稻田是地球上最大的人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。同一個小的地貌單元內(nèi)，稻田和旱地錯落分布，具有相似的母質(zhì)和氣候條件。通常，旱地土壤有機碳含量較低，而相鄰稻田土壤卻具有突出的有機碳固持能力。解析稻田和旱地土壤有機碳來源和穩(wěn)定性、闡明兩類土壤有機碳固持途徑，可為農(nóng)田土壤有機碳庫管理提供有力科學(xué)依據(jù)。
中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所蘇以榮研究員團隊在我國東部四個水稻分布氣候區(qū)（中溫帶-黑土、暖溫帶-潮土、亞熱帶-紅壤和熱帶-磚紅壤）采用配對采樣原則，隨機采集了240對稻田和旱地表層土壤。分析發(fā)現(xiàn)，四個區(qū)域稻田土壤有機碳固持效率比相鄰旱地土壤高39%~127%，且以溫暖區(qū)（亞熱帶和熱帶）差異大于寒冷區(qū)（中溫帶和暖溫帶）。進一步隨機選擇40對土壤，基于生物標(biāo)識物木質(zhì)素和氨基糖分析，量化植物殘體和微生物殘留物來源有機碳對土壤有機碳積累的貢獻。結(jié)果表明，長期耕作以來，稻田土壤固持的有機碳中植物殘體來源碳占33%~54%、微生物殘體來源碳占28%~36%，而旱地土壤中積累的有機碳植物殘體貢獻19%~42%，微生物殘留物貢獻40%~59%。絕對值來看，稻田土壤中植物殘體來源碳庫大小是旱地土壤的3.3倍。因此，稻田土壤突出的碳固持能力主要是由于淹水限制了微生物活性、抑制植物殘體微生物分解過程，促進以植物殘體直接積累。從木質(zhì)素酚和氨基糖的化學(xué)組成來看，相較旱地土壤，稻田土壤木質(zhì)素單體中C/V比高、S類單體的酸醛比低，且真菌和細菌殘留物比值低，說明稻田土壤中積累的有機碳穩(wěn)定性低、易受環(huán)境變化或人為干擾而丟失。情景分析表明，若我國東部所有稻田轉(zhuǎn)變?yōu)楹档?，將造成稻田表層土壤?~15 cm）中504 Tg有機碳丟失（相當(dāng)于中國所有農(nóng)田表層土壤有機碳庫的13%），且98%以上發(fā)生在亞熱帶和熱帶，這些丟失的碳90%以上為植物殘體來源碳。研究結(jié)果警示了保護亞熱帶和熱帶地區(qū)稻田和其它人工濕地生態(tài)系統(tǒng)的重要性，強調(diào)了合理的水分管理是減少稻田土壤有機碳丟失的關(guān)鍵。
研究成果以Contrasting pathways of carbon sequestration in paddy and upland soils為題，發(fā)表在Global Change Biology（IF 8.555）上。該研究得到國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃等項目的支持。
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稻田和旱地土壤有機碳形成途徑概念圖