，從而影響溫室氣體的排放。但也有研究在長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含量呈正相關性，說明在環境因子相對穩定的情況下，土壤SOC和全N含量直接或間接地決定CO2排放通量的變化。對農業源溫室氣體源與匯的研究表明，減少氨肥、增施有機肥能夠減少旱田CH4排放，而施用緩/控釋氮肥和尿素復合肥能顯著減少農田土壤NO2的排放。但也有研究表明，無機氮肥施用可減少土壤CH4的排放量，而有機肥施用對原有機質含量低的土壤而言可大幅增加CH4的排放量。長期定位施肥實驗的結果表明，氮肥對土壤CH4氧化主要來源于銨態氮而不是硝態氮，因為氨對CH4氧化有競爭性抑制作用。此外，長期施用氮肥還改變了土壤微生物的區系及其活性，降低CH4的氧化速率，導致CH4凈排放增加。全球2005年生產的100MtN中僅有17%被作物吸收，而剩余部分則損失到環境中。單位面積條件下，有機農田較常規農田有更少的N2O釋放量，單位作物產量條件下，兩種農田模式下N2O的釋放量無顯著性差異。尿素硝化抑制劑的使用可以起到增加小麥產量，與尿素處理相比對全球增溫勢的影響降低8.9-19.5%，同時還可能起到減少N2O排放的目的。合理的氮素管理措施有助于增加作物產量、作物生物量，同時配合秸稈還田等措施將會起到增加碳匯、減少CO2排放的作用。同時必須注意到施肥對農田碳匯的效應研究應建立在大量長期定位試驗的基礎上，對不同氣候區采用不同的氮肥管理措施才能起到增加農田固碳目的。

土壤水分狀況是農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，通過擴大水澆地面積，采取高效灌溉方法等措施可增加作物產量和秸稈還田量，從而起到增加土壤固碳目的。水分傳輸過程中機械對燃料的消耗會帶來CO2的釋放，高的土壤含水量也會增加N2O的釋放，從而抵消土壤固碳效益。濕潤地區的農田灌溉可以促進土壤碳固定，通過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程已被證實可提高CO2釋放的變幅，同時可增加土壤硝化作用和N2O的釋放。采用地下滴灌等農田管理措施，可影響土壤水分運移、碳氮循環及土壤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，但通過采取有效的稻田管理措施可以

減少水稻生長季的CH4釋放。如在水稻生長季，通過實施一次或多次的排水烤田措施可有

效減少CH4釋放，但這一措施所帶來的環境效益可能會由于N2O釋放的增加而部分抵消，

同時此措施也容易受到水分供應的限制，且CH4和N2O的全球增溫勢不同，烤田作為CH4

減排措施是否合理仍然有待于進一步的定量實驗來驗證。在非水稻生長季，通過水分管理尤

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關系，N2O的釋放隨土壤濕度的增加而增加，并且在超過土壤充水孔隙度（WFPS）限值后，WFPS值為60%-75%時N2O釋放量達到最高。Bateman和Baggs研究表明，在WFPS為70%時N2O的釋放主要通過反硝化作用進行，而在WFPS值為35%-60%時的硝化作用是產生N2O的重要途徑。由此可見，WFPS對N2O的產生釋放影響機理前人研究結果并不一致，因此有必要繼續對這一過程深入研究。

通過選擇作物品種，實行作物輪作等農學措施可以起到增加糧食產量和SOC的作用。有機農業生產中常用地表覆蓋，種植覆蓋作物，豆科作物輪作等措施來增加SOC，但同時又會對CO2，N2O及CH4的釋放產生影響，原因在于上述措施有助于增強微生物活性，進而影響溫室氣體產生與SOC形成/分解，從而增加了對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同樣會起到增加N2O排放的作用。在兩季作物之間通過種植生長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8年的實驗結果表明，有機農場較常規農場有更高的SOC，在荷蘭通過70年的管理得到了相一致的結論。Lal通過對亞洲中部和非洲北部有機農場的研究表明，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數量的有機碳進入土壤，減少農田土壤CO2釋放的比例，但是這部分環境效益會由于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，因此由微生物活動造成的CO2和N2O釋放就不會因缺少反應底物而受限。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，會因為深根系統更有利于帶走土壤中的殘留氮，從而減弱覆蓋作物對N2O產生的影響。綜上，通過合理選擇作物品種，實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。將農田轉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導致土壤碳固定的增加，如將耕地轉變為草地后會由于減少了對土壤的擾動及土壤有機碳的損失，使得土壤碳固定的自然增加。同時由于草地僅需較低的N投入，從而減少了N2O的排放，提高對CH4的氧化。將旱田轉變為水田會導致土壤碳的快速累積，由于水田的厭氧條件使得這一轉變增加了CH4的釋放。由于通過土地利用類型方式的轉變來減少農田溫室氣體的排放是一項重要的措施，但是在實際操作中往往會以犧牲糧食產量為代價。因此，對發展中國家尤其是如中國這樣的人口眾多的發展中國家而言，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。