密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及变化模拟

生态环境学报 2009, 18(5): 1923-1928 doc.guandang.net Ecology and Environmental Sciences E-mail: editor@jeesci.com

密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及变化模拟

王淑芳，王效科*，欧阳志云

中国科学院生态环境研究中心城市与区域生态国家重点实验室，北京 100085

摘要：农田土壤有机碳（SOC）库对粮食安全和全球气候变化具有重要影响，因此，开展农田土壤有机碳储量及其动态变化研究在政治经济和生态环境层面具有重要意义。采用农业生物地球化学模型——DNDC对密云水库上游地区农田土壤有机碳储量及其变化进行模拟研究，首先应用当地实测结果进行模型验证，然后根据当地气候条件、土壤性质和现行农业耕作管理特点等建立GIS区域数据库，并在数据库的支持下进行区域模拟和分析。结果表明：2006年密云水库上游地区214920 hm2农田土壤（0～25 cm）的总有机碳储量为7646×106 kg，其中位于河北省境内的该地区63.1%的农田储存了全区68.1%的SOC；平均每公顷农田SOC储量为35576.1 kg，低于全国平均水平；由于化肥和有机肥投入的增加，经过1 a耕种后，2006年该地区农田SOC储量增加142.5×106 kg，整个地区及各区县农田土壤碳收支均为正，是大气CO2的一个汇。情景分析表明，气温升高对该地区农田SOC积累具有显著的负效应；而提高秸秆还田比例、适量施用化肥、增施有机肥、增加灌溉和采取免耕方式等措施均能有效增加土壤有机碳的积累。

关键词：密云水库上游地区；农田；土壤有机碳；DNDC模型

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1674-5906（2009）05-1923-06

近年来，在全球变化四大研究计划（IGBP、IHDP、WCRP、DIVERSITAS）及其共同倡导和支持的全球碳计划（GCP）等一系列国际研究计划的促进和推动下[1]，碳循环研究已成为当今全球变化领域的三大热点之一[2]。陆地生态系统碳循环作为碳循环的重要组成部分，在全球碳收支平衡中占有主导地位[3]，直接影响全球气候变化[4]。然而，全球土壤有机碳储量在过去100 a间一直呈下降趋势[5]

。陆地生态系统碳平衡以及碳存储与分布等研究日益受到各国政界、学术界和公众的广泛关注[4]。

陆地土壤是全球最大的碳库，总碳储量约为2500 Pg，分别是大气碳库（760 Pg）的3.3倍和生物碳库（560 Pg）的4.5倍，其中土壤有机碳储量约为1550 Pg，占陆地生态系统碳库的2/3[6-8]。农田生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分，其农田土壤碳储量约为142 Pg，占陆地土壤碳储量的8%～10%[9]，是全球碳库的重要组成部分，并且是其中最活跃的部分。受耕作、灌溉、施肥等人类活动的影响，农田土壤有机碳库的质和量发生迅速变化，产生两方面的生态效应[7]：一方面土壤有机碳含量及其动态平衡直接影响土壤肥力和土地生产力，进而影响到国家粮食安全；另一方面土壤有机

全球碳库的变化对大气圈CO2浓度变化影响巨大，

土壤有机碳10%的变化，可产生相当于人类活动30

[10]

a排放的CO2量，由此对全球气候变化产生重要

影响。因此，深入开展农田土壤有机碳储量及其动态平衡研究，探究农田土壤有机碳库演变特点及其影响因素，在政治经济和生态环境建设层面均具有重要意义。

密云水库是中国华北地区最大的水库，也是北京市最重要的地表水水源地。密云水库上游（即潮白河流域上游）地区主要涉及河北省的赤城县、丰宁满族自治县、滦平县以及北京市的密云县、怀柔区、延庆县等区县，其中2/3在河北省境内，1/3在北京市境内。基于密云水库作为首都水源地战略性地位的保护政策，水库上游地区的工业发展受到较大限制，社会经济整体发展较缓，尤其是在河北省境内的区县均为国家级贫困县，农村经济发展比较落后，生产力水平较低，农民以粮食种植为主，对土地的依赖性和开发利用强度都很大，由此对土壤有机碳库的质和量都将产生重大影响，并有可能造成土壤肥力不断下降和土地日益贫瘠。因此，本文研究该地区农田土壤有机碳储量及平衡规律，及其在现行农田管理措施下的变化特征，以期探索增加土壤有机碳储量和提高土壤质量的对策措施，为科学合理地利用和保护有限的土地资源，以及当地农业的可持续发展提供决策依据。

1 研究方法

本研究主要运用生物地球化学模型——DNDC来模拟分析密云水库上游地区农田土壤有机碳储

基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）项目（2006CB403402）

作者简介：王淑芳（1981年生），女，博士研究生，主要从事陆地生态系统碳循环模拟研究。E-mail: fangfang_6281@163.com *通讯作者：王效科，E-mail: wangxk@rcees.ac.cn 收稿日期：2009-07-22