1981-2019年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及影响机制.pdf

第 ４２ 卷第 ２３期 生 态 学 报 Ｖｏｌ.４２ꎬＮｏ.２３ ２０２２年１２月 ＡＣＴＡ ＥＣＯＬＯＧＩＣＡ ＳＩＮＩＣＡ Ｄｅｃ.ꎬ２０２２ ＤＯＩ:１０.５８４６/ ｓｔｘｂ２０２２０２０８０３１０ 张婧婷ꎬ石浩ꎬ田汉勤ꎬ逯非ꎬ徐希燕ꎬ刘迪ꎬ刚诚诚ꎬ方善民ꎬ秦小羽ꎬ潘乃青ꎬ王思远.１９８１—２０１９年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及 影响机制.生态学报ꎬ２０２２ꎬ４２(２３):９５６０￣９５７６. Ｚｈａｎｇ Ｊ ＴꎬＳｈｉ ＨꎬＴｉａｎ Ｈ ＱꎬＬｕ ＦꎬＸｕＸＹꎬＬｉｕ ＤꎬＧａｎｇ ＣＣꎬＦａｎｇＳＭꎬＱｉｎＸＹꎬＰａｎ ＮＱꎬＷａｎｇＳＹ.Ｓｐａｔｉａｌ￣ｔｅｍｐｏｒａｌ ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒ ｃｒｏｐｌａｎｄ ｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｐｌａｉｎ ｆｒｏｍ １９８１ｔｏ２０１９.Ａｃｔａ Ｅｃｏｌｏｇｉｃａ Ｓｉｎｉｃａꎬ２０２２ꎬ４２(２３):９５６０￣９５７６. １９８１—２０１９年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变 化及影响机制 １ １ꎬ∗ ２ １ ３ １ ４ １ 张婧婷 ꎬ石　 浩 ꎬ田汉勤 ꎬ逯　 非 ꎬ徐希燕 ꎬ刘　 迪 ꎬ刚诚诚 ꎬ方善民 ꎬ １ ２ １ 秦小羽 ꎬ潘乃青 ꎬ王思远 １ 中国科学院生态环境研究中心ꎬ北京　 １０００８５ ２ 奥本大学林业与野生生物科学学院国际气候与全球变化研究中心ꎬ奥本　 ３６８４９ ３ 中国科学院大气物理研究所ꎬ北京　 １０００２９ ４ 西北农林科技大学水土保持研究所ꎬ杨凌　 ７１２１００ 摘要:农业土壤具有可观的固碳及减碳潜力ꎬ有助于减缓人类温室气体排放导致的气候变化ꎮ 为了更好地了解华北平原土壤有 机碳储量动态及其驱动因子ꎬ结合荟萃分析、随机森林机器学习模型和卫星遥感数据ꎬ研究了１９８１—２０１９年间中国华北平原农 田土壤有机碳储量的时空变化及其驱动因子ꎮ 结果表明ꎬ１９８１—２０１９ 年间华北平原 ０—２０ ｃｍ 农田土壤有机碳储量约为 ２ －２ －１ (５２３.１０±７９.３６)Ｔｇ Ｃ((１４.５６±１.６６)Ｍｇ Ｃ/ ｈｍ )ꎬ并以５.９４ Ｔｇ Ｃ/ ａ(０.１２ Ｍｇ Ｃ ｈｍ ａ )的年固持速率稳步增长ꎬ占比约为中国 农田每年新增土壤有机碳的２３.３％ꎮ 其中ꎬ常规农田管理措施ꎬ包括无机肥施用、有机肥施用和秸秆还田ꎬ对土壤有机碳增长的 －２ －１ 贡献平均为２５.１％ꎬ即１.４９ Ｔｇ Ｃ/ ａ(０.０３ Ｍｇ Ｃ ｈｍ ａ )ꎮ 相比对照组ꎬ氮磷钾无机肥施用可提高２２.７％—２６.０％的土壤有机碳 固定速率ꎬ有机肥可提高４８.３％ꎬ秸秆还田可提高２３.４％ꎮ 同时ꎬ上述常规农田管理措施对土壤有机碳的积累作用受到土壤本 身理化性质的调控ꎬ在温度和降水较高的气候条件下更显著ꎮ 值得注意的是ꎬ无论是无机肥施用、有机肥施用还是秸秆还田ꎬ当 投入量超过农作物和土壤微生物对碳和养分的需求时ꎬ土壤有机碳累积速率会显著下降ꎮ 这也导致２０００年后土壤有机碳固持 速率明显减缓ꎬ由９.４ Ｔｇ Ｃ/ ａ下降为３.５ Ｔｇ Ｃ/ ａꎮ 总的来说ꎬ过去几十年农田管理措施的改进显著提高了华北平原农田土壤有 机碳的增加速率ꎬ而未来华北平原农田系统固碳潜力仍然可观ꎬ但亟待明确在保证粮食产量的同时不同气候和土壤环境条件下 最佳固碳所需的化肥、有机肥和秸秆投入量ꎮ 关键词:土壤有机碳ꎻ荟萃分析ꎻ随机森林模型ꎻ华北平原ꎻ农田管理措施 Ｓｐａｔｉａｌ￣ｔｅｍｐｏｒａｌ ｃｈａｎｇｅｓｉｎａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｆｏｒｃｒｏｐｌａｎｄｓｏｉｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃａｒｂｏｎ ｓｔｏｒａｇｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ