農業與水保措施土壤固碳效應與對策

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【摘要】通過對華南崩崗侵蝕區不同地類土壤有機碳儲量進行比較分析，并采集了不同地類的土壤剖面深度樣品，研究了不同地類土壤有機碳的剖面分布情況。研究結果表明經歷了幾十年的侵蝕，在區域尺度上土壤有機碳的含量降低差異不明顯，在崩崗侵蝕區進行小流域農業和水保等生態恢復措施的建設，可以起到控制土壤碳流失、提高土壤固碳潛力的作用。最后基于土壤有機碳的流失機制和固碳潛力的研究，提出華南紅壤侵蝕區土壤碳調控的對策與建議。

【關鍵詞】崩崗侵蝕區；土壤有機碳；水土流失；固碳效應；肥力提升

土壤是減緩全球氣候變暖的首要考慮的碳庫存區，作為延緩碳在各庫間的運轉周期的主導因子已成為全球變化的熱門課題。土壤有機碳是植物所需的氮、磷、硫、微量元素等各種養分的主要來源（見圖1），土壤有機碳的豐缺直接決定耕地質量和地力狀況。由于土壤碳循環過程的復雜性，目前對于土壤有機碳的研究主要集中在耕地和林地土壤，對于侵蝕區的土壤有機碳固存的研究比較薄弱。如何認識和揭示侵蝕區土壤的持續固碳機制，對研究區固碳潛力的綜合評價具有重要意義。本文對華南崩崗侵蝕區不同地類土壤有機碳儲量進行了比較分析，并采集了不同地類的土壤剖面深度樣品，研究了不同地類土壤有機碳的剖面分布情況，以期探討崩崗侵蝕區土壤有機碳的流失機制和固碳潛力，提出華南紅壤侵蝕區土壤碳調控的對策與建議。

1不同地類土壤有機碳儲量比較分析

為了探討不同地類土壤有機碳儲量與固碳的潛力，項目組在廣東省五華縣源坑水小流域內布設不同地類的采樣點14個，分別采集了土壤樣品，測定了土壤有機碳含量。采樣分2017年與2018年兩個年度，對兩年的分析結果進行了比較分析。2017年的試驗結果表明，在不同地類的土壤有機碳含量中，水稻田的土壤有機碳含量最高，為62.52g/kg，一級沉積區的土壤有機碳含量最低，為2.61g/kg。農田（水稻田）的土壤有機碳含量比一級沉積區高22.95倍。灌木林的土壤有機碳含量為22.44g/kg，水稻田的土壤有機碳含量比灌木林高1.79倍。不同地類土壤有機碳含量的大小順序為：水稻田>灌木林>疏林地>棄耕地>荒草地>有林地>裸土小區>木荷小區>松樹小區>桉樹小區>活躍崩崗區>二級沉積區>水庫沉積區>一級沉積區。2018年的試驗結果表明，在不同地類的土壤有機碳含量中，水稻田的土壤有機碳含量最高，為72.80g/kg，攔砂壩的土壤有機碳含量最低，為1.78g/kg，農田（水稻田）的土壤有機碳含量比攔砂壩高39.9倍。灌木林的土壤有機碳含量為20.50g/kg，水稻田的土壤有機碳含量比灌木林高2.55倍。不同地類土壤有機碳含量的大小順序為：水稻田>灌木林>疏林地>棄耕地>木荷小區>活躍崩崗區>裸土小區>荒草地>二級沉積>桉樹小區>松樹小區>一級沉積區>水庫沉積區。從兩年度的分析結果比較發現，水稻田土壤有機碳含量增加，棄耕地、疏林地、二級沉積區、一級沉積區、裸土小區、桉樹小區、木荷小區的土壤有機碳含量也增加。通過比較2018年與2017年的數據發現，0~20cm土壤有機碳儲量均為水稻土最大。2017年的結果顯示是一級沉積區的土壤有機碳儲量最小，2018年的結果是水庫沉積區的土壤有機碳儲量最小。從2017年與2018年兩年的數據比較發現，土壤有機碳儲量增長速率也是水稻土最大，其中荒草地、灌木林、水庫沉積區與松樹小區是負增長。這說明水稻田是碳匯，荒草地、灌木林、水庫沉積區與松樹小區是碳源。準確評價土壤的固碳潛力，是制定區域碳管理措施的主要依據。農田生態系統（如水稻田）通過水肥管理、少免耕等改良土壤的措施可以固定更多的碳，是主要的碳匯。另外，根據王義祥等[1]的研究，亞熱帶果園生態系統也是主要的碳匯。應深入研究這些農業措施的土壤固碳效果，以探索行之有效的土壤碳減排與增匯的途徑，以減緩土壤碳排放對于全球變化的影響。從分析結果來看，土壤有機碳含量的順序為：果樹地>松樹地>侵蝕劣地。由此可見，農業管理措施與施肥措施對于有機碳的積累非常重要。果樹地在人工管理下，有機碳、全N、有效P、速效K含量都較高，明顯高于松樹地和侵蝕劣地。土壤肥力的高低對于土壤有機碳的積累很重要。果園土壤的碳儲量是侵蝕劣地的10多倍，具有較大的固碳潛力。通過徑流小區試驗發現，從各個處理小區的侵蝕強度來看，自然坡面的侵蝕模數最大，為3872.6t/（km2/a），木荷地的侵蝕模數最小，為3227.9t/（km2/a）。不同小區處理土壤侵蝕模數的大小順序為：自然坡面>桉樹地>馬尾松地>木荷地。從各個處理小區有機碳的變化來看，木荷小區的有機碳含量變化最大，土壤侵蝕量最小（見表1）。試驗結果表明，同一坡度條件下，不同地類的土壤有機碳含量大小順序為：光裸地>草地>梯田>桉樹地。從同一立地條件下，梯田不同坡位土壤有機碳含量大小順序為：坡下>坡中>坡上；草地不同坡位土壤有機碳含量大小順序為：坡下>坡中>坡上；桉樹地不同坡位土壤有機碳含量大小順序為：坡下=坡中>坡上；光裸地不同坡位土壤有機碳含量大小順序為：坡中>坡上>坡下。

2不同土壤剖面有機碳的剖面分布

試驗結果表明，馬尾松侵蝕劣地、水庫沉積物與谷坊壩庫的土壤剖面的有機碳剖面分布有很大差異。崩崗侵蝕區谷坊壩庫土壤剖面有機碳的含量最小。馬尾松林侵蝕劣地隨著剖面深度的增加，土壤有機碳呈現逐漸降低的趨勢。馬尾松林由于受到人為破壞成為侵蝕劣地，地表土壤結構較差，肥力低下，植被單一。總體上有機碳含量較低，水庫沉積剖面0~100cm不同深度土壤有機碳剖面分布中，65~70cm深度土壤有機碳含量最高，為6.07g/kg，5~10cm深度土壤有機碳含量最低，為2.63g/kg。表明了歷史時期曾出現水土流失較嚴重的情況，導致土壤表層有機碳的流失，隨著后期當地加強水土保持建設，土壤表層有機碳流失才得到有效控制。從崩崗分布區谷坊壩庫的3個土壤剖面來看，有機碳的含量都不高，有機碳的峰值出現的層次都不一樣。

3紅壤侵蝕區土壤碳調控對策

（1）增施配施有機肥料。有機肥料是我國農業的特長，它具有肥力全、有機質含量高、肥勁長、來源廣、成本低等特點，有其他化學肥料不可替代的特殊作用。研究表明，施用有機肥能顯著提高土壤活性有機碳的含量；施用有機肥還可促進土壤的團聚化作用，增加了團聚體內顆粒有機碳含量[2]。（2）發展綠肥生產。綠肥是一種產量高、用途廣、肥效好、花工少、見效快的優良有機肥源，紅壤旱地（果園）種植綠肥翻壓后，不但能直接補充各種營養元素，而且可提高土壤的有機質含量。研究表明，有機碳匱乏、肥力低下的耕地更需要有機碳的輸入，且具有巨大的土壤固碳空間和潛力。因此，以固碳培肥為目的進行綠肥種植應優先針對區域土壤有機碳含量較低的耕地，土壤固碳效應也越明顯，而碳密度相對較高的一般種植區耕地綠肥種植對土壤固碳促進效果不太明顯。（3）實施秸稈還田、增加地表覆蓋。實施秸稈還田和地表覆蓋，對于改善土壤生態具有顯著效果，可以有效地進行土壤固碳。作物秸稈中含有糖類纖維、脂肪、含氮化合物等，經微生物分解后，可形成大量活性有機質并釋放出礦質營養元素，特別是豆科作物秸稈，富含氮素，肥效最佳。紅壤丘陵旱地（果園）秸稈就地還田是一項投資少、見效快、效果好、易推廣的增產培肥措施，也是解決華南鉀肥資源不足的有效途徑之一。（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，又具有較好的固碳效果。針對侵蝕區水土流失關鍵驅動因素，因地制宜，創新水土流失治理模式，加強成本較低、快速高效的治理技術措施的研究與應用。（5）應用生物質炭技術。生物質炭施入土壤后可改善土壤理化性質。生物質炭已經應用于改善土壤理化性狀、提升微生物固碳作用，增加土壤碳庫儲量、提高土壤保水保肥能力等方面。今后還需要加強生物質炭技術與土壤面源污染控制技術的配套應用，最大限度控制果園面源污染造成的環境問題[3]。

參考文獻

[1]王義祥，翁伯琦，邢世和.亞熱帶果園生態系統碳吸存及其管理[M].北京：科學出版社，2014.

[2]安婷婷，汪景寬，李雙異，等.施用有機肥對黑土團聚體有機碳的影響[J].應用生態學報，2008，19（2）：369-373.

[3]孫贇，MuhammadShaaban，何志龍，等.生物質炭對茶園土壤改良及茶葉品質的影響[J].中國土壤與肥料，2017（6）：9-14.

作者:李俊杰 單位:朱立安