通过农业措施在中国西北干旱地区的土壤有机碳与作物生产力之间实现平衡

《Geoderma》：Reconciling soil organic carbon and crop productivity through agricultural practices in the drylands of Northwest China

　　

陈亚飞|孙秋宇|宋珍珍|张俊鑫|孙晓宇|王辉|杨文佳|尹丽娜|王世文

摘要

在中国西北部干旱地区，土壤有机碳（SOC）的流失和作物生产力的停滞是农业可持续性的关键制约因素。农业实践（APs）是影响SOC动态和作物生产力的关键因素。然而，由于该地区长期缺水、土壤呈碱性以及初始SOC含量较低，SOC和作物产量对农业实践的响应可能与湿润或温带地区存在根本性差异，这使得协调土壤碳积累和养分供应变得困难。因此，本研究采用多层次荟萃分析和随机森林模型，综合分析了267篇文献中的5245组观测数据，探讨了八种农业实践对作物产量和SOC含量的影响模式及潜在机制，并预测了实现协同效应的空间概率。多层次荟萃分析结果显示，免耕措施使SOC含量增加了7.6%（P < 0.05），但对作物产量没有显著影响；覆膜种植使作物产量显著增加了28.2%（P < 0.05），但并未显著改变SOC含量。相比之下，其他农业实践表现出显著的协同效应。量化作物产量与SOC含量协调程度的协同指数显示，矿物-有机肥结合使用的效果最高（0.33），其次是生物炭施用（0.31）、秸秆还田（0.20）、深翻（0.15）和绿肥（0.15）。 subgroup分析和随机森林分析表明，农业实践的有效性受气候和土壤条件的显著影响。回归分析进一步表明，土壤总氮（TN）和有效磷（AP）的变化与农业实践带来的作物产量和SOC含量之间的协同效应密切相关。模型结果表明，生物炭施用和矿物-有机肥结合使用在该研究区域具有广泛的应用前景，而免耕和绿肥在干旱和低肥力地区（如新疆、内蒙古西部和甘肃南部）的适用性有限。这些发现表明，针对当地土壤气候条件的农业实践可以同时实现碳浓度和生产力目标。本研究为政策制定者提供了科学依据，以制定旨在促进土壤碳可持续积累和保障中国西北部粮食安全的空间策略。