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黄淮海地区不同作物体系土壤有机碳的变化趋势及影响因素

王文静  
【摘要】: 土壤有机质与气候变化和粮食安全等重大问题密切相关,也是目前国内外研究热点。黄淮海地区作为我国重要的农产品基地,土壤有机质的提升与否更是关系到我国甚至世界的碳循环问题。为此,本研究利用统计数据、文献等资料,运用有机质平衡原理,就黄淮海地区三省两市的有机肥资源量、利用状况、土壤有机质的变化情况以及土壤有机质的变化量与碳投入的关系进行了初步探讨。研究结果表明: 1.对于黄淮海地区5-15年长期定位试验:长期施肥下,若不考虑氮肥施用,土壤有机质变化量与秸秆根茬碳还田量呈正相关关系;不考虑秸秆还田,土壤有机质变化量与氮肥施用量呈负相关关系;但其相关系数均较低。若分为高量和低量施氮两种情况,土壤有机质变化量与秸秆根茬碳还田量之间均呈极显著正相关关系。氮肥施用对土壤有机质积累与碳投入关系具有较大影响。高量施氮下的维持土壤有机质平衡的碳投入量(MSC)是7254 kg/hm2,低量施氮的MSC是1297 kg/hm2,前者是后者的5.6倍。由此可见,大量施用氮肥会使MSC增加,降低了投入碳的积累。 2.小麦玉米根系分泌物中碳素含量巨大,也是土壤有机碳的重要来源,因此在今后研究中不应忽视这部分碳量。黄淮海地区1980年-2005年秸秆根茬碳无论是总量还是还田的碳量整体均呈上升趋势,三省两市中除北京从1995年总量和单位面积碳还田量呈现下降趋势外,其他省市均呈上升趋势。 大田土壤有机质整体均呈上升趋势,1995年以前上升平缓,而之后则波动较大,北京地区甚至出现了下降趋势。黄淮海地区1980-2005年大田土壤有机质与碳还田量整体相关性并不显著。但在施氮量较少的80年代,黄淮海三省两市土壤有机质变化量与碳投入均呈极显著正相关关系;而进入施氮量较高的90年代以后,北京、河北两地土壤有机质变化量与碳投入相关性不显著,天津、山东两地呈显著正相关关系,河南则呈极显著正相关关系。因此可知,黄淮海地区大部分地区从90年初进入高量施氮时期,其中山东是最早进入的省份,河南是最晚进入的省份,且高量施氮的MSC明显大于低量施氮。 3.从1980年-2005年北京、天津、河北和河南人畜粪尿整体呈上升趋势。作为直辖市的天津与北京,人粪尿数量占人畜粪尿总量的比例始终较高,为50%左右;而河北、河南两省由于畜禽养殖业发展迅速,导致畜禽粪尿占人畜粪尿的比例从1980年的20%上升到2005年的80%,可见畜禽养殖业迅速发展的同时也产生了大量的畜禽粪尿。 2000年-2005年北京和天津两地菜田土壤有机质含量均呈下降趋势,河北与河南两省呈上升趋势。菜田2000年-2005年土壤有机质的变化量与碳投入的关系除河南省相关性不显著外,天津呈极显著正相关关系,北京和河北呈显著正相关关系。达到显著相关的三省市的MSC分别为3737.4 kg/hm2、2937.6 kg/hm2和4765.4 kg/hm2。 4. 2000年-2005年黄淮海地区天津市果园单位面积碳还田量最低,河北省最高,河北省是天津市的3.3倍。除河南省近几年单位面积碳还田量基本不变,北京、天津和河北三地均呈上升趋势。除天津市果园土壤有机质含量呈下降趋势外,北京市、河北与河南两省均呈小幅上升趋势。对于土壤有机质的变化量与碳投入的关系,仅河北呈极显著正相关关系,天津呈显著正相关关系,北京和河南均相关性不显著。 5.三种种植体系中,土壤有机质的含量是菜田大田果园:大田土壤有机质25年来年均增长率虽然较小,但整体呈上升趋势;果园有机质1999-2005年的年均增长率大于菜田,且菜田土壤有机质含量有两地呈下降趋势,而对于果园土壤,仅天津市呈下降趋势,年均下降率小于菜田土壤;无论果园还是菜田土壤有机质,天津市均呈下降趋势。


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