集約化稻田土壤有機碳穩(wěn)定性及碳庫保護綜述

摘要：以化肥過量投入的集約化稻作生產(chǎn)方式，嚴重影響了土壤碳庫資源及其穩(wěn)定性，系統(tǒng)評價集約化稻田土壤有機碳的穩(wěn)定性有利于促進農(nóng)田碳庫保護和綠色低碳稻作轉(zhuǎn)型發(fā)展。根據(jù)集約化稻作及土壤碳庫環(huán)境特征，通過查閱國內(nèi)相關研究文獻，系統(tǒng)梳理稻田土壤有機碳組分及碳庫輸入、輸出及平衡穩(wěn)定機制。集約化稻作生產(chǎn)影響糧食安全和氣候變化，從集約化稻田土壤碳排放及土壤有機碳穩(wěn)定性角度，系統(tǒng)梳理了稻作生產(chǎn)中土壤無機碳、土壤團聚體、土壤pH值、土壤養(yǎng)分、土壤微生物等環(huán)境因素及土壤無機碳組分和熱敏感性對土壤有機碳物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性的影響，并分析了土壤有機碳穩(wěn)定性評價方法，探討了土壤有機碳穩(wěn)定性和碳庫穩(wěn)定性在土壤物理性狀、土壤生物、土壤化學組分3個方面的研究不足，展望了集約化稻作低碳優(yōu)化路徑及土壤碳庫保護措施。不同稻作生產(chǎn)模式下土壤有機碳固持能力、穩(wěn)定性及穩(wěn)定機制明顯存在差異，保護性稻作有利于平衡土壤結(jié)構(gòu)與碳排放。

關鍵詞：集約化稻作；土壤；碳組分；有機碳穩(wěn)定性；低碳模式；碳庫保護

中圖分類號：S511.06+1；S153.6+2" 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）14-0001-06

收稿日期：2023-07-30

基金項目：國家自然科學基金（編號：41661074）；廣西“新世紀十百千人才工程”專項資金（編號：2018221）；廣西農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新團隊項目（編號：桂農(nóng)科2021YT040）。

作者簡介：徐美花（1994—），女，廣西賀州人，碩士，主要從事稻作生態(tài)與應用推廣研究，E-mail：2432820953@qq.com；共同第一作者：韋翔華（1964—），男，廣西南寧人，博士，副教授，主要從事土壤微生物及環(huán)境生態(tài)研究，E-mail：623473653@qq.com。

通信作者：胡鈞銘，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)有機資源利用與生境調(diào)控及逆境生態(tài)研究。E-mail：jmhu06@126.com。

農(nóng)業(yè)集約化生產(chǎn)是指可以通過大幅度減少單位產(chǎn)品的勞動消耗，同時也能夠節(jié)省大量的勞動力、財力和技術，從而獲得更高的單位面積產(chǎn)量的一種生產(chǎn)方式［1］。水稻是世界三大主糧作物之一，實行集約稻作生產(chǎn)有著重要而特殊的意義［2］。隨著我中國人口的不斷增長和化肥工業(yè)的快速發(fā)展，以化肥過量投入的集約化稻作生產(chǎn)在促進水稻增產(chǎn)和維護國家糧食安全方面作出了巨大的貢獻［3］，但也給稻田土壤環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重的負面影響，隨著國家減肥增效和“雙碳”目標的實施，集約化稻作生產(chǎn)亟待通過優(yōu)化轉(zhuǎn)型發(fā)展綠色低碳稻作生產(chǎn)。

農(nóng)田化肥的過分投入對集約化農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響［4］。土壤有機碳是土壤有機質(zhì)礦質(zhì)穩(wěn)定后的產(chǎn)物，與土壤養(yǎng)分利用、溫室氣體排放及土壤碳庫組分有關［5］。土壤有機碳對土壤肥力有重大影響，它可以促進土壤生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)物質(zhì)在生物之間傳輸、提高土壤養(yǎng)分有效性［6］。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上化肥不當使用會導致作物養(yǎng)分失衡、降低生物活性，影響土壤有機碳含量［7］。稻作是地球上重要的農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)［8］。土壤有機碳含量是稻田土壤肥力的重要指標［9］，集約化稻作生產(chǎn)影響土壤碳排放和土壤質(zhì)量改善。以化肥過分投入的集約化稻作生產(chǎn)過分地消耗了土壤碳資源，影響了土壤有機碳穩(wěn)定性和碳庫平衡［10］。土壤有機碳穩(wěn)定性是衡量土壤有機碳在外界擾動下抗干擾和恢復原有水平的能力。以化肥過量投入的集約化稻作生產(chǎn)影響稻田碳庫穩(wěn)定性，有關集約化稻作的土壤有機碳穩(wěn)定性及碳庫保護概述性研究較少，因此系統(tǒng)評估集約化稻作對稻田土壤有機碳和碳庫平衡的影響，對優(yōu)化集約化稻作生產(chǎn)和碳庫保護和綠色低碳稻作轉(zhuǎn)型發(fā)展具有重要價值。

不同稻作生產(chǎn)方式下土壤有機碳固持能力、穩(wěn)定性及穩(wěn)定機制存在明顯差異，本研究針對集約化稻作土壤環(huán)境及有機碳穩(wěn)定性的影響，通過查閱國內(nèi)相關研究文獻，從集約化稻田土壤碳排放及土壤有機碳穩(wěn)定性角度，系統(tǒng)梳理了稻作生產(chǎn)中土壤無機碳、土壤團聚體、土壤pH值、土壤養(yǎng)分、土壤微生物等環(huán)境因子及土壤無機碳組分和熱敏感性對土壤有機碳物理結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、化學穩(wěn)定性、生物穩(wěn)定性的影響，并分析了土壤有機碳穩(wěn)定性評價方法，探討了土壤有機碳穩(wěn)定性和碳庫穩(wěn)定性在土壤物理性狀、土壤生物、土壤化學組分等3個方面研究的不足，展望了集約化稻作低碳優(yōu)化路徑及潛在的土壤碳庫保護途徑，以期為可持續(xù)低碳稻作及碳庫保護提供理論參考。

1 集約化稻作與糧食安全

1.1 糧食安全面臨的挑戰(zhàn)

糧食安全關乎著國家的經(jīng)濟進步和社會的發(fā)展［11］。目前國內(nèi)外商業(yè)模式、國內(nèi)外糧食供給和自然環(huán)境都發(fā)生了巨大的改變，繼續(xù)保持國家糧食產(chǎn)量豐富的供給趨勢，確保國家糧食的安全，將需要面對許多困難和越來越多的挑戰(zhàn)，當前我國糧食生產(chǎn)種植需要大量資金，單位面積繼續(xù)增加產(chǎn)量的內(nèi)部能力存在局限性，糧食種植戰(zhàn)略與農(nóng)業(yè)資源發(fā)展存在沖突。面對糧食安全的各種挑戰(zhàn)，需采取相應的措施，改善我國稻田土壤有機碳的碳密度分布對提高糧食豐產(chǎn)具有重要作用。

1.2 集約化稻作對糧食安全的影響

化肥是糧食產(chǎn)出的一種重要的生產(chǎn)投入要素，以化肥過量投入作為集約化稻作生產(chǎn)方式，為我國糧食產(chǎn)量持續(xù)增加做出了重要貢獻［12］。化肥的施用行為是追求糧食產(chǎn)量的體現(xiàn)，施用化肥可以提高糧食產(chǎn)量和提高糧食的品質(zhì)，保障了糧食安全，在一定程度上提高了土壤的肥力。集約化稻作提高了糧食產(chǎn)量，使得糧食的產(chǎn)量比過去40年翻一番，根據(jù)我國統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)可知，2019年化肥施用量比1978年施用量增長6倍左右，占世界總用量的1/3。但過量的化肥施用，導致資源浪費的同時，還引發(fā)了惡劣的環(huán)境污染問題，出現(xiàn)稻田面源污染、土壤重金屬污染，進而破壞農(nóng)田生物多樣性和增加溫室氣體排放等，從而降低糧食產(chǎn)量和損害稻米品質(zhì)。

1.3 集約化稻作對氣候變化的影響

施肥通過影響稻田有機碳的含量來調(diào)控土壤呼吸，進而改善土壤呼吸速率和土壤累計呼吸量［13］。但隨著化肥施用量的增多，土壤呼吸累計量開始減少［14］，不合理的施肥方式，導致空氣污染，溫室氣體排放在下層大氣中臭氧含量增加，可導致巨大的危害。隨著科學技術的發(fā)展，采用集約化農(nóng)業(yè)方式能有效減少二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）和氧化亞氮（N2O）的排放量，從而實現(xiàn)環(huán)境保護。因此，采用先進的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方法，提高糧食的收獲率和降低污染源等［15］，將是一個具有重大意義的研究課題。我國碳排放總量在世界碳排放量的占比較大，探索和討論我國糧食主產(chǎn)區(qū)農(nóng)田溫室氣體排放特性和減排渠道，估算我國水稻主要種植范圍農(nóng)田溫室氣體排放量與減排潛在能力，有利于為我國未來作物生產(chǎn)戰(zhàn)略和環(huán)境政策的制定提供理論基礎。

2 集約化稻作對土壤碳庫的影響

隨著集約化農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土壤碳排放和土壤質(zhì)量受到了嚴重的影響［16］。為了有效提高土壤固定碳的能力，采取施用有機肥的舉措刻不容緩。在施用有機肥的情況下，運用輪作種植模式，能夠有效地促進大團聚體有機碳的形成，使得土壤大團聚體有機碳的總含量在土壤有機碳含量中占比增大［17］。隨著化肥施用的逐年增多，我國水稻生產(chǎn)的碳足跡正在持續(xù)減少，同時水稻產(chǎn)量的增長比土壤碳排放的增長更為顯著。然而，就水稻生產(chǎn)過程中的碳排放結(jié)構(gòu)而言，物質(zhì)投入的碳排放量卻在逐步上升，這表明，化肥施用量的增加正對水稻的碳排放產(chǎn)生越來越大的影響。

有機肥與化肥配施的有機碳的積累功效要比單施化肥方式好，通過采用有機肥與無機肥配施的方法，有利于提高土壤有機碳含量［18］。將有機肥與化肥結(jié)合施用，有利于加強土壤固碳減排的能力，增加土壤總有機碳含量。常年施用有機肥可以為土壤固定更多的碳，不僅提高了有機質(zhì)含量，而且隨著施用有機肥總量的增多，有機質(zhì)含量增加的范圍出現(xiàn)了顯著性；常年施用化肥，特別是無機氮肥的施用，加強了土壤有機碳分解的能力，造成土壤有機碳含量的減少。減少化肥的施用，采用有機無機的配施方法，有利于提高土壤有機碳含量。

3 集約化稻田土壤有機碳穩(wěn)定性

3.1 土壤有機碳物理穩(wěn)定性

團聚體中有機碳的封存使土壤有機碳積累發(fā)生改變［19］。通過形成的土壤團聚體，不僅能夠有效地調(diào)節(jié)和平衡土壤的肥力，而且還能夠有效促進有機碳的活性和分布，從而使得土壤疏松熟化層得到有效的支撐。此外，土壤中的團聚體有機碳的比例接近90%，因此，土壤團聚體的存在也為有機碳的穩(wěn)定性提供了有效的保障［20］。土壤中有機碳的變化對土壤團聚體的產(chǎn)生起到了關鍵性的作用［21］，根據(jù)研究結(jié)果顯示，團聚體主要由各種大小不同的土壤顆粒構(gòu)成［22］。其中有機碳的含量變動及穩(wěn)定性受到多種因素影響［23］。因此，為了準確地衡量團聚體穩(wěn)定性，通常采用土壤團聚體分類技術，這種方法既反映了團聚體穩(wěn)定性，也反映了團聚體物理穩(wěn)定性，從而更加準確地預測團聚體結(jié)構(gòu)，提升了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

團聚體粒徑的增加可以有效地提高土壤有機碳的含量。對于土壤中有機碳的累積，采用合適的方法施用有機肥可以增強土壤團聚體對有機碳的物理保護作用［24］。長時間施用化肥不利于推動水穩(wěn)性大團聚體的產(chǎn)生，減緩其的水穩(wěn)定性。施用化肥，會導致土壤中的有機碳含量逐漸減少，同時也會導致土壤有機碳總量減少，并進一步削弱團聚體對土壤有機碳的物理保護能力及提升化學組分在土壤有機碳中的重要性，進而影響到稻田土壤有機碳含量的變化與穩(wěn)定性。因為有機碳數(shù)量受到多種因素的影響及土壤本身的特殊性，有機碳和土壤在團聚體形成過程中的相互影響，所以未來在對有機碳的物理防護機制需要進行多方面的考慮并進行系統(tǒng)研究，進行稻田土壤有機碳物理穩(wěn)定性全面、系統(tǒng)的科學研究，對增加稻田團聚體的穩(wěn)定性和稻田土壤有機碳的保護具有重要價值。

3.2 土壤有機碳化學穩(wěn)定性

土壤有機碳的化學穩(wěn)定性就是通過有機碳與無機碳的交互作用，從而使土壤有機碳的化學穩(wěn)定性發(fā)生變化，減少土壤有機質(zhì)的化學有效性，提高土壤碳的穩(wěn)定性［25］。土壤碳庫由2種類型構(gòu)成，分別是土壤有機碳（SOC）和無機碳（SIC），土壤無機碳的形成有利于促進土壤有機碳穩(wěn)定性，碳酸鈣在土壤無機碳中占據(jù)重要地位［26］。鈣離子在土壤中的黏土礦物和腐殖物質(zhì)之間擔任重要的角色，在我國北部地區(qū)的中性土壤與石灰性土壤主要以一種特殊的共價鍵的方式形成了有機碳與無機碳復合體，有機碳與無機碳復合體是土壤團聚體產(chǎn)生的前提條件。研究發(fā)現(xiàn)，鈣鍵有利于土壤團聚體保持穩(wěn)定性［27］。鈣鍵的形成有利于提高土壤有機碳的含量［28］，促進穩(wěn)定性有機碳含量增加［29］。穩(wěn)定性有機碳化學組分對土壤抵抗外界因素變化和固存碳的潛在能力具有決定性的作用，而土壤以穩(wěn)定形式固存有機碳的潛力受到土壤有機碳的穩(wěn)定性機制的影響［30］。Hassink首次提出了土壤黏粒含量的多少直接影響土壤的固碳作用［31］。土壤的黏土礦物中有著較多的表面電荷，土壤黏土礦物具有良好的吸附功能，其對土壤有機碳有很強的吸附能力，致使土壤黏粒是影響土壤有機碳含量的重要因素［32］。

土壤養(yǎng)分是土壤肥力最重要的物質(zhì)基礎，采用正確的施肥措施可以改善土壤養(yǎng)分，降低土壤呼吸溫度敏感性（Q10），并增強對氣候變化的適應能力。使用化肥與有機肥能夠提高紅壤水稻土Q10［33］。有研究指出，在旱作耕作環(huán)境下，施肥會導致土壤Q10下降，這很大程度上取決于碳氮比例［34］，進而分解有機碳的活化能［35］。另外，受到施肥方式的影響，土壤pH值會改變，從而致使Q10改變，造成這種情況的原因是pH值對微生物的形成具有重要的影響，此外，pH值的變動也會間接地影響Q10［36-37］，常年使用化肥，致使土壤中pH值出現(xiàn)顯著性下降，這會使土壤中微生物和可溶性有機碳受到影響，從而使土壤呼吸、Q10以及土壤有機碳含量發(fā)生改變［38］。當處于較高pH值時，會使土壤微生物受到影響，這會削弱微生物分解土壤有機質(zhì)的能力，會降低土壤有機碳含量［39］。隨著有機碳的分解，它們會釋放出大量的養(yǎng)分元素，提高了土壤有機碳含量［40］。稻田土壤有機碳的化學成分影響了土壤有機碳的分解速率［41］。陳小云等結(jié)合硫酸和鹽酸水解法，發(fā)現(xiàn)單施鉀肥會顯著增加水稻土有機碳的含量［42］，有機碳具有的活性是影響有機碳含量的最重要的因素。此外，通過適當施用氮肥，可以有效地提高土壤中不易分解的有機碳數(shù)量，并且可以增強土壤中有機碳的化學穩(wěn)定性，從而有效地調(diào)控草甸黑土的有機碳含量及其穩(wěn)定性［43］。加強稻田土壤有機碳化學穩(wěn)定性研究，可以更好地理解土壤碳固定機制。

3.3 土壤有機碳生物穩(wěn)定性

土壤生物群落的活力和多樣性對維護陸地生態(tài)系統(tǒng)至關重要。微生物群落結(jié)構(gòu)可顯著影響土壤碳庫穩(wěn)定性［44］，保持土壤有機碳的生物穩(wěn)定性則是人類發(fā)展綠色低碳農(nóng)業(yè)的重要組成部分，因此，加強土壤有機碳的生物穩(wěn)定性，不僅可以改善土壤質(zhì)量，還可以減輕全球氣候變化帶來的影響。通過施肥，生態(tài)系統(tǒng)中的生物群體構(gòu)成會發(fā)生轉(zhuǎn)變，進而使土壤有機碳生物的穩(wěn)定性受到影響。當施肥過量，導致土壤養(yǎng)分失衡，并加劇土壤酸化程度，導致土壤致病菌的大量繁殖，造成生物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。而適當施用氮肥，可使土壤微生物群落的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，提升土壤碳循環(huán)的能力，減弱微生物的代謝活動，進一步促進有機碳的積累。

通過分解、周轉(zhuǎn)、調(diào)節(jié)等多種方式，植物可以將其所產(chǎn)生的有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為可以在土壤中持續(xù)存在的有機碳［45］，而這些有機碳的形成受到多種因素的共同作用，其中包括根際細菌和真菌以及其他相關的小型土壤生態(tài)系統(tǒng)。通過改變土壤有機碳含量，微生物可以有效調(diào)節(jié)其環(huán)境，從而改善其環(huán)境質(zhì)量。然而，如果采取了不正確的農(nóng)業(yè)管理方式，就會出現(xiàn)“惡性循環(huán)”的現(xiàn)象［46］。微生物的功能非常強大，其不僅有利于分解有機碳，還能通過讓其代謝產(chǎn)物來重新構(gòu)建土壤中的有機碳［47］，從而改善土壤的生態(tài)平衡。雖然一些有機碳具有抗性，但隨著時間的推移，微生物已經(jīng)擁有分解各種有機碳的能力［48］，它們可以通過調(diào)節(jié)營養(yǎng)元素的攝取量來滿足自身的需求，特別是當?shù)土椎臄z取量不足時，礦化酶的分泌量也會增加，這就會影響到土壤有機碳的分解速率［5］。經(jīng)過長期施用化肥，稻田土壤生態(tài)系統(tǒng)的有機質(zhì)抗微生物分解的能力受到了顯著的削弱，這就要求降低生物呼吸量，同時也需要依靠有機碳的分解來維持土壤的穩(wěn)定性［49］。化肥減施不僅可以增加稻田土壤活性有機碳含量，而且可以增加稻田土壤微生物量碳。加強稻田土壤有機碳生物穩(wěn)定性研究，可以更好地為研究微生物固碳機制提供精確的方法。

4 集約化稻田土壤碳庫保護研究不足之處

4.1 碳庫溫度敏感性研究有待加強

受條件限制，通過室內(nèi)礦化培養(yǎng)試驗模擬田間土壤呼吸與自然環(huán)境存在一定差異，室內(nèi)是控制變量，但是室外試驗環(huán)境因素是多變的。通過開展室內(nèi)培養(yǎng)試驗，在不同溫度梯度下培養(yǎng)并計算土壤呼吸溫度敏感性（Q10），系統(tǒng)剖析土壤有機碳對溫度變化的響應。但是采用的技術手段存在較大差異，造成了Q10運算結(jié)果的不確定性。在溫變環(huán)境下，Q10的數(shù)值通常介于1.5～2.0之間，而恒定環(huán)境下，土壤呼吸過程Q10的值可以高達1.6～2.7，較前者高出了6.7%～35.0%［50］；此外，滕澤宇等在室內(nèi)培養(yǎng)試驗中發(fā)現(xiàn)，在室內(nèi)培養(yǎng)試驗中，Q10差異的產(chǎn)生，是由于土壤溫變環(huán)境下底物消耗分配失衡及土壤微生物對特定培養(yǎng)溫度耐受能力［51］。

通常情況下，不易分解有機碳對溫度的響應比易分解有機碳更敏感，然而有研究發(fā)現(xiàn)，易分解有機碳的溫度敏感性并不總是低于不易分解有機碳的溫度敏感性［52］，這種情況的出現(xiàn)由于土壤有機碳儲存的不平衡導致，團聚體與礦物質(zhì)吸附會對土壤有機碳的分解速度產(chǎn)生影響，而這些過程也受溫度的影響，然而因為這2種因素都受到溫度的影響，所以它們對于溫度敏感性的影響很難準確地衡量。此外，微生物的生理特征、群落結(jié)構(gòu)和布局也會對土壤溫度敏感性產(chǎn)生影響，然而，因為微生物個體無法衡量單一微生物對土壤呼吸敏感性的調(diào)節(jié)機制，并且由于微生物多樣性和科研方法的限制，微生物群體對溫度敏感性影響的研究還非常缺乏［52］。

4.2 碳庫生物組分研究有待深入

在陸地生態(tài)系統(tǒng)里，土壤是儲量最大并且流動速度最慢的碳貯藏地，由2種類型組成，分別是土壤有機碳庫與土壤無機碳庫。土壤碳循環(huán)在整個系統(tǒng)中占據(jù)了重要地位，生物組分是土壤碳循環(huán)中重要的組成部分。通過對生物組分的分類，將土壤有機碳分為微生物生物量碳和可礦化碳［53］。在土壤活性有機碳庫中，土壤微生物量碳是最重要的碳，而且土壤微生物也是參與土壤有機碳代謝的關鍵因素，微生物固定的有機碳也是碳循環(huán)的重要一環(huán)。土壤微生物量碳就是土壤中體積較小活的和死的微生物體內(nèi)碳的總和，土壤微生物分解土壤無機固態(tài)礦物和有機質(zhì)，影響土壤發(fā)展、碳循環(huán)和肥力及土壤結(jié)構(gòu)。一般情況下，通過使用三氯甲烷熏蒸直接提取法或者三氯甲烷熏蒸培養(yǎng)法來測定土壤微生物量碳［54］。土壤微生物量碳與土壤物理和化學性質(zhì)的變化呈正相關關系。但是，這種方法對環(huán)境變化的敏感度高，且所需培養(yǎng)時間較長。土壤可礦化碳是土壤有機碳生物組分重要的組成部分。土壤有機碳的礦化是指土壤中的可礦化碳作為生物組分的關鍵部分，經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)變后，其會轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的無機碳形態(tài)。在這個過程中，會釋放出二氧化碳（CO2）。一般運用土壤培養(yǎng)方法進行測定。土壤有機碳礦化已被普遍用來評價土壤中微生物活性［55］。然而，該培養(yǎng)對密閉環(huán)境要求高，并受溫度和濕度影響極大，稍有松懈就會帶來較大偏差，甚至失敗［56］。如今，土壤微生物對世界變遷的響應研究受到較多學者關注，然而對世界范疇的土壤微生物研究相對較少；在土壤內(nèi)部，土壤、微生物與植被根系有著緊密的關系，導致生化過程縱橫交錯，但是當前大多數(shù)研究都只考慮了單一因素對土壤微生物質(zhì)量和多樣性的影響，跟農(nóng)田土壤的真實環(huán)境存在很大差距［57］。

4.3 地上和地下稻田碳協(xié)同研究有待加強

地上和地下稻田碳平衡，有利于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。研究表明，植物地上與地下輸入不僅對土壤碳庫含量、成分和穩(wěn)定性都產(chǎn)生了深遠影響［58-60］，而且這些輸入的變化會導致土壤有機碳含量發(fā)生相應的變化［61］。在貢獻方面，植物地下輸入比地上輸入對土壤有機碳的貢獻更大。地上凋落物輸入是土壤中地下碳輸入保留率的1/5。稻田生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)性生產(chǎn)力與其生態(tài)功能的發(fā)揮有著密切的聯(lián)系，為了實現(xiàn)稻田生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，須構(gòu)建集約化稻田水稻碳資源高效型群體，強化地上與地下凋落物分解對土壤碳變化影響的共同效應體系的研究［62］。

5 集約化稻田土壤有機碳庫保護研究趨勢

5.1 加強稻田碳庫溫度敏感性研究

在碳中和、碳達峰的雙重背景下，氣候變化已經(jīng)對我國稻田生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重的破壞，并且正在不斷地影響著經(jīng)濟社會的發(fā)展。近年來，華南地區(qū)遭遇的高溫、干旱等極端氣候事件導致水稻種植方式和布局顯著改變，因此，構(gòu)建一個適應氣候變化的稻田糧食安全保障體系以及加強經(jīng)濟社會體系是迫切需要解決的問題。擴大室外土壤有機碳分解Q10的試驗范圍，開展室外試驗時可以采用原位增溫或者土柱置換的方法研究Q10。在溫變環(huán)境下，土壤碳庫對環(huán)境變化的響應并非唯一的，需要進行多方面交互影響的試驗，以探究多方面產(chǎn)生的疊加效果或抵消影響，深入探討各種因素對有機碳分解溫度敏感性的相對影響［52］。

5.2 開展稻田土壤碳庫生物組分研究

隨著全球氣候變化，為深入了解對土壤微生物生物量及其多樣性高級生態(tài)系統(tǒng)，需要全面考慮土壤現(xiàn)狀、地表植被和土壤管理條件等多個方面，并且深入探討它們之間的相互影響。此外，因為土壤有機碳生物組分的復雜性，研究方式也存在一定的差異性，所以須完善土壤有機碳生物學組分與化學組分、物理組分之間的關系與研究方式。盡管對微生物量的測定方法已被廣泛使用，但根據(jù)目前的科學手段，仍然無法直接測定土壤微生物量。所以，通過采用可以迅速便捷地直接測定稻田土壤微生物量的新措施，應加快土壤微生物量測定的速度和強化精度，給生態(tài)體系建立模型提供依據(jù)，是未來開展土壤微生物量研究范疇中應該重視的問題。

5.3 建立稻田土壤碳平衡協(xié)同研究

對于集約化稻田土壤中有機碳飽和度問題，其在水田中所占比例通常超過旱地。應深入探討采用關于如何實現(xiàn)有機碳潛力的實際有效的技術方法，加強地上和地下稻田碳捕獲、碳固定研究，完善和發(fā)展稻田地上和地下協(xié)同的新技術。外源碳和養(yǎng)分輸入會影響土壤有機碳的形成和礦化，植物地上部分與地下部分之間相互影響，地下根系會影響地上植物有效吸取營養(yǎng)，同時，地上植物會給地下根系提供光合產(chǎn)物，因此通過研究確定靶標、區(qū)域適應性強的地下微生物調(diào)控舉措，研究加強地上植物吸收養(yǎng)分能力的措施，達到地上—地下生物的協(xié)同調(diào)控和營養(yǎng)成分有效使用，從而建立稻田土壤碳平衡協(xié)同發(fā)展。

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