长期不同施肥下我国典型农田土壤碳饱和特征及周转机制

Soil carbon saturation has paid wide attention for the close relationship with soil carbon sequestration. However, the SOC saturation spatial-temporal change is unclear. Meanwhile, there is little study on the characteristics and mechanisms of SOC turnover under the different SOC saturation level in typical agricultural soil in China. In this project, we try to base on two typical soil types (Fluvio-aquic soil in Zhengzhou, Henan and paddy soil in Jinxian, Jiangxi) with different soil saturation level, combine with chemical and physical fractional method and 13C isotope technique, to explore the characteristics and mechanisms of SOC pool. Furthermore, we try to measure and simulate different carbon pool by RothC model, and to further clarify the discrepancy of carbon pool under different SOC saturation level. This project will enrich the carbon cycle theory in agricultural system, and provide the science evidence for the optimum management chosen to improve SOC sequestration.

土壤碳饱和水平因与土壤固碳潜力密切相关而受到人们广泛的关注。然而，不同土壤有机碳饱和度时空变化如何；我国典型土壤不同有机碳饱和度下，影响土壤碳的转化特别是有机碳的转化效率的机制有哪些？人们知之甚少。因此，本项目拟以北方旱地（河南郑州）和南方双季稻水田（江西进贤）两个不同碳饱和程度的长期定位试验为基础，通过13C同位素示踪技术观察不同添加有机物料（有机肥、秸秆和绿肥）对有机碳的固存效率以及其在不同颗粒碳中的分布特征，阐明不同饱和度土壤有机碳转化的差异与机制。同时，通过RothC模型分析的方法，测定和模拟不同碳库组分的变化，进一步从组分变化差异上说明不同碳饱和度土壤有机碳变化的机制。本项目的开展将有助于丰富和深化农田系统碳循环的基础理论，为选择最优农田管理措施提高土壤固碳能力提供科学依据。

本项目基于两个碳饱和水平不同的长期施肥定位试验站，开展了长期施肥下我国典型农田土壤碳库饱和特征、并根据土壤碳饱和度和外源碳转化效率计算方法分析两种典型农田土壤的土壤碳库饱和特征；不同饱和程度土壤上有机肥碳转化机制和碳库组分分布特征、对RothC模型进行进一步修改完善。结果表明原阳有机碳变化率随年均碳投入呈显著线性正相关，但进贤有机碳变化率则随着碳投入呈显著的非线性关系且进贤站点的饱和亏缺度明显低于原阳站点，说明进贤站点土壤有机碳水平已经趋于饱和。对比两站点的基本理化性质发现进贤站点的各理化性质虽然含量高于原阳站点，但与试验初期相比，其增加量略小于原阳站点。进贤站点的低活性有机质含量和所占总有机质比例均低于原阳站点。而原阳站点不同活性有机质的碳库活度，活度指数和碳库管理指数均明显大于进贤站点。说明原阳站点土壤有机质活性组分相对于进贤要高，更容易参与有机质的周转。红外光谱分析显示进贤站点以难分解惰性官能团为主，说明红壤土壤有机碳已经趋于饱和。两站点均以化学保护和生物化学保护有机碳库粉粒组碳储量最高，但进贤站点两组分的比例显著高于原阳站点。通过参数添加和调整，RothC模型已经能应用于趋于饱和的水田系统土壤有机质的模拟。总体来看，进贤土壤有机碳已经趋于饱和，且RothC模型通过修改扩大了其应用范围