【论文精选】过去35年来东北地区耕地开垦对土壤有机碳储量的影响

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标题：

Effects of cropland reclamation on soil organic carbon in China's black soil region over the past 35 years

第一作者：Xiang Wang (王翔)

中国科学院东北地理与农业生态研究所

通讯作者：Kaishan Song (宋开山)

中国科学院东北地理与农业生态研究所

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图文摘要

研究背景：土壤有机碳（SOC）是土壤资源的重要组成部分，由于SOC对土壤、水体和粮食等具有重要作用，需要被准确的监测。一项研究表明，全球的SOC储量每年损失约1.9 Pg。中国是产粮大国，粮食产量约占全球总产量的22%。当前除中国东北地区外，其他地区的耕作SOC储量呈上升趋势，东北地区位于世界四大黑土区之一，黑土代表了土壤的“高肥力”。另一方面，耕地开垦严重影响了SOC储量，大量的研究发现，森林开垦会导致8.5%-42%的SOC流失，草地开垦则导致了12%-59%的SOC流失。

研究目标：基于遥感技术完成35年来东北地区耕作SOC制图，得到持续耕作35年和不同开垦年限导致SOC储量流失的明确含量。

研究方法：本研究基于东北地区2140个耕地表层土壤样本，在GEE云平台获取1985-2020年的Landsat影像，通过土地利用数据提取不同开垦年限的边界。使用概率混合模型，多个预测模型+像素分类可能性，预测土壤有机碳含量、密度和储量。

主要发现：研究表明，35年的耕作导致东北地区SOC含量降低约3.07 g kg-1，SOC密度降低约6.71 Mg C ha-1，SOC储量降低约0.32 Pg；从1985到2020年，约64%的耕地SOC呈负增长；东北地区耕地开垦轨迹从高SOC向低SOC含量变化，在2005年以后，没有耕地开垦在黑土上；湿地开垦对SOC的影响最大，湿地开垦31-35年后，SOC密度和储量分别降低16.05 Mg C ha-1和0.005 Pg；森林开垦26-30年后，SOC密度和储量分别降低8.33 Mg C ha-1和0.01 Pg。本研究的结果对东北地区SOC变化研究提供参考，也呼吁保护黑土和自然生态系统。

中国东北地区的采样地点和土壤等级中国东北地区的样本位置和土壤类别。(红色代表中国东北四个省的名称。红色代表中国东北地区四个省的名称。Castanozeras, Grayzems, Chernozems, and black soils被定义为中国的黑土区）。

提取光谱曲线的面积（A1、A2、A3、A4和A5是三角形的面积，R1、R2、R3和R4是长方形的面积)

1985-2020年中国黑土地区耕地的聚类结果。

单一模型和混合模型的土壤有机碳预测结果（a和b代表单一模型；c和d代表混合模型）

1985年至2020年中国东北地区耕地的SOC （soil organic carbon）图谱

1985年至2020年SOC密度的变化（a代表中国东北地区，面积为48,244,833公顷；b代表黑龙江省；c代表吉林省；d代表辽宁省；e代表内蒙古。

总结：这项从1985年到2020年的研究发现，中国黑土区长期的农田使用对土壤有机碳(SOC)含量产生了负面影响，64%的农田面积出现了减少。由于长期的农田使用和土地开垦，SOC的密度和储量也都有所下降，其中森林和湿地受到了显著的影响。本研究中应用的概率混合模型有助于实现全球碳中和的目标。推荐指数：⭐‍⭐⭐⭐⭐

引文链接

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Wang, X., Li, S., Wang, L., Zheng, M., Wang, Z., & Song, K. (2023). Effects of cropland reclamation on soil organic carbon in China's black soil region over the past 35 years. Global Change Biology, 00, 1– 18. https://doi.org/10.1111/gcb.16833

期刊介绍

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Global Change Biology

中科院分区：Q1

JCR分区：Q1

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