我國(guó)典型農(nóng)田土壤固碳效率特征及影響因素.pdf

1、土壤有機(jī)碳 (Soil organic carbon，SOC) 是農(nóng)田土壤肥力的核心，同時(shí)也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機(jī)碳庫(kù)。土壤固碳效率（單位外源碳輸入到土壤中經(jīng)一定時(shí)間后轉(zhuǎn)化成土壤有機(jī)碳的量）是土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化的反映指標(biāo)之一，而我國(guó)土壤固碳效率的時(shí)空差異特征及不同影響因素（人為因素、土壤屬 性和氣候因素）對(duì)其影響程度，仍是我國(guó)土壤有機(jī)碳循環(huán)研究中尚未解決的問題。
　　針對(duì)以上科學(xué)問題，本研究通過從中國(guó)知網(wǎng)、萬方、Science

2、 Direct和Springer link這4個(gè)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定檢索的時(shí)間―2000年 ~ 2014年"及―中國(guó)土壤有機(jī)碳"和"<53 μm團(tuán)聚體分組"這3組關(guān)鍵詞，篩選出已發(fā)表的111篇目標(biāo)文獻(xiàn)，收集901組土壤有機(jī)碳和礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量與比例的相關(guān)數(shù)據(jù)集；并以我國(guó)25個(gè)長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)為基礎(chǔ)，依據(jù)外源有機(jī)碳累積輸入梯度，建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，以數(shù)據(jù)的整合分析（Meta-analysis）為手段，研究了不同影響因素（氣候、土壤屬性和管理

3、措施）下土壤有機(jī)碳變化和土壤總有機(jī)碳及不同顆粒有機(jī)碳固定效率的特征及影響因素。該研究不僅能豐富土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)循環(huán)的理論基礎(chǔ)知識(shí)，對(duì)提高我國(guó)土壤肥力、增加糧食產(chǎn)量及增匯控溫都具有重要的實(shí)際意義。論文研究的主要進(jìn)展如下：
　　1、農(nóng)田和草地中，土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳還未達(dá)到飽和，仍有一定的提升空間，土壤細(xì)顆粒（<53μm）仍具有一定的固碳潛力。研究表明，不同利用方式下土壤總有機(jī)碳和礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量的中值均存在顯著差異（P<0.05）

4、。其中，林地土壤總有機(jī)碳含量的中值為18.2 g/kg，顯著高于草地（12.0 g/kg）和農(nóng)田（10.3 g/kg）；且林地礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量（12.0 g/kg）也顯著高于農(nóng)田和草地（8.0 g/kg~7.6 g/kg）。三種利用方式下土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳與總有機(jī)碳之間均呈現(xiàn)極顯著的正相關(guān)關(guān)系（P<0.001），農(nóng)田土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳所占比例的中值為74.8％，顯著高于林地（70.3%）和草地（67.8%）。農(nóng)田中不同土壤類型的

5、礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳占總有機(jī)碳的比例也存在顯著差異，其中，黑土中礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的比例最高，中值為87.4%，其次是水稻土（76.7%）和紅壤（74.0%），而灰漠土最低（62.5%）。農(nóng)田、草地和林地中土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳含量與土壤細(xì)顆粒（<53 μm）含量均呈極顯著的正相關(guān)關(guān)系，與Six等（2002）的估算結(jié)果相比，我國(guó)農(nóng)田、草地和林地下土壤飽和程度分別為68.4%、58.7%和91.5%。
　　2、有機(jī)肥的施用（增施或配施），尤

6、其在一年一熟及有機(jī)碳水平較低的砂土上，對(duì)于農(nóng)田土壤有機(jī)碳積累及肥力維持與提升均具有重要意義。研究表明，與不施肥相比，施用（增施或配施）有機(jī)肥對(duì)土壤總有機(jī)碳及礦物結(jié)合態(tài)組分的提高幅度（58.4%和41.9%）是化肥（13.4%和8.0%）的3.4倍和5.2倍。不同種植制度、利用類型和土壤質(zhì)地條件下，施用化肥和有機(jī)肥對(duì)土壤總有機(jī)碳和礦物結(jié)合態(tài)組分的影響程度存在顯著差異。一年一熟下，施用有機(jī)肥對(duì)土壤總有機(jī)碳的提高幅度顯著高于一年兩熟制，施用化

7、肥對(duì)礦物結(jié)合態(tài)組分含量的提高幅度（10.7%）也顯著高于一年兩熟（7.3%）。不同利用類型下，施肥能顯著提高旱地土壤總有機(jī)碳及礦物結(jié)合態(tài)組分，且提高的幅度均高于水田。不同土壤質(zhì)地條件下，施用有機(jī)肥能使土壤總有機(jī)碳水平較低的砂土提高64.4%，顯著高于土壤有機(jī)碳水平較高的壤土和黏土（48.7%和50.3%）；施用化肥使礦物結(jié)合態(tài)組分含量較低的砂土提高15.6%，其提高的幅度均顯著高于礦物結(jié)合態(tài)組分含量較高的壤土和黏土（7.8%和8.1%）

8、。
　　3、長(zhǎng)期配施有機(jī)肥不僅是紅壤有機(jī)質(zhì)提升的重要措施，也是改善紅壤結(jié)構(gòu)的重要途徑。研究表明，與不施肥相比，長(zhǎng)期施肥均能顯著增加土壤總有機(jī)碳及各級(jí)顆粒中的有機(jī)碳的儲(chǔ)量，其中以施用有機(jī)肥的效果最明顯。不同施肥處理各級(jí)顆粒中以粘粒的有機(jī)碳儲(chǔ)量最高。施用秸稈還田和有機(jī)肥均能顯著增加砂粒中有機(jī)碳的分配比例，而對(duì)粗粉粒和細(xì)粉粒無顯著影響。分析結(jié)果還表明，土壤總有機(jī)碳及各級(jí)顆粒有機(jī)碳與外源有機(jī)碳的輸入呈顯著正線性相關(guān)關(guān)系（P<0.05），其

9、中土壤總固碳效率為10.6%，而各級(jí)顆粒之間，粘粒和砂粒組分的固碳效率（4.3%和3.6%）相當(dāng)于粗粉粒和細(xì)粉粒（1.7%和1.0%）的2倍以上。南方紅壤各級(jí)顆粒中有機(jī)碳均沒有出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，有機(jī)碳主要在土壤粘粒和砂粒組分中富集，細(xì)顆粒中有機(jī)碳的富集會(huì)促進(jìn)大粒徑土壤顆粒的形成，而粘粒是土壤固碳效率最重要的礦物顆粒組成部分。
　　4、長(zhǎng)期施肥下土壤有機(jī)碳固定效率存在時(shí)空差異性，并受多種因素所驅(qū)動(dòng)。研究表明，我國(guó)土壤有機(jī)碳固定效率的中位

10、數(shù)及變化范圍隨著試驗(yàn)?zāi)晗薜倪M(jìn)行而下降，它們之間呈現(xiàn)顯著的負(fù)指數(shù)關(guān)系（P<0.05），其中，土壤有機(jī)碳固定效率的理論最大值約為44. 6%。氣候、土壤屬性、管理措施及試驗(yàn)?zāi)晗薜纫蛩貙?duì)土壤有機(jī)碳固定效率解釋率可以達(dá)到73.4%，其中，試驗(yàn)?zāi)晗捱@一因素解釋率為42.2%，超過其它因素解釋率的和。土壤有機(jī)碳固定效率的變化率因氣候區(qū)、土壤利用和土壤類型的差異而不同。通過逐步回歸顯示，積累溫度是影響土壤有機(jī)碳固定效率變化速率的主要因素；連續(xù)施肥20