重庆市农田土壤有机碳时空变化与固碳潜力分析

区域土壤有机碳库、固碳潜力的估算,对全球气候变化中的碳循环研究具有重要意义.本研究基于1978—1979年全国第二次土壤普查和2007—2011年农业部"测土配方施肥"项目的数据,并结合大量前人调研资料和田间试验数据进行整理与比较分析.同时,采取土壤类型法估算了重庆市农田土壤碳库储量和碳密度;基于GIS分析了重庆市农田土壤碳密度的空间分布特征;对30年来各区县农田土壤碳量变化趋势进行拟合分析,估算了农田土壤固碳潜力.结果表明,土壤表层有机碳库总储量为233.54×106t,土壤有机碳密度平均值为3.08 kg·m-2;渝西南、渝东北和渝东南的农田土壤有机碳密度较高,长江干流沿岸及附近低山丘陵地区土壤有机碳密度较低;重庆市农田土壤固碳潜力约为30.82 Tg(以C计),农田土壤单位面积固碳潜力平均值为6.71 t·hm-2.     

湖南省稻田表层土壤固碳潜力模拟研究

稻田土壤有机碳的储存对于缓解大气温室效应具有不可忽视的作用。我国作为水稻产量最大的国家,迫切需要掌握稻田生态系统固碳现状及相应固碳措施。文章利用自主建立的土壤有机碳模型对湖南省稻田生态系统不同有机物投入方式下土壤有机碳的变化进行了模拟研究。结果表明,常规施肥(现状)方式下稻田表层土壤有机碳的饱和固碳量为39.75～64.90th/m₂,半数模拟点已基本饱和,其余点仍具有3.38～4.19th/m₂的固碳潜力;50%秸秆还田效果低于常规施肥方式,而50%秸秆+绿肥效果高于常规方式(平均高10.94th/m₂);全量秸秆还田(冬闲)情况下稻田表层土壤饱和固碳量在55.57～94.25th/m₂之间,与稻田现有碳储量比较有4.15～33.46th/m₂的潜在提高幅度。如果全量秸秆还田结合冬季种植绿肥,土壤饱和固碳量则可以在稻田土壤现有碳储量的基础上平均提高65.77%。模拟结果还表明,湖南稻田土壤中,每年投入1th/m₂的新鲜有机碳可最终形成土壤有机碳饱和固碳量约12th/m₂。研究表明,稻田土壤的饱和固碳量可以通过人为措施进行调控,增加有机物质的投入量(秸秆还田)和冬季绿肥种植是提高稻田土壤固碳能力的有效途径。     

不同施肥措施下长江经济带地区农田土壤有机碳含量的变化分析

收集整理1992年1月至2022年5月长江经济带地区长期定位施肥试验文献,提取并整合了其中农田土壤有机碳的资料.采用归一化处理和变化速率的分析方法,研究长期不同施肥措施下长江经济带地区农田土壤有机碳含量的总体变化,并比较3种耕作模式及不同土壤类型下土壤有机碳含量的变化差异,判断分析试验持续年限长短对土壤有机碳动态的影响.结果表明,在长期不同施肥措施下,我国长江经济带地区农田土壤有机碳含量整体呈上升趋势,无机氮肥磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单独施用有机肥(O)和有机无机肥配施(NPKO)处理均能增加农田土壤的有机碳含量,其中以NPKO处理为最大,而单独施用无机氮肥(N)则会降低土壤有机碳含量.旱田、水田和水旱轮作农田土壤有机碳含量变化速率分别为0.22、 0.24和0.16g·(kg·a)^-1,3种耕作模式在土壤固碳效果方面并无显著性差异.O和NPKO处理下所带来的有机碳相对快速增加效应在旱田土壤中的持续年限最高不超过28 a,而在水田及水旱轮作土壤中依然可以持续到28 a以上.在不同的土壤类型下,土壤有机碳含量的变化速率存在着一定的差异,平均有机...     

江汉平原农田土壤有机碳分布与变化特点:以潜江市为例

以地处江汉平原腹地的潜江市农田土壤(水田、旱地)为研究对象,于2011年实地采样分析表层土壤(0~20 cm)有机碳的分布现状,并对比第二次土壤普查(1983年)资料,探讨28 a来江汉平原农田土壤有机碳的分布与变化特点.结果表明,2011年潜江市农田表层土壤有机碳密度为30.50 t·hm-2,碳储量为452.82×104t,与1983年相比有明显下降,下降速率分别为0.10 t·(hm2·a)-1和1.53 t·a-1,碳储量共损失了9%.两个时期水田土壤有机碳密度均明显高于旱地土壤,分别是旱地土壤的1.6倍和1.3倍,但是经过28年的常规耕作管理,水田土壤有机碳密度呈下降趋势,下降速率为0.23 t·(hm2·a)-1,导致的有机碳损失为52.83×104t,损失比例达16%;而旱地土壤有机碳则以0.05 t·(hm2·a)-1的速率缓慢增长,碳储量共增加了8.57×104t,增加比例为5%,远不能抵消水田土壤的有机碳损失.水田土壤碳储量的损失主要来自于低产潜育型水稻土碳密度的大幅下降所致(尽管其所占面积比例较小),其碳损失量占水田碳损失量的比例达80%;其次为占水田面积比例最大的潴育型水稻土,其碳损失量占水田碳损失量的15%.旱地土壤碳储量增长缓慢,完全来自于面积占96%的灰潮土有机碳密度的增长.因此,江汉平原区水田土壤有机碳的变化决定了农田土壤有机碳的整体动向,今后需着力提升有机碳下降迅速的低产水田以及面积较大的土壤类型的有机碳积累和固持能力.     

秸秆还田对江西农田土壤固碳影响的模拟分析

秸秆还田等农田管理措施能有效地增加土壤碳储量,从而有利于减缓大气CO₂浓度的上升趋势。论文基于环境政策综合气候模型(EPIC),采用千烟洲生态试验站和鹰潭生态试验站农田监测场长期观测数据,验证和优化了EPIC模型参数,同时利用1990-2010年江西省气象资料以及土壤清查资料,模拟分析了4种秸秆还田(CR)比例情景下2010-2030年江西省水稻田土壤的固碳潜力。研究结果表明,无秸秆还田 (CR0%)和秸秆还田25%(CR25%)两种处理下耕作层土壤有机碳储量分别下降21.3%和6.5%,秸秆还田50%(CR50%)和100%(CR100%)处理下土壤有机碳储量分别增加5.4%和11.9%;相对CR0%情景而言,CR25%、CR50%、CR100% 情景下江西省水稻田土壤总固碳潜力分别为6.43、14.92和25.26 TgC(1 Tg = 10⁶ t)。研究结果表明,通过合理的调控措施,采用保护性耕作(秸秆还田)是提高水稻田土壤固碳能力的一种有效途径。     

黄河三角洲芦苇湿地土壤有机碳储量沿盐分梯度的变化特征

以黄河三角洲芦苇湿地为研究对象,于2019年6月自海向陆沿盐分梯度采集土壤和植物样品,研究了不同盐度条件下芦苇湿地土壤有机碳含量和储量的空间分布特征及其与土壤属性和植物地下生物量的关系.结果表明,黄河三角洲芦苇湿地100 cm深土壤有机碳储量为4.46～7.65 kg·m^-2,平均值为6.24 kg·m-2.表层浓度因子值表明研究区土壤有机碳储量主要受植物循环作用的影响.表层（0～30 cm）土壤有机碳含量的变异系数较大,至60 cm时变异趋于稳定.总体上,该区域土壤有机碳主要集中在0～60 cm的土层中,占1 m深土壤有机碳储量的70.69%.植物地下生物量在1.24～2.81 kg·m^-2范围内,植物地下生物量随着土壤盐度的增加而降低.此外,土壤盐度与30 cm深土壤有机碳含量呈显著负相关（p<0.05）;土壤有机碳含量和储量与土壤含水率显著正相关（p<0.05）.     

吉林前郭水田土壤有机碳垂向分布规律和储量研究

以吉林省前郭水田区为研究对象,空间尺度代替时间尺度方法,采用开发时间4～55 a共7个不同年限的土壤实测数据,研究1 m水田剖面土壤有机碳含量(SOC)的垂向分布规律,探讨近20年来水田土壤碳源、汇,估算了前郭水田土壤有机碳库储量,并结合吉林西部第二次土壤普查数据,进行不同土地利用类型土壤SOC的差异特征对比分析.结果表明,水田SOC自上而下逐层递减,随着开发年限的增加总体呈增长趋势,表土层(0～30 cm)有机碳储量(1 820.79 t)占1 m深土壤总有机碳储量(3 885.05 t)的46.87%,不同土地利用类型的土壤有机碳密度(SOCD)差异很大,从大到小依次为水田、旱田、盐碱地,水田开发是一个SOC积累的碳汇过程,有利于实现有机碳由表土层向底土层的转移.     

生物炭对农田土壤-植物系统有机碳储量的影响

为探究生物炭对农田土壤有机碳储量以及作物固碳量的作用效应,在长江中下游地区地带性土壤黄棕壤上设置田间小区试验,采用玉米-小麦轮作方式,在不同生物炭用量[0.0 kg/(m~2·a)-(CK)、0.5 kg/(m~2·a)-(BC1)、4.5 kg/(m~2·a)-(BC2)]条件下,对土壤有机碳含量、作物生物量、作物光合固碳量等指标进行了测定分析,并估算了试验条件下农田土壤-植物系统有机碳储量。结果表明:(1)在0~20cm土层,BC2处理两季玉米收获时的土壤有机碳储量(3.72和3.77 kg/m~2)分别比CK处理增加18.93%和19.23%。小麦季BC2的土壤有机碳储量达3.43 kg/m~2,也比CK增加了12.83%。BC1处理比CK虽有增加,但未形成显著差异。土壤有机碳含量是土壤有机碳储量增加的基础。(2)两季玉米收获时其BC1处理的单株固碳量未显著高于对照,BC2处理的玉米单株固碳量(80.06和80.69 g/株)则分别比对照提高6.46%和7.16%。在小麦季,2个生物炭处理的植株单株固碳量均高于对照,尤以BC2处理较为突出,其单株固碳量达到3.06 g/株,比对照显著提高16.17%。作物生物量对植株单株固碳量有显著贡献。(3)就土壤-植物系统有机碳储量而言,BC2处理下,在两季玉米收获时该值分别为4.42和4.50 kg/m~2,显著高于CK处理,增幅达16.75%和17.09%。小麦季BC2处理的土壤-植物系统有机碳储量也达到了3.70 kg/m~2,比CK显著提高13.07%。在三季作物中,土壤有机碳储量占整个土壤-植物系统有机碳储量的80%~93%,土壤是农田生态系统碳增汇的主要来源,减少土壤碳排放可以使整个农田生态系统固定更多的碳。     

长期秸秆还田对塿土耕层土壤有机碳库的影响

在关中平原塿土(土垫旱耕人为土)上施用化肥的条件下,进行不同用量玉米秸秆直接还田(低秸9 375 kg·hm^-2,中秸18 750 kg·hm^-2,高秸37 500 kg·hm^-2)、间接还田(厩肥,37 500 kg·hm^-2)的长期定位试验21 a,观测和分析了耕层土壤有机碳的储量及氧化稳定性等的变化。结果显示,与单施化肥相比,秸秆直接或间接还田均可显著提高土壤有机碳含量,耕层土壤有机碳储量分别增加了12%(低秸)、24%(中秸)、41%(高秸)和39%(厩肥)。施用秸秆和厩肥21 a,土壤有机碳累积系数平均分别为5.6%和7.2%。秸秆直接还田和厩肥均使土壤有机碳的氧化稳定性降低,胡敏酸的能态升高且保持相对稳定。以上结果表明,秸秆直接或间接还田不仅能显著提高土壤有机碳储量,也能明显改善土壤有机碳的活性和质量,是提高农田固碳能力、促进农业可持续性的重要措施。     

土地利用方式下土壤有机碳特征及影响因素——以后寨河喀斯特小流域为例

为研究喀斯特小流域土壤有机碳空间分布与土地利用之间的关系,基于网格法在后寨河流域挖掘了2 755个土壤剖面,并采集了22 057个土壤样品。分析了后寨河流域不同土地利用方式下土壤有机碳密度特征。结果表明：后寨河流域土壤有机碳密度主要受人为干扰、土壤厚度与岩石裸露率的制约。不同利用方式土壤有机碳密度（0~100 cm）总体上呈现以下规律：水田>旱地>经果林地>园地>草地>弃耕地>坡耕地>乔灌木林地>乔木林地>荒地>灌木林地>灌草地。后寨河流域100 cm土壤有机碳平均碳密度为8.70 kg/m²,低于中国土壤有机碳平均密度10.83 kg/m²,总有机碳储量为5.39×10⁸ kg。科学合理地进行土地利用方式调整与管理,可以增大喀斯特小流域土壤有机碳储量。     

松嫩平原玉米带土壤碳氮比的时空变异特征

土壤碳氮比(C/N)是土壤质量的敏感指标,是衡量土壤C、N营养平衡状况的指标,它的演变趋势对土壤碳、氮循环有重要影响.通过野外调查、采样和分析,运用地统计学方法和GIS技术,探讨1980～2005年松嫩平原玉米带土壤C/N的时空变化规律.结果表明,1980年和2005年土壤C/N的平均值分别为10.56和12.30.2...     

中国典型农田土壤有机碳密度的空间分异及影响因素

农田土壤有机碳密度（SOCD）是衡量土壤肥力和土壤质量的重要指标.为理解我国农田SOCD空间分异特征及其影响因素,基于中国生态系统研究网络19个典型农田生态站2005~2015年SOCD的监测数据,利用地理探测器方法,分析了农田SOCD空间分异的影响因素.结果表明,我国不同站点农田SOCD平均值变化范围为0.83~4.97 kg·m^-2,并呈现出湿润季风区高于干旱半干旱地区的空间分异特征.在不同土地利用方式下,水稻田SOCD明显高于其他类型的农田,并且其表现出显著增加的趋势（P<0.05）,增加速率为0.13 kg·（m²·a）^-1.土壤理化性状和降水量是影响农田SOCD空间分布的重要因素,特别是土壤碱解氮含量对农田SOCD空间分布影响最大,且它分别与纬度、土壤类型、降水量及土壤pH等因素交互后影响力显著增强,本研究结果对我国农田温室气体减排增汇提供重要的科学依据.     

青海乐都县30a来农田表层土壤有机碳储量变化特征

青海省地处高寒区,近几十年来针对这一区域农田生态系统中土壤有机碳(SOC)库变化及其影响因素的研究较少。研究利用第二次土壤普查数据(1982年),结合近期(2011年)重复采集的田间土壤样品,以土壤类型为单元,对县域尺度(青海乐都县)农田表层(0~20 cm)SOC库的时空变化特征进行分析。结果表明:1乐都县1982年表层有机碳密度(SOCD)为3.8kg·m-2,2011年降低至2.8 kg·m-2,30 a间降幅达26%,且呈东北部和南部降低、西北地区增加的趋势;2乐都县1982年表层SOC储量1.8×106t,2011年1.4×106t,30 a间降幅达24%;3土壤类型中,草甸土、栗钙土和黑钙土表现为丢碳,速率分别为-137.3、-35.0、-91.0 g C·m-2·a-1,潮土和灰钙土表现为固碳,速率分别为9.7、7.3 g C·m-2·a-1,且30 a来各土类SOCD变化率与1982年SOCD呈负线性相关(y=0.35-0.13x)。     

关中地区农田土壤有机碳固存速率及影响因素：以陕西武功县为例

以武功县为例,通过计算农田土壤碳储量及固碳速率,明确关中地区农田土壤有机碳动态变化的规律,进而揭示农田土壤有机碳与自然因素、人为因素的关系.结果表明:①80%的样点0～20 cm农田土壤有机碳含量在8.0～12.0 g.kg-1之间,总体上呈现正态分布.②武功县2011年0～20 cm农田土壤有机碳密度为26.3 t.hm-2,低于全国农田耕层土壤有机碳密度平均水平(33.45 t.hm-2).近30年农田土壤固碳速率为71.3 kg.(hm2.a)-1,近5年农田土壤固碳速率为480 kg.(hm2.a)-1,近期固碳速率高于全国农田耕层土壤平均固碳速率[380.78 kg.(hm2.a)-1].③在半湿润平原地区,土壤有机碳含量主要受土壤类型、地貌类型、有机肥投入的影响,其中土壤类型可解释30.2%的有机碳变异性,地貌类型可解释37.7%,有机肥可解释32.1%.综合分析表明,武功县农田土壤有机碳密度在过去30 a间呈增加趋势,这可能与化肥的施用和秸秆还田有关,具体有多大的影响程度还需进一步研究.     

黄土区果园和刺槐林生态系统土壤有机碳变化及影响因素

果园和刺槐是黄土区小流域综合治理中两种典型土地利用方式,对比分析二者土壤固碳功能变化有助于深入了解小流域综合治理条件下陆地生态系统土壤碳循环过程及其影响因素.在中国科学院长武黄土高原农业生态试验站,针对20世纪80年代以来综合治理的王东沟小流域,选取坡地上不同生长年限苹果园和刺槐林群落,测定表层(0~20 cm)土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)以及根系生物量和地表凋落物含量,研究不同治理措施下SOC的变化特征及其影响因素.结果表明:1随生长年限的增加,苹果园中SOC、TN含量呈降低趋势,而刺槐林中呈增加趋势.与农地(对照)相比,3年、8年、12年、18年苹果园SOC、TN含量分别降低了3.26%、10.54%、18.08%、22.55%和-8.08%、-0.48%、4.97%、16.91%,12年、18年、25年刺槐林SOC、TN含量分别增加了5.31%、32.36%、44.13%和2.49%、15.75%、24.22%;23年、8年、12年、18年苹果园细根生物量,分别为农地(对照)的25.97%、66.23%、85.71%和96.10%,凋落物量均为0 g·m-2,而12年、18年、25年刺槐林细根生物量相较农地(对照),分别增加了23.53%、79.41%、157.35%,凋落物输入量分别为194、298、433g·(m2·a)-1;3有机物输入差异是导致果园和刺槐生态系统土壤固碳功能差异化的重要原因.     

Organic carbon stock in topsoil of Jiangsu Province, China, and the recent trend of carbon sequestration

Data collection of soil organic carbon(SOC) of 154 soil series of Jiangsu, China from the second provincial soil survey and of recent changes in SOC from a number of field pilot experiments across the province were collected. Statistical analysis of SOC contents and soil properties related to organic carbon storage were performed. The provincial total topsoil SOC stock was estimated to be O. 1 Pg with an extended pool of 0.4 Pg taking soil depth of 1 m, being relatively small compared to its total land area of lOl?00 km^2. One quarter of this topsoil stock was found in the soils of the Taihu Lake region that occupied 1/6 of the provincial arable area. Paddy soils accounted for over 50% of this stock in terms of SOC distribution among the soil types in the province. Experimental data from experimental farms widely distributed in the province showed that SOC storage increased consistently over the last 20 years despite a previously reported decreasing tendency during the period between 1950--1970. The evidence indicated that agricultural management practices such as irrigation, straw return and rotation of upland crops with rice or wheat crops contributed significantly to the increase in SOC storage. The annual carbon sequestration rate in the soils was in the range of 0.3-3.5 tC/(hm^2. a), depending on cropping systems and other agricultural practices. Thus, the agricultural production in the province, despite the high input, could serve as one of the practical methods to mitigate the increasing air CO2.     

长期施肥对棕壤有机碳储量及固碳速率的影响

利用棕壤肥料长期定位试验,研究了不同施肥条件下棕壤有机碳在0~60 cm土层的含量和储量特征以及土壤固碳速率.试验共设6个处理,即氮磷肥有机肥配施(M_2NP)、氮肥有机肥配施(M_2N)、单施有机肥(M_2)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)和不施肥处理(CK).结果表明:经过31年长期不同施肥,各处理土壤有机碳(SOC)含量和储量的剖面分布均呈现随土层深度增加而显著降低的规律.本试验条件下M_2NP、M_2N、M_2、NP、N、CK处理的耕层有机碳富集系数分别为0.465、0.455、0.407、0.48_2、0.393、0.471,表明耕层土壤对有机碳的保持强度最强.在0~60 cm土层土壤有机碳储量表现为M_2NP、M_2NM_2、NPNCK,有机肥和化肥配施能够显著提高土壤有机碳含量和储量.与试验前相比,CK处理各土层土壤有机碳含量和储量均显著降低.各处理碳库管理指数(CPMI)表现为M_2NPM_2NM_2NNPCK.分析不同施肥处理土壤固碳速率可知,与试验前相比,CK处理表现为碳的净释放,固碳速率达-401.4 kg·hm~(-_2)·a~(-1);固碳速率最高的为M_2NP,M_2N,分别达到489kg·hm~(-_2)·a~(-1)、440._2 kg·hm~(-_2)·a~(-1).综合结果表明,化肥、有机肥配施所产生交互效应更有利于棕壤有机碳储量的增加及固碳速率的提高.     

山东黄河下游流域土壤碳储量及时空变化研究

全球气候变暖及其影响是当前人类面临的重大环境问题之一,大气CO2浓度的剧增为人类生活带来的诸多环境问题越来越严重。土壤有机碳是陆地生态系统碳库的重要组成部分,它的微小变化直接影响大气温室气体的浓度。本文利用2003~2010年多目标区域地球化学调查及20世纪80年代全省第二次土壤普查碳数据,对山东省黄河下游流域土壤碳密度、碳储量及时空变化规律和固碳潜力与机制进行了研究,结果表明,1.0 m土层有机碳库约占我国SOCP的3.28%;表现出"碳汇";水稻土碳密度最高、砂姜黑土次之,滨海盐土最低;研究区0~1.0 m土层固碳潜力为1.02×109t,相当于可减少大气中0.081%CO2浓度。通过相关性分析表明,在土壤中增施有机肥和N、P、K肥,以及施用Zn等矿质肥料可有效提高土壤中的有机碳量,提升土壤固碳能力,而含Cl量过高是滨海土壤固碳的破坏性因素。本研究为缓解大气CO2浓度的剧增的环境压力,发挥和提高我国土壤生态系统的固碳潜力提供了科学依据。     

土壤碳储存功能价值评估方法探讨——以三江平原湿地土壤为例

天然湿地土壤具有碳储存的功能,能够减缓全球气候变化。以三江平原湿地土壤为例,提出储碳功能价值评估方法的分类体系,介绍了不同方法的基本原理、适用条件和局限性,并根据理论上的合理性、方法上的简便可行性、现实的不确定性以及对于当地的适用性等原则对各种方法进行评价和排序,试图从多种货币化方法的评价结果中找到一个比较合理的单位储碳价值量取值范围,用来估算湿地土壤的储碳价值。评价对单位储碳功能的价值估算取5～25US＄/t碳,三江平原湿地土壤储碳总价值为31.0×108～155.2×108US＄,农业开发造成的湿地储碳功能的经济损失为10.8×108～53.8×108US＄,平均每年每hm₂的碳损失约为4.3～21.5US＄。