我國典型農田土壤固碳效率特征及影響因素.pdf

1、土壤有機碳 (Soil organic carbon，SOC) 是農田土壤肥力的核心，同時也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的有機碳庫。土壤固碳效率（單位外源碳輸入到土壤中經一定時間后轉化成土壤有機碳的量）是土壤有機碳動態(tài)變化的反映指標之一，而我國土壤固碳效率的時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）對其影響程度，仍是我國土壤有機碳循環(huán)研究中尚未解決的問題。
　　針對以上科學問題，本研究通過從中國知網、萬方、Science

2、 Direct和Springer link這4個文獻數據庫，設定檢索的時間―2000年 ~ 2014年"及―中國土壤有機碳"和"<53 μm團聚體分組"這3組關鍵詞，篩選出已發(fā)表的111篇目標文獻，收集901組土壤有機碳和礦物結合態(tài)有機碳含量與比例的相關數據集；并以我國25個長期定位施肥試驗為基礎，依據外源有機碳累積輸入梯度，建立相應的數據庫，以數據的整合分析（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）下土壤有機碳變化和土壤總有機碳及不同顆粒有機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碳動態(tài)循環(huán)的理論基礎知識，對提高我國土壤肥力、增加糧食產量及增匯控溫都具有重要的實際意義。論文研究的主要進展如下：
　　1、農田和草地中，土壤礦物結合態(tài)有機碳還未達到飽和，仍有一定的提升空間，土壤細顆粒（<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碳和礦物結合態(tài)有機碳含量的中值均存在顯著差異（P<0.05）

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

5、礦物結合態(tài)有機碳占總有機碳的比例也存在顯著差異，其中，黑土中礦物結合態(tài)有機碳的比例最高，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%）。農田、草地和林地中土壤礦物結合態(tài)有機碳含量與土壤細顆粒（<53 μm）含量均呈極顯著的正相關關系，與Six等（2002）的估算結果相比，我國農田、草地和林地下土壤飽和程度分別為68.4%、58.7%和91.5%。
　　2、有機肥的施用（增施或配施），尤

6、其在一年一熟及有機碳水平較低的砂土上，對于農田土壤有機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）有機肥對土壤總有機碳及礦物結合態(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、利用類型和土壤質地條件下，施用化肥和有機肥對土壤總有機碳和礦物結合態(tài)組分的影響程度存在顯著差異。一年一熟下，施用有機肥對土壤總有機碳的提高幅度顯著高于一年兩熟制，施用化

7、肥對礦物結合態(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碳及礦物結合態(tài)組分，且提高的幅度均高于水田。不同土壤質地條件下，施用有機肥能使土壤總有機碳水平較低的砂土提高64.4%，顯著高于土壤有機碳水平較高的壤土和黏土（48.7%和50.3%）；施用化肥使礦物結合態(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合態(tài)組分含量較高的壤土和黏土（7.8%和8.1%）

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

9、中土壤總固碳效率為10.6%，而各級顆粒之間，粘粒和砂粒組分的固碳效率（4.3%和3.6%）相當于粗粉粒和細粉粒（1.7%和1.0%）的2倍以上。南方紅壤各級顆粒中有機碳均沒有出現飽和現象，有機碳主要在土壤粘粒和砂粒組分中富集，細顆粒中有機碳的富集會促進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、長期施肥下土壤有機碳固定效率存在時空差異性，并受多種因素所驅動。研究表明，我國土壤有機碳固定效率的中位

10、數及變化范圍隨著試驗年限的進行而下降，它們之間呈現顯著的負指數關系（P<0.05），其中，土壤有機碳固定效率的理論最大值約為44. 6%。氣候、土壤屬性、管理措施及試驗年限等因素對土壤有機碳固定效率解釋率可以達到73.4%，其中，試驗年限這一因素解釋率為42.2%，超過其它因素解釋率的和。土壤有機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碳固定效率變化速率的主要因素；連續(xù)施肥20