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《中国农业科学院》 2018年
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我国典型农田土壤固碳效率的时空差异特征及驱动因素

梁丰  
【摘要】:土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)是土壤肥力核心,且与全球碳循环密切相关。SOC的变化不仅受到碳投入量多少的影响,还受输入碳的转化率的影响,后者被称为固碳效率(carbon sequestration efficiency,CSE)。CSE表示单位外源有机碳转化为土壤有机碳百分比。本研究针对长期施肥条件下我国典型农田土壤表层及深层固碳效率时空差异特征及驱动因素不明确,以及不同碳组分对SOC的相对贡献率不明确的问题,选取了我国8个长期定位试验点的三个处理:不施肥(CK),施用化学氮磷钾肥(NPK)及化肥配施有机肥(NPKM),收集其从试验起始年份至2009/2010年的土壤性质,气候因子及作物产量等数据,通过数据分析,得到以下结论:(1)施肥对外源碳投入和ΔSOC(NPKMNPKCK)有显著影响,并且黑河(HH)的固碳效率(CSE)显著低于其它点位。方差分解分析(VPA)的结果表明,相较于气候及外源碳投入,土壤性质可以解释更高的CSE变异。土壤有效氮含量和pH值是解释CSE变异的主要土壤因子,本研究证实了土壤肥力因素对土壤有机碳固存的关键控制作用,并提出了在长期高强度施肥条件下应制定合理的土壤培肥措施来促进土壤碳汇。(2)SOC储量一般随着土壤深度而降低并随施肥量增加而增加(即初始SOC,CKNPKNPKM)。NPK及NPKM处理下,公主岭(GZL)和重庆(CQ)表层和深层土壤SOC储量均显著增加(ΔSOC0),但郑州(ZZ)和祁阳(QY)深层土壤SOC储量无显著变化或显著下降。无论外源碳投入量的多少,我们的模型模拟均支持GZL和CQ 0-60cm的CSE均高于0-20cm,但ZZ和QY相反。土壤性质仍是深层CSE的关键驱动因素。这些结果表明,表层土壤和深层土壤都可以作为重要的土壤碳汇,特别是在NPKM处理下;且深层的CSE在肥力较高的土壤上较高,肥力较底的土壤上较低。(3)研究选取的5点位在起始年份及2009/2010年的表层(0-20cm)SOC 储存量在 18.5-48.8 t ha-1 之间,ASOC 为-2.4-18.9 t ha-1。NPKM及NPK显著提高了 SOC储量及ΔSOC,且均为NPKMNPK。长期施用化肥或者化肥有机肥配施提高了土壤有机碳的储量,其中约有50%左右的相对贡献来自于可氧化态有机碳,而稳定性有机碳的相对贡献也为50%左右。而CK处理下则无明显规律。该研究结果提升了我们对农田系统固碳潜力及其机制的认知,为我国典型区域旱地土壤有机碳的高效提升技术提供科学依据。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S158

【参考文献】
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