文献来源：Harbo, L.S., Schulz, G., Heinemann, H. et al. Flower strips as a carbon sequestration measure in temperate croplands. Plant Soil (2022).
https://doi.org/10.1007/s11104-022-05718-5
编译：蔡一萌，北京林业大学
土壤有机碳（SOC）的封存被认为是实现碳中和社会和减少温室气体排放的一个重要因素。据估计，历史上的土地利用变化和长期的农业管理已导致土壤向大气中损失116 Pg C，约占大气CO2总量的17%。这些历史和持续的SOC损失的主要驱动因素之一是碳输入的减少，这是由于农业系统中净初级生产（NPP) 的大量人类占用。因此，有机碳的增加只能通过提高土壤生物量的回报来实现，这应该是通过最大化田间的光合活性来实现的，覆盖种植、农用林业、树篱或增加禾草等永久作物的比例等措施目前被认为是增加农田土壤中有机碳存量的最有效措施。所有这些措施都有一个共同点，即它们不仅增加了SOC，而且还产生了协同效应，如增加生物多样性、减少土壤侵蚀或吸收多余的养分。
这种协同效应也适用于田埂花带，即在农业田地的部分地区播种大多数不同的混合花草。在一些农业生产高度工业化的国家，田埂花带是更可持续农业的一个特征，在农业系统中提供了多种生态系统功能：增加生物多样性，通过提高产量，以及通过增加碳封存可能减少温室气体排放等。虽然田埂花带对昆虫生物多样性和农业产量的影响已经被深入研究，但田埂花带自身的特性很少是研究的重点。田埂花带的许多方面仍然未知，包括生物量生产潜力及其对SOC存量的影响。
据此，研究团队以德国农业土壤作为温带集约化农业的模式区域，希望通过综合测量各类土壤气候条件下地上和地下的峰值生物量来回答以下科学问题：
（a）评估是否能检测到田埂花带对SOC存量的短期影响;
（b）利用有机碳周转模型，结合观察到的生物量和德国土壤名录中1533个样点估算的碳输入数据，估计田埂花带的有机碳封存潜力。
为了估算每年对土壤的碳输入，研究者团队对德国不同土壤类型和气候地区的23条田埂花带进行了地上和地下峰值生物量采样。这些数据被用作23个场景来模拟田埂花带的潜在有机碳封存，与使用RothC模型的德国农业土壤调查的1533个地点的常态场景进行对比。
图1 实验设置、采样设计及建模过程示意图。23条田埂花带的位置在左上角德国地图用绿色圆圈表示。土壤芯的采样设计（棕色圆圈）了每个田埂花带位置的耕地和田埂花带的取样设计，以及地上和地下生物量的取样区域（绿色方格）。
田埂花带平均生物量占总生物量的75%，表层土壤有机碳储量显著高于农田；在下表土层，田埂花带土壤有机碳储量均值略高于农田，但差异不显著。0-30cm的全土层内，田埂花带和农田的平均储量分别为68.4±20.9 Mg ha-1和63.5±18.4 Mg ha-1，差异不显著，但在23个样点中有15个田埂花带完整表土剖面的土壤有机碳储量均值高于农田。
在所有目录中的地点和田埂花带方案的组合中，50年后田埂花带的平均有机碳吸收潜力为16.5±12.9 Mg C ha-1。与BAU（business-as-usual）情景相比，田埂花带中92%的模型运行结果是土壤C增加。在田埂花带建立的最初20年里，不同田埂花带情景中SOC储量的模拟变化率差异很大，并随总生物量的变化而变化，田埂花带平均1年吸收0.48±0.36 Mg C ha-1。将德国1%的农田面积转化为花卉带每年可减少0.24 Tg CO2，相当于德国目前农业温室气体排放的0.4%。田埂花带中碳固存率与植物种数呈负相关，主要与禾本科取代其他草本植物有关。
田埂花带中独特植物物种总数与总生物量产量呈显著负相关，表明高度多样化的田埂花带产量较低。田埂花带的生物量没有被收割或移除，因此田埂花带对土壤的碳输出比农田大得多。但在有机碳已经很高的地区，田埂花带的潜在固碳效果较低。此外，只有永久的田埂花带才能作为缓解气候变化的重要碳汇。然而，田埂花带通常通过增加传粉者的吸引力和害虫的捕食来提高农业产量，并与整个生态系统的生物多样性具有协同关系。因此，将田埂花带作为一种简单易行的农民管理方案，可以同时改善多个关键的农业环境问题。
联系客服
