黄河三角洲垦殖区棉-草轮作土壤有机碳库变化及其驱动机制

The wetland soil organic carbon pool is the important component part of terrestrial soil carbon pool, and the change of its carbon storage plays an important role during global carbon cycle and climate change. Wetland soil organic carbon pool is affected by many factors, but land use/cover change is one of the main driving factors leading to soil degradation and carbon pool loss. Although both at home and abroad have no general consensus about the use model of wetland agriculture, the ecology management of wetland agriculture have been the hot spots and frontier fields of soil science research, it has been important significant to study the change of carbon pool and its driving mechanism on improving soil fertilization and reducing soil carbon emission under the rotation system. The study will be conducted on the dynamic change of soil organic carbon pool and its environment by the method of soil sampling, site-specific observation and lab analysis under cotton/alfalfa rotation system of wetland tillage in the Yellow River Delta, and in order to illustrate sequestration characteristics and formation mechanism of soil organic carbon pool. The project can evaluate the condition, mechanism and sequestration potential of soil organic carbon pool during cotton/alfalfa transformation process of wetland tillage in the Yellow River Delta and provide basic parameter for carbon sink management during grass/crop rotation system of wetland tillage in China.

湿地土壤有机碳库是陆地土壤碳库的重要组成部分，其碳储量变化对全球碳循环和气候变化起着重要的影响作用。湿地土壤有机碳库受诸多因素影响，其中土地利用/覆盖变化是引起土壤碳库损失的主要驱动因素之一；尽管湿地农业采用何种生产模式还没有获得普遍共识，但湿地农业管理对土壤环境及湿地养分循环影响的研究已经成为土壤学研究的热点和前沿，开展垦殖区轮作体系土壤碳库变化及其驱动机制的研究对改善湿地垦殖区土壤肥力、降低土壤碳排放意义重大。本项目以黄河三角洲湿地垦殖区棉化-苜蓿轮作体系为研究对象，采用野外调查、定位观测和室内分析相结合的研究方法，对棉花/苜蓿轮作体系的不同阶段土壤有机碳库动态及土壤环境进行研究，阐明湿地垦殖区棉/草轮作体系中土壤有机碳库固存特征和驱动机制；开展此项研究，有助于准确评估黄三角湿地垦殖区棉-草转化过程中土壤有机碳库现状、机制和潜力，同时也为湿地垦殖区草-田轮作系统碳增汇管理提供基础数据。

湿地土壤碳库在土壤碳库中密度最大且受诸多因素影响，新增土地的出现和频繁的土地利用变化是导致湿地垦殖区土壤退化和土壤碳库损失的主要因素。黄河三角洲由于湿地垦殖农业区的生态脆弱性，大面积的苜蓿地转换成苜蓿-作物、作物之间等轮作模式。由相对少耕作的苜蓿转化为耕作频繁的作物地，对土壤有机碳影响如何？有机体碳库储量及其组分变化与耕作有何关系？这些问题尚不清楚。因此本项目以黄河三角洲湿地垦殖区草-田轮作（MX2）、作物轮作（MX1、MX3）体系为主要研究对象，以未经开垦的盐碱荒地（H）和苜蓿单播地（MX4）为对照样地，采用野外调查、定位观测和室内分析相结合的方法，对黄河三角洲典型耕作模式土壤特性、有机碳、氮库动态及其关系进行研究，结果显示：（1）土壤有机碳、氮含量主要取决于根系输入量和矿化速率，多年生苜蓿根系发达，生物量丰富，单播或与作物轮作能够较好的起到碳氮固存的效果，草田轮作样地（MX2）0-50cm土壤有机碳、全氮含量平均值最高（SOC:8.40 g.kg-1，TN:1.30 g.kg-1），分别是H样地的2.44倍和1.53倍， 0-50cm碳储量表现为MX2＞MX4＞MX3＞MX1＞H，最大碳储者MX2样地(5.21kg.m-2)是H样地 (1.86kg.m-2)的2.79倍，5个样地70.74%-86.19%的有机碳储量集中在0-30cm土层中，CMI与土壤ROC 含量变化规律一致，且MX2样地的非活性有机碳含量最高，氮储量变化与有机碳储量变化规律基本相似。（2）作物轮作样地具有较高的容重和砂粒含量，草田轮作和种植苜蓿提高了土壤团聚体的团聚度与稳定性且具有较高的粉粒、黏粒、含水量和养分。（3）土壤有机碳和全氮具线性耦合关系，二者含量和CMI与pH、电导率、土壤速效磷、速效钾呈正相关关系，黄河三角洲盐碱垦殖区作为渤海粮仓开发的重点区域，高强度利用的传统作物和耕作模式，土壤有机碳稳定性降低，耕作系统中引入多年生牧草，是维持土壤可持续利用的有效手段。开展此项研究，有助于准确评估黄三角湿地垦殖区草-田转化过程中土壤有机碳库现状、机制和潜力，同时也为湿地垦殖区草-田轮作系统碳增汇和科学管理提供基础数据。