黑土农田土壤碳演变及其预测

土壤碳库的变化既涉及到全球碳循环，又涉及到土壤质量的演变，一直是国内外研究的热点领域。迄今为止，研究黑土土壤有机碳长期演变的方法：一是通过调查采集不同开垦年限的土壤样本，分析有机碳含量，进而描述土壤开垦后有机碳的演变规律，二是通过应用模型在相应区域调查获取参数模拟土壤有机碳动态演变趋势。本项研究在弄清CENTURY模型构建所需参数获取方法的基础上，充分利用中国科学院海伦农业生态实验站自1985年以来所设置的黑土农田不同经营模式长期定位试验一系列调查、分析测试数据，对黑土农田土壤碳含量的变化进行研究；并采用国际通用的、能够对土壤碳进行评价的CENTURY模型预测不同经营模式下黑土农田土壤碳演变趋势，确定不同经营模式对土壤碳含量的长期影响。研究可为黑土区土壤碳库固定二氧化碳的能力和黑土耕地肥力的定向培育提供有价值的参考依据。

由于国家粮食安全的需要,关注黑土、研究黑土的人越来越多,尤其是黑土可持续利用及其与环境的关系已成为当今研究的热点问题。黑土研究领域中最活跃的部分是黑土农田土壤有机质(碳)的研究，因此开展黑土农田土壤碳演变及其预测研究具有一定的现实意义。.通过国家基金支持，本研究充分利用中国科学院海伦农业生态实验站自1985年以来所设置的不同农业经营模式的长期定位试验及其田间管理档案资料，以及实验站水、土、气、生观测资料和研究成果，经测试、分析、加工、整理出CENTURY模型所需的700多个参数，用于模拟不同经营制度下黑土农田土壤碳长期演变趋势。2011-2110百年预测结果为: 移耕农业模式，土壤有机碳将减至24.49 g/kg，年下降速率为2.24‰；有机农业模式，土壤有机碳减缓下降；石油农业模式，低于有机农业模式对土壤有机碳下降的抑制效果；有机—无机结合农业模式，耕层有机碳含量保持稳定并呈缓慢增加趋势；以每年公顷投放粉碎秸秆2250 kg和4500kg，土壤有机碳含量前者有下降趋势，而后者略有增加。.在获取长时间序列小麦、玉米和大豆产量数据的基础上，分析了不同经营制度下黑土农田生态系统作物生产力的长期变化趋势与影响因素，结果表明：与移耕农业模式相比，其他所有农业模式综合生产力均有增加，幅度为11.7-43.3%；黑土农田长期小麦-玉米-大豆轮作条件下，农业模式改变显著提高土地的综合生产能力，而对此轮作体系贡献最大的是玉米；与一般秸秆还田农业模式相比，倍增的秸秆还田农业模式虽然土壤有机碳含量能够维持稳定，但并不能显著提高作物的生产力，这也许与黑土区春季冷凉加之由于秸秆覆盖导致增温慢从而影响作物生长有关。.黑土农田有机碳的培育途径是：尽最大可能增加农业生态系统中有机质向土壤库中的归还量，其主要措施是作物残茬、凋落物还田，秸秆还田和施用有机肥，再配合施用化肥氮磷，持续提高耕地生产力而又阻控土壤有机碳的下降。.研究表明，以长期定位试验为平台，通过模型模拟并结合实测数据验证，所取得的结果相互支撑，既揭示了土壤有机碳的变化速度，又预测了其演变趋势，从而弥补了单纯试验研究的不足。本项研究结果为黑土区土壤碳库固定二氧化碳的能力和黑土耕地肥力的定向培育提供了有价值的参考依据。