探秘中国保护性农业固碳奥秘:初始碳含量与时长如何左右固碳效率?

【字体: 时间:2025年04月22日 来源:CATENA 5.4

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  在全球关注土壤有机碳(SOC)动态与气候变化背景下,研究人员针对中国保护性农业(CA)固碳效果及控制因素不明的问题,开展相关研究。结果显示 CA 能显著增 SOC,且固碳效率与初始 SOC 含量、实验时长有关。该研究为农业固碳策略提供依据。

  在全球气候变化的大背景下,土壤有机碳(SOC)作为陆地生态系统中最大的碳库,其动态变化对全球碳循环有着举足轻重的影响。农业生态系统是陆地土壤碳库的活跃组成部分,但传统农业活动常被视为碳排放源。保护性农业(CA)以其减少土壤扰动、保持土壤覆盖和多样化作物轮作的特点,成为可持续农业的重要策略,有望提升土壤有机碳含量,助力实现 “碳中和” 目标。然而,中国不同 CA 措施的固碳效率及其控制因素尚不明晰,不同研究结果差异较大,缺乏综合定量评估。为解决这些问题,研究人员开展了此项研究。
该研究由国内研究人员进行,他们通过广泛收集 1978 - 2020 年相关文献,构建了包含 469 个实验数据点的数据集,覆盖中国多数农业系统。利用元分析方法,对中国表层土壤(0 - 20 cm)有机碳含量变化进行定量评估,并探究不同 CA 措施下的控制因素。

研究结果表明:

  • CA 措施显著提升 SOC 含量:相较于传统耕作(CK),实施 CA 措施(n = 361)能使 SOC 显著增加 30.23 ± 6.46%(p < 0.001)。其中,免耕(NT)结合化肥和秸秆还田(NT + CF + S)措施下,SOC 变化率最高;NT 搭配化肥(NT + CF)、化肥配有机肥(CF + M)、有机肥(M)措施的 SOC 变化率也超 40%。而且,CF + S(21.49 ± 3.28%)或 CF + M(54.07 ± 4.76%)比单独使用 CF(12.95 ± 2.11%)固碳效果更好。
  • 固碳效率与实验时长紧密相关:CA 措施的年土壤有机碳变化率(ASCR)与应用的实验时长密切相关。总体呈指数下降趋势,数年后趋于稳定(R2 = 0.79,p < 0.05)。
  • 初始 SOC 含量影响固碳效率:初始 SOC 含量与 SOC 变化率(SCR)呈显著负相关(R2 = 0.66,p < 0.05)。实施 CA 措施后,初始 SOC 水平较高的水稻土,其 SOC 增加幅度小于初始 SOC 水平较低的黑垆土 。

此项研究成果发表于《CATENA》,意义重大。它深入剖析了 CA 在土壤中的固碳机制,为因地制宜选择合适的农业措施提供了科学依据,有助于减少土壤碳排放,提升土壤固碳能力,推动中国 “双碳” 目标的实现。

在研究方法上,研究人员主要运用了文献检索和元分析技术。通过在 Web of Science、Google Scholar、中国知网等数据库,以特定关键词组合检索大量文献,获取实验数据;再利用元分析方法,整合分析数据,量化不同 CA 措施下 SOC 的变化,确定影响固碳效率的因素。

研究结论部分再次强调,CA 措施能显著增加中国表层土壤的 SOC 含量,但固碳效率受初始 SOC 含量和实验时长的制约。在讨论部分,研究人员指出,这些发现对农业生产实践具有重要指导意义。不同地区应根据土壤初始碳含量等条件,合理选择 CA 措施,制定长期的农业碳管理策略,以实现农业可持续发展与碳减排的双赢。同时,该研究也为后续相关领域的研究提供了重要参考,助力全球在应对气候变化背景下,更好地挖掘农业土壤的固碳潜力。

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