黄土高原东部农田土壤碳封存效率低下的多重驱动因素

《Journal of Integrative Agriculture》：Multiple drivers of low soil carbon sequestration efficiency in croplands of the eastern Loess Plateau

　　

Xinyue Su|Xiujun Wang|Hengfei Wang|Ting Shi|Jing Gao|Jianhua Li|Nan Sun|Minggang Xu

中国山西省农业大学生态环境与工业技术研究所土壤健康实验室，太原030031

摘要

土壤有机碳（SOC）是衡量土壤健康和农业可持续性的关键指标。然而，黄土高原地区的土壤有机碳含量仍然较低，且碳封存效率（CSE）尚未在涵盖主要气候带的各类耕作系统中得到系统性的量化研究。本研究分析了1983年至2023年间中国山西省三个具有不同农业生态特征的县（北部：英县；中部：寿阳；南部：永济）的碳输入和碳封存效率的时空变化情况。通过运用地理统计方法、随机森林模型和路径分析，我们探讨了在不同气候条件和改良措施下土壤有机碳积累和碳封存效率的主要驱动因素。研究结果表明，土壤有机碳含量从北向南逐渐增加：2023年时北部为20.1±6.5吨/公顷，中部为23.1±6.3吨/公顷，南部为24.5±6.3吨/公顷。总体而言，碳输入量也呈现从北向南递增的趋势（分别为2.2吨/公顷、2.5吨/公顷和4.2吨/公顷），而碳封存效率则从北向南下降（分别为9.7%、7.4%和5.2%）。分析表明，海拔高度、温度、初始土壤有机质含量以及粪肥碳输入量是导致土壤有机碳空间差异的主要因素。东部黄土高原地区极低的碳封存效率可能部分归因于持续的土壤侵蚀所导致的碳损失。这些发现强调了制定基于碳循环机制的管理策略的必要性，以更好地考虑关键的生物地球化学过程，从而提升东部黄土高原耕作区的土壤健康和抗逆性。