中国水稻土碳循环研究进展

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1、许信旺等：中国水稻土碳循环研究进展965中国水稻土碳循环研究进展许信旺1,2，潘根兴1*1.南京农业大学农业资源与生态环境研究所，江苏南京210095；2.池州师专资源环境科学系，安徽池州247000摘要：文章首先分析了水稻土在碳循环研究中的地位和重要性，进而对我国水稻土碳循环的研究现状作了较为详尽的阐述，对其主要研究结论进行了深入的剖析。中国大面积的水稻土自1980年以来显示出有机碳库增加现象，说明水稻田对大气CO2可能产生汇效应。水耕熟化过程是有机碳的积累过程，水稻土的碳密度是旱作土碳密度的2～3倍。水稻土

2、的固碳能力与土壤的微团聚体的粒径有关。但对于水稻土中有机碳的分布和结合状态与农业管理措施、水稻土质量变化、农业生态环境变化的关系仍不清楚。因而建议就这一问题从土壤物理学、化学和生物学的相互作用与土壤微团聚体中矿物质、有机质和微生物的相互结合关系的层面上进行多学科研究。同时提出了今后我国水稻土碳循环的重点研究方向和领域，即从整体和系统的角度来研究碳循环和平衡，从不同的时空区域来研究碳循环的过程和强度。关键词：水稻土；碳循环；碳库；温室气体中图分类号：P467；X144文献标识码：A文章编号：1672-2175（2

3、005）06-0961-06许信旺等：中国水稻土碳循环研究进展965土壤碳库为地球表层生态系统中最大的碳储库。土壤中的有机碳库与无机碳库都是陆地生态系统重要的碳库，对于温室效应与全球气候变化同样有着重要的控制作用。全球土壤有机碳库(SOCpool)达到1.5×103～2×103Pg，是大气碳库的3倍，约是陆地生物量的2.5倍；无机碳库(SICpool)也达0.7×103～1×103Pg[1]。但由于土壤无机碳的更新周期在1ka尺度(有资料表明8500多年[2])以上，因此土壤有机碳库在全球变化研究中显得更为重要

4、。土壤有机碳通过呼吸的CO2排放是决定陆地生态系统碳平衡的主要因子[3]，是土壤碳与大气CO2快速交换的主要形式[4]。过去的研究认为，SOC库70%左右分布于森林土壤；而新近Eswaran等的研究表明，全球森林土壤SOC库约600Pg，仅占全球SOC库的40%左右。苔原带、北方带、温带和热带等4大生态地理区的SOC库均约占25%，而在全球湿润地区土壤储存SOC约470Pg，为全球土壤碳库的35%，远大于冻土和半干旱湿度条件下[5,6]。全球土壤在最近历史时期损失的有机碳碳库约50Pg。土壤碳库是地球系统在长期

5、的演化中形成的，其对当前大气CO2的汇效应以及响应大气CO2升高的库变化的作用还不十分了解，这些库量不足以说明大气CO2的可能汇项的分配。土壤碳的更新周期在中等时间尺度，可能动态地响应大气CO2的升高。因此，实现土壤有机碳的稳定以及增加其碳汇成为全球土壤学界的研究热点，也正成为土壤学影响国际社会全球变化对策的重要工作。SchlesingerWH曾组织了一个“土壤碳固定”的政策论坛，旨在推动社会政府和科学家对土壤碳固定研究的共同关注[7]，美国土壤学会已将这一问题的研究列为近期的主要目标。现有的研究已初步表明水稻

6、土在农业土地利用和全球固碳效益方面具有重要意义，水稻土的碳固定研究将成为陆地生态生态系统碳循环研究的热点。1水稻土碳循环研究进展1.1水稻土有机碳在全球土壤有机碳库中的地位农业生产对土壤有机碳库的效应各异。就水稻生产来说，世界上大多数雨养稻作系统中普遍存在土壤有机碳下降的趋势[8]。不过，统计资料显示，阿尔巴尼亚的农业灌溉38年来湿地土壤有机碳含量显著提高，碳积累速率达到210g·m-2·a-1，因而对大气CO2的固存有积极贡献[9]。而泰国雨养条件下水稻秸秆还田只在第一年提高了土壤全碳，以后并没有显著增加。中

7、国植稻已有7000年的历史，水稻土面积约3000万hm2，占全国耕地总面积的1/4，占世界水耕土面积的23%，生产中国44%的粮食[10]。中国水稻土主要分布于南方各省，东北、西北面积较小，但分布集中，气候和农业利用条件各异。水耕土壤(广义的水稻土)是自然土壤在人为水耕熟化过程中形成的，是特殊的人为湿地土壤，属《中国土壤系统分类》中独特的人为土亚纲，国际上公认为中国特色的土壤。水稻土在土壤发生、肥力特性和利用类型上有广泛的多样性[11,12]。最近几年我们对中国土壤有机碳库进行了统计研究[13,14]许信旺等：

8、中国水稻土碳循环研究进展965，表明中国表层土壤有机碳库约20Pg，其中有6个表层土壤有机碳库在1.0Pg以上，水稻土占1.1Pg，是主要土壤类型之一。水稻土水耕熟化过程中有机碳的积累是普遍趋势。20世纪80年代以来，中国尤其是江苏省水稻土呈现出土壤有机碳库的增长，因此土壤有机碳固定效应十分显著[15]。1.2水稻土与旱作土固碳效益差异灌溉是我国农业的特色。灌溉及其水耕熟化作用是我国大