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

1、農(nóng)業(yè)土壤碳庫(kù)是陸地生態(tài)系統(tǒng)碳庫(kù)中最為活躍的部分，受到來(lái)自于人類的強(qiáng)烈影響而發(fā)生顯著變化。農(nóng)業(yè)土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量及其固碳能力作為評(píng)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(kù)的增加對(duì)于穩(wěn)定農(nóng)田生產(chǎn)力和應(yīng)對(duì)氣候變化具有雙贏的積極作用。關(guān)于中國(guó)地理區(qū)域農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)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(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳的變化以及土壤固碳潛力的研究也有較多報(bào)道，但是對(duì)于特定區(qū)域來(lái)說(shuō)，農(nóng)田土壤有機(jī)碳隨不同土地利

2、用和不同土壤起源的變化及其對(duì)土壤固碳容量的影響與機(jī)制研究相對(duì)較少。本文通過(guò)對(duì)期刊網(wǎng)已發(fā)表土壤研究學(xué)術(shù)論文中樣本有機(jī)質(zhì)（碳）含量資料統(tǒng)計(jì)，分析1980年以來(lái)近30年中國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)碳變化情況;并以長(zhǎng)江中游江漢平原和鄱陽(yáng)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(duì)象，通過(guò)實(shí)地密集采樣，結(jié)合第二次全國(guó)土壤普查資料，研究了區(qū)域農(nóng)田當(dāng)前土壤有機(jī)碳水平及第二次土壤普查以來(lái)的變化，不同利用方式和不同起源下農(nóng)田土壤總有機(jī)碳和組分含量的變化，有機(jī)

3、碳的團(tuán)聚體內(nèi)分布和穩(wěn)定性，探討了影響有機(jī)碳含量的主要土壤因素、當(dāng)前農(nóng)田土壤有機(jī)碳飽和容量和未來(lái)固碳潛力，主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)中國(guó)農(nóng)田表土有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)
　　 本文的研究支持了1985年以來(lái)中國(guó)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(shí)。近30年來(lái)，水田、旱地土壤SOC含量均呈現(xiàn)先下降后持續(xù)上升趨勢(shì);水田SOC含量以2003～2009年時(shí)間段最高，旱地以1985年前

4、時(shí)間段最高，說(shuō)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(guó)農(nóng)田土壤SOC水平較低的主要原因。
　　 (2)江漢平原和鄱陽(yáng)湖平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳含量及其隨土地利用和土壤起源的變化
　　 通過(guò)實(shí)地密集采樣，以江漢平原和鄱陽(yáng)湖平原農(nóng)田表土為研究對(duì)象，對(duì)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(lái)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(lái)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(lái)，農(nóng)田表土平均SOC含量相比第二次土壤普查時(shí)期有所提高。水田、旱地相比第二次土壤普查時(shí)期均有不同程度的提高，其中，江漢平原旱地相對(duì)提高比例較大。說(shuō)明在近30年以來(lái)該區(qū)域農(nóng)田整體表現(xiàn)為碳庫(kù)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(yáng)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(jī)碳飽和容量在江漢平原

6、和鄱陽(yáng)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(yáng)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(jī)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(jī)碳含量最高，為19.48 g kg-1;其次為鄱陽(yáng)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(yáng)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(duì)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(yáng)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(gè)土層中SOC含量的剖面分布及有機(jī)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(jī)碳含量呈下降趨勢(shì)，棉田下降迅速并很快趨于穩(wěn)定，稻田和濕地呈現(xiàn)波動(dòng)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(dòng)式下降。
　　 不同利用下有機(jī)碳密度無(wú)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(jī)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(guò)表層土壤來(lái)估算全剖面碳密度時(shí)，由于剖面樣點(diǎn)的數(shù)量較少會(huì)帶來(lái)很大的不確定性。
　　 (4)江漢平原濕地及其開(kāi)墾農(nóng)田不同利用下有機(jī)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(jī)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(kāi)墾為農(nóng)田后，沒(méi)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(zhǎng)江中游地區(qū)砂質(zhì)濕地起源土壤開(kāi)墾為稻田是相對(duì)較好的保持土壤有機(jī)碳庫(kù)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(jī)碳組分變化
　　 通過(guò)實(shí)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(duì)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(jī)-無(wú)機(jī)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(huì)影響SOC水平，相比之下不同的農(nóng)業(yè)利用方式對(duì)于農(nóng)田SOC水平影響更大。穩(wěn)定性有機(jī)碳組分占總有機(jī)碳比例，表現(xiàn)為水田顯著高于旱地，紅壤農(nóng)田顯