干旱区绿洲农田土壤有机碳库的变化及调节机制研究

The global carbon cycle for the purpose of reducing CO2 emissions has become a common concern to the theme of earth sciences, life sciences and social sciences. Soil is one of the largest and most active carbon pool in the earth surface system, reasonable agrotechnical measures could improve agricultural soil carbon stocks, and plays a key role in the global carbon cycle. The project is attempting to determine agricultural soil carbon flux, investigating the dynamic variation of agricultural soil carbon pool under human activities in the process of desert oasisication, and the effects of major agrotechnical measures on soil organic carbon distribution pattern and process. Our aim are to explore the mechanisms of synergistic evolution of soil organic carbon changes of oasis farmland with crop productivity, and to reveal the regulation mechanism of agrotechnical measures on the changes of soil organic carbon sources and sinks. Confirm the effects of land use changes and major agrotechnical measures on farmland soil carbon sequestration and emission reduction in arid region, and to provide theoretical basis for high efficient utilization and sustainable development of agricultural resources and virtuous cycle of ecological environment in arid region.

以减少CO2排放为目的的全球碳循环已成为地球科学、生命科学和社会科学共同关注的热点问题。土壤是地球表层系统中最大且最活跃的碳库之一，开展农田土壤碳库变化及对农业技术措施响应的研究，对提高农田土壤生产力，保障国家粮食安全和农民增收，改善生态环境具有重要意义。本项目针对干旱区绿洲农田土壤有机碳含量普遍偏低的状况，从农田土壤碳通量变化入手，研究干旱区荒漠绿洲化过程中农田土壤碳库的动态变化规律，主要农业技术措施对绿洲农田土壤有机碳分配格局与演变过程的影响；探明绿洲农田土壤有机碳及组分变化与作物生产力协同演变的机制，揭示现代农业技术措施对土壤有机碳源汇变化的调节机理；明确干旱区土地利用变化及主要农业技术措施对农田土壤固碳减排的影响，为干旱区高标准农田建设、农业资源高效利用及可持续发展提供理论依据。

以减少CO2排放为目的的全球碳循环已成为地球科学、生命科学和社会科学共同关注的热点问题。开展农田土壤碳库变化及对农业技术措施响应的研究，对提高农田土壤生产力，保障国家粮食安全和农民增收，改善生态环境具有重要意义。本项目针对干旱区绿洲农田土壤有机碳含量普遍偏低的状况，研究干旱区荒漠绿洲化过程中农田土壤碳库的动态变化，主要农业技术措施对绿洲农田土壤有机碳分配格局与演变过程的影响，现代农业技术措施对土壤有机碳源汇变化的调节机理等。取得的主要研究结果：（1）随开垦时间及种植年限的延长，伴随秸秆还田土壤有机碳库持续增加，剖面0~40cm各土层土壤有机碳含量均呈逐年上升态势，具有碳汇功能。（2）干旱区农业生产过程中，坚持秸秆还田、结合有机无机肥配施，能够显著提高土壤有机碳及活性组分含量，增强土壤中活性有机碳组分的比例和有机碳库的活性，培肥地力，维持较高的农田生产力。在新疆现有的农业管理措施下，每年必须向土壤中最少输入1.1 t C ha-1（6.4 t ha-1 yr-1有机肥）抵消C损失，维持土壤碳库。秸秆还田结合有机无机肥混施条件下，土壤固碳潜力为2.73 t C ha-1 ya-1。（3）秸秆还田能增加土壤净矿化速率、净硝化速率、总硝化速率、反硝化速率、硝态氮、铵态氮和可吸出无机氮含量。有机肥无机肥配施土壤净矿化速率、净硝化速率、总硝化速率、反硝化速率、硝态氮和可吸出无机氮含量均最大。秸秆还田下土壤有机碳、微生物量碳和硝态氮表现出较明显的正根际效应，有机无机肥配施有机碳和硝态氮表现出较明显的正根际效应。合理轮作显著改变了土壤微环境，刺激土壤微生物繁殖和酶活性的提高，增加土壤中活性有机碳含量。（4）秸秆还田和施肥方式对棉花N素吸收和根系生长有重要影响，有机无机肥配施作物通过细根发展成庞大的根系，最大化了有机质与根系的接触面积，增加了根系对养分的获取。有机质的添加促进了根系对化肥中养分的吸收，提高了肥料利用效率。