南方水田土壤有机碳动态研究的重要意义及其前沿领域

研究农田土壤有机碳库动态特征及其过程机制,不仅可降低人类对未来气候预测的不确定性,而且可为农田土壤固碳和生产力保育的技术选择和政策制定提供理论依据。南方农区是我国粮食主产区,该区80%的耕地是水田,因此,研究南方水田土壤有机碳动态具有重要的科学价值和现实意义。通过大量文献的综述分析,对农田土壤有机碳库分组、稳定机制和试验方法的研究现状和发展趋势进行了系统总结,在此基础上,结合实践经验,提出了南方水田土壤有机碳研究的关键问题和重点领域。     

不同利用方式下中国农田土壤有机碳密度特征及区域差异

【目的】研究农田土壤有机碳密度特征及区域差异，为区域性土壤生产力培育提供技术参考；为区域性农田土壤碳收集技术选择和配套政策制定提供决策依据。【方法】采用我国第二次土壤普查数据，研究不同用地方式下农田耕层土壤有机碳密度状况。【结果】农田耕层土壤有机碳密度介于0.81～12.68 kg•m-2，平均为3.15 kg•m-2，其中西南区最高，平均达3.63 kg•m-2；华北区最低，平均为3.00 kg•m-2。农田土壤有机碳密度的变异系数为57%，显著比非农业土壤的变异系数低35个百分点。不同用地方式下，水田耕层有机碳密度比旱地的平均高13个百分点，但水田有机碳密度的区域变异显著低于旱地。另外，农田土壤有机碳密度与降水和气温的相关性显著低于非农业土壤，农田中水田土壤有机碳密度与降水和气温的相关性又显著小于旱地。【结论】农田尤其是水田土壤有机碳密度可能更多的是受人为因素影响，人为调控潜力大。     

土壤有机碳库与其影响因素研究进展

土壤有机碳库是陆地生态系统重要的碳库,对全球温室效应及生态环境有重要的影响,是国内外碳循环的研究焦点.土壤有机碳库的研究在陆地碳循环机制和全球碳收支平衡研究中具有重要意义.综述了国内外对土壤有机碳库储量和研究方法的研究,并从气候、土壤性质等自然因素与土地利用/覆盖、农业管理等人为因素综述土壤有机碳库的影响因素,展望了土壤有机碳库的研究方向.     

安徽省贵池区农田土壤有机碳分布变化及固碳意义

采用布点采样、室内分析测试方法,研究了安徽省贵池区农田土壤有机碳分布变化.结果表明,水稻土土壤有机碳含量及碳密度高于旱作土.贵池区(县域尺度)1984年水田耕层有机碳含量比旱地高出1/3,有机碳密度高出约5%.根据2005年贵池区土壤调查监测数据统计分析得出:水田耕层有机碳含量比旱地高出45.18%,有机碳密度高出23.73%.对比贵池区1984年和2005年两个时段的农田土壤有机碳的含量和碳密度:水稻土有机碳含量年均提高了2.01%,有机碳密度年均提高了3%;旱作土有机碳含量年均提高了1.11%,有机碳密度年均增加了1.3%.农田土壤有机碳含量与土壤性质相关.贵池区农田土壤有机碳与速效磷、碱解氮旱正相关,水稻土粘粒含量与有机碳含量呈正相关,而旱作土则无线性相关.     

侵蚀及土地利用管理方式改变对土壤有机碳的影响

土壤侵蚀是重要的环境公害,侵蚀造成土壤有机碳的大量迁移、转化和流失,产生严重的环境问题,相关机理研究尚不清楚。阐述了水蚀和风蚀两种主要方式对土壤有机碳库的影响,侵蚀和二氧化碳温室气体排放的关系。介绍了林地转为农田、草地以及草地转为农田等土地利用方式的改变对土壤有机碳库的影响,免耕提高土壤固碳能力。提出了控制侵蚀,减少土壤碳流失的措施。     

上海松江耕层土壤有机碳空间分布及影响因素

土壤耕层有机碳及碳储量的变化已经成为全球变化中碳循环研究的重要问题。本文采用上海市松江区第二次土壤普查资料估算松江农田耕层土壤有机碳、有机碳密度及有机碳库。结果显示:上海市松江区农田耕层土壤有机碳密度含量为31.22 tC.hm-2:有机碳库含量为177.15×105t;水稻土有机碳密度及有机碳库在研究区占有很重要的比重,因此,在上海市松江区农田耕层土壤中,保护水稻土有很重要的意义。     

土地整治工程对土壤有机碳的影响

土壤有机碳库是全球陆地生态系统最重要的碳库,随着近年来土地整治规模的不断增加,土地整治工程对土壤有机碳也产生了较大的影响。本文探讨了2种主要土地整治工程对农田土壤有机碳的影响,以期引起土地科技工作者对于土地整治工程固碳意义的重视,为改善区域环境提供借鉴。     

区域农田土壤有机碳储量与变化研究

土壤有机碳库是陆地生态系统的主要组成部分,选取典型红壤和水稻土区域的湖南省宁乡县为研究对象,采用常用的土壤类型法对区域农田土壤有机碳储量进行估算,在前期建模研究工作基础上,假设现有土地利用和耕作措施稳定的情况下,模拟预测农田土壤有机碳变化。     

土壤有机碳和无机碳耦合关系研究进展

干旱、半干旱地区土壤碳库由土壤有机碳(SOC)和无机碳(SIC)组成。由于土壤有机碳和无机碳之间存在耦合关系,有机碳含量变化可能会导致无机碳含量变化,反之亦然。过去农田土地管理和退耕还林等措施增加碳库侧重土壤有机碳,但是由于土壤有机碳和无机碳耦合关系机理尚不清楚,土壤有机碳增加可能对土壤无机碳造成的影响了解不足,不利于精确估算土壤碳汇变化情况。总结土壤有机碳和无机碳耦合关系情况,并从土壤有机碳向无机碳转移、土壤无机碳对土壤有机碳的保护作用等方面探究土壤有机碳和无机碳耦合机理,并提出未来研究需要加强的几个方面。     

亚热带稻田土壤持续固碳机制研究进展

为准确评估亚热带稻田土壤的固碳特性及其有机碳的储量动态变化情况,进一步提升稻田土壤肥力,从亚热带稻田土壤碳库储量的时空分布与演变规律、稻田土壤有机碳的输入、微生物固碳的功能、有机碳矿化特性及其作用机制等方面进行了探讨。我国亚热带区稻田土壤有机碳储量与固碳效应明显高于旱地,其突出的碳固持能力主要是由于水稻光合碳的输入、土壤自养微生物固碳及淹水限制了微生物活性、抑制植物残体微生物分解过程,促进以植物残体直接积累。稻田土壤有机碳的矿化速率受碳氮磷计量、水肥管理措施以及温度等因素调控,从而影响着稻田土壤的固碳减排效率与潜力。本文提出“碳中和”背景下稻田土壤固碳减排的研究展望：基于亚热带稻田土壤对我国农田土壤碳固碳减排方面的重要性,提出了系统研究稻田生态系统中土壤有机碳累积和转化的作用机制,构建高精度的区域土壤有机碳库模拟模型及储量估算方法,以助力提升农田土壤肥力,加快我国农业双碳目标和农业绿色发展。     

红壤丘陵景观土地利用变化对稻田土壤有机碳储量的影响

为研究区域景观尺度土地利用方式变化对稻田土壤有机碳储量的影响,利用野外实地采样中1264个土壤样点有机碳含量的调查,采用遥感和GIS手段,分析红壤丘陵景观1933-2005年的土地利用变化引起的稻田表层土壤有机碳储量的动态变化。结果表明:研究区稻田与林地、茶园呈双向演替机制,以林地转变为稻田为最主要的土地利用变化方式,集中在高程50m-150 m内。稻田表层土壤有机碳含量为14.3 g/kg,显著大于林地(13.0 g/kg)和茶园(9.5 g/kg)(p<0.01);且稻田土壤有机碳的变异系数仅为26.0%,明显低于林地(55.5%)和茶园(50.9%)。1933-2005年间,由稻田转变为其他利用方式(主要为林地和茶园)的面积为1233.53 hm2,共损失碳10015 t,而由其他利用方式转变为稻田的面积为1598.90 hm2,共增加碳15372 t。总体而言,1933-2005年间稻田土壤表层碳库呈增加的趋势,表现为碳增汇;土壤有机碳储量在高程50m-150 m内受土地利用变化影响的方向和程度最为显著。因此,保护和增加50m-150 m高程内的稻田面积对于提升亚热带红壤丘陵区的固碳潜力具有重要的意义。     

不同利用方式下土壤有机碳转化及微生物群落功能多样性变化

 【目的】研究亚热带地区不同土地利用方式下土壤生物和生物化学性状的变化特点，为制订合理的耕作施肥管理措施提供科学参考。【方法】选择亚热带地区的一个小流域，通过田间采样分析，比较了不同土地利用方式下土壤有机碳和养分含量、土壤有机碳矿化以及土壤微生物生物量和微生物群落功能多样性变化。【结果】土壤有机碳、全N含量、土壤微生物生物量碳氮以及土壤的呼吸强度变化均表现为稻田（菜地）＞竹林＞园（旱）地，0～15 cm、15～30 cm稻田（菜地）土壤有机碳和全N含量平均比园（旱）地土壤高76.4%、59.8%和80.8%、67.3%，0～15 cm稻田土壤的微生物生物量碳、氮和土壤呼吸强度分别是园（旱）地土壤的6.36倍、3.63倍、3.20倍。土壤微生物代谢熵园（旱）地＞林地＞稻田，稻田土壤的代谢熵仅为园（旱）地土壤的47.7%。培养期间土壤有机碳矿化量和矿化率稻田＞竹林＞园（旱）地。土壤细菌数量稻田≥园（旱）地＞林地，但真菌和放线菌数量在不同利用方式之间并没有显著差异。土壤微生物的平均吸光值和群落功能多样性指数稻田＞园（旱）地＞林地。研究还揭示，稻田改种蔬菜5 a后，由于大量施用磷肥，土壤速效磷含量显著升高，但土壤有机碳和全氮含量没有明显差异；土壤微生物生物量碳、氮和土壤呼吸强度显著下降了53%、41.5%和41.3%，代谢熵升高了23.6%，土壤有机碳的矿化速率也有下降的趋势；土壤细菌和放线菌数量略有升高但差异不显著，真菌数量显著增加，而土壤微生物群落功能多样性指数却显著下降了。【结论】不同土地利用方式下土壤的生物和生物化学性状有显著不同。稻田利用方式下土壤的有机碳和养分含量、以及土壤有机碳转化过程指标和微生物群落功能多样性等均较该区的旱地和林地土壤高。但若在高肥力稻田上继续过量施用化肥，将有可能造成土壤生物性状和生化功能衰减，导致土壤生物质量退化。     

退耕植茶对川西低山丘陵区土壤有机碳库的影响

【目的】土壤有机碳库能够有效地表征土壤的固碳容量,研究川西低山丘陵典型退耕植茶区土壤有机碳库的变化对认识退耕植茶地在生态恢复过程中土壤质量的演变及其效果评价具有重要意义。【方法】以雅安市名山区中峰乡不同退耕年限的茶园（2-3年、9-10年、16-17年）为研究对象,选取邻近耕地为对照,分析退耕植茶对土壤总有机碳、活性有机碳和非活性有机碳质量分数、密度的影响,并对土壤碳库管理指数进行计算,分析土壤有机碳库、碳库管理指数与退耕年限的关系。【结果】退耕植茶地土壤总有机碳质量分数呈先降低后升高的趋势,与对照相比,退耕植茶16年后,0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm土层有机碳质量分数分别增加了5.67%、5.67%和0.78%,土壤总有机碳密度亦在该年限显著增加。退耕植茶地土壤活性有机碳质量分数显著增加,平均增幅是总有机碳的23倍,土壤活性有机碳密度在0-40 cm土层的增幅表现为退耕植茶16-17年（平均182.26%）＞9-10年（平均177.74%）＞2-3年（平均132.74%）。0-10 cm和0-20 cm土层土壤活性有机碳密度分别占0-40 cm剖面的30%和50%以上。退耕植茶地土壤非活性有机碳质量分数及密度的变化趋势与总有机碳较为一致。与对照相比,退耕植茶2-3年土壤活性有机碳有效率最高,且表现出一定的表聚现象,但差异不显著,表明活性有机碳的有效率对土层的变化不敏感。随着退耕植茶年限的延长,土壤碳库管理指数先下降后上升,但均显著高于对照,且在退耕植茶16-17年达到最大值。0-10 cm和20-40 cm土层土壤碳库管理指数较大,说明表层和深层碳库均具有一定的固碳效应,且退耕植茶对表层碳库的影响尤为明显。【结论】随着退耕植茶年限的延长,土壤总有机碳、活性有机碳和非活性有机碳的质量分数均有所增加。退耕植茶16年后,土壤0-40 cm剖面上总有机碳、活性有机碳及非活性有机碳密度均显著高于对照,0-10 cm土层有机碳累积效果最佳。土壤活性有机碳的有效率在退耕植茶后显著增加,碳库管理指数在退耕植茶16-17年0-10 cm土层上最高,表明退耕植茶工程增强了土壤的碳汇效应,土壤质量向着良性方向发展。     

Regional Differences and Characteristics of Soil Organic Carbon Density Between Dry Land and Paddy Field in China

Study on the regional characteristics of soil organic carbon （SOC） density in farmland will not only contribute greatly to the technique of soil productivity enhancement, but also give evidences of technique selection and policy making for carbon sequestration in soils. Based on the second national soil survey of China, the situation of SOC density in the plow layer of farmland was analyzed under different land use patterns. Results showed that SOC density in the plow layer was about 3.15 kg m^-2 in average ranging from 0.81 to 12.68 kg m^-2. The highest density was found in the southeastern region with an average of 3.63 kg ma, while the lowest occurring in the northwestern region with an average of 3.00 kg m^-2. The variation coefficient of SOC density in the plow layer of farmland was 57%, which was 35% lower than that of non-farmland soils. Compared to SOC density in the dry land, SOC density in paddy soils was 13% higher with a lower variation coefficient between different regions. In addition, the relationships between the climatic factors （annual average temperature and precipitation） and SOC density were lower in farmland than those in non-farmland soils, as well as lower in paddy soils than those in dry land of farmland. These results suggest that anthropogenic disturbances have great impacts on SOC density in farmland soils, especially in paddy soils, indicating that Chinese rice cropping may contribute greatly to the SOC stability and sequestration in paddy field.     

轮耕对双季稻田耕层土壤有机碳储量的影响

【目的】针对南方稻田连续免耕存在的有机碳表层富集现象,进行土壤轮耕效应的初步研究。【方法】试验选择双季稻区连续免耕7年稻田,研究了轮耕对耕层土壤有机碳含量及其对等质量法计算的耕层土壤有机碳储量影响。【结果】长期免耕后,翻耕、旋耕降低了表层0—5cm土壤有机碳含量,提高了下层5—20cm土壤有机碳含量,进而降低了耕层土壤有机碳层化率;而翻耕、旋耕后免耕土壤有机碳含量相对于翻耕、旋耕分别呈相反的趋势。2006—2009年表层600Mg·hm-2土壤有机碳储量均以长期免耕最高。长期免耕后,翻耕、旋耕秸秆还田会提高下层土壤有机碳储量,进而在一定程度上影响耕层2550Mg·hm-2土壤有机碳的累积;而翻耕、旋耕后免耕耕层土壤有机碳储量较翻耕、旋耕有所降低。【结论】长期免耕后,连续免耕秸秆还田会增加表层600Mg·hm-2土壤有机碳储量;而翻耕、旋耕秸秆还田会提高下层土壤有机碳储量。     

不同土地利用下黑土土壤团聚体有机碳贮量的变化

[目的]为了解土地利用方式变化对黑土土壤有机碳及贮量的影响。[方法]以黑土区草地、耕地、樟子松人工林和天然次生林土壤为研究对象,对土壤团聚体有机碳与碳储量的分布和积累进行研究。[结果]在不同土地利用方式下,土壤团聚体的组成比例存在一定差异,但均以〉2mm团聚体为主。土壤不同团聚体有机碳含量的分配并不相同。相较于林地土壤,草地和耕地均降低有机碳在小粒级团聚体中的含量,而增大大粒级团聚体有机碳的含量。在不同土地利用方式下．土壤团聚体有机碳贮量变化规律与团聚体组成比例相吻合。[结论]土壤团聚体有机碳贮量的变化中,占主导地位的是团聚体组成比例。土地利用方式的改变影响黑土有机碳在不同大小团聚体中的分布和贮量。     

Analysis on Variation of Soil Organic Carbon and Total Nitrogen Content and Carbon Storage in the Oasis Cotton Field of Manas River Valley

[目的]为了对绿洲棉田土壤有机碳、全氮的分布状况进行研究。[方法]以天山北坡玛纳斯河流域绿洲棉田为研究区,以弃耕地为对照,采用地统计学方法,研究连续23年种植棉花地的土壤0～30、30～60和60～100 cm土层土壤有机碳和全氮的分布特征。[结果]玛纳斯河流域绿洲棉田土壤有机碳、全氮含量呈垂直分布,且随着土壤深度的增加而降低,并且0～30 cm土层明显高于30 cm以下土层,土壤有机碳储量呈现增加的趋势;弃耕地土壤有机碳、全氮亦呈垂直分布,且随着土壤深度的增加而含量降低,有机碳含量差异明显,并且弃耕地土壤有机碳含量呈逐月下降趋势,而棉田土壤有机碳储量变化呈先减少后增加,即棉花生长初期,0～30和30～100 cm土层有机碳储量降低,到花期最低;而随着棉花进入生殖生长后期,有机碳储量呈现增加趋势;弃耕地有机碳储量因没有植株凋落物的输入而呈现逐月降低的趋势,二者有机碳含量差异明显。[结论]绿洲棉田土壤有机碳、全氮含量明显高于弃耕地,土壤有机碳储量呈现增加的趋势,且主要发生在0~30 cm土层,在30～100 cm土层中有机碳、全氮含量变化差异不大。     

东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮含量及其密度和~(13)C、~(15)N自然丰度值的动态变化,探讨旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的固定能力及其稳定性,揭示旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的演变规律,为东北黑土的合理利用和培肥提供理论依据。【方法】结合野外实地调查,选择典型黑土区旱田土壤(种植大豆年限大于60年)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,旱田改稻田前种植历史基本相同,均为大豆),利用稳定同位素分析技术,研究旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】旱田改稻田25年间,在0—60 cm土层,土壤有机碳和全氮含量的变化趋势均表现为:在改种的前3年迅速下降,降幅分别为13.60%—43.27%和10.40%—40.60%,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐增加的趋势,且在20—60 cm土层出现累积,但在3—5年期间增加幅度较大,在5—25年期间增加较为缓慢,在改种17—25年期间,稻田土壤有机碳和全氮含量均高于旱田土壤;0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度的变化趋势与其含量的变化趋势大致相同,在改种的3年间0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度分别降低了26.53%和21.89%,在改种5—25年间0—60 cm土层稻田土壤有机碳和全氮密度均大于旱田土壤,增幅分别为9.87%—21.48%和10.2%—19.3%;旱田改稻田后,土壤全氮与有机碳的变化密切相关,土壤全氮与有机碳的含量、密度之间均呈显著线性正相关关系(P0.01)。在0—60 cm土层,土壤δ~(13)C值在改种的3年间明显上升,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐下降趋势,且大于5年的稻田土壤δ~(13)C值均低于旱田土壤,而土壤δ~(15)N值在改种的25年间随改种年限延长呈逐年下降趋势,各年限稻田土壤δ~(15)N值均低于旱田土壤,相同年限土壤的δ~(13)C值和δ~(15)N值均随着土层加深而增大;0—40 cm土层土壤δ~(13)C值与土壤有机碳含量之间呈显著线性负相关关系(P0.01),但各土层土壤δ~(15)N值与土壤全氮含量之间则无显著相关性。【结论】东北黑土区旱田改稻田大于5年后,稻田土壤具有明显的固碳(氮)能力,稳定性碳(氮)在20—60 cm土层累积;改种稻田年限小于5年,应注重有机碳(氮)的补充,以维持和提高土壤有机碳(氮)水平。     

不同土地利用方式下的土壤有机碳对温度变化的响应

[目的]探讨不同土地利用方式下土壤有机碳对温度变化的响应。[方法]以水稻土和林地2种类型土壤为研究对象,90 d室内恒温(25和35℃)培养,测定土壤有机碳含量。[结果]2种类型土壤有机碳随时间的变化可用简单的指数方程来拟合,拟合系数达0.01显著水平。2种类型土壤有机碳的分解速率大小顺序为水稻土>林地。温度每升高10℃,林地和水稻土土壤有机碳的分解速率分别提高1.5和1.6倍。[结论]温度升高,促进了土壤有机碳的分解,但利用方式对土壤有机碳的影响并不显著。     

生物质炭施用对不同深度稻田土壤有机碳矿化的影响

本文旨在揭示生物质炭施用下不同深度稻田土壤有机碳矿化特征的变化,为提高稻田土壤生物质炭施用下的固碳效应提供参考。以太湖地区施用生物质炭2 a后的水稻土为研究对象,采集了7个不同土壤深度的土壤样品,通过室内培养试验,分析了生物质炭施用下不同深度土壤有机碳分布及矿化特征。结果表明,生物质炭仅显著增加了表层(0～10 cm)土壤总有机碳含量,而对深层土壤无显著影响。然而,与对照相比,施用生物质炭显著降低了土壤0～40 cm有机碳矿化强度,0～10、10～20、20～30、30～40 cm土层的降幅分别为23.74%、37.57%、37.62%和15.95%,并降低了10～40 cm土层的微生物生物量碳和0～40 cm土层微生物代谢熵,同时表层(0～10 cm)土壤微生物生物量碳显著增加11.3%,而以上各指标在40 cm以下土层未因生物质炭添加而产生显著变化。因此,生物质炭在2 a尺度上提高了稻田土壤0～40 cm有机碳的稳定性,有助于增加深层土壤固碳潜力。