长期培肥条件下苏打盐碱土有机碳演变特征与固碳潜力的研究

Manure application is an important measure for stable and improving crop productivity, promoting soil organic carbon (SOC) sequestration and reducing CO2 emission. However, researchers always concern about the dynamic of SOC, ignoring the source of carbon, and the long-term dynamic of SOC. This research is carried out in a long-term experiment station of saline-alkaline soil which is affiliated to Northeast Agricultural University. The research object is saline-alkaline soils with manure applied for 20 years. We determine stable isotope of SOC, quantization the source of carbon and the contribution of each carbon material. Meanwhile, we choose the Century model of international recognition to reproduce the long term evolution of SOC. Assessing the applicability of Century model, and forecasting the future development trend of SOC. These results will improve our knowledge of the process of carbon transform, and provide a scientific basis for carbon sequestration in saline-alkaline soils.

有机培肥措施是稳定和提高作物生产力，促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。然而，以往研究多针对有机碳总量变化，忽略了土壤有机碳的来源及碳源物质的贡献率，缺乏对有机碳长期演变过程的深入探讨。本研究依托东北农业大学盐碱土长期定位试验站开展野外试验工作，以培肥20年的耕作盐碱土作为研究对象，通过对土壤有机碳稳定性同位素的测定，量化土壤有机碳来源及各碳源物质对土壤有机碳累积的贡献率。同时，配合模型模拟的研究手段，利用国际认可的CENTURY模型重现耕作盐碱土有机碳的长期演变过程，评价模型在苏打盐碱土区碳库演变中的适用性，并预测长期培肥措施下盐碱土有机碳的未来发展趋势。研究结果将丰富盐碱土碳转化过程机制的认识，为我国盐碱土固碳和地力提升技术选择提供科学依据。

松嫩平原西部土壤盐渍化现象普遍，严重制约着农业的发展。施用有机肥能够提高土壤有机碳的含量，这是改良盐碱土的核心。本研究依托东北农业大学盐碱土长期定位试验站开展野外试验工作，以培肥23年的耕作盐碱土作为研究对象，通过对土壤有机碳稳定性同位素的测定，量化土壤有机碳来源及各碳源物质对土壤有机碳累积的贡献率。同时，配合模型模拟的研究手段，利用国际认可的Century模型重现耕作盐碱土有机碳的长期演变过程，评价模型在苏打盐碱土区碳库演变中的适用性，并预测长期培肥措施下盐碱土有机碳的未来发展趋势。我们总结3年的研究结果表明：伴随有机肥长期施入，土壤有机碳呈现随培肥年限增加而增加的趋势。长期有机培肥配合玉米种植的方式，显著增加土壤δ13CSOC同位素值，0-60 cm土层的δ13C值随培肥年限的增加均有增加，增幅以0~20 cm土层的为最大。土壤有机碳与δ13CSOC值呈现显著正相关关系。为量化土壤有机碳来源，我们根据质量守恒原理，利用有机培肥9年处理估算出土壤有机碳中来源于玉米残茬的比例为14.36 %，来源于有机肥的比例为25.92 %，盐碱土壤原有有机碳比例为59.71 %。同时，研究利用国际上普遍应用的Century 4.5模型，模拟长期有机培肥措施下有机碳的动态变化过程，模拟结果表明Century模型能较好的模拟长期有机培肥措施下苏打盐碱土壤有机碳的递变趋势。我们在假定此后50年（2018-2068年）的气候条件、耕作方式和管理措施均不发生改变的条件下运转模型，结果发现长期有机培肥措施下苏打盐碱土壤有机碳含量呈现：1995-2020年迅速增加，2021-2050年缓慢增加，2051年后趋于稳定的变化趋势。借助2100年土壤有机碳含量，估算出试验点的固碳潜力为42.73 t hm-2。可见，长期有机培肥措施显著增加土壤有机碳含量，对盐碱土壤碳素累积起到重要贡献。有机碳总量的增加源于各有机碳组分的含量增加，利用1995-2068年的模拟结果分析得出，土壤慢性有机碳对土壤有机碳总量增加的贡献最大。