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

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。

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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