南方水田土壤有機碳變化特征及保護性耕作增碳效應研究.pdf

1、隨著全球環(huán)境變化,尤其是以溫室氣體升高為起因的變化趨勢日益明朗,世界各國學術界和政界對如何減緩全球環(huán)境變化趨勢給予高度重視。土壤有機碳是大氣和陸地生態(tài)系統(tǒng)地上部碳儲量的2到2.5倍,土壤有機碳動態(tài)直接關系到大氣CO2濃度的變化,對全球環(huán)境變化的作用巨大。 耕作制度是以作物種植和土壤管理為核心的種植技術體系,對農田土壤有機碳的穩(wěn)定和累積作用顯著。越來越多的研究表明,我國近20年來耕作制度演變下農田土壤呈現(xiàn)碳匯效應,尤其是我國南方農

2、區(qū)水田土壤碳匯效應尤其突出,固碳潛力大。本文在充分了解南方農區(qū)特征的前提下,通過歷史數(shù)據(jù)收集、文獻資料查閱、田間試驗、農戶調查、生產調研等手段,采用多種定量與定性結合的分析方法,重點研究了南方水田土壤有機碳氮特征、人為干擾對水田土壤有機碳的影響、農戶行為與土壤碳氮的關系,擬為南方水田土壤增碳保氮提供理論依據(jù)、技術途徑和相關配套政策建議。主要研究結果如下： 水田土壤有機碳密度可能更多地受生產技術影響,人為調控潛力大。農田耕層土壤有

3、機碳密度介于0.81～12.68kg/m2,平均為3.15kg/m2。農田土壤有機碳密度的變異系數(shù)為57％,顯著比非農業(yè)土壤的變異系數(shù)低35個百分點。水田耕層有機碳密度比旱地的平均高13個百分點,但水田有機碳密度的區(qū)域變異顯著低于旱地。農田土壤有機碳密度與降水和氣溫的相關性顯著低于非農業(yè)土壤,農田中水田土壤有機碳密度與降水和氣溫的相關性又顯著小于旱地。 農田土壤有機碳氮之間存在顯著的耦合關系,相同氮水平下水田土壤可能儲存更多的有

4、機碳。不同種植方式下,水田土壤平均有機碳和全氮含量比旱地分別高47.8％和41.4％,但水田碳氮的區(qū)域變異低于旱地。全國土壤有機碳氮在水田和旱地利用下平均分別為10.8和9.9,區(qū)域內水田土壤碳氮比普遍高于旱地,其中東北地區(qū)水田最高,而華東旱地和西北旱地為最低。區(qū)域之間相比,旱地碳氮比的區(qū)域變異顯著,水田的不顯著。 不同類型水田土壤的有機碳氮特征及其關鍵影響因子差異顯著,在增碳保氮技術選擇上要充分考慮區(qū)域土壤類型差異。潛育型水田

5、土壤有機碳密度最高,比最低的淹育型土壤高75.97％,兩者的碳氮比差值為1.31,也達到顯著水平。影響土壤有機碳密度關鍵因子是耕層厚度和土壤全氮含量,除潴育型土壤外,均達到了顯著的正相關關系。不同類型土壤碳氮比的關鍵作用因子不同,其中耕層厚度與所有土壤的碳氮比相關不顯著。 有機無機肥配合施用是土壤增碳保氮的關鍵技術,秸稈還田能提高土壤有機碳密度,但提高幅度有限。無論是雙季稻區(qū)或單稻區(qū),長期有機無機肥配合施用下,土壤有機碳密度和土

6、壤C/N比均顯著提高。近20年來,有機無機肥配合施用與純化肥區(qū)相比,土壤有機碳密度和C/N比在雙季稻區(qū)分別提高了20.46％和6.43％,但肥力水平較高的單季稻區(qū)僅分別提高了3.73％和4.51％。秸稈還田達到一定值后,進一步提高秸稈還田,土壤增碳效應不明顯。 保護性耕作技術具有很好的增碳保氮效應,但技術之間的效應差異顯著。以長三角區(qū)域為例,油菜面積的擴大、小麥的少免耕和作物秸稈的還田分別約增加土壤耕層有機碳0.94 Tg、2.