典型滨海盐渍区土壤有机碳储量与固碳速率研究

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土壤碳库储量与变化研究是全球陆地生态系统碳循环、应对气候变化的重要课题。盐渍土的面积占地球表面积的7%,是一种重要的陆地碳汇系统,对全球生态系统平衡起到至关重要的作用。随着近年来滨海滩涂围垦推进,滨海盐渍土已成为重要的土壤碳汇系统。本论文选择我国江苏省东台市滨海区域作为研究对象,通过对东台滨海滩涂土壤有机碳的实地调查采样结合GIS技术方法,分析了东台滨海土壤有机碳空间分布规律,初步估算了东台滨海滩涂有机碳密度及储量;同时,针对不同年代围垦滩涂的不同土地利用方式下滨海盐渍土表层土壤有机碳的差异分析及相关理化性质展开研究,初步确定了不同土地利用方式对滨海盐渍土壤有机碳积累的关键影响因素,分析了不同方式下滨海土壤固碳速率的差异。本研究对全面掌握我国土壤碳储量现状及其变异规律有重要参考价值,对提升滨海土壤固碳能力、更大限度发掘滨海土壤固碳潜力有重要的理论指导意义。本研究主要结果如下:  滨海滩涂土壤有机碳基本上遵循由滩涂向内陆逐渐增多的趋势。新围垦滩涂土壤有机碳密度较低,早期围垦滩涂表层和1m土体有机碳密度相对新围垦滩涂分别增加1.2~5倍和2.3~12倍,并明显呈现与海岸线平行的带状分布特征,具有较强空间自相关性;远海土壤由于成陆早,开垦利用历史长,土壤有机碳含量更大。东台滨海滩涂0-20cm和1m土体土壤有机碳储量分别为5.85×106 t和14.87×106t,表土有机碳储量仅占江苏省表层土壤碳储量的1.90%,在江苏省平均碳储量水平以下。  通过对1955年以来不同年代围垦滩涂的各土地利用类型土壤有机碳比较分析,结果显示同一土地利用方式下的滨海滩涂土壤有机碳随着开垦年限增长逐渐增多,且增加幅度与土地利用类型有关:旱作方式下土壤有机碳积累量较低,秸秆还田/覆盖方式有利于滩涂盐土旱作土壤有机碳快速积累;水旱轮作下,土壤有机碳随耕作年限显著增加,土壤有效养分、粘粒含量、水稳性团聚体均随开垦年限而增长,且土体盐分含量显著降低。林地土壤随开垦年限增加其肥力增强,土壤水稳性大团聚体及粘粒含量显著增高,对滩涂盐土结构的改善效果显著。  同一年代围垦滩涂的不同土地利用类型土壤有机碳水平及理化性质差异分析结果表明:新围垦滩涂盐碱光滩土壤有机碳含量最低,从盐碱光滩到碱蓬地和芦苇地的自然演替中有机碳增加较缓慢,人为农业开垦下滨海盐土有机碳的积累显著;水旱轮作措施可以改善滩涂盐土理化性质,促进土壤有机碳增加,但短期效果不显著;在长期围垦利用下,水旱轮作方式下土壤有机碳明显增高,且显著高于同期围垦滩涂的旱旱轮作和林地土壤有机碳,而旱作和林地土壤有机碳差异不显著。  滨海滩涂不同土地利用方式下影响土壤有机碳积累的因素不同:旱作条件下,容重是影响土壤有机碳积累的最主要因素;水旱轮作制度下土壤有机碳随土壤氮磷养分、粘粒含量增加而增多,并随着开垦年限的增加积累量加大;在滨海盐渍土早期自然演替阶段,盐分是制约土壤有机碳积累的主要因素;新围垦滩涂未开垦土地的土壤有机碳含量随水稳性大团聚体含量增加而显著增多;而水稳性团聚体随土壤盐分的降低增加显著。早期围垦滩涂因水旱轮作或旱旱轮作受人为扰动较大,因而有机碳与盐分及团聚体之间规律不显著。  不同土地利用类型下的土壤有机碳密度统计结果表明,新围垦滨海盐碱光滩地表土有机碳密度最低,仅为0.305 kg·m-2,在向碱蓬地、芦苇地的自然演替过程中,有机碳分别增加了9.6%和22.5%;1975年滩涂水旱轮作地土壤有机碳密度最大,为1.34 kg·m-2,高出1955年滩涂林地8.1%,且分别高于同年代开垦滩涂旱旱轮作地91%和林地83%;水旱轮作方式下滨海滩涂土壤有机碳积累速率最快。相比开垦年代,土地利用方式对滨海盐渍土壤有机碳积累的影响更大。自然演替下滨海盐渍土固碳速率为93 kgC·hm-2·a-1,水早轮作下固碳速率为288kgC·hm-2·a-1,是旱旱轮作地固碳速率的2.85倍,水旱轮作方式大大促进了滨海盐渍土固碳速率的提高。
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