不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响

摘要：近年来蔬菜地面积快速增加已成为我国农田土壤碳库变化的重要驱动因素，研究蔬菜种植方式对农田土壤固碳影响，对于揭示我国农田土壤碳库变化具有重要意义。通过实地调查与采样分析，研究了某县3种蔬菜种植方式（大田种植、季节性大棚和长年性大棚种植）对农田土壤固碳速率影响及其随种植时间的变化规律。结果表明，3种种植方式下蔬菜地土壤有机碳含量均随种植时间的增加而增加;长年性大棚、季节性大棚和大田种植方式下0—100 cm土层土壤平均固碳速率分别达到1.44、2.73、1.60 Mg.hm-2.a-1;表层土壤（0—20 cm）平均固碳速率依次为0.64 Mg.hm-2.a-1、0.36 Mg.hm-2.a-1、0.20Mg.hm-2.a-1，3种蔬菜种植方式的土壤固碳速率存在显著差异。同样为蔬菜地，选择合理种植方式是提高农田土壤固碳速率的重要途径。

关键词：蔬菜种植方式;土壤固碳速率;土壤有机碳

土壤是全球碳循环的重要环节，陆地土壤是地球表面最大的碳库，其碳库储量约为1200 —1600 Pg C （以1 m深土层计），同时土壤有机碳在提高作物产量，保持和改善土壤肥力和土壤质量，减少土壤侵蚀等方面起着重要作用。如何增加农田土壤有机碳，以应对农业和全球环境变化的双重压力，已引起了越来越多的关注。

1 研究的资料与方法

1.1 资料

在调查研究工作开展的过程中， 本次研究选取的是某地区的4 200 m2土地， 当地属于温带季风气候， 降水较为充沛， 光照条件适宜开展蔬菜种植。试验过程中， 将所选取的土地随机分为3个小组：第1组土地采取的是普通露天种植法， 一年收获两季蔬菜， 通过大蒜—土豆/萝卜的种植方式进行轮种;第2组则采用季节性大棚蔬菜种植法， 大棚用竹条搭建， 塑料薄膜围建， 主要目的是在秋冬季节防止寒潮和霜降， 达到增热保温的作用， 促进蔬菜生长， 使用该种植方法可以栽种蔬菜2～3季， 种植蔬菜与第一组相同;第3组采用的是常年性大棚种植法， 大棚是由石棉瓦及钢材等搭建的简易活动板房， 该种植方法能够进行不间断的种植， 而且菜农能根据作物种植需要调节温湿度， 可以大量使用水肥。3组蔬菜的种植土壤皆为褐土， 土壤成分基本类似， 蔬菜播种方式相同。

1.2 采样与分析

在某年期间， 每次种植作物采收之后， 试验人员都需要对3组土地的土壤进行采样， 分析土壤中氮、磷、钾及碳等元素的变化。

1.3 统计学分析

本次研究采用SPSS 19.0、Excel统计学软件对相关数据进行分析， 将文中的研究数据进行统计学分析， 以t检验计量资料， 以x2检验计数资料， 显著性差异以P<0.05表示， 具有统计学意义。

2 结果与分析

2.1 不同蔬菜种植方式土壤的有机剖面分析

通过对3组采取不同蔬菜种植方式的土壤进行有机剖面进行对比分析， 在3组不同蔬菜种植方式中：一是采用大田种植的土壤的变化量大， 有机碳的含量均在最高的土壤表层中 （0～20 cm） ， 且随着采样的深度加深， 有机碳的含量呈下降趋势， 但下降规律不统一;二是采用季节性大棚蔬菜种植方式的土壤的有机碳含量， 也随采样深度的下降而减少， 在60～80 cm时处于最低状态， 而到了80～100 cm处又呈现出上升的趋势;三是采用常年性大棚种植的土壤的有机碳含量在土壤表层时较高， 随着采样的深入， 其有机碳含量无明显变化。

在3组土壤的有机碳含量中， 采用大田种植与采用季节性大棚蔬菜种植的含量较低， 并随着采样的深入而不断下降， 而采用常年性大棚种植的土壤其有机碳含量较高， 并且随着采样的深入没有明显的下降趋势。

2.3 不同蔬菜种植方式的土壤固碳状况

由于苍山县缺少蔬菜地的长期监测点位数据，为探索不同蔬菜种植方式对土壤有机碳的影响，因此采取“空间代替时间”的方法。“空间代替时间”被广泛用于土壤成土现象，目前也被广泛用于研究人类活动对土壤的影响。本研究由于采样点较为集中，土壤有机碳密度的主要影响来自于种植时间和施肥量的综合作用，且有研究表明种植时间对蔬菜大棚土壤有机碳的影响大于施肥量，可认为“空间代替时间”可行。

3种蔬菜种植方式下，以种植时间最长与最短的剖面碳密度之差与种植时间之差的比值作为平均固碳速率。本研究中蔬菜地表层土壤固碳速率为0.20—0.64 Mg·hm-2·a-1，与常规耕作转为免耕表层土壤固碳速率（（0.57±0.14） Mg·hm-2·a-1）相比略低，但多数研究表明免耕固碳主要体现在表层土壤，难以影响深层土壤。因此，蔬菜地种植的农田土壤固碳效果整体上优于免耕少耕方式。

就不同蔬菜种植方式而言，大田种植的表层土壤固碳速率为0.20 Mg·hm-2·a-1，剖面土壤的固碳速率达到1.60 Mg·hm-2·a-1，说明大田蔬菜地土壤表层固碳较少，仅为总固碳速率的12.5%。这是由于大兴土壤1980年的初始有机碳含量较低，仅为4.91 g/kg，苍山县大田蔬菜地表层土壤初始有机碳含量在10 g/kg左右，土壤有机碳含量的升高幅度会随原有土壤有机碳含量的增加而降低。

2.2 不同蔬菜种植方式土壤的有机碳密度分析

在调查研究过程中， 通过对3组不同蔬菜种植方式的有机碳含量分析发现， 使用普通种植方法的土壤中有机碳密度并没有明显的差异， 虽然其有机碳主要存在于土壤表层中， 但是对有机碳密度的影响并不是很大， 而且随着种植时间的延长， 有机碳密度也会有所增加， 其密度会出现上升的趋势;而在季节性大棚种植法的土壤中有机碳密度会随着种植时间的延长呈现出上升趋势， 但是其上升速度相较于普通种植法来说要缓慢一些， 在上升到一定的速度之后， 会保持一种相对较为平衡的状态;常年性大棚的有机土壤密度在其土壤的表层和深层都会随着时间的增加而呈现出上升的趋势。

结论

3种蔬菜种植方式均提高了土壤有机碳库，且随着种植时间增加，土壤有机碳密度也得到不同程度的提高。其中，长年性大棚和季节性大棚的土壤固碳速率分别达到1.44Mg·hm-2·a-1和2.73 Mg·hm-2·a-1，但前者土壤固碳主要集中于表层土壤，对深层土壤有机碳的影响较小;大田种植的蔬菜地土壤固碳速率在表层最慢，为0.20 Mg·hm-2·a-1，但剖面土壤固碳速率达到1.60 Mg·hm-2·a-1，与长年性大棚相近，低于季节性大棚。从调查中发现长年性大棚和季节性大棚的经济效益明显高于大田种植方式，综合农田土壤固碳速率和经济效益上判断，长年性大棚和季节性大棚2种设施农业种植方式在蔬菜生产中很值得推广。

参考文献

[1]刘杨， 于东升， 史学正， 等.不同蔬菜种植方式对土壤固碳速率的影响[J].生态学报， 2022 （9） ：2953-2959.

[2]黄山.基于碳组分分析的稻田土壤固碳优势及其保持途经研究[D].南京：南京农业大学， 2014（7）：56-57.

[3]张赛.不同耕作模式下“小麦/玉米/大豆”套作农田碳平衡特征研究[D].重庆：西南大学， 2014（6）：34-35.