东北地区主要旱田土壤有机碳动态演变、平衡点预测及固碳潜力估算

土壤有机碳动态演变、平衡点及固碳潜力研究对于提高农田碳储量、确立土壤培肥目标、减缓温室效应意义重大。本项目以东北地区旱田土壤有机碳为研究对象，拟采用13C标记的玉米秸秆为碳源，采用砂滤管田间模拟方法，借助于东北地区长期定位实验站（辽宁沈阳、吉林公主岭、黑龙江哈尔滨和海伦）的试验基础与平台，利用碳稳定同位素技术研究有机碳腐解、累积及分布规律；并围绕不同肥力水平条件下土壤有机碳含量，建立起土壤有机碳平衡点与年均温和降水量的线性模型；利用GIS信息技术，预测出研究区域（昌图、公主岭和海伦）不同地块土壤有机碳平衡点；利用预测出的有机碳平衡点结果及该区域第二次土壤普查的基础资料，建立起土壤固碳潜力预测模型，再利用第二次土地普查（2009年）中旱地面积（最小上图面积0.6cm2），准确地估算出研究区域现在与未来旱田有机碳储量。为明确东北地区旱田土壤有机碳培肥目标、固碳潜力及碳汇准确估算提供理论依据。

本项目以东北旱田土壤有机碳为研究对象，借助东北长期定位实验站，利用13C 标记的玉米秸秆为碳源，采用砂滤管法，研究了新加入有机碳的腐解、累积和分布特征；利用GIS技术，估算了典型县和下辽河平原30年土壤有机碳密度和储量的变化，构建了东北主要旱田土壤有机碳平衡点模型，估算了不同肥力土壤有机碳的平衡点、提升能力、固碳潜力和固碳能力。为明确东北地区旱田土壤培肥目标、固碳潜力及碳汇准确估算提供理论依据。结果表明：（1）0-60天是秸秆碳腐解的关键时期，也是对土壤有机碳组分扰动最为活跃的时期。从北至南，新加入秸秆碳对总有机碳的贡献基本呈增加趋势，对低肥土壤的贡献高于高肥土壤。老有机碳的残留则呈降低趋势，低肥高于高肥土壤。秸秆碳的添加对水溶性有机碳影响较弱，但显著增加了微生物量碳和颗粒有机碳含量及其δ13C值。表明秸秆13C更容易在微生物量碳和颗粒有机碳中固化和转移。（2）玉米秸秆添加到棕壤后，各级水稳性团聚体结合碳显著提高，随团聚体级别增大，固定的新有机碳增多，其分配顺序为游离态轻组有机碳（LFOC）>细颗粒有机碳（fPOC）>粗颗粒有机碳（cPOC）>矿物结合态有机碳（mSOC）；新有机碳存在于微团聚体中稳定性更高；矿物结合态有机碳对有机碳的固定保护能力更强。（3）玉米苗期标记后光合碳随时间表现为茎叶与根际土壤分配比例降低，而根与土体土壤分配比例增加；拔节期根系的旺盛生长促进了光合碳在地下部的分配，增加了土壤微生物同化碳的数量；覆膜加施有机肥不仅提高了光合碳固定的比例及在地上部固定光合碳的数量，而且促进了土壤微生物对根际沉积物的利用。（4）东北典型县及下辽河平原区0-20cm和1m土壤有机碳密度和储量30年间总体呈减少趋势，均呈现碳源效应。（5）构建了平衡点模型：SOCb=49.45×e-0.107AMT+30×e-0.361AMP+113.44×e-0.359EAT-61.12×e-0.048P/T+0.1×CL-2×pH-3.46（R2=0.87，n=52）。估算了东北主要黑土区旱田土壤有机碳平衡点均值43.05g/kg，固碳潜力均值10.71kg/m2。中肥和低肥区潜在固碳能力均值分别为4.06kg/m2和5.35kg/m2。研究区固碳最大储量总量为614.92Tg。中肥区和低肥区有机碳储量将分别提升169.93Tg和50.13Tg。