珠三角水稻土耕层下有机碳的积累和稳定性分析

Paddy ecosystem plays an important role to alleviate the rise in atmospheric CO2 because of stronger carbon sequestration function. The previous studies had indicated that the SOC storage in sub-cultivated horizon was twofold than that in the cultivated horizon in paddy soils. The SOC of cultivated horizon can transfer downward into the subsoil due to long-term flooding and cultivating. The accumulation and stability of organic carbon in sub-cultivated horizon is the key to reveal the dynamic development and comprehensive evaluation of regional soil carbon pool. This project will construct the time serial of SOC for sub-cultivated horizons of paddy profile, by using the radioactivity isotope 14C to date the humin (the stable fraction), total SOC and combined with the deposition date of 210Pb; and then revealed the accumulation mechanism based on the chronology data and chemical constitutions of organic carbon from different carbon sources. We will calculate the turnover rate of SOC from different carbon sources, and analyses the stable isotope δ13C, microbial biomass carbon and adsorption and precipitation of Fe and Al for each horizon of paddy profile, to discuss the stability of SOC and its dynamic evolution characters for sub-cultivated horizons of paddy profile. According to the study above, the carbon sequestration potential of sub-cultivated horizon of paddy profile would be calculated in the regional scale, on the basis of lots of our obtained data about organic carbon of paddy profiles in the PRD area. This work would provide the theory accumulation for soil carbon of paddy profiles dynamic evolution and its reasonable evaluation.

稻田生态系统具有较强的固碳功能，对缓解大气CO2的上升有重要作用。研究表明，稻田土壤耕层以下有机碳含量是表层土壤的2倍以上。长期淹水、耕作条件下，水稻土表层有机碳向下迁移特征明显。耕层以下有机碳的积累机制与稳定性分析是开展区域性水稻土碳库演变和综合评价的关键所在。本项目以珠三角地区典型水稻土剖面为研究对象，通过测定土壤稳定组分胡敏素的14C年龄、总有机碳14C年龄，联合210Pb沉积年龄厘定剖面土壤发生演化的时间序列，结合剖面不同来源有机碳化学组成，建立水稻土耕层以下有机碳的积累机制；通过耕层以下不同有机碳源的更新速率和稳定同位素δ13C分析，以及各层土壤微生物作用与土壤矿物，Fe、Al 吸附沉淀作用分析，探讨水稻土耕层以下有机碳的稳定性及其动态变化特征。在此基础上，结合我们已有的珠三角水稻土剖面有机碳基础数据，在区域尺度上估算耕层以下有机碳捕获潜力。为完善水稻土碳库动态演化提供理论积累。

项目以华南地区典型潴育型水稻土剖面为研究对象。剖面以10cm间隔划分为10土层。对各层土壤我们取得了土壤C、DOC、N、P、AP和土壤微生物碳氮总量分析数据，开展了14C和13C同位素分析，土壤细菌和真菌微生物的高通量测序分析和土壤DOC的三维荧光分析等。研究结果既展示了华南典型潴育型水稻土在土壤固碳能力上的共性，也揭示了其在低纬度地区水热条件下的土壤有机碳较强的矿化水平。主要研究结果表明：耕作层土壤有机碳由于秸秆焚烧使得土壤中14C更富集，导致耕作层土壤表现出了不正确的较高的成土年龄的同时，生物碳质也降低了耕作土壤有机碳的矿化速率；剖面不同深度DOC含量与土壤TOC、SMBC等相关指标无相关性指示了，而这些指标在自然土壤剖面中存在的明显相关性，这一差异性可能是水稻土紧实的犁底层对相关易于迁移的C有一定的阻隔能力的反映；水稻土50-60 cm段代表了该剖面氧化还原的中心层位，相关指标变化最突出的一层，出现铁锰结核层、土壤质地转变、相关土壤C、N、P等指标的突变、具有和耕作层类似的微生物群落特征、微生物多样性的显著升高，14C年龄更年轻，CO2产量土壤升高等等。我们对珠三角区域尺度上土壤C、N的研究发现：土壤C、N具有相似的空间分布、显著的正相关关系和稳定的C:N比值，而土壤S的空间分布明显不同于土壤C和N，土壤C、S无明显相关性且无恒定的C:S比值，这一结果是土壤C、N含量主要受控于土壤生物化学过程，而对土壤S含量则与区域地球化学过程和持续外源性S输入相关。此外，与80年代的土壤历史数据对比，研究发现，珠三角地区农用地表层土壤存在明显的碳流失，而旱地底层土壤是一个重要土壤碳汇，30年的碳汇量基本与表层土壤C损失相平衡。