1981—2019年華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的時(shí)空變化及影響機(jī)制

張婧婷,石 浩,*,田漢勤,逯 非,徐希燕,劉 迪,剛誠(chéng)誠(chéng),方善民,秦小羽,潘乃青,王思遠(yuǎn)

1 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京 100085 2 奧本大學(xué)林業(yè)與野生生物科學(xué)學(xué)院國(guó)際氣候與全球變化研究中心,奧本 36849 3 中國(guó)科學(xué)院大氣物理研究所,北京 100029 4 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所, 楊凌 712100

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫(kù),約為大氣中總碳量的2—3倍,一個(gè)微小的波動(dòng)都能引起大氣中二氧化碳(CO2)濃度的劇烈變化[1]。農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是受到自然和人類活動(dòng)綜合影響最為顯著的陸地生態(tài)系統(tǒng),因此可以在較短時(shí)間尺度內(nèi)調(diào)節(jié)其土壤有機(jī)碳(soil organic carbon, SOC)收支狀態(tài)[2]。農(nóng)田土壤有機(jī)碳增加既可以將大氣CO2固定到土壤中,又可以抵消農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中甲烷和氧化亞氮等其他溫室氣體的排放的影響[3]。因此,準(zhǔn)確評(píng)估農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量將對(duì)緩解當(dāng)前氣候變暖、實(shí)現(xiàn)“碳中和”可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)具有重要意義。

農(nóng)田土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)受到氣候變化和人為管理措施的共同驅(qū)動(dòng)。氣候條件調(diào)控土壤過(guò)程和作物生長(zhǎng),并最終影響土壤有機(jī)碳的數(shù)量和質(zhì)量[4—7]。人類活動(dòng)對(duì)土壤有機(jī)碳的影響也非常顯著,通過(guò)改善農(nóng)業(yè)管理措施,比如采取秸稈還田和增施有機(jī)肥等措施,一般能夠減緩甚至逆轉(zhuǎn)土壤有機(jī)碳損失[8—12]。但正是由于農(nóng)田土壤有機(jī)碳變化同時(shí)受到兩者復(fù)雜的交互影響,在較大時(shí)間和空間尺度上準(zhǔn)確捕捉土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)變化特征十分困難。目前,區(qū)域尺度農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量估算大部分基于站點(diǎn)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,通過(guò)空間統(tǒng)計(jì)等方法外推獲得[9,12],由于實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)分布多集中在較肥沃的農(nóng)田,在一定程度上存在高估區(qū)域尺度的農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的可能性。而基于過(guò)程的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)模型,例如DeNitrification-DeComposition(DNDC)模型[13]、Rothamsted carbon(RothC)模型[14]和Agricultural Production Systems sIMulator模型[15],則需要進(jìn)行大量復(fù)雜的參數(shù)化過(guò)程,增加了區(qū)域數(shù)據(jù)獲取的難度。相對(duì)而言,機(jī)器學(xué)習(xí)模型具有自學(xué)習(xí)功能,可以發(fā)現(xiàn)其他因果關(guān)系,在較大時(shí)空尺度上模擬農(nóng)田土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)方面具有一定優(yōu)勢(shì),目前已被廣泛用于模擬區(qū)域尺度農(nóng)田土壤有機(jī)碳的變化[12,16—18]。

華北平原是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,以冬小麥—夏玉米一年兩熟的種植制度為主。自20世紀(jì)80年代以來(lái),華北平原農(nóng)田管理措施,包括無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥施用、農(nóng)田作物秸稈還田比率、保護(hù)性耕作措施以及灌溉量都發(fā)生了一定的變化[12,19—21]。但截至目前,依然缺少華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳高精度的時(shí)空變化及常規(guī)管理措施的相對(duì)貢獻(xiàn)研究。因此,明晰華北平原土壤有機(jī)碳含量的時(shí)空變化和歸因,在全球變暖和糧食安全的背景下,對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)管理措施具有重要意義。本文首先利用薈萃分析解析華北平原常規(guī)管理措施(氮磷鉀無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥施用和秸稈還田)對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳變化的貢獻(xiàn),然后結(jié)合區(qū)域尺度數(shù)據(jù),包括土壤(土壤容重、pH值、土壤總碳、總氮、總磷、土壤質(zhì)地)、氣候和大氣成分變化(溫度、降水和氮沉降)、作物生長(zhǎng)狀況(LAI)和其他管理措施(灌溉、耕作措施),使用隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型,模擬了1981—2019年華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳的時(shí)空變化。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

華北平原是東亞最大的沖積平原,也是中國(guó)最多產(chǎn)的農(nóng)業(yè)區(qū)之一,其中農(nóng)田占地35 Mhm2[22]。由于對(duì)糧食供應(yīng)的重要貢獻(xiàn),它被稱為“中國(guó)的糧倉(cāng)”。華北平原屬半干旱半濕潤(rùn)氣候區(qū),降水和溫度等氣候要素具有明顯的季節(jié)特征和年際波動(dòng)[3,23]。年平均溫度14—15℃,京、津一帶降至11—12℃,南北相差3—4℃。受季風(fēng)降水影響,大部分降雨(超過(guò)70%)發(fā)生在6月至9月,平原年降水量500—1000 mm,降水有由北向南增加的趨勢(shì)[24]。大部分海拔低于50 m的平原區(qū)覆蓋沖積土。

1.2 數(shù)據(jù)收集

本研究從40篇以華北平原為研究區(qū)域的同行評(píng)審文章中提取了22個(gè)土壤有機(jī)碳實(shí)驗(yàn)站點(diǎn)共1047條數(shù)據(jù)(包括692條無(wú)機(jī)氮肥實(shí)驗(yàn)、656條磷肥、403條鉀肥、197條有機(jī)肥、294條秸稈還田數(shù)據(jù),大部分為交叉實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù))。所有的文章都來(lái)自中國(guó)知網(wǎng)(https://www.cnki.net/)和科睿唯安科學(xué)網(wǎng)(the Web of Science, www.webofscience.com)。搜索關(guān)鍵詞為“土壤有機(jī)碳”、“土壤有機(jī)質(zhì)”、“氮肥”、“磷肥”、“鉀肥”、“化肥/無(wú)機(jī)肥”、“有機(jī)肥”、“秸稈還田”、“保護(hù)性耕作”、“秸稈還田”以及相對(duì)應(yīng)的英文名稱。所有選定的研究都符合以下標(biāo)準(zhǔn):(1)有機(jī)碳含量是在田間實(shí)驗(yàn)中測(cè)定的;(2)提供輔助信息,如實(shí)驗(yàn)時(shí)間、重復(fù)次數(shù)、采樣深度、氣候和土壤理化性質(zhì);(3)除本研究的3種目標(biāo)管理措施(包括無(wú)機(jī)肥氮磷鉀、有機(jī)肥和秸稈還田措施)外,還包括其他華北平原常規(guī)農(nóng)田管理措施,如耕作措施、灌溉等。土壤有機(jī)碳數(shù)據(jù)從選定文獻(xiàn)表中獲取,或者使用圖片數(shù)字化工具(GetData Graph Digitizer software v2.26, http://getdata-graph-digitizer.com/download.php)從圖中提取。從選定的研究中獲得的其他相關(guān)信息也被記錄下來(lái),包括位置(即經(jīng)緯度)、實(shí)驗(yàn)時(shí)間、氣候特征(生育期平均氣溫和降水總量)、土壤性質(zhì)(容重、質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量和pH值)和其他農(nóng)學(xué)實(shí)踐(作物耕作措施、灌溉)。按研究時(shí)間分為兩類:中短期(小于20 a)和長(zhǎng)期(大于等于20 a)。同時(shí),由于華北平原的空間異質(zhì)性相對(duì)較小,為確保每個(gè)研究組有足夠的數(shù)據(jù)量,本文接下來(lái)的分組中提到的閾值,原則上都是取中位數(shù),例如站點(diǎn)觀測(cè)的生育期內(nèi)平均溫度的分組閾值定為20℃。

以上數(shù)據(jù),分別用于薈萃分析以及隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型的訓(xùn)練和測(cè)試。其他區(qū)域尺度的環(huán)境數(shù)據(jù)(均重采樣并降尺度到0.05°),則用于補(bǔ)充缺項(xiàng)數(shù)據(jù)以及作為隨機(jī)森林模型區(qū)域模擬的輸入數(shù)據(jù)。例如土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù),如土壤容重、土壤質(zhì)地、土壤總碳、總氮、總磷含量和pH值,來(lái)自GSDE土壤數(shù)據(jù)庫(kù) (http://globalchange.bnu.edu.cn/research/soilw),該套數(shù)據(jù)是基于各個(gè)國(guó)家和地區(qū)土壤剖面數(shù)據(jù)庫(kù)、土壤清查數(shù)據(jù)和分類數(shù)據(jù)庫(kù)生成[25],該套數(shù)據(jù)的原始空間分辨率為30′,垂直方向共8層,本研究使用了雙線性內(nèi)插的方法重采樣到0.05°,取頂層4層(0—28.9 cm)土壤理化性質(zhì)數(shù)據(jù)的均值作為表層土壤理化性質(zhì)；作物L(fēng)AI,來(lái)自GLASS LAI遙感數(shù)據(jù)0.05°的格點(diǎn)提取值(www.glass.umd.edu)；作物生育期平均溫度和降水總量,來(lái)自國(guó)家氣象局?jǐn)?shù)據(jù)共享平臺(tái)(http://www.cma.gov.cn/2011qxfw/2011qsjgx/)和陽(yáng)坤等[26]；氮沉降數(shù)據(jù),來(lái)自化學(xué)-氣候模式計(jì)劃(Chemisty-Climate Model Initiative,CCMI),它融合了多種大氣化學(xué)傳輸模型的模擬結(jié)果并同時(shí)考慮了人為與自然的含氮化合物的排放與傳輸[27]。其原始數(shù)據(jù)時(shí)間跨度為1850—2014年,空間分辨率為0.5°,使用最鄰近插值法將數(shù)據(jù)重采樣到0.05°,2014年后的氮沉降數(shù)據(jù)使用2014的值替代；灌溉數(shù)據(jù),來(lái)源于國(guó)家科技基礎(chǔ)條件平臺(tái)—國(guó)家地球系統(tǒng)科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://www.geodata.cn)[28—29]；秸稈還田數(shù)據(jù),來(lái)自Han等[12]；化肥氮磷鉀數(shù)據(jù),來(lái)自當(dāng)?shù)乜h級(jí)統(tǒng)計(jì)年鑒；有機(jī)肥數(shù)據(jù),來(lái)自Zhang 等[30]；農(nóng)田分布和覆蓋比例數(shù)據(jù),采用美國(guó)航空航天局(NASA)的中分辨率成像光譜儀(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)地表覆蓋產(chǎn)品(MCD12C1v006)[31],時(shí)間跨度為2001—2019年,空間分辨率為0.05°,分類體系參照國(guó)際地圈生物圈計(jì)劃標(biāo)準(zhǔn)分類(International Geosphere-Biosphere Programme, IGBP)。在模擬和分析時(shí),通過(guò)拼接、投影轉(zhuǎn)換、裁剪等得到華北平原2001—2019年農(nóng)田分布和柵格占比的空間數(shù)據(jù)。1981—2000年的農(nóng)田分布數(shù)據(jù)來(lái)自LUH2數(shù)據(jù)集[32],因其空間范圍大,時(shí)間跨度長(zhǎng),在許多區(qū)域和全球評(píng)估報(bào)告中被廣泛采用[33—35]。

1.3 薈萃分析

薈萃分析(Meta-anlysis)通過(guò)響應(yīng)比(response ratio,RR)來(lái)表示實(shí)驗(yàn)處理水平對(duì)結(jié)果的影響,本研究對(duì)響應(yīng)比進(jìn)行了對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換[36],公式為:

(1)

(2)

wi=1/vi

(3)

(4)

(5)

τ2表示研究間的方差,可由約束最大似然法(restricted maximum likelihood,REML)求出[37]。以上計(jì)算過(guò)程利用R軟件[38]的薈萃軟件包[39]完成,并且最終的對(duì)數(shù)響應(yīng)比利用(eRR+-1)×100%轉(zhuǎn)換為百分比,以便更好地體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)處理對(duì)有機(jī)碳的影響[10]。

1.4 隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型

隨機(jī)森林(Random forest,RF)是一種用于分類和回歸的集成學(xué)習(xí)方法。算法中生成了大量的決策樹(shù),并最終聚合成一個(gè)單一的預(yù)測(cè)[40—41]。由于對(duì)大量決策樹(shù)進(jìn)行平均,RF模型實(shí)現(xiàn)了低偏差和低方差[42]。該算法不會(huì)出現(xiàn)過(guò)度擬合,因?yàn)槊靠脹Q策樹(shù)是由一個(gè)唯一的引導(dǎo)子樣本的數(shù)據(jù)訓(xùn)練而來(lái),而過(guò)擬合不會(huì)根據(jù)RF模型中的樹(shù)的增加而增加,它隨著更多的樹(shù)而趨于穩(wěn)定[43]。

本研究利用收集的1047條土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量數(shù)據(jù),利用RF模型檢測(cè)了該地區(qū)0—20 cm農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化的控制因素。首先, 本研究將數(shù)據(jù)分為兩部分,其中25%(約261個(gè)點(diǎn))是測(cè)試數(shù)據(jù),75%(約786個(gè)點(diǎn))是RF模型構(gòu)建的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。對(duì)于每棵樹(shù),需要說(shuō)明3個(gè)訓(xùn)練參數(shù)。第一個(gè)訓(xùn)練參數(shù)是在森林中生長(zhǎng)的決策樹(shù)的數(shù)量(the number of decision trees,ntree),較高的數(shù)量將對(duì)變量重要性的的估計(jì)更穩(wěn)定[44]。本研究將ntree設(shè)置為默認(rèn)值500。第二個(gè)參數(shù)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)選擇的預(yù)測(cè)變量的數(shù)量(mtry)。回歸問(wèn)題的默認(rèn)值是預(yù)測(cè)因子總數(shù)的三分之一。因?yàn)镽F預(yù)測(cè)性對(duì)mtry很敏感[45], 所以本研究使用了一種迭代的方法,以最小的袋外(out of bag,OOB)均方誤差來(lái)確定最佳mtry (公式6)。第三個(gè)參數(shù)是在樹(shù)的終端節(jié)點(diǎn)上觀察的最小數(shù)量(node size)。在這里, 本研究使用默認(rèn)值進(jìn)行回歸RF。RF模型使用擴(kuò)展的交叉驗(yàn)證,其中每個(gè)OOB樣本由相應(yīng)的引導(dǎo)訓(xùn)練樹(shù)預(yù)測(cè)。之前的所有OOB都被聚合到一起通過(guò)均方誤差(mean square error,MSE)估計(jì)精度,“百分比方差解釋”可以由1—MSE推導(dǎo)出來(lái)[41]。本研究使用測(cè)試數(shù)據(jù)集來(lái)驗(yàn)證RF回歸模型,利用觀測(cè)值與預(yù)測(cè)值之間的差異來(lái)估計(jì)平均百分比誤差(mean percentage error,MPE)、預(yù)測(cè)均方根誤差(root mean square error of the prediction,RMSEP)和決定系數(shù)(coefficient of determination,R2)[41,46]。

(6)

(7)

(8)

(9)

1.5 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量計(jì)算

根據(jù)Huang等[47]的計(jì)算方法,土壤有機(jī)碳密度(soil organic carbon density,SOCdensity)(Mg C/hm2)計(jì)算公式為:

SOCdensity=c×B×20/10

(10)

式中,c為0—20 cm土壤有機(jī)碳含量(g/kg);B為0—20 cm土壤容重(g/cm3);式中20和10分別指土層深度和面積轉(zhuǎn)換系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤有機(jī)碳對(duì)化肥、有機(jī)肥和秸稈還田管理措施的響應(yīng)

在華北平原3種常見(jiàn)的農(nóng)田管理措施中,有機(jī)肥施用對(duì)農(nóng)田土壤有機(jī)碳(SOCdensity)的影響最為顯著,平均提高了48.3%的SOCdensity增長(zhǎng)速率,且隨著有機(jī)肥投入量的增加,SOCdensity增長(zhǎng)速率會(huì)繼續(xù)增大(圖1)。氮磷鉀無(wú)機(jī)肥料可分別提高23.3%,22.7%和26.0%的SOCdensity增長(zhǎng)速率。其中小于300 kg/hm2的氮肥投入使SOCdensity增長(zhǎng)速率增加了29.6%,但是,超過(guò)300 kg/hm2的氮肥投入反而使促進(jìn)效應(yīng)降低了35.7%。秸稈還田促進(jìn)SOCdensity提高了23.4%,較高還田比率(>30%)有助于SOCdensity進(jìn)一步增加26.8%。值得注意的是,不管是無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥還是秸稈還田輸入,當(dāng)投入量超過(guò)農(nóng)作物和土壤微生物對(duì)碳、氮的需求時(shí),土壤有機(jī)碳的積累速率會(huì)顯著下降。例如,相對(duì)于低投入量,超過(guò)300 kg/hm2的氮肥投入、超過(guò)200 kg/hm2的有機(jī)肥輸入以及大于30%的秸稈還田率的措施使土壤有機(jī)碳的積累速率分別下降了34.3%、69.9%和22.9%。但不同于快速分解的無(wú)機(jī)氮肥,有機(jī)肥和生物肥的緩慢的分解速率使土壤微生物擁有更豐富持久的營(yíng)養(yǎng)物[24],最終會(huì)顯著增加農(nóng)田土壤的SOCdensity(圖1)。

這些傳統(tǒng)的農(nóng)田管理措施對(duì)土壤SOCdensity的積累起到了正面作用,但其長(zhǎng)期的效應(yīng)卻各不相同(圖1)。結(jié)果表明,長(zhǎng)期(≥20 a)的有機(jī)肥施用極大地有利于土壤SOCdensity積累,較中短期有機(jī)肥施用的效果高49.7%。長(zhǎng)期的無(wú)機(jī)氮磷鉀肥料的施用也促進(jìn)了27.2%—34.5%的土壤SOCdensity積累,但相對(duì)于短期施肥,其增效作用只提高了14.4%—21.2%,遠(yuǎn)低于有機(jī)肥。通過(guò)秸稈還田增加碳投入可以在土壤碳飽和之前提高碳濃度,但長(zhǎng)期的秸稈還田對(duì)土壤SOCdensity固定的增加效應(yīng)卻略微有所降低(-2.5%)。

2.2 不同環(huán)境因子對(duì)化肥、有機(jī)肥和秸稈還田管理措施引起的土壤有機(jī)碳固持的影響

在華北平原,降水量增加、適當(dāng)增溫以及高氮沉降均有利于農(nóng)田管理措施固定更多的SOCdensity(圖2)。相對(duì)于低降水條件,在年降水量高于1500 mm時(shí),氮磷鉀無(wú)機(jī)肥分別促使SOCdensity增長(zhǎng)速率提高了16.6%,12.7%和18.1%；有機(jī)肥和秸稈還田的碳匯效應(yīng)增加了20%左右。生育期平均溫度高于20℃條件下的氮肥、

圖1 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施及其持續(xù)時(shí)間對(duì)土壤有機(jī)碳變化速率的平均影響Fig.1 Mean effects of conventional agricultural management and its duration on soil SOCdensity in North China Plain括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

圖2 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)不同氣候、氮沉降分布下的土壤有機(jī)碳變化速率的平均影響Fig.2 Mean effects of conventional agricultural management on soil SOC changes in the North China Plain under different climate and N deposition conditions括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

有機(jī)肥和秸稈還田分別使SOCdensity增加速率提高了33.1%、62.5%和45.2%,較低溫度條件下則分別提高了19.7%、34.7%和33.8%。高氮沉降條件下,3種管理措施對(duì)SOCdensity的促進(jìn)作用比低氮沉降條件下高11.3%—24.3%。

土壤質(zhì)地以及相關(guān)理化性質(zhì)對(duì)華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施引起的土壤有機(jī)碳固持有顯著的調(diào)控作用(圖3)。譬如,無(wú)機(jī)肥在黏土比重大的農(nóng)田土壤中,對(duì)SOCdensity的促進(jìn)作用提高了(14.5%—19.6%)；相對(duì)于低壤土,壤土含量高的農(nóng)田土壤中的有機(jī)肥施用提高了54.0%的SOCdensity增長(zhǎng)速率,而秸稈還田措施則使SOCdensity增加速率降低了23.8%；在沙土比重大的農(nóng)田土壤中,氮磷鉀無(wú)機(jī)肥和有機(jī)肥施用對(duì)SOCdensity的促進(jìn)效應(yīng)分別降低了5.8%—11.0%和61.6%,秸稈還田反而使其提高了22.4%。較低的初始土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)碳固存提供了潛在空間(圖4)。例如,在全碳含量較低的農(nóng)田土壤中,有機(jī)肥和秸稈還田對(duì)SOCdensity的增匯作用較強(qiáng),其效應(yīng)較高碳土壤分別提高了37.3%和29.8%。但值得注意的是,相對(duì)養(yǎng)分含量較低的土壤,總氮、總磷含量較高的土壤中秸稈還田措施使SOCdensity增長(zhǎng)速率分別提高了38.1%和21.6%。另外,土壤pH值增大使SOCdensity增長(zhǎng)速率有所降低,而土壤容重小則對(duì)SOCdensity增長(zhǎng)的促進(jìn)作用更大(圖5)。譬如,在堿性農(nóng)田土壤中,有機(jī)肥施用對(duì)SOCdensity的積累作用大幅下降了38.1%；在土壤容重小的農(nóng)田中有機(jī)肥施用對(duì)SOCdensity的促進(jìn)作用提高了40.9%(圖5)。

圖3 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)不同土壤質(zhì)地下的土壤有機(jī)碳變化速率的平均影響Fig.3 Mean effects of conventional agricultural management on SOC changes in the North China Plain under different soil texture conditions 括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

化肥、有機(jī)肥和秸稈還田管理措施在長(zhǎng)勢(shì)更好的冬小麥-夏玉米系統(tǒng)中對(duì)SOCdensity的積累效果更好,達(dá)到了21.2%—57.4%(圖5)。有機(jī)肥施用對(duì)SOCdensity影響的差距在不同長(zhǎng)勢(shì)的小麥-玉米輪作系統(tǒng)中尤為顯著。由于根系和地上莖葉更為發(fā)達(dá),長(zhǎng)勢(shì)更好的作物既可以通過(guò)根系分泌營(yíng)養(yǎng)物提供給土壤微生物更多營(yíng)養(yǎng),又可以通過(guò)根系殘留和秸稈還田為土壤提供更多的碳輸入[24],所以長(zhǎng)勢(shì)更好的作物大大提高有機(jī)肥的固碳能力,較之在長(zhǎng)勢(shì)弱的作物田中高出23.1%?；屎徒斩掃€田措施的效應(yīng)與之相同,在長(zhǎng)勢(shì)更好的農(nóng)田中對(duì)SOCdensity的積累作用比之在長(zhǎng)勢(shì)弱的農(nóng)田中高1.9%—6.9%。

圖4 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)不同土壤初始肥力下的土壤有機(jī)碳變化速率的平均影響Fig.4 Mean effects of conventional agricultural management on soil SOC changes in the North China Plain among different initial fertility括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

有機(jī)肥的施用和秸稈還田都能極大地促進(jìn)無(wú)機(jī)肥(氮磷鉀)對(duì)SOCdensity的積累作用(圖6)。增施有機(jī)肥后,氮肥、磷肥和鉀肥分別使SOCdensity積累提高了19.0%,20.3%和18.6%。當(dāng)秸稈還田小于30%,氮肥、磷肥和鉀肥會(huì)使SOCdensity積累提高14.8%,13.2%和10.1%,但當(dāng)秸稈還田大于30%時(shí),氮肥、磷肥對(duì)SOCdensity的增加效應(yīng)有輕微的降低(-3.0%至-8.3%),但鉀肥對(duì)SOCdensity的增加效應(yīng)增加了17.9%?？偟膩?lái)說(shuō),化肥、有機(jī)肥和秸稈還田管理措施的耦合作用促進(jìn)25.1%的農(nóng)田SOCdensity積累(圖7)。在較溫暖的條件下(>20℃),華北地區(qū)3種常規(guī)的農(nóng)田管理措施使SOCdensity顯著提高了35.6%；在較濕潤(rùn)的條件下(>1500 mm),相關(guān)的SOCdensity固定增加了33.3%；該耦合作用在高氮沉降條件下(>1.7 g N/m2)促進(jìn)了29.5%的農(nóng)田SOCdensity的積累。在弱酸性和中性(pH<8.0)農(nóng)田土壤中,這些管理措施提高了43.7%的SOCdensity增長(zhǎng)速率。而化肥、有機(jī)肥和秸稈還田措施的協(xié)同作用在較貧瘠的土壤(總碳<0.65 g/kg)中對(duì)SOCdensity積累的效應(yīng)更顯著,達(dá)到了37.1%。黏土(>30%)、壤土(>40%)含量較大的農(nóng)田中,管理措施的碳匯效應(yīng)分別達(dá)到了52.2%和26.7%。在長(zhǎng)勢(shì)較好(LAI>1.5)的作物田中,這些措施使土壤碳固持提高了26.3%,而在高灌溉條件下(>200 mm)土壤SOCdensity的固定效應(yīng)為27.8%。雖然長(zhǎng)期(>20 a)的秸稈還田對(duì)SOCdensity的增強(qiáng)效應(yīng)有所降低,但與化肥、有機(jī)肥的耦合作用卻依然很強(qiáng)(28.6%),比中短期措施的效應(yīng)提高了17.5%。

2.3 華北平原常規(guī)農(nóng)田管理措施下土壤有機(jī)碳的時(shí)空變化

運(yùn)用隨機(jī)森林模型,本研究模擬預(yù)測(cè)了常規(guī)管理措施下華北平原1981—2019年的農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的時(shí)空分布。隨機(jī)森林模型的模擬性能見(jiàn)圖8。結(jié)果表明,模型中使用的自變量解釋了華北平原SOC儲(chǔ)量變化總方差的90%以上。區(qū)域模擬結(jié)果顯示,1981—2019年間,華北平原0—20 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量平均為(14.56±1.66)Mg C/hm2((523.10±79.36)Tg C), 并且每年以0.12 Mg C hm-2a-1(5.94 Tg C/a)的固持率穩(wěn)步增長(zhǎng)(圖9)。平均來(lái)講,華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫(kù)在1980年代、1990年代、2000年代和2010年代的平均增加速率分別為7.46 Tg C、16.27 Tg C、3.11 Tg C和3.48 Tg C?？梢?jiàn),華北平原土壤有機(jī)碳積累速率在逐漸變緩,到2010年代,華北平原0—20 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量穩(wěn)定在(16.48±0.79)Mg C /hm2((602.61±32.70)Tg C)。

圖5 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)不同土壤理化性質(zhì)和作物生長(zhǎng)狀態(tài)下的土壤有機(jī)碳變化速率的平均影響Fig.5 Mean effects of conventional agricultural managements on SOC changes in the North China Plain under different soil properties and crop growth states括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

圖6 華北平原常規(guī)農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)土壤有機(jī)碳的交互式影響Fig.6 Interactive effects of normal agricultural management on soil SOC changes in the North China Plain括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

圖7 華北平原施用化肥、有機(jī)肥和秸稈還田管理措施對(duì)不同環(huán)境類型下的土壤有機(jī)碳的耦合影響Fig.7 Mean effects of inorganic and organic fertilizer and straw returning on soil SOC changes in the North China Plain under different environmental conditions括號(hào)里的數(shù)字表示觀測(cè)集個(gè)數(shù),誤差棒表示95%置信區(qū)間

圖8 華北平原農(nóng)田0—20 cm土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量變化控制因素的隨機(jī)森林模型性能Fig.8 RF model performance on predicting cropland SOC stock of the top 0—20 cm soil in the North China PlainRMSE:均方根誤差 Root Mean Square Error；MAE:平均絕對(duì)誤差 Mean Absolute Error

總體而言,1981—2019年間,華北平原各地區(qū)土壤有機(jī)碳變化存在明顯的區(qū)域差異(圖9)。由于碳氮投入量的增加,華北平原大部分地區(qū)的農(nóng)田土壤有機(jī)碳都呈上升趨勢(shì),較高的農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量集中在農(nóng)田面積分布較廣的區(qū)域,并以每年0.14—0.40 Mg C hm-2a-1的固持速率增長(zhǎng),而山地和近海區(qū)域農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量較低,部分區(qū)域甚至呈現(xiàn)出有機(jī)碳逐漸減少的趨勢(shì)(圖10),例如河北省北部、山東省中部和東部部分地區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳仍在減少。平均而言,1981—2019年,京津冀地區(qū)、山東省以及河南省的農(nóng)田有機(jī)碳儲(chǔ)量分別為(14.63±1.89)Mg C/hm2((169.57±22.24)Tg C)、(14.21±1.92)Mg C/hm2((165.55±34.79)Tg C)和(15.94±2.30)Mg C/hm2((187.98±31.59)Tg C)(表1),其積累速率分別為0.78、2.88、2.28 Tg C/a。到2010年代,京津冀地區(qū)、山東省以及河南省的農(nóng)田有機(jī)碳儲(chǔ)量分別穩(wěn)定在(176.25±12.99)Tg C、(209.47±15.35)Tg C和(216.90±12.50)Tg C。

圖9 1981—2019年華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量演變Fig.9 Temporal changes in the total cropland SOC stock in the North China Plain from 1981 to 2019正方形數(shù)據(jù)點(diǎn)是對(duì)薈萃分析數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的空間區(qū)域平均所得(站點(diǎn)主要分布在土壤有機(jī)碳較高的農(nóng)田中)；圓形數(shù)據(jù)點(diǎn)為隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)的平均華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳密度；三角形數(shù)據(jù)點(diǎn)為隨機(jī)森林模型預(yù)測(cè)的0—20 cm華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量

圖10 1981—2019年華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量及其年固持率的空間分布。Fig.10 Spatial patterns of the average cropland SOCdensity and its annual change rate in the North China Plain from 1981 to 2019

3 討論

3.1 土壤有機(jī)碳積累速率

本研究結(jié)果表明,1981—2019年,華北平原0—20 cm土壤每年土壤有機(jī)碳積累為0.12 Mg C hm-2a-1(5.94 Tg C/a),與Zhao 等[9]報(bào)道的0.16 Mg C hm-2a-1較為一致,約為中國(guó)農(nóng)田每年土壤有機(jī)碳積累量的23.3%(按最大固持率25.5 Tg C/a算[12,48—60]),相當(dāng)于中國(guó)每年CO2排放的0.61%(大約0.98 Pg C/a[61])。目前,大量的研究結(jié)果已經(jīng)證實(shí),無(wú)機(jī)肥、有機(jī)肥和秸稈還田以及配套的管理措施,使中國(guó)農(nóng)田由碳源轉(zhuǎn)變?yōu)樘紖R[9,48—49,51—58]。但由于開(kāi)展農(nóng)田觀測(cè)、實(shí)驗(yàn)的站點(diǎn)大多集中在農(nóng)田面積分布較廣、農(nóng)業(yè)投入較多的區(qū)域,相應(yīng)的土壤有機(jī)碳積累較多,而山區(qū)丘陵等貧瘠的農(nóng)田土壤則不然。因此,僅根據(jù)實(shí)驗(yàn)或觀測(cè)站點(diǎn)的土壤有機(jī)碳積累速率進(jìn)行的簡(jiǎn)單的空間升尺度平均法來(lái)估算區(qū)域尺度的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量,很大程度上忽略了空間異質(zhì)性,可能會(huì)高估土壤碳庫(kù)的潛力[58—59,62—63]。而隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型,考慮了區(qū)域上的氣候變化、大氣主成分變化、土壤理化性質(zhì)、作物生長(zhǎng)狀況和多種常規(guī)的農(nóng)田管理措施的時(shí)空分布,例如氮磷鉀化肥、有機(jī)肥、秸稈還田、灌溉等,在一定程度上更能全面的準(zhǔn)確的估算華北平原區(qū)域尺度的土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量和積累速率。

表1 1981—2019年華北平原各地區(qū)農(nóng)田土壤表層(0—20 cm)有機(jī)碳的變化

3.2 土壤有機(jī)碳積累的驅(qū)動(dòng)因子

本研究表明華北平原土壤有機(jī)碳的增加主要?dú)w功于過(guò)去幾十年的農(nóng)田管理投入的提高。其中,華北平原有機(jī)肥施用增加了48.3%的農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量,無(wú)機(jī)肥對(duì)土壤有機(jī)碳固持的影響為22.7%—26.0%,秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳積累的促進(jìn)作用也達(dá)到了23.4%。本研究結(jié)果與前人的結(jié)果相一致[9—10,12]。盡管這些常規(guī)管理措施對(duì)土壤有機(jī)碳積累都起到了積極的作用,但長(zhǎng)期施用后的影響卻有很大差異。例如,長(zhǎng)期施用有機(jī)肥較中短期的效果高出49.7%,但長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)氮肥相對(duì)于短期施肥,其增效作用只為14.4%—21.2%,遠(yuǎn)低于有機(jī)肥。這可能是由于有機(jī)肥含有大量的有效碳源,可提高微生物生物量和活性,促使微生物同化更多的銨態(tài)氮進(jìn)入土壤活性有機(jī)氮庫(kù)[24]。相比而言,無(wú)機(jī)氮肥施入僅僅通過(guò)提高土壤中根和作物殘?bào)w的自然還田量增加土壤有機(jī)碳含量,因而其提供的有效碳源相對(duì)有限,對(duì)提高土壤銨態(tài)氮同化速率的能力也就弱于施入有機(jī)氮肥[24]。長(zhǎng)期施用無(wú)機(jī)氮肥還容易使土壤氮含量過(guò)量,而過(guò)量的氮肥對(duì)土壤的影響是多方面的。首先,從對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響來(lái)看,過(guò)量的氮肥將導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變差、容重增加、孔隙度減少、土壤酸堿性改變,部分養(yǎng)分含量降低或不平衡,相應(yīng)的土壤有益微生物數(shù)量減少,進(jìn)而導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)上升速度減緩甚至下降[64]。例如,本文中華北平原施肥量小于300 kg/hm2的氮肥投入使土壤有機(jī)碳增加了29.6%,但是,超過(guò)300 kg/hm2的氮肥投入反而使該促進(jìn)效應(yīng)相對(duì)降低了35.7%(圖1)。秸稈還田增加了土壤中根系分泌物的數(shù)量,根系分泌物可以為微生物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[24]。此外,作物秸稈還可以提供含有如木質(zhì)素、纖維素和半纖維素等較穩(wěn)定的有機(jī)化合物[24]。但秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的積累作用通常小于有機(jī)肥施用。這是因?yàn)檗r(nóng)作物秸稈C/N比通常較高,微生物需從土壤中吸收更多的無(wú)機(jī)氮來(lái)滿足自身生長(zhǎng)需要,致使自養(yǎng)硝化的底物減少,微生物需要與作物爭(zhēng)奪氮素,最終導(dǎo)致秸稈分解緩慢,長(zhǎng)期以往就會(huì)使土壤有機(jī)質(zhì)積累降低[24],本文中長(zhǎng)期的秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳固定的增加效應(yīng)略微有所降低(-2.5%)證實(shí)了上述觀點(diǎn)。因此亟待明確化肥、有機(jī)肥和秸稈投入的閾值以及合理的投入比例。

這些管理實(shí)施對(duì)土壤有機(jī)碳的影響可能受到環(huán)境因素的影響。氣候是調(diào)節(jié)土壤有機(jī)碳分布的主要驅(qū)動(dòng)力之一。一般來(lái)講,溫度上升會(huì)加速土壤中有機(jī)碳的分解[4]。但也有學(xué)者[5]指出,土壤有機(jī)碳內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)和土壤其它環(huán)境因子能夠掩蓋溫度上升對(duì)土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響。降水量或降水格局的變化能顯著改變土壤的呼吸作用,但這一影響因時(shí)、因地而異。比如,在較為濕潤(rùn)地區(qū)的濕潤(rùn)季節(jié)里,降水增加可能會(huì)明顯地抑制土壤呼吸[6]；而在干旱或半干旱地區(qū)的干旱季節(jié)里,降水增加往往會(huì)促進(jìn)土壤的呼吸作用[7]。而華北平原地處東亞季風(fēng)區(qū),屬半干旱半濕潤(rùn)氣候,降水和溫度等氣候要素具有明顯的季節(jié)和年際波動(dòng)[23]。降水和增溫在華北平原有利于土壤微生物的活性增加,進(jìn)而加速進(jìn)入土壤中的腐殖質(zhì)和其他營(yíng)養(yǎng)元素的轉(zhuǎn)化積累。

土壤質(zhì)地以及相關(guān)理化性質(zhì)對(duì)土壤有機(jī)碳固持有顯著的調(diào)控作用。譬如,土壤有機(jī)碳與粘粒含量密切相關(guān)[65]；有機(jī)碳礦化速率可能隨著粘土濃度的增加而降低[66]。值得注意的是,相對(duì)于其他兩種措施,秸稈還田在粘土、壤土含量較大的土壤中的碳匯作用增加不顯著,甚至有所降低,相反,在沙土含量較大的土壤,秸稈還田的增匯效應(yīng)則提高了22.3%,這可能是由于秸稈還田對(duì)土壤的物理狀況有積極的影響,可改善土壤孔隙度和非毛管孔隙度,降低土壤容重,增加土壤團(tuán)聚體含量,增強(qiáng)土壤保水蓄水性能和粘土滲透性。較低的初始有機(jī)碳儲(chǔ)量是有機(jī)碳固存量增大的前提條件[9—10,12]。因此,本文中化肥和有機(jī)肥施用對(duì)土壤有機(jī)碳積累的促進(jìn)效應(yīng)在初始碳氮磷含量較高土壤中都有所降低,特別是有機(jī)肥,其碳匯效應(yīng)降低了31.0%—39.0%。而在初始土壤總氮總磷含量較高的土壤中,秸稈還田的增匯效應(yīng)相應(yīng)提高了38.1%和21.6%。土壤pH被認(rèn)為是影響土壤有機(jī)質(zhì)周轉(zhuǎn)率的主要因素,但其影響模式尚不清楚[67]。一般認(rèn)為土壤pH可通過(guò)影響有機(jī)碳的溶解度,并間接改變微生物的生長(zhǎng)、活性和群落結(jié)構(gòu),從而改變作物秸稈和有機(jī)碳的分解速率結(jié)構(gòu)[68—69]?？扇苄杂袡C(jī)碳的含量可能隨著酸度的增加而增加[70—71]。在本研究中,華北平原農(nóng)田管理措施在弱酸性和中性土壤中的碳匯效應(yīng)比堿性土壤高,特別是施用有機(jī)肥,其效應(yīng)提高了38.1%。而土壤有機(jī)碳跟容重則呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)的關(guān)系[72]。在本研究中,華北平原農(nóng)田土壤容重大于1.4 g/kg時(shí),化肥、有機(jī)肥和秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳的累積效應(yīng)都將下降,其中有機(jī)肥的碳匯效應(yīng)下降達(dá)到40.9%,也證實(shí)了上述觀點(diǎn)。

3.3 土壤有機(jī)碳積累的可持續(xù)發(fā)展道路

在過(guò)去的幾十年里,中國(guó)農(nóng)田有機(jī)物輸入經(jīng)歷了3個(gè)不同的階段,這些階段與社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展密切相關(guān)[9]。第一個(gè)階段的特征是在20世紀(jì)70年代后期有機(jī)物輸入較少。第二階段(1980—1999)是由化學(xué)施肥導(dǎo)致的根系生物量的穩(wěn)定增加所決定的。第三階段在1999年后,為了促進(jìn)作物殘留返還的實(shí)施,中國(guó)政府對(duì)農(nóng)民采取了各種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)措施和示范項(xiàng)目,導(dǎo)致越來(lái)越多的作物殘留被返還到土壤中。前兩個(gè)階段主要是經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)。第一階段,農(nóng)家肥產(chǎn)量有限,作物秸稈燃料/飼料利用率低是主要原因。第二階段是由增加肥料投入所帶來(lái)的植物生產(chǎn)力和根系生物量的提高所驅(qū)動(dòng)的。第三階段主要是政策驅(qū)動(dòng)階段。政策強(qiáng)制執(zhí)行的地上殘余物返還導(dǎo)致了更多的有機(jī)碳投入。2000年以來(lái),秸稈碳投入的快速增加對(duì)碳固存的效益最大。華北平原的土壤碳含量明顯低于中國(guó)的其他地區(qū)[9],20世紀(jì)60年代開(kāi)始經(jīng)歷了一個(gè)快速下降,在80年代末達(dá)到最低水平(圖9),這與其他人的研究結(jié)果一致[12,72—73]。通過(guò)采用增施化肥、有機(jī)肥和加大秸稈還田率,華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量自90年代開(kāi)始穩(wěn)步上升(圖9)。根據(jù)前人研究預(yù)測(cè),華北平原每年需要投入7254 kg/hm2的生物量來(lái)維持目前的土壤有機(jī)碳水平[74],但當(dāng)前每年的作物殘茬投入量(9651 kg/hm2)超過(guò)了C的積累需求[12]。根據(jù)本研究的研究發(fā)現(xiàn),大于30%的秸稈還田率使土壤有機(jī)碳固持效率下降了22.9%。前人研究結(jié)果也證實(shí)了隨著SOC儲(chǔ)量接近飽和水平,碳固存效率似乎可能會(huì)下降[53,75—76]。目前,秸稈還田率已達(dá)50%,未來(lái)生物體、秸稈成型燃料等也會(huì)是前景可期的溫室氣體減排途徑[3,12],而有機(jī)施肥和保護(hù)性耕作仍處于較低水平。根據(jù)Wang 等[60]的研究,如果采用碳優(yōu)化策略,華北平原土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量可達(dá)到55 Mg/hm2,幾乎是目前SOC密度(0—20 cm 14.56 Mg/hm2)的3.8倍?？梢?jiàn),未來(lái)的華北平原將是中國(guó)農(nóng)田土壤有機(jī)碳固存最有潛力的地區(qū)之一。在未來(lái),無(wú)機(jī)和有機(jī)肥料的優(yōu)化應(yīng)用,隨著保護(hù)性耕作的推廣,可能是一條可行的途徑以滿足對(duì)食物需求,同時(shí)繼續(xù)擴(kuò)大有機(jī)碳固存。

4 結(jié)論

本文利用薈萃分析、隨機(jī)森林機(jī)器學(xué)習(xí)模型以及相關(guān)的土壤、氣候和農(nóng)業(yè)管理措施等模型遙感輸入數(shù)據(jù),研究了1981—2019年間華北平原農(nóng)田土壤有機(jī)碳的時(shí)空變化,主要結(jié)果如下:

(1)1981—2019年間華北平原0—20 cm農(nóng)田有機(jī)碳儲(chǔ)量約為(14.56±1.66)Mg C/hm2((523.10±79.36)Tg C), 并且每年以0.12 Mg C hm-2a-1(5.94 Tg C/a)的固持率穩(wěn)步增長(zhǎng),但進(jìn)入2000年代后,趨勢(shì)明顯減緩為3.5 Tg C/a。

(2)華北平原大部分農(nóng)田有機(jī)碳呈增加趨勢(shì),僅河北省北部、山東省中部和東部部分地區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳減少。平均而言,1981—2019年,京津冀地區(qū)、山東省以及河南省的農(nóng)田有機(jī)碳儲(chǔ)量的積累速率分別為0.78、2.88和2.28 Tg C/a。到2010年代,京津冀地區(qū)、山東省以及河南省的農(nóng)田有機(jī)碳儲(chǔ)量分別穩(wěn)定在(176.25±12.99)Tg C、(209.47±15.35)Tg C和(216.90±12.50)Tg C。

(3)華北平原常規(guī)農(nóng)田管理措施對(duì)土壤有機(jī)碳累積的貢獻(xiàn)平均為25.1%。值得注意的是,不管是化肥、有機(jī)肥還是生物碳輸入,當(dāng)投入量超過(guò)農(nóng)作物和土壤微生物對(duì)碳、氮的需求時(shí),土壤有機(jī)碳累積效應(yīng)會(huì)顯著下降。亟待明確化肥、有機(jī)肥和秸稈投入的閾值以及合理的投入比例。

總之,在土壤和氣候環(huán)境以及農(nóng)業(yè)管理措施共同影響下,1981—2019年間華北平原大部分地區(qū)農(nóng)田土壤有機(jī)碳呈增加趨勢(shì),總體表現(xiàn)為一個(gè)凈碳匯,這對(duì)于一定程度緩解當(dāng)前的全球變暖以及保障我國(guó)糧食安全起到了積極作用。