农业与水保措施土壤固碳效应
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【摘要】通过对华南崩岗侵蚀区不同地类土壤有机碳储量进行比较分析，并采集了不同地类的土壤剖面深度样品，研究了不同地类土壤有机碳的剖面分布情况。研究结果表明经历了几十年的侵蚀，在区域尺度上土壤有机碳的含量降低差异不明显，在崩岗侵蚀区进行小流域农业和水保等生态恢复措施的建设，可以起到控制土壤碳流失、提高土壤固碳潜力的作用。最后基于土壤有机碳的流失机制和固碳潜力的研究，提出华南红壤侵蚀区土壤碳调控的对策与建议。
【关键词】崩岗侵蚀区；土壤有机碳；水土流失；固碳效应；肥力提升
土壤是减缓全球气候变暖的首要考虑的碳库存区，作为延缓碳在各库间的运转周期的主导因子已成为全球变化的热门课题。土壤有机碳是植物所需的氮、磷、硫、微量元素等各种养分的主要来源（见图1），土壤有机碳的丰缺直接决定耕地质量和地力状况。由于土壤碳循环过程的复杂性，目前对于土壤有机碳的研究主要集中在耕地和林地土壤，对于侵蚀区的土壤有机碳固存的研究比较薄弱。如何认识和揭示侵蚀区土壤的持续固碳机制，对研究区固碳潜力的综合评价具有重要意义。本文对华南崩岗侵蚀区不同地类土壤有机碳储量进行了比较分析，并采集了不同地类的土壤剖面深度样品，研究了不同地类土壤有机碳的剖面分布情况，以期探讨崩岗侵蚀区土壤有机碳的流失机制和固碳潜力，提出华南红壤侵蚀区土壤碳调控的对策与建议。
1不同地类土壤有机碳储量比较分析
为了探讨不同地类土壤有机碳储量与固碳的潜力，项目组在广东省五华县源坑水小流域内布设不同地类的采样点14个，分别采集了土壤样品，测定了土壤有机碳含量。采样分2017年与2018年两个年度，对两年的分析结果进行了比较分析。2017年的试验结果表明，在不同地类的土壤有机碳含量中，水稻田的土壤有机碳含量最高，为62.52g/kg，一级沉积区的土壤有机碳含量最低，为2.61g/kg。农田（水稻田）的土壤有机碳含量比一级沉积区高22.95倍。灌木林的土壤有机碳含量为22.44g/kg，水稻田的土壤有机碳含量比灌木林高1.79倍。不同地类土壤有机碳含量的大小顺序为：水稻田>灌木林>疏林地>弃耕地>荒草地>有林地>裸土小区>木荷小区>松树小区>桉树小区>活跃崩岗区>二级沉积区>水库沉积区>一级沉积区。2018年的试验结果表明，在不同地类的土壤有机碳含量中，水稻田的土壤有机碳含量最高，为72.80g/kg，拦砂坝的土壤有机碳含量最低，为1.78g/kg，农田（水稻田）的土壤有机碳含量比拦砂坝高39.9倍。灌木林的土壤有机碳含量为20.50g/kg，水稻田的土壤有机碳含量比灌木林高2.55倍。不同地类土壤有机碳含量的大小顺序为：水稻田>灌木林>疏林地>弃耕地>木荷小区>活跃崩岗区>裸土小区>荒草地>二级沉积>桉树小区>松树小区>一级沉积区>水库沉积区。从两年度的分析结果比较发现，水稻田土壤有机碳含量增加，弃耕地、疏林地、二级沉积区、一级沉积区、裸土小区、桉树小区、木荷小区的土壤有机碳含量也增加。通过比较2018年与2017年的数据发现，0~20cm土壤有机碳储量均为水稻土最大。2017年的结果显示是一级沉积区的土壤有机碳储量最小，2018年的结果是水库沉积区的土壤有机碳储量最小。从2017年与2018年两年的数据比较发现，土壤有机碳储量增长速率也是水稻土最大，其中荒草地、灌木林、水库沉积区与松树小区是负增长。这说明水稻田是碳汇，荒草地、灌木林、水库沉积区与松树小区是碳源。准确评价土壤的固碳潜力，是制定区域碳管理措施的主要依据。农田生态系统（如水稻田）通过水肥管理、少免耕等改良土壤的措施可以固定更多的碳，是主要的碳汇。另外，根据王义祥等[1]的研究，亚热带果园生态系统也是主要的碳汇。应深入研究这些农业措施的土壤固碳效果，以探索行之有效的土壤碳减排与增汇的途径，以减缓土壤碳排放对于全球变化的影响。从分析结果来看，土壤有机碳含量的顺序为：果树地>松树地>侵蚀劣地。由此可见，农业管理措施与施肥措施对于有机碳的积累非常重要。果树地在人工管理下，有机碳、全N、有效P、速效K含量都较高，明显高于松树地和侵蚀劣地。土壤肥力的高低对于土壤有机碳的积累很重要。果园土壤的碳储量是侵蚀劣地的10多倍，具有较大的固碳潜力。通过径流小区试验发现，从各个处理小区的侵蚀强度来看，自然坡面的侵蚀模数最大，为3872.6t/（km2/a），木荷地的侵蚀模数最小，为3227.9t/（km2/a）。不同小区处理土壤侵蚀模数的大小顺序为：自然坡面>桉树地>马尾松地>木荷地。从各个处理小区有机碳的变化来看，木荷小区的有机碳含量变化最大，土壤侵蚀量最小（见表1）。试验结果表明，同一坡度条件下，不同地类的土壤有机碳含量大小顺序为：光裸地>草地>梯田>桉树地。从同一立地条件下，梯田不同坡位土壤有机碳含量大小顺序为：坡下>坡中>坡上；草地不同坡位土壤有机碳含量大小顺序为：坡下>坡中>坡上；桉树地不同坡位土壤有机碳含量大小顺序为：坡下=坡中>坡上；光裸地不同坡位土壤有机碳含量大小顺序为：坡中>坡上>坡下。
2不同土壤剖面有机碳的剖面分布
试验结果表明，马尾松侵蚀劣地、水库沉积物与谷坊坝库的土壤剖面的有机碳剖面分布有很大差异。崩岗侵蚀区谷坊坝库土壤剖面有机碳的含量最小。马尾松林侵蚀劣地随着剖面深度的增加，土壤有机碳呈现逐渐降低的趋势。马尾松林由于受到人为破坏成为侵蚀劣地，地表土壤结构较差，肥力低下，植被单一。总体上有机碳含量较低，水库沉积剖面0~100cm不同深度土壤有机碳剖面分布中，65~70cm深度土壤有机碳含量最高，为6.07g/kg，5~10cm深度土壤有机碳含量最低，为2.63g/kg。表明了历史时期曾出现水土流失较严重的情况，导致土壤表层有机碳的流失，随着后期当地加强水土保持建设，土壤表层有机碳流失才得到有效控制。从崩岗分布区谷坊坝库的3个土壤剖面来看，有机碳的含量都不高，有机碳的峰值出现的层次都不一样。
3红壤侵蚀区土壤碳调控对策
（1）增施配施有机肥料。有机肥料是我国农业的特长，它具有肥力全、有机质含量高、肥劲长、来源广、成本低等特点，有其他化学肥料不可替代的特殊作用。研究表明，施用有机肥能显著提高土壤活性有机碳的含量；施用有机肥还可促进土壤的团聚化作用，增加了团聚体内颗粒有机碳含量[2]。（2）发展绿肥生产。绿肥是一种产量高、用途广、肥效好、花工少、见效快的优良有机肥源，红壤旱地（果园）种植绿肥翻压后，不但能直接补充各种营养元素，而且可提高土壤的有机质含量。研究表明，有机碳匮乏、肥力低下的耕地更需要有机碳的输入，且具有巨大的土壤固碳空间和潜力。因此，以固碳培肥为目的进行绿肥种植应优先针对区域土壤有机碳含量较低的耕地，土壤固碳效应也越明显，而碳密度相对较高的一般种植区耕地绿肥种植对土壤固碳促进效果不太明显。（3）实施秸秆还田、增加地表覆盖。实施秸秆还田和地表覆盖，对于改善土壤生态具有显著效果，可以有效地进行土壤固碳。作物秸秆中含有糖类纤维、脂肪、含氮化合物等，经微生物分解后，可形成大量活性有机质并释放出矿质营养元素，特别是豆科作物秸秆，富含氮素，肥效最佳。红壤丘陵旱地（果园）秸秆就地还田是一项投资少、见效快、效果好、易推广的增产培肥措施，也是解决华南钾肥资源不足的有效途径之一。（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，又具有较好的固碳效果。针对侵蚀区水土流失关键驱动因素，因地制宜，创新水土流失治理模式，加强成本较低、快速高效的治理技术措施的研究与应用。（5）应用生物质炭技术。生物质炭施入土壤后可改善土壤理化性质。生物质炭已经应用于改善土壤理化性状、提升微生物固碳作用，增加土壤碳库储量、提高土壤保水保肥能力等方面。今后还需要加强生物质炭技术与土壤面源污染控制技术的配套应用，最大限度控制果园面源污染造成的环境问题[3]。
参考文献
[1]王义祥，翁伯琦，邢世和.亚热带果园生态系统碳吸存及其管理[M].北京：科学出版社，2014.
[2]安婷婷，汪景宽，李双异，等.施用有机肥对黑土团聚体有机碳的影响[J].应用生态学报，2008，19（2）：369-373.
[3]孙贇，MuhammadShaaban，何志龙，等.生物质炭对茶园土壤改良及茶叶品质的影响[J].中国土壤与肥料，2017（6）：9-14.
作者:李俊杰 朱立安 单位:广东省科学院生态环境与土壤研究所 华南土壤污染控制与修复国家地方联合工程研究中心 中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所
