基于长期试验资料对中国农田表土有机碳含量变化的估算 - 生态环境学报

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1、吴乐知等：基于长期试验资料对中国农田表土有机碳含量变化的估算1775基于长期试验资料对中国农田表土有机碳含量变化的估算吴乐知1，2，蔡祖聪11.土壤与农业可持续发展国家重点实验室//中国科学院南京土壤研究所，江苏南京210008；2.中国科学院研究生院，北京100049摘要：分析了文献报道的我国26个长期试验站点29个长期试验的农田土壤有机碳变化情况，并据此分析了近20年来我国农田土壤表层有机碳储量的可能变化范围。收集的长期试验涉及水稻土、红壤、黑土、棕壤、潮土等15种土壤类型。选择每一长期试验的

2、不施肥对照（0类）、有机碳含量增长最慢或下降最快（I类）、增长最快或下降最慢（II类）、纯化肥NPK平衡施肥（III类）4种处理进行分析，分别代表极端耗竭、不合理施肥、增长潜力和常见施肥情景下的土壤有机碳含量（储量）变化。结果表明，对照土壤的有机碳含量变化速率平均为-0.06g·kg-1·a-1；I、II、III类处理情景下土壤有机碳含量变化率分别为-0.008g·kg-1·a-1、0.29g·kg-1·a-1和0.05g·kg-1·a-1。据此推算，在极端耗竭情景下，过去20年全国农田表土有机碳

3、贮量减少419Tg；在I、II或III类处理情景下，农田表层土壤有机碳储量变化分别为下降99Tg、增加1.56Pg和增加208Tg。II类和III类处理情景的有机碳储量变化量差值表明，我国农田表层土壤具有较大的固碳潜力。关键词：农田土壤有机碳；长期站点；变化；估算中图分类号：X144文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）06-1768-07吴乐知等：基于长期试验资料对中国农田表土有机碳含量变化的估算1775按照UNFCCC对温室气体“汇”的定义，只要土壤碳储存量增加都可以认为起到了

4、碳“汇”的作用。农业生态系统贮存碳是全球碳和陆地生态系统碳的重要组成部分，而且是其中最活跃的部分。相对于其它陆地生态系统，特殊的经营目的使得农田生态系统中土壤成为贮存碳的主要场所，占全球土壤碳储量的6.37%~10.52%，地上生物贮存碳很少，不足陆地生态系统植物贮存碳总量的1%[1,2]。农田生态系统贮存碳占陆地生态系统贮存碳总量的5.29%~6.71%[1,3]。农田土壤有机碳含量的增加一般提高土壤肥力和生产力，同时增加对大气CO2碳的固定。因此研究区域以及国家尺度下农田土壤有机碳含量的变化，

5、估算农田土壤固碳潜力，可为通过管理达到“土壤碳贮量”的增加而使之成为大气CO2“汇”，实现农业可持续发展提供科学依据[4]。20世纪70年代末到80年代初，全国第二次土壤普查获得了较为详细的全国范围内的土壤性状资料，很多学者利用这些数据对我国土壤有机碳储量进行了估算，如我国1m土壤深度的有机碳贮量估算值为70Pg到90Pg[5-7]，其中表层土壤碳库为38~39Pg，农业土壤约占5Pg[8]。Wu[9]等估计由于自然土壤开垦后耕地土壤总有机碳库的损失为7.1Pg，Song[8]等估算耕地土壤表层有

6、机碳库损失约为2Pg。李长生[10]运用DNDC(DeNitrificationandDeComposition)模型对20年来我国农田土壤有机碳变化进行了估算，结果显示中国农业土壤每年丢失碳73.8Tg。自第二次全国土壤普查以来，国内不少学者对不同区域，特别是小尺度区域内土壤有机碳的变化进行了大量的研究，然而对于全国尺度下的农田土壤有机碳库20年来的变化却鲜有报道。黄耀等[11]通过调研区域农田土壤有机碳变化的文献，指出20年来中国大陆农田表土有机碳贮量总体增加了311~401Tg。本文试图通过

7、对全国长期农田试验有机碳含量变化的文献资料的整理和分析，分析20年来我国大陆农田土壤表层土壤有机碳含量（储量）的变化及其农田土壤固碳潜力。1资料来源本文研究的资料来源于中国期刊网以及维普科技期刊网所收录的农田长期试验土壤有机碳含量变化的文献，共计32篇。各土类耕地面积数据来源于全国土壤普查办公室编著的中国土壤[12]和中国土种志[13-18]，全国耕地面积数据来源于中国自然资源数据库农地面积资料[19]。2处理情景从检索到的长期试验文献中可以看出，长期试验一般包括四大类处理：对照，单纯无机肥，单纯

8、有机肥，无机与有机肥配合。无机肥处理还可以按照NPK肥组合以及施肥量的多少进一步细分；有机肥处理也可以按照有机肥来源（例如秸秆、厩肥等）和施用量进一步细分。由于各长期试验即使是同一处理，如NPK化肥配合施用，施用量也各不完全相同，所以，不可能按完全相同的处理进行归类。然而，吴乐知等：基于长期试验资料对中国农田表土有机碳含量变化的估算1775可以根据对土壤有机碳含量的影响，将处理归为不同的处理情景。然后，计算每一处理情景下土壤有机碳含量的变化趋势。不施肥的对照处理下，土壤有机碳处于极