不同尺度区域农田土壤有机碳分布与变化

【摘要】： 碳储存与变化研究是全球陆地生态系统碳循环和应对气候变化的重要课题,近期研究表明农田土壤具有重大的固碳潜力。中国拥有总耕地面积130M hm~2的农田,约占全球的7%,然而,中国农田土壤固碳潜力和固碳持续期尚未得到量化。农田生态系统土壤碳库受到强烈的人为干扰,同时又可以在较短的时间尺度上进行人为调节,研究不同尺度区域,影响土壤有机碳固定的因素显得更加迫切。 本文选择县域(安徽省池州市贵池区)、省域(安徽省)和国家(中国)三种尺度来研究农田土壤有机碳时空差异及影响因素,采用第二次土壤普查资料(安徽省216个土种及218个典型剖面,贵池区66个土种),全国1980-2007年以来的耕作土壤的实测数据(1099个样点,其中,416个水稻土,683个旱作土),典型土种连续监测数据(5个)和县域尺度高密度均衡布点采样(5048个土样)调查分析,研究农田土壤有机碳的分布与变化,讨论了农田土壤有机碳的影响因素。主要结果如下: 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%。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%。安徽省第二次普查资料统计表明,全省表层土壤平均有机碳密度为31.64±16.39tC/hm~2,其中,水稻土耕层有机碳密度为27.7±6.72tC/hm~2,犁底层有机碳密度为14.11±6.44tC/hm~2。林地土壤表层有机碳密度(36.36±18.75tC/hm~2)高于全省表层土壤平均有机碳密度,旱作土壤表层有机碳密度(17.58±6.07tC/hm~2)则低于全省平均值。近20年来全国水田耕层有机碳含量为旱地耕层有机碳含量的175%-176%。 安徽省土壤有机碳库为0.71Pg,其中,表层土壤有机碳总量达0.28Pg。在表层碳库中,林地＞水稻土＞旱地。表层有机碳库按地理区域碳库的大小为:皖南区＞江淮丘陵区＞淮北平原区＞皖西大别山区＞沿江平原区。气候和植被控制着表层土壤有机碳的省域分布,降水与土壤有机碳含量呈正相关。地形和母质影响土壤亚类间的有机碳的差异,土壤总氮与土壤有机质呈极显著相关,平原区土壤粘粒含量与表土有机碳固定有较大关系。 近20多年来,中国水稻土和旱作土的有机碳含量70%样本上升,上升或下降幅度超过90%的样本集中在-1%～4%。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%。 农田土壤有机碳与地貌、植被、气候等自然地理因素相关。贵池区(县域尺度)的农田土壤有机碳含量按地貌类型由高到低的顺序为:平原＞盆地＞山地＞丘陵,位于平坦地貌部位的农田土壤有机碳高于处于岗坡地、低洼渍水处的SOC。位于南坡、东坡的农田SOC高于北坡、西坡的田块。安徽省域土壤有机碳密度则是:皖南山区＞皖西大别山区＞沿长江平原＞江淮丘陵区＞皖北平原区。降水和植被类型控制土壤有机碳的省域分布,降水与土壤有机碳含量呈正相关,地形和母质影响土壤亚类的有机碳分布格局。全国尺度农田耕层土壤有机碳的含量受制于气候因素中的年均气温与降水。 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P、碱解氮呈正相关。水稻土黏粘含量与有机碳呈正相关,而旱作土则无线性相关。安徽省域分析表明:林地、水稻土和旱作土壤表层有机碳量与总氮之间的相关系数(R)均大于0.78,农田土壤粘粒含量与土壤有机碳固定也有一定关系。 使用监测数据定量估算了中国农田土壤有机碳固定量和有效持续时间,旱地和水稻土分别需要34年和27年。利用有机碳的年增加率(RAI)的绝对值估算旱地和水稻土分别需要36年和29年。使用这些值估算出表土年均碳增额为32.0±65.4 Tg/yr和33.6±77.5Tg/yr(面积加权),1982-2006整个中国农田表层的总碳增额为0.77±1.57 Pg和0.81±1.86 Pg(面积加权)。旱地和水稻土的RAI值和原始的有机碳量呈负相关关系,表明有机碳含量低的土壤有较大固碳能力,估算得出旱作土和水稻土的固碳潜力为16.1g/kg和26.7g/kg。

【关键词】：农田土壤 碳固定 影响因素 固碳持续期 贵池区 安徽省 中国
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：S153.6
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