[01275358]长期保护性耕作对半干旱区黄绵土碳固存和碳排放的影响及机制

课题来源与背景土壤是地球最大的陆地C库，增加土壤碳固存、扩大土壤碳库，减少土壤CO2排放不仅可以缓和当前大气CO2浓度的不断增加，也可以提高土壤质量、提高土壤的抗蚀能力、生产力水平及生态系统服务功能，改善生活环境。

因此，在全球尺度上，土壤碳固存是联系粮食安全和气候变化的纽带和桥梁。保护性耕作通过改变影响土壤碳固存与排放的土壤物理性质、化学性质和生物学性质作用于土壤碳库，固碳减排。

本研究拟依托课题组于2001年起在黄土高原西部半干旱雨养农业区建立的不同耕作措施的长期定位试验，研究长期不同耕作措施下黄绵土碳固存的演变规律、黄绵土碳排放对耕作措施的响应特征、不同耕作措施影响黄绵土碳固存与排放的的土壤物理保护机制、土壤化学机制和土壤生物学机制。

以期明确长期保护性耕作措施对半干旱区黄绵土碳固存和碳排放的影响及其主要机制，为该区保护性耕作的推广应用和气候变化背景下土壤耕作和作物生产决策提供理论依据。

《长期保护性耕作对半干旱区黄绵土碳固存和碳排放的影响及机制》于2016年获得国家自然科学基金委批准，项目编号为31660373，资助经费43万元，项目执行年限为2017年1月-202年12月。

研究目的与意义

本研究依托课题组于2001年起在黄土高原西部半干旱雨养农业区建立的不同耕作措施的长期定位试验，利用妥善保存下来的2001-2016各年份表层（0-5cm、5-10cm、10-30cm）土壤样品及2017-2020年所取新鲜土样，测算不同年代、不同土层的SOC和SIC。

2017-2020年间周年监测土壤碳排放通量，结合历年作物生长状况、产量等数据积累，研究半干旱区黄绵土碳固存（SOC和SIC）对长期不同耕作措施的响应及其随时间的演变动态，黄绵土碳排放对长期不同耕作措施的响应特征，长期不同耕作措施对黄绵土典型物理、化学和生物学性质的影响，并测算连续20年不同耕作措施的秸秆碳投入，结合碳固存和碳排放研究，探讨不同耕作措施下半干旱区黄绵土碳固存排放与土壤特性变化及秸秆碳投入的关系，得出长期保护性耕作对半干旱区黄绵土碳固存与碳排放的影响及机制以期为黄土高原半干旱区保护性耕作的应用推广和气候变化大背景下的土壤耕作和作物生产对策提供理论依据。

3.主要论点与论据在陇中黄土高原半干旱雨养农业区，采取免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施能够改良土壤物理性状、增加作物产量，增加土壤碳固存，减少碳排放与传统耕作相比较，作物碳固存增加24-27%，作物生长季土壤碳排放量减少21-33%，提高碳排放效率也显著提高，是该区实现作物增产、土壤碳增汇减排的最合理的耕作措施。

4.创建与创新本研究所依托的长期定位试验是黄土高原黄绵土上第一个也是迄今为止唯一一个保护性耕作定位试验，所以这也是首次在黄绵土上基于长期定位试验研究耕作措施对碳固存与碳排放的影响;另外，本研究从土壤物理保护、土壤化学、土壤生物学和秸秆碳投入四个角度揭示保护性耕作影响半干旱区黄绵土碳固存与碳排放的机制，研究成果能为黄土高原半干旱区保护性耕作的应用推广和气候变化对策提供理论和技术依据。

5.社会经济效益与存在的问题本研究结果表明以免耕秸秆覆盖为代表的保护性耕作措施可以改善农田土壤水热条件、提高土壤有机碳、土壤微生物量碳含量，改善土壤微生物生境，影响土壤微生物群落和优势种群丰度和多样性，进而影响农田土壤碳排放量。

免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施可以降低旱地农田作物生长季土壤呼吸速率，减少旱地农田作物生长季土壤碳排放通量，提高春小麦和豌豆产量，提高碳排放效率，其中NTS效果最佳。无论在春小麦田还是豌豆田，保护性耕作处理下旱地农田均表现为大气CO2的“汇”，采取保护性耕作措施的增汇效果要好于传统耕作，其中免耕秸秆覆盖（NTS）的增汇效果最好。

由于以免耕秸秆覆盖为主要环节的保护性耕作技术改善土壤质量、提高生产力水平的效果在田间非常显著，试验田在黄土西部半干旱雨养农业区起到了很好的示范作用，部分农民已经开始采纳应用该技术，将来有望在该区大量应用。

另外本项目研究发表的文章已经频繁被下载引用，极大地丰富了保护性耕作研究和土壤质量研究，本研究也成为了类似生态区保护性耕作研究的样板。

本研究基于土壤物理、化学和生物学特性并结合碳固存和排放研究结果，从土壤物理、土壤化学和土壤微生物学角度探明了长期保护性耕作影响黄绵土碳固存与碳排放的主要机制。但是本研究碳排放涉及的土壤呼吸只考虑了总呼吸，而没有区分土壤自养呼吸和异养呼吸，因此，今后还需要进一步关注黄绵土自养呼吸和异养呼吸的变化特征及其各自对土壤总呼吸的贡献。

6.历年获奖情况无。