東北地理所在東北地區(qū)耕地開(kāi)墾對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量影響研究中取得進(jìn)展
土壤有機(jī)碳（SOC）是土壤資源的重要組成部分，由于SOC對(duì)土壤、水體和糧食等具有重要作用，需要被準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)。一項(xiàng)研究表明，全球的SOC儲(chǔ)量每年損失約1.9 Pg。中國(guó)是產(chǎn)糧大國(guó)，糧食產(chǎn)量約占全球總產(chǎn)量的22%。當(dāng)前除中國(guó)東北地區(qū)外，其他地區(qū)的耕作SOC儲(chǔ)量呈上升趨勢(shì)，東北地區(qū)位于世界四大黑土區(qū)之一，黑土代表了土壤的“高肥力”。另一方面，耕地開(kāi)墾嚴(yán)重影響了SOC儲(chǔ)量，大量的研究發(fā)現(xiàn)，森林開(kāi)墾會(huì)導(dǎo)致8.5%-42%的SOC流失，草地開(kāi)墾則導(dǎo)致了12%-59%的SOC流失。因此，對(duì)東北地區(qū)耕作土壤的SOC儲(chǔ)量監(jiān)測(cè)是必要的。高效、快速和低成本的遙感技術(shù)應(yīng)用于具有裸土窗口期的東北地區(qū)SOC監(jiān)測(cè)是非常合適的。
當(dāng)前的SOC遙感監(jiān)測(cè)研究有很多，但對(duì)于東北地區(qū)受耕地開(kāi)墾影響而導(dǎo)致土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化研究很少。本研究基于東北地區(qū)2140個(gè)耕地表層土壤樣本，同時(shí)，在GEE云平臺(tái)獲取1985-2020年的Landsat影像，通過(guò)土地利用數(shù)據(jù)提取不同開(kāi)墾年限的邊界，使用概率混合隨機(jī)森林模型完成35年來(lái)東北地區(qū)耕作SOC制圖。得到持續(xù)耕作35年和不同開(kāi)墾年限導(dǎo)致SOC儲(chǔ)量流失的明確含量。研究表明，35年的耕作導(dǎo)致東北地區(qū)SOC含量降低約3.07 g kg-1，SOC密度降低約6.71 Mg C ha-1，SOC儲(chǔ)量降低約0.32 Pg；從1985到2020年，約64%的耕地SOC呈負(fù)增長(zhǎng)；東北地區(qū)耕地開(kāi)墾軌跡從高SOC向低SOC含量變化，在2005年以后，沒(méi)有耕地開(kāi)墾在黑土上；濕地開(kāi)墾對(duì)SOC的影響最大，濕地開(kāi)墾31-35年后，SOC密度和儲(chǔ)量分別降低16.05 Mg C ha-1和0.005 Pg；森林開(kāi)墾26-30年后，SOC密度和儲(chǔ)量分別降低8.33 Mg C ha-1和0.01 Pg。本研究的結(jié)果對(duì)東北地區(qū)SOC變化研究提供參考，也呼吁保護(hù)黑土和自然生態(tài)系統(tǒng)。
該研究成果發(fā)表在國(guó)際期刊Global Change Biology上，本研究由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所王翔博士研究生、李思佳博士、王麗萍博士研究生、鄭淼碩士研究生、王宗明研究員和宋開(kāi)山研究員共同完成，王翔為第一作者，宋開(kāi)山研究員為通訊作者。該研究得到了中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA28050400）和高分辨率地球觀測(cè)系統(tǒng)重大項(xiàng)目（71-Y50G10-9001-22/23）共同資助。
論文信息如下：
Xiang Wang, Sijia Li, Liping Wang, Miao Zheng, Zongming Wang, Kaishan Song*. Effects of cropland reclamation on soil organic carbon in China's black soil region over the past 35 years. Global Change Biology, 2023, 00, 1-18. https://doi.org/10.1111/gcb.16833
圖1東北地區(qū)35年來(lái)土壤有機(jī)碳密度變化（a代表東北地區(qū)；b代表黑龍江省；c代表吉林省；d代表遼寧省；e代表內(nèi)蒙古）
圖2東北地區(qū)耕地開(kāi)墾結(jié)果（藍(lán)色邊框表示不同開(kāi)墾年限大范圍分布區(qū)域）
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