一种测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法技术

本发明专利技术公开了一种测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法，包括的步骤为：确定研究区采用的水土保持耕作措施类型及各措施的面积数据、计算每种水土保持耕作措施的土壤固碳速率，从而计算水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量；确定研究区中水土保持耕作措施实施区域耕作表层土壤有机碳含量、水土保持耕作措施的减蚀模数及侵蚀土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中释放碳的比例，从而计算水土保持耕作措施横向的保土固碳量。本发明专利技术考虑了不同水土流失类型区水土保持耕作措施的固碳速率、水土保持耕作措施的减蚀效益和土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中的碳排放过程，为一种普遍适用的针对不同水土流失类型区水土保持耕作措施土壤碳汇量测评的方法。壤碳汇量测评的方法。壤碳汇量测评的方法。

【技术实现步骤摘要】
一种测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法


[0001]本专利技术属于水土保持碳汇
，尤其涉及测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法。

技术介绍

[0002]水土保持措施是控制水土流失的重要方法，是深刻改变着地表覆被和结构、土地利用方式和陆地生态系统的经营措施，而其中涉及的植被和土壤具有调控碳循环和固碳的重要功能，因此，水土保持是增强陆地碳汇能力的重要途经，是实现碳中和目标的重要一环。
[0003]水土保持耕作措施作为水土保持三大措施(林草措施、工程措施、耕作措施)中极为重要的一环，其通过改变微地形、增加覆盖度、改善土壤属性等过程，可以直接带来土地生产力的改善、水土流失面积的减少和强度的降低，并直接或间接的影响到土壤碳汇的过程和碳汇量。相关研究表明：长期的农业活动使全球农田土壤碳损失50％～70％，但如果采取优化的农业管理措施，土壤有机碳的损失不但可以得到遏制，而且损失的碳库还可逐步得到恢复。我国水土保持措施体量巨大，水土保持耕作措施的碳汇作用意义重大。
[0004]据调查，未采取有效的水土保持耕作措施的地表土壤在经过人为翻耕后，其环境条件会迅速改变，造成水稳性团聚体和大团聚体比例的减少，土壤有机质合成与分解速率也会随着改变，其保水保肥、通气性能发生变化。北美的相关研究表明(Paustian et al.,1995)，由传统耕作改为保护性耕作后的10年，农田土壤耕层有机碳含量可以增加7％
‑
30％。我国学者孙建(2010)在黄河流域内蒙古黄土高原丘陵区清水河县农田的研究表明，与传统耕作相比，免耕覆盖处理的燕麦地土壤的流失量可以减少88.3％。魏永霞(2013)在我国黑龙江省北安市红星农场的研究显示，“深松+秸秆还田”与“深松+秸秆还田+垄向区田”处理的年土壤流失量较常规耕作可以分别减少40.30％和98.63％。
[0005]我国生态环境部环境规划院和中国科学院生态环境研究中心在2020年发布的《陆地生态系统生产总值(GEP)核算技术指南》中提出了农田土壤的固碳量核算方法，其核算方法按照我国东北、华北、西北和南方四大分区提出了施用化学氮肥条件下的固碳速率和秸秆还田条件下的固碳速率，该计算方法为农田施肥和秸秆还田下固碳量计算提供了很好的碳汇测算方法，但其并不能有效反映水土保持耕作措施条件下的固碳量，且其未考虑我国不同水土流失类型分区的水土流失特点和水土保持措施状况，无法实际应用于水土保持耕作措施条件下的碳汇测算。张雄智等(2020)基于不同类型的大田位点试验分析了我国以省域为单元的免耕和秸秆还田的固碳速率，为评估不同省份农田的固碳量提供了依据，但其固碳速率在重庆、吉林、云南等部分省份存在负值，且其固碳速率未深入考虑水土保持措施效益的发挥，不能有效指导水土保持耕作措施碳汇量的测算。
[0006]综合来看，以往的水土保持耕作措施碳汇研究未系统考虑水土保持耕作措施及其在碳汇过程中的贡献，由此导致水土保持耕作措施的碳汇测算不够深入、全面，主要体现在：1)以往的测算主要是以基本农田作为载体开展碳汇的测算工作，重点强调了农作物施
肥、种植对碳汇的影响，未深入考虑水土保持耕作措施对碳汇的影响，也不能有效明确水土保持耕作措施的碳汇量；2)以往的测算主要考虑了秸秆还田单一措施的碳汇效应，未考虑免耕等其他水土保持耕作措施的碳汇效应；3)以往的研究主要侧重于单点的措施，未考虑不同水土保持分区下水土保持耕作措施和水土流失特点的差异，无法应用于大尺度下不同水土流失特征和水土保持措施碳汇潜力的测算；4)以往的研究未考虑由于采取水土保持耕作措施带来的水土保持效益，即由于采取耕作措施所带来的减少的水土流失量对碳汇的影响；5)以往在测算时未考虑侵蚀土壤颗粒在运移过程中的碳释放问题，由此会直接带来侵蚀土壤的碳汇量测算偏高的问题。

技术实现思路

[0007]考鉴于到目前尚无不同水土流失类型区水土保持耕作措施碳汇测算的方法，针对现有对水土保持耕作措施碳汇测算的需求，本专利技术的目的是提供一种普遍适用的针对不同水土流失类型区水土保持耕作措施土壤碳汇量测评的方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法，包括以下步骤：
[0009]步骤一，确定研究区采用的水土保持措施类型及不同水土保持耕作措施的面积数据；
[0010]步骤二：计算研究区每种土保持耕作措施的土壤固碳速率；
[0011]步骤三，计算水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量：所述垂向的土壤固碳量是采取水土保持耕作措施后由于改善土壤属性而固定的碳量，采用公式(1)进行计算：
[0012][0013]式中：TCSs为水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量，单位：t C/a；TS
k
为第k种水土保持耕作措施面积，单位：hm2；TCSR
k
为第k种水土保持耕作措施类型的土壤固碳速率，单位：t C/(hm
2 a)；k表示第k种水土保持耕作措施类型；
[0014]步骤四，确定研究区中水土保持耕作措施实施区域耕作表层土壤有机碳含量；
[0015]步骤五，计算研究区水土保持耕作措施的减蚀模数；
[0016]步骤六,计算研究区侵蚀土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中释放碳的比例；
[0017]具体方法如下：
[0018]6‑
1布设水土保持标准径流小区，水平投影坡长为22.13m，水平垂直宽度为5m，坡度为9％(即5.14
°
)，连续保持清耕且实行顺坡耕作的小区。同步布设集流桶，雨量收集筒。
[0019]6‑
2径流小区坡面土壤采集。在地表土壤解冻后，北方一般为4月份，分别在标准径流小区的上部、中部、下部的表层20cm采集土壤样品，测定标准径流小区的土壤含碳量。
[0020]6‑
3土壤风干。采集的土壤样品，平摊成2～3cm厚度，剔除土壤中的植物、昆虫、石块等残体，用木锤压碎土块，经自然风干。
[0021]6‑
4径流小区坡面土壤有机碳含量测定。充分混匀风干土壤，采用四分法，取其一份，通过2mm土壤筛用于有机碳含量测定。采用重铬酸钾氧化
‑
分光光度法或燃烧氧化
‑
滴定法，测定得到径流小区坡面土壤有机碳含量C
plot
。
[0022]6‑
5采集次降雨过程中随地表径流运移的径流和土壤样品。在降雨事件发生后，将集流桶内的径流和泥沙样品搅拌均匀，采用径流和泥沙样品取样器收集径流和泥沙样品。
[0023]6‑
6测定降雨后随径流运移的土壤样品有机碳含量。样品经静置、过滤后，将土壤及其泥沙颗粒样品经自然风干后，通过2mm土壤筛，保留剩余颗粒小于2mm的土壤样品，采用重铬酸钾氧化
‑
分光光度法或燃烧氧化
‑
滴定法，测定降雨事件后随径流运移的土壤有机碳含量C
soil
。
[0024]6‑
7测定降雨后径流中的有机碳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测评水土保持耕作措施土壤碳汇量的方法，包括以下步骤：步骤一，确定研究区采用的水土保持耕作措施类型及不同水土保持耕作措施的面积数据；步骤二，计算研究区每种水土保持耕作措施的土壤固碳速率；步骤三，计算水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量：所述垂向的土壤固碳量是采取水土保持耕作措施后由于改善土壤属性而固定的碳量，采用公式(1)进行计算：式中：TCSs为水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量，单位：t C/a；TS
k
为第k种水土保持耕作措施面积，单位：hm2；TCSR
k
为第k种水土保持耕作措施类型的土壤固碳速率，单位：t C/(hm2a)；k表示第k种水土保持耕作措施类型；步骤四，确定研究区中水土保持耕作措施实施区域耕作表层土壤有机碳含量；步骤五，计算研究区水土保持耕作措施的减蚀模数；步骤六，计算研究区侵蚀土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中释放碳的比例；具体方法如下：C
rongjieI
＝C
runoffI
‑
C
rainI
式中：SLR为侵蚀土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中释放碳的比例；C
plot
为径流小区坡面土壤有机碳含量，％，所述径流小区为标准径流小区，坡面坡度为9％，连续保持清耕且实行顺坡耕作；C
rogjieI
为一年中第I场降雨中溶解于径流样品中的有机碳含量，％；C
runoffI
为一年中第I场降雨收集的径流样品中有机碳含量，％；C
rainI
为一年中第I场降雨收集的天然雨水中的有机碳含量，％；C
soilI
为一年中第I场降雨事件后随径流运移的土壤有机碳含量，％；I表示降雨场次；N为一年中降雨产生径流的降雨发生次数；1<I<N；步骤七，计算水土保持耕作措施横向的保土固碳量，所述横向的保土固碳量是指采取水土保持耕作措施而减少水土流失量从而对大气减少排放的碳量：采用公式(3)进行计算：式中：TCS
E
为水土保持耕作措施横向的保土固碳量，单位：t C/a；QT
k
为第k种水土保持耕作措施保土量，单位：t/a；GT为土壤有机碳含量；SEM
qs
为耕作措施的减蚀模数，单位：t C/(hm2a)；SLR为侵蚀土壤颗粒在侵蚀搬运过程中向大气中释放碳的比例；步骤八，将水土保持耕作措施垂向的土壤固碳量和横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：王友胜，张晓明，刘冰，张永娥，曹文洪，郭乾坤，赵阳，解刚，殷小琳，张国军，王昭艳，辛艳，郭米山，魏小燕，王霄，李永福，王翔鹰，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：