不同土地利用和起源農(nóng)田土壤有機碳及其組分含量變化-以江漢平原和鄱陽湖平原為例.pdf

1、農(nóng)業(yè)土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫中最為活躍的部分，受到來自于人類的強烈影響而發(fā)生顯著變化。農(nóng)業(yè)土壤碳庫儲量及其固碳能力作為評估近期溫室氣體減排潛力重要依據(jù)之一，得到《京都協(xié)議書》認(rèn)可，農(nóng)業(yè)土壤碳庫的增加對于穩(wěn)定農(nóng)田生產(chǎn)力和應(yīng)對氣候變化具有雙贏的積極作用。關(guān)于中國地理區(qū)域農(nóng)田土壤有機碳儲量及其固碳潛力已有不少研究，土地利用例如稻田和旱地對農(nóng)田土壤有機碳的變化以及土壤固碳潛力的研究也有較多報道，但是對于特定區(qū)域來說，農(nóng)田土壤有機碳隨不同土地利

2、用和不同土壤起源的變化及其對土壤固碳容量的影響與機制研究相對較少。本文通過對期刊網(wǎng)已發(fā)表土壤研究學(xué)術(shù)論文中樣本有機質(zhì)（碳）含量資料統(tǒng)計，分析1980年以來近30年中國農(nóng)田土壤有機碳變化情況;并以長江中游江漢平原和鄱陽湖平原不同土地利用方式和不同土壤起源農(nóng)田土壤為研究對象，通過實地密集采樣，結(jié)合第二次全國土壤普查資料，研究了區(qū)域農(nóng)田當(dāng)前土壤有機碳水平及第二次土壤普查以來的變化，不同利用方式和不同起源下農(nóng)田土壤總有機碳和組分含量的變化，有機

3、碳的團(tuán)聚體內(nèi)分布和穩(wěn)定性，探討了影響有機碳含量的主要土壤因素、當(dāng)前農(nóng)田土壤有機碳飽和容量和未來固碳潛力，主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)中國農(nóng)田表土有機碳含量變化趨勢
　　 本文的研究支持了1985年以來中國農(nóng)田表土SOC總體上呈現(xiàn)積累，且水田高于旱地，東部高于北部，而東北仍處于損失中的認(rèn)識。近30年來，水田、旱地土壤SOC含量均呈現(xiàn)先下降后持續(xù)上升趨勢;水田SOC含量以2003～2009年時間段最高，旱地以1985年前

4、時間段最高，說明旱地土壤SOC水平相比1985年前仍表現(xiàn)為虧缺，是影響我國農(nóng)田土壤SOC水平較低的主要原因。
　　 (2)江漢平原和鄱陽湖平原農(nóng)田土壤有機碳含量及其隨土地利用和土壤起源的變化
　　 通過實地密集采樣，以江漢平原和鄱陽湖平原農(nóng)田表土為研究對象，對比研究了不同利用方式和土壤起源下農(nóng)田表土SOC含量差異，并就第二次土壤普查以來近30年的農(nóng)田SOC變化和不同利用方式和土壤起源下農(nóng)田表土的碳飽和容量和未來固碳潛力進(jìn)

5、行了探討。結(jié)果表明:研究區(qū)域近30年來，農(nóng)田表土平均SOC含量相比第二次土壤普查時期有所提高。水田、旱地相比第二次土壤普查時期均有不同程度的提高，其中，江漢平原旱地相對提高比例較大。說明在近30年以來該區(qū)域農(nóng)田整體表現(xiàn)為碳庫增加，碳匯效應(yīng)顯著。另外，本研究區(qū)域水稻土尚有相當(dāng)比例（江漢平原為16.27％，鄱陽湖平原為5.71％）SOC含量低于水田缺乏標(biāo)準(zhǔn)線，表明其尚具有顯著固碳潛力。
　　 不同起源稻田表土有機碳飽和容量在江漢平原

6、和鄱陽湖平原濕地起源區(qū)較大，分別達(dá)到了26.83 g kg-1和26.79 g kg-1，江漢平原和鄱陽湖平原紅壤起源區(qū)較低，僅為23.41 g kg-1和20.96 g kg-1。旱地農(nóng)田表土有機碳飽和水平相比水田均明顯下降，旱地中江漢平原紅壤飽和有機碳含量最高，為19.48 g kg-1;其次為鄱陽湖平原和江漢平原濕地起源旱地，江西紅壤旱地最低，為14.19g kg-1.本研究中，不同利用方式和土壤起源下，固碳潛力差異顯著，整體表現(xiàn)

7、為水田固碳潛力要明顯高于旱地，江漢平原濕地起源水田和旱地固碳潛力均最大，分別為8.49 g kg-1和5.93 g kg-1;江西紅壤水田和旱地均最低，分別為5.31 gkg-1和4.00 g kg-1。
　　 (3)江漢平原和鄱陽湖平原不同土地利用和土壤起源下C、N剖面分布及其碳密度的變化
　　 對江漢平原濕地起源稻田、棉田和未墾殖濕地三種利用方式及江漢平原濕地起源稻田、紅壤稻田和鄱陽湖平原濕地起源稻田、紅壤稻田等四種

8、不同土壤起源稻田典型剖面0～100 cm土體9個土層中SOC含量的剖面分布及有機碳密度進(jìn)行了比較研究。結(jié)果表明:不同利用方式下，SOC含量產(chǎn)生明顯的剖面分布差異。稻田各土層SOC含量較濕地和棉田高，隨剖面加深有機碳含量呈下降趨勢，棉田下降迅速并很快趨于穩(wěn)定，稻田和濕地呈現(xiàn)波動式下降;SOC與全氮極顯著相關(guān)，但自然生態(tài)系統(tǒng)中碳與氮的相關(guān)性略低于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)(濕地R2=0.9043，棉田R2=0.9903，稻田R2=0.9646，P＜0.0

9、01)。不同起源稻田SOC含量以濕地起源區(qū)為高，紅壤稻田較低。隨剖面加深紅壤稻田下降迅速并很快趨于穩(wěn)定，濕地起源稻田呈波動式下降。
　　 不同利用下有機碳密度無論0～20 cm還是0～100 cm全剖面均以稻田最高，而不同起源稻田中碳密度在0～20 cm和0～100 cm全剖面均以江西濕地起源稻田最高，湖北濕地起源稻田次之，紅壤稻田較低。不同利用方式和起源下，0～20 cm有機碳密度占0～100 cm全剖面的比例為27.72％～

10、50.86％，由此可知，通過表層土壤來估算全剖面碳密度時，由于剖面樣點的數(shù)量較少會帶來很大的不確定性。
　　 (4)江漢平原濕地及其開墾農(nóng)田不同利用下有機碳組分含量變化
　　 以江漢平原濕地起源土壤為例，研究了稻田、棉田、桔園和濕地等不同利用方式下表土SOC組分變化及在團(tuán)聚體內(nèi)的分布和穩(wěn)定性。結(jié)果表明:不同利用方式下表土SOC含量分異顯著，稻田顯著高于其它利用方式。不同利用方式下穩(wěn)定鍵合態(tài)組分及其比例的差異明顯大于其他物

11、理性分離組分的變化，特別是稻田下化學(xué)結(jié)合穩(wěn)定有機碳組分及其比例升高顯著。旱地利用降低了SOC的團(tuán)聚體物理保護(hù)，而水田稻作條件下促進(jìn)了SOC的團(tuán)聚體物理保護(hù)作用。因此，化學(xué)鍵合穩(wěn)定和團(tuán)聚體物理保護(hù)的差異是水田和旱地土壤SOC保存水平差異較大的原因。
　　 江漢平原濕地開墾為農(nóng)田后，沒有引起SOC的損失;而在水田稻作條件下還顯著地提高了原有自然濕地SOC含量，表明長江中游地區(qū)砂質(zhì)濕地起源土壤開墾為稻田是相對較好的保持土壤有機碳庫的土

12、地利用途徑。
　　 (5)江漢平原不同土地利用乖起源下農(nóng)田土壤有機碳組分變化
　　 通過實地密集采樣，以江漢平原腹地湖北荊州地區(qū)農(nóng)田表土為研究對象，研究了不同利用方式和起源下農(nóng)田表土SOC組分變化及其穩(wěn)定性，并就有機-無機化學(xué)結(jié)合方式進(jìn)行了探討。結(jié)果表明:不同利用方式和不同土壤起源下均會影響SOC水平，相比之下不同的農(nóng)業(yè)利用方式對于農(nóng)田SOC水平影響更大。穩(wěn)定性有機碳組分占總有機碳比例，表現(xiàn)為水田顯著高于旱地，紅壤農(nóng)田顯