采样深度和计算方法影响保护性耕作土壤碳氮储量的评估结果

为探讨不同年限耕作措施下土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）在土壤剖面中的分布和累积特征，了解采样深度和计算方法对SOC和TN储量评估结果的影响，基于山东桓台（5a）和河北栾城（17a）耕作定位试验，设置翻耕（CT）、旋耕（RT）和免耕（NT）三个处理（秸秆均还田），分析土壤剖面中（桓台60cm；栾城50cm）土壤容重（b）、SOC和TN浓度的分布特征，并比较不同土层深度下“固定深度法（FD）”和“等效重量法（ESM）”所计算SOC和TN储量的差异。结果表明，连续多年保护性耕作后，NT处理较CT促进了SOC和TN储量在表层积累，增加了SOC和TN浓度的层化比率（SR）值。在山东桓台试验点，NT处理较CT显著增加了0−5cm土层SOC和TN储量（P＜0.05），增幅分别为29%和30%，而整个土壤剖面（0−60cm）的碳氮储量分别降低8%和10%。河北栾城试验点，0−10cm土层NT和RT处理较CT分别增加SOC储量10%和14%，但在≥20cm剖面中不同耕作处理之间的碳氮储量无显著差异。由于各处理之间b的差异，传统FD法高估了山东桓台免耕处理SOC和TN储量，但低估了河北栾城碳氮储量。因此，为准确评估不同耕作措施下土壤碳氮固持效应，推荐在“深层采样”（≥30cm）策略基础上，利用ESM法计算其储量。保护性耕作对改善土壤质量有积极作用，但其通过土壤碳截留以缓解气候变化的潜力不应该被高估。     

16年保护性耕作措施对粮草轮作系统土壤碳库及稳定性的影响

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡及气候变化具有重要作用,其变化除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。为研究长期保护性耕作措施对黄土高原陇东地区玉米(Zea mays L.)-小麦(Triticum aestivum L.)-箭筈豌豆(Vicia sativa L.)轮作系统土壤碳库及碳库变化的影响,利用已进行16年传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作定位试验,探究0—200 cm土层土壤全碳、有机碳、易氧化有机碳、碳库指数、碳库管理指数、碳库活度指数的变化。结果表明:连续进行16年保护性耕作措施能够显著增加0—5 cm土层土壤有机碳及易氧化有机碳含量(P0.05),对深层土壤有机碳和易氧化有机碳影响不显著,相比T,TS、NT、NTS处理能够使土壤有机碳含量分别升高59.74%,58.43%,80.56%,使易氧化有机碳含量分别升高49.80%,49.65%,53.17%。保护性耕作措施对土壤碳库变化的影响随土层深度改变,其中TS、NT和NTS处理土壤碳库指数在0—10 cm土层显著高于10—20 cm土层,而土壤碳库活度指数和碳库管理指数在10—20 cm土层显著高于0—10 cm土层,土壤易氧化有机碳含量是决定土壤碳库活度指数和土壤碳库管理指数变化的主要原因。通过16年的长期试验证明,免耕+秸秆还田处理是提升农田表层土壤碳库及稳定性的有效措施,研究结果可为探讨土壤固碳机理、优化黄土高原地区农田管理措施提供理论指导。     

不同地形条件下青藏高原农田土壤有机碳的分布特征

西北高寒地区农田土壤有机碳（SOC）储量的变化研究,可为东部农田SOC对气候和管理措施的响应提供预警信息。针对西部高原县域尺度上典型的地貌类型和土壤类型,对其耕层和剖面SOC进行了分析。结果表明, 青海省乐都县农田耕层（020 cm）SOC的变化范围为4.38 g/kg~20.81 g/kg,均值为11.29 g/kg,且不同土壤类型上表现出黑钙土（16.15 g/kg）＞栗钙土（10.53 g/kg）＞灰钙土（9.50 g/kg）的趋势。地形对耕层（020 cm）SOC含量没有显著影响,但深层（20100 cm）SOC因地形存在显著差异,在峁坡上,黑钙土、 栗钙土和灰钙土的深层（20100 cm）SOC分别比同种土壤类型的谷底深层土壤提高了111.5%、 62.5%和66.3%。农田SOC的垂直分布也因地形存在差异,同一种土壤类型在谷底其耕层（020 cm）SOC含量均比深层（20100 cm）高,峁坡上其深层（20100 cm）比耕层（020 cm）高,黑钙土、 栗钙土和灰钙土在谷底其耕层（020 cm）SOC含量分别比同一土壤类型的深层（20100 cm）土壤提高18.7%、 24.3%和153.5%,黑钙土、 栗钙土和灰钙土在峁坡上其深层（20100 cm）SOC含量分别比同一土壤类型耕层（020 cm）提高46.9%、 8.0%和1.0%。这一结果可为准确估算青藏高原农田SOC的变化提供参考。     

喀斯特高原典型小流域土壤有机碳及其组分的分布特征

以贵州省清镇王家寨为喀斯特高原典型样区,采用网格布点法,调查研究了土壤总有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）和微生物生物量碳（MBC）的分布特征。研究结果表明：灌木林地表层土壤SOC、DOC和MBC含量分别为56.86、68.74mg·kg^-1和264.12mg·kg^-1,均显著高于旱地与水田（P〈0.05）;各土地利用方式表层土壤微生物熵（MBC/SOC）值处于0.45%～0.55%之间,土地利用方式对土壤SOC及其组分均有显著影响。协方差分析表明,土壤MBC受土地利用方式和pH的影响较大,土壤SOC和DOC受海拔高度的影响较大。不同土地利用方式下土壤SOC与MBC无相关性,而DOC与MBC的相关性正负各异。3种土地利用方式剖面土壤中,灌木林地0～30cm各土层MBC含量差异显著（P〈0.05）,水田20～30cm土层DOC含量显著低于0～20cm各土层。表层（0～10cm）土壤SOC密度以灌木林地最大,但旱地（155.97t·hm^-2）和水田（107.92t·hm^-2）1m以内土体的有机碳密度显著高于（P〈0.05）灌木林地（76.14t·hm^-2）,结合土层厚度,水田与旱地有机碳储量高于灌木林地。研究表明加强保护灌木林地,对农耕地实行秸秆还田,将有利于区域土壤有机碳的积累和区域生态的恢复,维持区域的可持续发展。     

不同植被类型对滨海盐碱土壤有机碳库的影响

对江苏滨海盐碱地5种不同植被类型土壤（0 ~ 40 cm）有机碳（SOC）含量、密度和表层（0 ~ 20 cm）土壤微生物量碳（SMBC）、可溶性有机碳（DOC）含量及其占总有机碳（TOC）的比例进行了分析。结果显示,随土层深度的增加,SOC含量降低,表层SOC密度占整个剖面的54.6% ~ 75.8%。表层SOC含量和密度分别介于2.02 ~ 9.61 g/kg和5.87 ~ 21.54 t/hm2,平均值分别为4.77 g/kg和12.56 t/hm2。随着原生植被群落的演替（光滩→盐蒿→茅草）,SOC、SMBC和DOC含量均依次增加。茅草荒地围垦后,稻-油轮作地和菊芋地表层SOC密度分别比茅草地的增加了55%（5.77 t/hm2）和107%（11.15 t/hm2）;稻-油轮作地的SMBC含量及SMBC/TOC比值下降,而菊芋地的上升;围垦后土壤DOC含量及DOC/TOC比值都明显下降。结果表明,滨海盐碱地SOC主要分布在表层,原生植被群落的顺行演替使SOC库容增加且活性增强,在盐荒地围垦初期（3年）,SOC库容增加但活性有所减弱。经估算,滨海盐碱非耕地具有较大的固碳潜力,但需要合理的耕作管理措施来保证农业生产的可持续发展并实现增汇减排的目标。     

中国保护性耕作农田土壤有机碳变化速率研究——基于长期试验点的Meta分析

保护性耕作对于培肥地力、保障粮食安全、缓解气候变化等具有重要意义.本研究搜集了1980 ～2012年8月有关中国农田保护性耕作的157个试验点的303对田间定位试验数据,采用Meta分析方法定量分析了保护性耕作下我国农田耕层土壤(旱地0～ 20cm,水田0～15cm)有机碳(SOC)变化特征.结果表明,与传统耕作(CT)相比,传统耕作+秸秆还田(CTS)、免耕(NT)和免耕+秸秆还田(NTS)三种保护性耕作均能显著提高SOC含量,变化速率分别为NTS(0.52 g kg-1 a-1) ＞NT(0.35 g kg-1 a-1) ＞CTS(0.22 g kg-1 a-1);三种保护性耕作下SOC变化速率为水田＞旱地,一年两熟制＞一年一熟制;保护性耕作下,SOC积累与否及其幅度并不完全取决于其初始有机碳含量,短期试验(≤5a) SOC增加速率是长期试验(＞5a)的1.75倍,如果仅采用短期试验结果可能高估保护性耕作的固碳潜力.     

耕作方式对干旱绿洲滴灌复播大豆农田土壤有机碳的影响

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜(tillage plough,TP)、翻耕(tillage,T)、旋耕(rotary tillage,RT)和免耕(no-till,NT)4种不同耕作方式的复播大豆田间试验,研究麦后不同土壤耕作方式对复播大豆农田0~100 cm土层土壤容重、总有机碳(soil organic carbon,SOC)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)的影响。结果表明,各处理土壤SOC和易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon,EOC)含量随着土层的加深基本呈不断下降趋势。免耕、旋耕处理显著增加了表层0~10 cm土壤的SOC和EOC含量,而TP处理显著增加了耕层20~30 cm的SOC和EOC含量,60~100 cm土层TP处理的SOC含量显著低于其他处理,但各处理间EOC含量差异不显著;土壤容重与总有机碳含量呈显著负相关关系(P0.01);0~60 cm土层不同耕作方式CPMI平均值以免耕处理最高,分别比旋耕、翻耕覆膜、翻耕处理的增加了4.41%、9.90%、22.06%,表明免耕、旋耕能够提高0~60 cm土壤的总体CPMI,而耕翻覆膜显著提高20~30 cm耕层土壤CPMI值。该研究为干旱绿洲滴灌条件下选择最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式提供了理论依据。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

长期保护性耕作对坡耕地黑土有机碳组分的影响

为对比长期保护性耕作模式与传统耕作模式对黑土有机碳组分的差异化,揭示长期保护性耕作对侵蚀退化黑土质量的恢复作用。基于典型黑土坡耕地连续15 a保护性耕作长期定位田间试验,设置免耕保护性耕作（NT）和旋耕传统耕作（CT）2个田间耕作试验,并实行玉米-大豆轮作模式,测定并分析了两种耕作措施下土壤有机碳及其不同碳组分随土壤剖面的垂直分布及变化特征。结果表明：连续实施15 a的NT与CT相比分别显著提高0～5和>5～10 cm土层的土壤有机碳质量分数（29.54%和22.38%）（P<0.05）,碳储量（31.11%和27.34%）（P<0.05）,全氮质量分数（53.74%和37.60%）（P<0.05）,表层土壤碳氮质量分数提升显著（P<0.05）,深层土壤碳氮质量分数变化不显著;以>5～10 cm土层土壤颗粒有机碳（69.85%）、0～5 cm土层的土壤轻组有机碳（130.81%）和0～5、>5～10 cm土层土壤微生物量碳（85.59%和59.53%）的提升为主,并且对深层土壤有机碳组分也产生一定的积极影响;耕作效应对于土壤团聚体稳定性指标影响显著（P<0.05）,并且土壤团聚体稳定性指标对于SOC质量分数提升也起到了关键作用。研究表明,与传统耕作相比,连续实施15 a保护性耕作,增加的有机碳以活性有机碳为主。长期的保护性耕作对恢复退化农田黑土质量及土壤固碳均具有重要意义。     

陇东黄土高原农田土壤微生物量碳和颗粒有机碳剖面分布特征

采用野外调查采样与室内分析相结合的方法,对陇东黄土高原农田黑垆土微生物量碳（MBC）和颗粒有机碳（POC）的剖面分布特征进行了研究。结果表明:不同剖面土壤微生物量碳和颗粒有机碳含量随土层变化差异显著或极显著,主要集中在0—20 cm和20—40 cm土层,呈明显的表聚现象;0—60 cm土层MBC含量随着土层深度增加而减小;随着海拔高度增加,0—20 cm土层MBC含量整体呈增加趋势,变化范围为180.92～282.53 mg/kg;POC含量在0—20 cm和20—40 cm土层的变化范围分别为1.02～1.68 g/kg和0.25～0.96 g/kg,40 cm以下土层颗粒有机碳含量较低;剖面中不同土层深度微生物量碳、颗粒有机碳占总有机碳（SOC）的比例在 0—20 cm和20—40 cm土层均显著或极显著高于其它土层,MBC/SOC变化范围分别为2.29%～3.70%和1.00%～2.11%,POC/SOC的变化范围分别为13.46%～19.13%和5.08%～16.16%,剖面MBC/SOC与MBC、POC/SOC与POC随土层的变化规律均一致,MBC/SOC和POC/SOC可以作为反映土壤剖面质量变化的指标。     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

玉米秸秆覆盖与深翻两种还田方式对黑土有机碳固持的影响

秸秆还田是实现东北黑土肥力提升与保障区域生态环境安全的有效措施。明确玉米秸秆覆盖与深翻还田下土壤有机碳(SOC, Soil Organic Carbon)的变化及其在团聚体中的固持特征,对于揭示秸秆还田后黑土有机碳的稳定机制与固碳潜力具有重要意义。该研究基于黑土区中部6 a定位试验,选择常规种植(CK)、秸秆覆盖还田(SM, Stovers Mulching)和秸秆深翻还田(SI, Stovers Incorporation)3个处理,对0～10、10～20、20～30及30～40 cm土层SOC含量、容重、水稳性团聚体分布及团聚体中有机碳(OC, Organic Carbon)含量进行了分析与测定,并对各处理年均碳投入量、SOC储量与土壤固碳速率等进行了估算。与CK相比,SM处理显著增加了0～10 cm土层SOC含量,增幅为22.4%,但对10～40cm土层SOC含量无显著影响;SI处理显著增加了0～40cm土层SOC含量,增幅为18.1%～41.5%,以20～30cm的增幅最突出。与SM处理相比,SI处理0～10 cm土层SOC储量显著低于前者,而20～30 cm土层SOC储量反之。6 a间,SM处理耕层(0～20 cm)与亚耕层(20～40 cm)土壤固碳速率分别为1.34和0.77 Mg/(hm2·a),SI处理为0.85和1.74 Mg/(hm2·a)。秸秆不同还田方式显著改变了0～40 cm土层团聚体分布及其中OC含量。与CK相比,SM显著增加了耕层大团聚体(0.25 mm)比例与平均质量直径(MWD, Mean Weight Diameter),SI显著提高了0～40 cm土层团聚体MWD,且对10～40 cm土层团聚结构的改善作用优于SM;SM处理显著增加了0～10 cm土层2和0.053 mm粒级团聚体OC含量,SI处理不仅增加了0～10 cm土层2 mm粒级团聚体OC含量,也显著提高了10～40 cm土层各粒级团聚体OC含量。在黑土区,秸秆覆盖还田对SOC的提升主要集中于表层,秸秆深翻还田促进了0～40cm土层SOC积累与土壤团聚结构的改善。     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

长期保护性耕作对稻田土壤团聚体稳定性和碳氮含量的影响

为研究双季稻(Oryza sativa L.)土壤团聚体稳定性及C、N含量对耕作方式的响应,该研究利用已进行12 a的包括翻耕+秸秆不还田(CT),翻耕+秸秆还田(CTS),旋耕+秸秆还田(RTS)和免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作稻田定位试验,运用湿筛等方法测算了团聚体的构成与稳定性,C、N含量及其对土壤总C、N的贡献。结果表明:长期秸秆还田显著增加0～10 cm土层大团聚体比重,弱化翻耕、旋耕和免耕等不同耕法对表层大团聚体的差异化影响(P0.05),但5～30 cm土层大团聚体随耕作强度的减弱有所提高。总体来看,稻田土壤团聚体以2 mm粒径为主(占35.02%～64.44%),其C、N贡献率分别达52.12%和52.16%;秸秆还田有利于微团聚体向大团聚体的转化,外源C、N更多被大团聚体固持和保护。NTS在0～20 cm的2 mm团聚体对土壤C、N的贡献率显著大于其他处理;土壤C、N含量与团聚体稳定性呈显著正相关关系(P0.05)。相比于CTS与RTS,长期采取NTS显著改善土壤C、N含量,促进大团聚体的形成和稳定,对改善稻田耕层(尤其0～20 cm)土壤团聚体稳定性具有显著的效果(P0.05)。因此,采取保护性耕作措施对南方双季稻田土壤质量及农业生态持续性具有积极的作用。     

不同有机肥施用模式下黄壤稻田根际和非根际土壤有机碳的矿化特征

【目的】研究长期施用有机肥对土壤有机碳矿化特征的影响,为提高土壤碳库稳定性和培肥土壤提供理论依据。【方法】贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验始于1994年,种植制度为单季水稻。2021年水稻收获后,选取不施肥(CK),平衡施用化肥(NPK),25%和50%有机肥氮替代化肥氮(0.25MNPK、0.5MNPK)和单施有机肥(M) 5个处理的水稻植株,用抖根法采集根际和非根际土壤样品,分析活性碳组分含量,以采集的土样进行室内培养试验,研究有机碳矿化特征。【结果】1)与NPK相比,3个有机肥处理的根际土壤有机碳(SOC)含量提升了26%～43%,非根际土壤SOC含量提高了24%～32%;根际土壤微生物量碳(MBC)含量提升了16%～31%,且比非根际土壤高148%;非根际土壤易氧化有机碳(LOC)含量显著提升了36%～75%;0.5MNPK处理非根际土壤可溶性有机碳(DOC)含量显著提升了54%,且根际土壤的DOC含量平均高于非根际土壤10%。2)有机肥施用可明显增加黄壤稻田根际及非根际土壤有机碳矿化量,非根际土壤有机碳矿化量和矿化率分别高于根际土壤30%和33%;较CK和NPK处理,有机肥施用...     

Effects of reduced tillage,crop residue management and manure application practices on crop yields and soil carbon sequestration on an Andisol in northern Japan

Abstract

Soil carbon sequestration in agricultural lands has been deemed a sustainable option to mitigate rising atmospheric CO₂ levels. In this context, the effects of different tillage and C input management (residue management and manure application) practices on crop yields, residue C and annual changes in total soil organic C (SOC) (0–30 cm depth) were investigated over one cycle of a 4-year crop rotation (2003–2006) on a cropped Andisol in northern Japan. For tillage practices, the effects of reduced tillage (no deep plowing, a single shallow harrowing for seedbed preparation [RT]) and conventional deep moldboard plow tillage (CT) were compared. The combination of RT, residue return and manure application (20 Mg ha^?1 in each year) increased spring wheat and potato yields significantly; however, soybean and sugar beet yields were not influenced by tillage practices. For all crops studied, manure application enhanced the production of above-ground residue C. Thus, manure application served not only as a direct input of C to the soil, but the greater crop biomass production engendered enhanced subsequent C inputs to the soil from residues. The SOC contents in both the 0–5 cm and 5–10 cm layers of the soil profile were greater under RT than under CT treatments because the crop residue and manure were densely incorporated into the shallow soil layers. Comparatively, neither tillage nor C input management practices had significant effects on annual changes in SOC content in either the 10–20 cm or 20–30 cm layers of the soil profile. When soil C sequestration rates, as represented by annual changes in total SOC (0–30 cm), were assessed on a total soil mass basis, an anova showed that tillage practices had no significant effect on total C sequestration, but C input management practices had significant positive effects (P ≤ 0.05). These results indicate that continuous C input to the soil through crop residue return and manure application is a crucial practice for enhancing crop yields and soil C sequestration in the Andisol region of northern Japan.     

制图尺度对CO_2浓度升高情景下旱地土壤有机碳模拟的影响

基于土壤数据库的动态模型预测未来二氧化碳(CO_2)浓度升高下农田有机碳变化是实施农业固碳的基础,但目前基于不同制图尺度土壤数据库对旱地有机碳模拟结果的影响尚不清晰,一定程度上增加了农业管理措施制定的风险性。基于此,选择江苏北部(简称"苏北地区")3.90×10~6 hm~2旱地为例,运用生物地球化学过程模型(Denitrification and Decomposition,DNDC)模拟未来CO_2浓度升高下该地区1:5万、1:25万、1:50万、1:100万、1:400万、和1:1000万制图尺度的土壤有机碳变化。结果表明:2010—2039年间CO_2浓度在目前正常增加速率(1.9ppm a~(-1))的基础上提高0.5倍、1倍和2倍,苏北旱地数据最详细的1:5万尺度年均固碳速率分别为357 kg hm~(-2)、360 kg hm~(-2)和365 kg hm~(-2)。但进一步从其他制图尺度来看,由于使用的土壤数据库不同导致有机碳模拟结果差异很大。以1:5万尺度年均固碳速率为基准,3种CO_2浓度情景处理下1:25万~1:1000万尺度的模拟误差分别在0.89%~60.55%、0.81%~60.71%和0.15%~61.02%之间,这说明未来CO_2浓度升高的大背景下我国旱地土壤有机碳模拟中选择适宜的制图尺度非常重要。     

耕作措施对旱作农田土壤颗粒态有机碳的影响

为了探明耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳的影响,以连续进行17年的不同耕作措施长期定位试验为研究对象,利用碘化钠重液分组法,探索了传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆覆盖(NTS)4种耕作措施对陇中黄土高原旱作农田土壤游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳和矿质结合态有机碳的影响。结果表明:土壤总有机碳含量随土层加深而降低,游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳的含量和占土壤总有机碳的比例均随土层加深而降低,而矿质结合态有机碳含量和占土壤总有机碳比例则随土层加深而增加。在0~40 cm各土层,各处理土壤颗粒态有机碳占总有机碳的比例(54.02%~76.78%)均高于矿质结合态有机碳占总有机碳的比例(31.78%~46.11%)。较之T处理,TS和NTS处理均不同程度提升土壤游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳的含量和占土壤总有机碳的比例,其中NTS处理的提升效果最显著,TS处理次之。虽然NT、TS、NTS处理可提升土壤矿质结合态有机碳含量,但T处理下的矿质结合态有机碳占总有机碳的比例高于NT、TS和NTS处理。耕作模式和秸秆添加模式均对土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳、颗粒态有机碳和矿质结合态有机碳的提升具有显著效应,但秸秆添加模式的效应高于耕作模式。同时,免耕模式仅对0~10 cm各土层土壤总有机碳的提升效应达到显著水平,对0~20 cm各土层土壤碳组分的提升效应均达显著水平,而添加秸秆对0~40 cm各土层土壤总有机碳和各组分均发挥着显著提升效应。综合来看,免耕配合秸秆还田可以提升土壤活力,促进土壤固碳,有利于该区构建环境友好型和可持续发展型农业生产模式。