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《南京农业大学》 2007年
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南方水田土壤有机碳变化特征及保护性耕作增碳效应研究

许泉  
【摘要】: 随着全球环境变化,尤其是以温室气体升高为起因的变化趋势日益明朗,世界各国学术界和政界对如何减缓全球环境变化趋势给予高度重视。土壤有机碳是大气和陆地生态系统地上部碳储量的2到2.5倍,土壤有机碳动态直接关系到大气CO2浓度的变化,对全球环境变化的作用巨大。 耕作制度是以作物种植和土壤管理为核心的种植技术体系,对农田土壤有机碳的稳定和累积作用显著。越来越多的研究表明,我国近20年来耕作制度演变下农田土壤呈现碳汇效应,尤其是我国南方农区水田土壤碳汇效应尤其突出,固碳潜力大。本文在充分了解南方农区特征的前提下,通过历史数据收集、文献资料查阅、田间试验、农户调查、生产调研等手段,采用多种定量与定性结合的分析方法,重点研究了南方水田土壤有机碳氮特征、人为干扰对水田土壤有机碳的影响、农户行为与土壤碳氮的关系,拟为南方水田土壤增碳保氮提供理论依据、技术途径和相关配套政策建议。主要研究结果如下: 水田土壤有机碳密度可能更多地受生产技术影响,人为调控潜力大。农田耕层土壤有机碳密度介于0.81~12.68 kg/m2,平均为3.15 kg/m2。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。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。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。 农田土壤有机碳氮之间存在显著的耦合关系,相同氮水平下水田土壤可能储存更多的有机碳。不同种植方式下,水田土壤平均有机碳和全氮含量比旱地分别高47.8%和41.4%,但水田碳氮的区域变异低于旱地。全国土壤有机碳氮在水田和旱地利用下平均分别为10.8和9.9,区域内水田土壤碳氮比普遍高于旱地,其中东北地区水田最高,而华东旱地和西北旱地为最低。区域之间相比,旱地碳氮比的区域变异显著,水田的不显著。 不同类型水田土壤的有机碳氮特征及其关键影响因子差异显著,在增碳保氮技术选择上要充分考虑区域土壤类型差异。潜育型水田土壤有机碳密度最高,比最低的淹育型土壤高75.97%,两者的碳氮比差值为1.31,也达到显著水平。影响土壤有机碳密度关键因子是耕层厚度和土壤全氮含量,除潴育型土壤外,均达到了显著的正相关关系。不同类型土壤碳氮比的关键作用因子不同,其中耕层厚度与所有土壤的碳氮比相关不显著。 有机无机肥配合施用是土壤增碳保氮的关键技术,秸秆还田能提高土壤有机碳密度,但提高幅度有限。无论是双季稻区或单稻区,长期有机无机肥配合施用下,土壤有机碳密度和土壤C/N比均显著提高。近20年来,有机无机肥配合施用与纯化肥区相比,土壤有机碳密度和C/N比在双季稻区分别提高了20.46%和6.43%,但肥力水平较高的单季稻区仅分别提高了3.73%和4.51%。秸秆还田达到一定值后,进一步提高秸秆还田,土壤增碳效应不明显。 保护性耕作技术具有很好的增碳保氮效应,但技术之间的效应差异显著。以长三角区域为例,油菜面积的扩大、小麦的少免耕和作物秸秆的还田分别约增加土壤耕层有机碳0.94 Tg、2.76 Tg和3.95 Tg,其中以麦稻复种转向油稻复种的单位面积碳收集效应为最高。 计量经济模型分析表明,农户生产行为及土地政策对土壤有机碳氮影响显著。农户行为主要与农户的年龄、受教育程度和土地政策相关,不同的农户对于不同土地使用权的土地投入方式不同。而投入的差异,尤其是有机肥投入,显著影响土壤有机碳和氮水平。完善土地使用权,扩大地块规模,可以促进农户采取有利于土壤质量提高的投入增加和技术选择。
【学位授予单位】:南京农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:S154

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【引证文献】
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6 王彩霞;保护性耕作对塿土碳氮分布及性质的影响[D];西北农林科技大学;2010年
7 赵丽;秸秆覆盖度图像处理识别及其对出苗率的影响[D];河北农业大学;2005年
8 赵海涛;山西旱地机械化保护性耕作技术效益研究[D];西北农林科技大学;2005年
9 韩国靖;2BY-2硬茬播种机的研究[D];吉林大学;2007年
10 陈建强;保护性耕作农田土壤风蚀特性风洞试验研究[D];内蒙古农业大学;2010年
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