我国典型区域旱田土壤主要物源有机碳稳定效率的差异及机制

As an important parameter of soil organic carbon (SOC) cycling, organic carbon stabilization efficiency (CSE) of added organic materials, has attracted much attention in current soil science researches. However, the variations and the mechanisms of CSE among different types of organic materials and climatic regions of China, still remains unclear. Therefore, the purposes of this project is to explore the variation and their regional pattern in CSE (25 years) among three major organic materials (crop root, crop straw and organic manure) and among four typical climatic regions upland soils of China, based on sets from 23 representative long-term soil fertilizer experiments by using modells analysis. By using solid-state 13C-CP/MAS NMR spectroscopy and canonical correspondence analysis (CCA)-based variation partitioning analysis (VPA) approaches, we aim to quantify the contributions of key factors, the interaction, and the mechanisms in regulating CSE under the various climatic regions and the organic material types. This factors will be systematically grouped into climate conditions (temperature and precipitation), soil properties (clay and pH), and organic material chemical characteristics (C:N, lignin, Alkyl-C, Aromatic-C, etc.). Results will be significant for better understanding on soil organic carbon cycling and the grocess in different agroecosystem, and will also, provide scientific basis for sustaiable SOC management practices in typical regions of China.

农田投入的有机物料碳长期稳定转化为土壤有机碳的效率（稳定效率）作为土壤碳循环的重要过程参数而倍受关注。本项目针对我国典型区域旱地农田主要物源（根系、秸秆和粪肥）有机碳稳定效率的差异及机制尚不十分清楚的科学问题，以代表我国东北、华北、西北和南方四大典型区域旱地的23个农田肥料长期试验及其数据资料为基础，通过模型分析，系统的揭示典型区域旱地主要物源有机碳的长期稳定效率（25年时间尺度）的差异特征；运用核磁共振和典范对应分析（CCA）-方差分解分析（VPA）等先进技术手段，定量解析水热条件、土壤性质和物料化学性质（C:N、木质素、烷基碳、芳香碳等）等关键因素及其交互作用对有机碳稳定效率的影响、贡献率及其主控因子，阐明物源有机碳稳定效率在四大典型区域和不同物料类型之间的差异机制。这对于更好的认识我国旱田土壤碳循环的过程机制有着重要科学意义，为农田土壤有机碳调控技术提供理论依据。

本项目针对我国典型区域旱地农田主要类型有机物料（根系、秸秆和有机肥）碳利用效率的差异及机制尚不十分清楚的科学问题，以代表我国东北、华北、西北和南方四大典型区域旱地的多个农田肥料长期试验及其数据资料、发表文献的相关资料为基础，结合田间有机物料腐解试验及模型分析，探讨典型区域旱地主要类型有机物料碳利用效率的时空差异特征及其机制。结果表明，不同有机物料碳在农田土壤中的利用效率（CUE）具有时空异质性，在相同时间下，有机物料碳的利用效率在东北和西北>华北>南方；有机肥的碳利用效率通常大于作物秸秆和根系碳的利用效率。有机物料碳的利用效率与其在土壤中的腐解年限呈负指数相关关系，在施肥第5年、10年、15年和20年后，有机肥碳的平均利用率分别为28%、23%、20%和15%，秸秆碳的利用率分别为18%、16%、13%和10%。累积温度（贡献率33%）和外源碳输入量（贡献率32%）是影响CUE变化的最重要的两个因素，土壤属性能解释土壤碳利用率变异的45%左右。累积温度和土壤pH值是最重要的直接影响有机肥和秸秆碳利用率的因素，分别解释土壤碳利用率变异的67%和54%。不同类型秸秆碳的利用效率也有差异，热力学一年后，水稻、大豆、油菜、小麦、玉米和其它秸秆碳的利用效率分别为40.3%、38.0%、37.8%、34.7%、30.9%和28.0%。不同有机物料碳的利用效率主要受物料化学性质、土壤性质及气候因素特别是温度的影响，通过热力学时间及三库指数方程可以精确的预测我国不同区域农田不同有机物料碳的利用效率。本研究较为系统阐明了我国农田主要有机物料碳利用效率在四大典型农区和三大类型有机物之间的差异及主控因子，建立了有机物料碳利用的预测模型，为农田碳循环提供了关键参数，这对于更好的认识我国旱田土壤碳循环的过程机制及其不同有机物料碳投入下土壤碳变化的预测有着重要的科学意义，也为农田土壤碳调控的技术选择提供了理论依据。