湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋势

湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋势 湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋 势 第27卷第7期 2006年7月 环境科学 ENVIRONMENTALSCIENCE Vo127.No.7 Ju1.,2006 湖南典型农田土壤有机碳含量及其演变趋势 彭佩钦,一,刘强,黄道友,汪汉林,唐国勇,苏以荣 (1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙410125;2.湖南农业大学资源环境学院,长沙 410128) 摘要:以湖南省沅江市(28.42--29.11N,112.16,112.56E)为代 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf ,通过典型样区密集取样 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 和同一区域的历史资料比 较,研究了洞庭湖区农业用地土壤有机碳的演变趋势,发现稻田土壤有机碳在最近25a中稳步增加,而改为旱地的土壤有机碳 含量减少.2004年典型样区土壤有机碳均值为(26.66?4.93)g?kg-.,主要分布区间为20,35g'kg-.,比1979提高22.64%; 其中耕作 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 为双季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g?kg提高到了2004年的28.12g?kg一,年均增加量约 313.5mg?kgI1(年递增率为1.15%);耕作制度为一季稻的土壤有机碳含量,由1979年的20.29g'kgI1提高到了2004年的 27.25g?kg-.,年均增加量约278.3mg?kg(年递增率为1.16%),耕作制度为水旱轮作的土壤有机碳含量,由1979年的 20.29g?kg提高到了2004年的23.90g?kg-.,年均增加量约144.5mg?kg(年递增率为0.78%),而改为旱地的土壤有机碳 含量,由1979年的20.29g?kg降低到了2004年的18.40g?kg-.,年均减少量约 75.48mg?kg(年递减率为0.37%).方差 分析表明,稻田土壤有机碳的增加达到了极显着水平,改为旱地的土壤有机碳含量 的减少未达到了显着水平.表明洞庭湖区 不同利用类型的土地均是重要的固碳场所,农业用地的土壤有机碳库是大气C02 循环的"汇",而不是"源". 关键词:洞庭湖区;土壤有机碳;耕作制度;变化趋势 中图分类号:X144;$153文献标识码:A文章编号:0250—3301(2006)07.1319—04 ChangeofFarmlandSoilOrganicCarbonContentinTypicalRegioninHunan Province PENGPei—qin',LIUQiang2,HUANGDao—you,WANGHan—lin,TANGGuo— yong,SUYi—rong (1.KeyLaboratoryofSubtropicalAgricultureEcology,InstituteofSubtropicalAgricultures,ChineseAcademyofSciences,Changsha 410125,China;2.CollegeofResourceandEnvironment,HunanAgriculturalUniversity,Changsha410128,China) Abstract:TakingYuanjiangCity(112.16,112.56E,28.42, 29.11N)inHunanProvinceasanexample,thechangesofsoilorganic carboncontentanditsdistributioninfarmlandsoilsinDongtingLakeregionwereinvestigated,basedonthedensesamplingintypical plotsandtheinvestigationofhistoricalmaterials.Theresultsshowedthatsoilorganiccarbonindifferentlandusesandcropping systems,suchasrice/rice,rice,paddy— uplandrotation,increasedstably,butsoilorganiccarbonindrylandinducedinsomeextent. Meansoilorganiccarboncontentinfarmlandsoilsofthetypicalsamplingregionin2004was(26.66?4.93)g'kg-..Comparedwith thatin1979,soilorganiccarboncontentincreasedby22.64%.In1979,soilorganiccarboncontentinpaddysoilmainlyrangedfrom 20g'kg一.to25g?kg 一.(frequencyis62.5%inallsamplingplots),andin2004increasedto20,35g?kg 一.(frequencyis88.0%). ThisindicatedthatsoilsunderdifferenttypesoflanduseinDongtingLakeregioncouldallstor ecarbon,andorganiccarbonpoolin farmlandsoilswouldplay"sink"roleinthecycleofatmosphereC02. Keywords:DongtingLakeregion;soilorganiccarbon;croppingsystems;changingtrend 陆地土壤是地球表面最大的碳库,其有机碳储 量高达2000Pg…,其中农田土壤贮存的碳占土壤碳 贮量的8%,10%.3J.据Buringh估计全球农业土 壤碳贮量为142PgJ.全球每年因耕作损失的碳为 0.8GtJ,大部分以CO2的形式释放到大气中,农业 土壤对大气温室气体累积贡献最大,积累量占人类 活动释放到大气CO的1/4'J.因而农田土壤已 被认同是大气CO的一个重要源.笔者以湖南省洞 庭湖区沅江市为代表,通过对典型样区密集采样分 析和历史资料调研,研究洞庭湖区不同耕作制度条 件下农田土壤有机碳的分布与演变规律,以期为正 确评价农田土壤的肥力及演变趋势提供科学依据. 希望为深入研究这个地区土地利用变化对土壤碳影 响提供一些科学依据. 1研究地区与研究 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 1.1研究地区概况 洞庭湖区位于长江中游下荆江南岸,东经 110.50,113.45,北纬27.55,30.23,属亚热带 收稿日期:2005—08—12;修订日期:2005.10—20 基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX3-SW一 426,KZCX1-SW一01);中国科学院知识创新工程领域前沿 项目(02200220020223) 作者简介:彭佩钦(1965,),男,博士研究生,副研究员,主要研究方 向为土壤与环境生态,E—mail:pqpeng@isa.ac.crl *通讯联系人 环境科学 季风性气候.春夏冷暖气流交替频繁,夏秋晴热少 雨,秋寒偏早.多年平均气温16.5,17?,1月平均 气温3.8,4.7?,7月平均气温29?左右.年平均 降水量1250,1450ram.无霜期258--275d. 地处东经112.16,112.56,北纬28.42, 29.11的沅江市大同乡,位于洞庭湖西南,属亚热带 季风性气候.春夏冷暖气流交替频繁,夏秋晴热少 雨,秋寒偏早.年平均气温16.5?,年均降水量 1161mm,降水集中且多为暴雨.主要地貌为湖积 平原,海拔在26.9,28.5m,土壤为以湖积物,冲积 物发育而成的水稻土和潮土为主. 1.2研究方法 采用野外调查取样和室内化验分析相结合的研 究方法. 1.2.1野外调查取样 2004—03在沅江市大同乡人新,人和2个行政 村的边界内,选取370hm的典型样区.稻田耕作制 度1979年及以前均为稻一稻一肥,1981年实现联产承 包责任制后,由于作物产量提高,比较利益和农村劳 动力转移等原因,耕作制度发生了重大改变,大部分 为双季稻一冬闲(简称双季稻,下同),部分改为一季 稻一冬闲(简称一季稻,下同),部分水田为水旱轮作 (主要为一季稻一油菜)和旱地(主要为苎麻).调查区 2001,2003年双季稻占40.5%(面积比),一季稻占 28.5%,水旱轮作占20.5%,旱地占10.5%.采集双 季稻,一季稻,水旱轮作,旱地等土地利用方式下的 土壤表层样(0,15cm),按3,4个样/hm的采样 密度随机布点,采用"S"形取样法采集土样.其采样 数分别327,183,70和47个,共627个土样. 采样过程中应用全球定位系统(GPS)对每个土 样点(地块)准确定位,并现场调查每个土样点(地 块)的基本情况,如取样点的地(丘)块名称,面积,户 主姓名,种植方式或耕作制度,灌溉情况,近3a来的 投入,产出水平以及施肥的具体情况(包括肥料种 类,名称与数量)等. 1.2.2室内资料获取 土壤有机碳的测定采用重铬酸钾一浓硫酸外加 热法J,搜集,整理第二次土壤普查(1979年)沅江 市大同乡人新,人和村的土壤有机质(碳)历史资料, 进行统计分析.用SAS作方差分析等数据处理,进 行多重比较. 2结果与分析 2.1土壤有机碳的含量变化 2004年密集取样的分析结果表明(表1),典型 样区农田土壤有机碳的均值为(26.66?4.93) g?kg_.,比1979年提高了22.64%(年递增率为 0.90%,年均增加量约254.8mg?kg,,下同);其中 耕作制度为双季稻的土壤有机碳含量,由1979年的 20.29g?kgI1提高到了2004年的28.12g?kg,,年 均增加量约313.5mg?kgI1(年递增率为1.15%); 耕作制度改为一季稻的土壤有机碳含量,由1979年 的20.29g?kg提高到了2004年的27.25g?kg.., 年均增加量约278.3mg?kg(年递增率为 1.16%),耕作制度为水旱轮作的土壤有机碳含量, 由1979年的20.29g?kg提高到了2004年的 23.90g?kg,,年均增加量约144.5mg?kgI1(年递 增率为0.78%);耕作制度为旱地的土壤有机碳含 量,由1979年的20.29g?kgI1减少到了2004年的 18.40g?kg,,年均减少量约75.48mg?kg,,年递 减率为0.37%.方差分析表明,一直种植水稻(双季 稻,一季稻,水旱轮作)的土壤有机碳含量的增加达 到了极显着水平,耕作制度为旱地的土壤有机碳含 量的减少未达到了显着水平. 表1土壤有机碳的含量变化/g?kgI1 Table1Soilorganiccarboncontentoffarminglands/g?kg 1)来源于第二次土壤普查资料;2)字母相同的表示没有差异,小写 字母不同的表示其差异达到95%的显着水平,大写字母不同的表示 其差异达到99%的极显着水平 2.2土壤有机碳的分布及其演变趋势 统计分析结果表明,典型区域农田有机碳的含 量范围,2004年农田有机碳为8.18,44.53 g?kg,,1979年土壤普查时的为14.29,24.63 g?kg_.,相应的变异系数分别为23.25%与 22.82%.稻田有机碳变幅的最大值升高,最小值下 降, 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 典型样区耕作与种植制度的变化,稻田有机 碳含量发生了较大的变化(表1). 统计分析结果还表明,2004年农田有机碳的主要 分布区间在20-35.0g?I1之间,分布在此区间的样 点数(亦称频数)为542个,含量均值约27.70g?l【g,,其 发生频率为88.04%;1979年该区域土壤有机碳的主要 分布区间,频数,含量均值与发生频率分别为20, 7期环境科学 7O 6o 5o 静4O 30 2O 1O O 5,1010~1515O20-2525~303o~35354O40--4545-50 土壤有机碳/g?kK1 RRG:稻一稻一肥;D:旱地;FD:水旱轮作;R:一季稻;RR:双季稻 RRG:Rice—rice-greenmanure;D:Dryland; FD:Flood—droughtcultivation;R:Rice;RR:Rice—rice 圈1土壤有机碳的分布趋势 Fig.1Distributiontrendofsoilorganiccarbon 25.0g?kg,,5个,23.517g?kg与62.5%.其中耕作制 度为双季稻,一季稻的土壤有机碳含量,其区间分布相 近,水旱轮作土壤有机碳含量稍低于双季稻,一季稻, 而旱地土壤有机碳含量的区间分布出现了由较高区间 向较低区间转变的趋势(图1).说明最近25a来,水田 土壤有机碳不仅在数量上稳步增加,而且在其区间分 布上也由较低区间向较高区间转变,而旱地的土壤有 机碳含量的区间分布由较高区间向较低区间转变, 3讨论 农业生态系统土壤有机碳来源于原始植被残留 碳,农作物残体及人为施加的有机物料,其变化取决 于土壤有机碳的输入和输出的相对关系,即由土壤 有机质形成量和矿化量的相对大小决定.在田间条 件下,有机质形成和矿化过程受气候条件,土壤性 质,利用方式,耕作制度等人为和自然诸多因素的综 合影响L9'1..,有些因素的影响目前尚不十分明 确[?l1,特别是对于土壤有机碳的矿化量,由于技 术和实际操作上的局限性,田间条件下的试验数据 还较少L1.但一般认为,在土壤有机质形成量大于 矿化量的情况下,土壤有机碳含量将不断提高,并最 终达到一个新的平衡值.在其他条件不变或变化不 大的情况下,土壤有机碳含量变化决定于有机碳的投 入量的变化.利用1979年的第二次土壤普查资料和 2004年的调查资料估算了不同年代有机碳的年投入 量(表2),结果表明,由于作物产量的提高和秸秆还田 技术的应用,耕作制度为双季稻的2004年有机碳的 投入量(与1979年比较)增加了1477kg?hmI2(增加 86.3%),耕作制度为一季稻的有机碳的投入量增加 了514kg?hmI2(增加30.0%),而耕作制度改为旱地 的有机碳的投入量减少了177kg?hmI2(减少 10.3%),水旱轮作有机碳的年投入量稍高于一季 稻,增加34.4%,但由于水旱轮作土壤干湿交替现象 发生频繁,促进了土壤有机碳的分解.大量研究表明: 在连续渍水或干旱的条件下,土壤有机碳矿化速率都 比较低,而干湿交替能促进土壤有机碳的分解L1. 虽然不同有机物料的腐殖化系数存在一定的差异,但 我们仍然可以据此推测导致土壤有机碳变化的主要 原因是有机碳的投入量的变化. 表2不同利用方式有机碳年投入量估算" Table2Amountoforganicmaterials(C)returningintosoilsinvariouscultivationtypes 1)有机碳投入量=有机物料投入量×含碳量,有机物料投入量=作物产量×经济系 数×还田比率;有机物料含碳量数据来源于全国农业技术 推广中心[t;1979年产量数据来源于第二次土壤普查资料,2004年产量数据来源于 现场调查资料;2)根茬占总生物量的数据来自文献[15]; 3)紫云英带入的土壤有机碳. 4结论 由于近25a来农业结构的调整,洞庭湖区稻田 耕作和施肥制度发生了重大变化.对土壤有机碳的 形成和周转产生了重大影响.由于农作物产量的提 高和秸秆还田技术的应用,稻田土壤有机碳,无论是 其含量还是在其主要分布区间上,均都表现出明显 的由低到高的演变趋势,土壤有机碳稳步增加,而改 为旱地的土壤有机碳含量的区间分布出现了由较高 区间向较低区间转变的趋势,导致这种变化的主要 原因是有机碳的投入量的变化.同时也表明洞庭湖 区不同利用类型的农田都是重要的固碳场所,主要 1322环境科学27卷 农业用地的土壤有机碳库是大气CO2循环的"汇", 而不是"源". 致谢:湖南省沅江市土肥站和沅江市大同乡政 府提供大力协助,参加土样采集和农户调查工作的 还有路鹏,邹炎,宋变兰等,特此致谢. [10] [11] 参考文献: [1]JanzenHH?Carboncyclinginearthsystems—asoilscience[12] perspective[J].Agriculture,EcosystemsandEnvironment, 2004,104:399,417. 【2]PostWM,EmanuelWR,ZinkePJ,eta1.Soilcarbonpools andworldlifezones[J].Nature,1982,298:156,159. [3]EswaranH,VandenBergE,ReichP.Organiccarboninsoils oftheworld[J].SoilSci.SOc.A/liar.J.,1993,57:192, 194. [4]BuringhP.Originalcarboninsoilsoftheworld[A].In: WoodwellGM(ed).Theroleofterrestrialvegetationinthe gLobalcarboncycle[M].JohnWiley&Sons,1984. [5]AguilarRE,KellyF,HellRD.effectsofcultivationonsoilsin northerngreatplainsrangeland[J].SoilSci.SOc.A/net.J., 1988,52:1081,1085. [6]1PCC.Climatechange1995.Thescienceofclimatechange, reportofworkinggroupI[M].NewYork:Cambridge UniversityPress,1996a. [7]DuxburyJM.Thesignificanceofagriculturalsourcesof greenhousegases[J].FertilizerResearch,1994,38:151, 163. [8]南京农业大学主编.土壤农化分析[M].北京:农业出版 社,1998. 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