農(nóng)業(yè)與水保措施土壤固碳效應(yīng)

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【摘要】通過對(duì)華南崩崗侵蝕區(qū)不同地類土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量進(jìn)行比較分析，并采集了不同地類的土壤剖面深度樣品，研究了不同地類土壤有機(jī)碳的剖面分布情況。研究結(jié)果表明經(jīng)歷了幾十年的侵蝕，在區(qū)域尺度上土壤有機(jī)碳的含量降低差異不明顯，在崩崗侵蝕區(qū)進(jìn)行小流域農(nóng)業(yè)和水保等生態(tài)恢復(fù)措施的建設(shè)，可以起到控制土壤碳流失、提高土壤固碳潛力的作用。最后基于土壤有機(jī)碳的流失機(jī)制和固碳潛力的研究，提出華南紅壤侵蝕區(qū)土壤碳調(diào)控的對(duì)策與建議。

【關(guān)鍵詞】崩崗侵蝕區(qū)；土壤有機(jī)碳；水土流失；固碳效應(yīng)；肥力提升

土壤是減緩全球氣候變暖的首要考慮的碳庫(kù)存區(qū)，作為延緩碳在各庫(kù)間的運(yùn)轉(zhuǎn)周期的主導(dǎo)因子已成為全球變化的熱門課題。土壤有機(jī)碳是植物所需的氮、磷、硫、微量元素等各種養(yǎng)分的主要來(lái)源（見圖1），土壤有機(jī)碳的豐缺直接決定耕地質(zhì)量和地力狀況。由于土壤碳循環(huán)過程的復(fù)雜性，目前對(duì)于土壤有機(jī)碳的研究主要集中在耕地和林地土壤，對(duì)于侵蝕區(qū)的土壤有機(jī)碳固存的研究比較薄弱。如何認(rèn)識(shí)和揭示侵蝕區(qū)土壤的持續(xù)固碳機(jī)制，對(duì)研究區(qū)固碳潛力的綜合評(píng)價(jià)具有重要意義。本文對(duì)華南崩崗侵蝕區(qū)不同地類土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量進(jìn)行了比較分析，并采集了不同地類的土壤剖面深度樣品，研究了不同地類土壤有機(jī)碳的剖面分布情況，以期探討崩崗侵蝕區(qū)土壤有機(jī)碳的流失機(jī)制和固碳潛力，提出華南紅壤侵蝕區(qū)土壤碳調(diào)控的對(duì)策與建議。

1不同地類土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量比較分析

為了探討不同地類土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與固碳的潛力，項(xiàng)目組在廣東省五華縣源坑水小流域內(nèi)布設(shè)不同地類的采樣點(diǎn)14個(gè)，分別采集了土壤樣品，測(cè)定了土壤有機(jī)碳含量。采樣分2017年與2018年兩個(gè)年度，對(duì)兩年的分析結(jié)果進(jìn)行了比較分析。2017年的試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同地類的土壤有機(jī)碳含量中，水稻田的土壤有機(jī)碳含量最高，為62.52g/kg，一級(jí)沉積區(qū)的土壤有機(jī)碳含量最低，為2.61g/kg。農(nóng)田（水稻田）的土壤有機(jī)碳含量比一級(jí)沉積區(qū)高22.95倍。灌木林的土壤有機(jī)碳含量為22.44g/kg，水稻田的土壤有機(jī)碳含量比灌木林高1.79倍。不同地類土壤有機(jī)碳含量的大小順序?yàn)椋核咎?gt;灌木林>疏林地>棄耕地>荒草地>有林地>裸土小區(qū)>木荷小區(qū)>松樹小區(qū)>桉樹小區(qū)>活躍崩崗區(qū)>二級(jí)沉積區(qū)>水庫(kù)沉積區(qū)>一級(jí)沉積區(qū)。2018年的試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同地類的土壤有機(jī)碳含量中，水稻田的土壤有機(jī)碳含量最高，為72.80g/kg，攔砂壩的土壤有機(jī)碳含量最低，為1.78g/kg，農(nóng)田（水稻田）的土壤有機(jī)碳含量比攔砂壩高39.9倍。灌木林的土壤有機(jī)碳含量為20.50g/kg，水稻田的土壤有機(jī)碳含量比灌木林高2.55倍。不同地類土壤有機(jī)碳含量的大小順序?yàn)椋核咎?gt;灌木林>疏林地>棄耕地>木荷小區(qū)>活躍崩崗區(qū)>裸土小區(qū)>荒草地>二級(jí)沉積>桉樹小區(qū)>松樹小區(qū)>一級(jí)沉積區(qū)>水庫(kù)沉積區(qū)。從兩年度的分析結(jié)果比較發(fā)現(xiàn)，水稻田土壤有機(jī)碳含量增加，棄耕地、疏林地、二級(jí)沉積區(qū)、一級(jí)沉積區(qū)、裸土小區(qū)、桉樹小區(qū)、木荷小區(qū)的土壤有機(jī)碳含量也增加。通過比較2018年與2017年的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，0~20cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量均為水稻土最大。2017年的結(jié)果顯示是一級(jí)沉積區(qū)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最小，2018年的結(jié)果是水庫(kù)沉積區(qū)的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量最小。從2017年與2018年兩年的數(shù)據(jù)比較發(fā)現(xiàn)，土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量增長(zhǎng)速率也是水稻土最大，其中荒草地、灌木林、水庫(kù)沉積區(qū)與松樹小區(qū)是負(fù)增長(zhǎng)。這說(shuō)明水稻田是碳匯，荒草地、灌木林、水庫(kù)沉積區(qū)與松樹小區(qū)是碳源。準(zhǔn)確評(píng)價(jià)土壤的固碳潛力，是制定區(qū)域碳管理措施的主要依據(jù)。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)（如水稻田）通過水肥管理、少免耕等改良土壤的措施可以固定更多的碳，是主要的碳匯。另外，根據(jù)王義祥等[1]的研究，亞熱帶果園生態(tài)系統(tǒng)也是主要的碳匯。應(yīng)深入研究這些農(nóng)業(yè)措施的土壤固碳效果，以探索行之有效的土壤碳減排與增匯的途徑，以減緩?fù)寥捞寂欧艑?duì)于全球變化的影響。從分析結(jié)果來(lái)看，土壤有機(jī)碳含量的順序?yàn)椋汗麡涞?gt;松樹地>侵蝕劣地。由此可見，農(nóng)業(yè)管理措施與施肥措施對(duì)于有機(jī)碳的積累非常重要。果樹地在人工管理下，有機(jī)碳、全N、有效P、速效K含量都較高，明顯高于松樹地和侵蝕劣地。土壤肥力的高低對(duì)于土壤有機(jī)碳的積累很重要。果園土壤的碳儲(chǔ)量是侵蝕劣地的10多倍，具有較大的固碳潛力。通過徑流小區(qū)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，從各個(gè)處理小區(qū)的侵蝕強(qiáng)度來(lái)看，自然坡面的侵蝕模數(shù)最大，為3872.6t/（km2/a），木荷地的侵蝕模數(shù)最小，為3227.9t/（km2/a）。不同小區(qū)處理土壤侵蝕模數(shù)的大小順序?yàn)椋鹤匀黄旅?gt;桉樹地>馬尾松地>木荷地。從各個(gè)處理小區(qū)有機(jī)碳的變化來(lái)看，木荷小區(qū)的有機(jī)碳含量變化最大，土壤侵蝕量最小（見表1）。試驗(yàn)結(jié)果表明，同一坡度條件下，不同地類的土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋汗饴愕?gt;草地>梯田>桉樹地。從同一立地條件下，梯田不同坡位土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋浩孪?gt;坡中>坡上；草地不同坡位土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋浩孪?gt;坡中>坡上；桉樹地不同坡位土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋浩孪?坡中>坡上；光裸地不同坡位土壤有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋浩轮?gt;坡上>坡下。

2不同土壤剖面有機(jī)碳的剖面分布

試驗(yàn)結(jié)果表明，馬尾松侵蝕劣地、水庫(kù)沉積物與谷坊壩庫(kù)的土壤剖面的有機(jī)碳剖面分布有很大差異。崩崗侵蝕區(qū)谷坊壩庫(kù)土壤剖面有機(jī)碳的含量最小。馬尾松林侵蝕劣地隨著剖面深度的增加，土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。馬尾松林由于受到人為破壞成為侵蝕劣地，地表土壤結(jié)構(gòu)較差，肥力低下，植被單一?？傮w上有機(jī)碳含量較低，水庫(kù)沉積剖面0~100cm不同深度土壤有機(jī)碳剖面分布中，65~70cm深度土壤有機(jī)碳含量最高，為6.07g/kg，5~10cm深度土壤有機(jī)碳含量最低，為2.63g/kg。表明了歷史時(shí)期曾出現(xiàn)水土流失較嚴(yán)重的情況，導(dǎo)致土壤表層有機(jī)碳的流失，隨著后期當(dāng)?shù)丶訌?qiáng)水土保持建設(shè)，土壤表層有機(jī)碳流失才得到有效控制。從崩崗分布區(qū)谷坊壩庫(kù)的3個(gè)土壤剖面來(lái)看，有機(jī)碳的含量都不高，有機(jī)碳的峰值出現(xiàn)的層次都不一樣。

3紅壤侵蝕區(qū)土壤碳調(diào)控對(duì)策

（1）增施配施有機(jī)肥料。有機(jī)肥料是我國(guó)農(nóng)業(yè)的特長(zhǎng)，它具有肥力全、有機(jī)質(zhì)含量高、肥勁長(zhǎng)、來(lái)源廣、成本低等特點(diǎn)，有其他化學(xué)肥料不可替代的特殊作用。研究表明，施用有機(jī)肥能顯著提高土壤活性有機(jī)碳的含量；施用有機(jī)肥還可促進(jìn)土壤的團(tuán)聚化作用，增加了團(tuán)聚體內(nèi)顆粒有機(jī)碳含量[2]。（2）發(fā)展綠肥生產(chǎn)。綠肥是一種產(chǎn)量高、用途廣、肥效好、花工少、見效快的優(yōu)良有機(jī)肥源，紅壤旱地（果園）種植綠肥翻壓后，不但能直接補(bǔ)充各種營(yíng)養(yǎng)元素，而且可提高土壤的有機(jī)質(zhì)含量。研究表明，有機(jī)碳匱乏、肥力低下的耕地更需要有機(jī)碳的輸入，且具有巨大的土壤固碳空間和潛力。因此，以固碳培肥為目的進(jìn)行綠肥種植應(yīng)優(yōu)先針對(duì)區(qū)域土壤有機(jī)碳含量較低的耕地，土壤固碳效應(yīng)也越明顯，而碳密度相對(duì)較高的一般種植區(qū)耕地綠肥種植對(duì)土壤固碳促進(jìn)效果不太明顯。（3）實(shí)施秸稈還田、增加地表覆蓋。實(shí)施秸稈還田和地表覆蓋，對(duì)于改善土壤生態(tài)具有顯著效果，可以有效地進(jìn)行土壤固碳。作物秸稈中含有糖類纖維、脂肪、含氮化合物等，經(jīng)微生物分解后，可形成大量活性有機(jī)質(zhì)并釋放出礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，特別是豆科作物秸稈，富含氮素，肥效最佳。紅壤丘陵旱地（果園）秸稈就地還田是一項(xiàng)投資少、見效快、效果好、易推廣的增產(chǎn)培肥措施，也是解決華南鉀肥資源不足的有效途徑之一。（4）水土保持措施固碳。由于水土保持措施既能防止水土流失，又具有較好的固碳效果。針對(duì)侵蝕區(qū)水土流失關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素，因地制宜，創(chuàng)新水土流失治理模式，加強(qiáng)成本較低、快速高效的治理技術(shù)措施的研究與應(yīng)用。（5）應(yīng)用生物質(zhì)炭技術(shù)。生物質(zhì)炭施入土壤后可改善土壤理化性質(zhì)。生物質(zhì)炭已經(jīng)應(yīng)用于改善土壤理化性狀、提升微生物固碳作用，增加土壤碳庫(kù)儲(chǔ)量、提高土壤保水保肥能力等方面。今后還需要加強(qiáng)生物質(zhì)炭技術(shù)與土壤面源污染控制技術(shù)的配套應(yīng)用，最大限度控制果園面源污染造成的環(huán)境問題[3]。

參考文獻(xiàn)

[1]王義祥，翁伯琦，邢世和.亞熱帶果園生態(tài)系統(tǒng)碳吸存及其管理[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2]安婷婷，汪景寬，李雙異，等.施用有機(jī)肥對(duì)黑土團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2008，19（2）：369-373.

[3]孫贇，MuhammadShaaban，何志龍，等.生物質(zhì)炭對(duì)茶園土壤改良及茶葉品質(zhì)的影響[J].中國(guó)土壤與肥料，2017（6）：9-14.

作者:李俊杰 朱立安 單位:廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所 華南土壤污染控制與修復(fù)國(guó)家地方聯(lián)合工程研究中心 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所