滨海地区不同调控措施下滩涂围垦农田土壤有机碳特性与固碳潜力研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xuezhenqian
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土壤有机碳是地球陆地生态系统最重要和活跃的碳库,对全球碳循环有着重要的意义,并对土壤物理、化学性质有重要的影响,进而影响土壤基础地力和土壤肥力。在人为因素条件下,土壤有机碳含量受到不同农业管理措施的强烈影响。我国海岸带漫长,滨海地区丰富的土壤资源和海涂资源不仅是扩大耕地面积的主要土地资源,也是农业开发的重要基地之一。随着滩涂面积的不断扩大,其在农业发展中的重要性日益凸显,与此同时滨海滩涂土壤利用所带来的土壤有机碳固存量以及土壤质量问题也越来越受到重视。基于以上原因,本文以江苏滨海盐渍区新围垦的滩涂土壤为研究对象,选择早-旱轮作的常规农业利用方式,采取养分调控、耕作调控、土壤调理调控等不同措施,通过田间小区试验,研究其对滨海盐渍土土壤有机碳的动态变化、固碳增汇的效果及农田地力提升的作用效果,以期能够为选择有效的管理措施来促进滨海盐渍土有机碳素的储量提供理论依据。本文主要的研究内容和结果如下:  1.养分与耕作管理和土壤调理措施对土壤性质的影响  不同养分措施的采取,均能有效降低耕层土壤的pH值及土壤紧实度,并能够增加0~10cm土层内土壤的团粒结构,且使团聚体更趋向于形成>5mm粒径的团聚体。玉米-油菜和玉米-大麦两种轮作模式采取四种耕作措施后,不同耕作措施对土壤pH值均没有明显影响,但各处理下土壤盐分含量呈“<”规律,即盐分含量随着土壤深度的增加先下降后上升。与对照相比,两种轮作模式下的免耕措施均能使0~30cm含盐量有所增加,深翻措施则能使盐分含量下降。在玉米-油菜轮作方式下,与传统翻耕相比,深翻、少耕和免耕措施能提高较大粒径团聚体(>2mm)含量;对于玉米-大麦轮作,少、免耕措施较传统翻耕能显著提高>0.25mm团聚体含量和>5mm大粒径大团聚体的含量。采取不同土壤调理措施后,不同调理剂的单独或配合施用均能明显降低表层±壤的盐分含量和土壤容重,同时能提高>0.25mm团聚体的含量,但对土壤pH值均无明显的改善规律。  2.养分与耕作管理和土壤调理措施对土壤总有机碳含量的影响  三种调控措施下,各处理土壤有机碳含量均表现为随时间的延长而呈增加趋势,但增加幅度随着土壤深度的增加逐渐减小。采取养分措施后,各养分处理明显提高了0~30cm土层土壤有机碳含量和密度,其中农家肥处理(FYM)增加幅度最大。不同轮作模式表层土壤有机碳含量随耕作措施呈现不同规律,对于玉米-油菜轮作,有利于土壤有机碳积累的措施分别为深翻处理,深可使土壤有机碳(SOC)含量和密度分别增加9%~39%和6%~32%;玉米-大麦轮作则是免耕措施利于促进土壤有机碳的积累,能使SOC含量增加18%~32%,SOC密度增加14%~19%。不同土壤调理均能使土壤有机碳含量和密度有所增加,并且腐殖酸与有机肥配施效果最好,该措施可使SOC含量分别增加36%(0~10cm)、23(10~20cm)、30%(20~30cm)。  3.养分与耕作管理和土壤调理措施对土壤有机碳组分的影响  本试验结果表明,在该地区农田土壤无论采取何种措施,土壤中颗粒态有机碳(POC)含量及其分配比例均表现为0~10cm土层>10~20cm土层,即POC含量随着深度的增加而降低。团聚体不同粒径有机碳含量规律则表现为,除0.25~0.5mm团聚体外,>5mm到0.5~1mm团聚体之间,粒径愈小,有机碳含量愈高。  采取不同养分措施后,在0~20cm土层,POC含量次序为农家肥>商品有机肥>对照>无机肥,即以农家肥为养分来源的措施能很好的促进POC含量的提高。农家肥处理能明显增加>5mm、2~3mm、1~2mm和0.5~1mm粒径团聚体中有机碳的含量(P<0.05)。对于不同耕作措施,在玉米-油菜轮作模式下,POC含量及团聚体各粒级有机碳含量次序分别为深翻>少耕>免耕>传统翻耕和深翻>少耕>传统翻耕>免耕;而玉米-大麦轮作模式下,POC含量及其分配比例次序则均表现为免耕>少耕>深翻>传统翻耕,并且免耕处理各团聚体粒级有机碳含量均高于其他耕作措施。不同土壤调理剂对滨海盐渍区农田POC含量均有一定改善效果,并且以0~10cm土层效果最明显,以腐殖酸和有机肥同时施用的处理改善效果最好。  4.养分与耕作管理和土壤调理调控措施下土壤SOC含量的影响因素分析  通过对滨海滩涂农田土壤理化性质和土壤有机碳含量之间的相关性进行分析表明,养分、耕作、土壤调理等不同调控措施下土壤pH与土壤有机碳含量(SOC)均呈极显著负相关关系;而土壤pH与颗粒态有机碳含量(POC)的关系表现为,仅养分措施下土壤pH与POC含量呈极显著负相关,耕作与调理措施下二者无明显相关关系。土壤盐分含量均与SOC含量呈显著正相关,相关系数分别为r=0.520(P<0.01),r=0.689(P<0.01),r=0.285(P<0.05);在养分措施下土壤盐分含量与POC含量呈极显著正相关,而在耕作和土壤调理措施下无明显相关性。在三种不同的调控措施中,土壤容重与SOC含量均呈极显著的负相关关系,而与POC含量相关性均不显著。在各调控措施下,土壤团聚体含量与土壤有机碳含量呈正相关关系;土壤SOC和POC含量与>5mm粒级团聚体的有机碳含量呈极显著正相关,并且随着土壤粒径的减小,粒径所含有机碳与SOC和POC的相关性逐渐变小。  5.各调控措施对土壤地力提升及增碳效应的估算  在养分调控措施下,农家肥、商品有机肥、无机肥等养分措施均能明显增加土壤全氮、有效磷及速效钾的含量,且各措施对土壤养分促进的顺序大体上表现为农家肥>商品有机肥>无机肥>对照,其中农家肥处理对土壤全氮、有效磷、速效钾的增加值分别为23%、330%、98%。不同耕作措施对土壤养分含量的影响表现为:对土壤全氮含量没有明显的影响规律,但少耕、免耕的有效磷和速效钾含量却高于传统翻耕和深翻,其中均以免耕处理含量最高。不同土壤调理措施均能明显改善土壤各养分含量,其中以腐殖酸配施农家肥效果最优,可使土壤全氮、有效磷及速效钾含量分别增加95%、88%、19%。  对于不同措施下土壤固碳水平的提升,农家肥、免耕、以及腐殖酸配施有机肥作为三种不同的调控措施,在本试验中增碳效果较为显著,分别为0.013t hm-2a-1、0.015thm-2 a-1和0.017t hm-2 a-1,若在江苏滨海地区全面推广,则其增碳潜力分别为2.39×108g C a-1、2.76×108g C a-1、3.14×108g C a-1。
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