耕作方式与未来气候情景对奥地利东部表层土壤有机碳储量的长期影响：模型与实验研究

为探究气候变化下不同耕作方式对土壤有机碳(SOC)储量的长期影响，奥地利研究人员通过N14CP模型结合30年田间试验，发现保护性耕作(MT/NT)可显著提升表层(0-15 cm)SOC储量(+309至+1145 g m-2)，而传统耕作(CT)导致碳流失(-209至-332 g m-2)。该研究为气候变化背景下土壤固碳策略提供重要理论支撑。

　　

在气候变化加剧的背景下，农业土壤作为重要的碳汇正面临严峻挑战。奥地利东部典型丘陵农区的长期监测显示，传统耕作导致的土壤有机碳(SOC)流失与极端气候事件叠加，可能加速土地退化进程。奥地利农业研究机构通过整合30年田间观测与N14CP模型模拟，首次系统评估了不同耕作方式在RCP4.5/RCP8.5气候情景下对表层土壤(0-15 cm)有机碳储量的长期影响。

研究团队采用集成C-N-P循环的N14CP模型，结合历史气候数据(1901-2015)和?KS15未来气候预测数据集，模拟了传统耕作(CT)、覆盖耕作(MT)和免耕(NT)三种管理方式下SOC动态。模型校准阶段(1994-1995)的RMSE为45.3 g m^-2，验证阶段(2000-2023)显示良好拟合(PBIAS=3.9%)。研究创新性地将实测土壤侵蚀数据(CT:8.6 t ha^-1 yr^-1)纳入模拟，对比分析了侵蚀与非侵蚀情景的差异。

3.1 模型性能验证
模型验证显示SOC模拟值与实测值高度吻合，其中森林参照点误差最小。CT、MT和NT处理的PBIAS分别为8.3%、1.7%和8.2%，均达到"非常好"标准。值得注意的是，尽管CT处理的R²较低(0.01)，这主要源于长期观测数据有限和土壤空间异质性，但RMSE指标仍有效捕捉到SOC变化趋势。

3.2 SOC动态模拟
模拟结果显示至2100年，NT处理在基准情景下SOC增加达+1145 g m^-2，显著高于MT(+309 g m^-2)，而CT呈现持续下降(-209 g m^-2)。气候情景影响表现为：RCP8.5下NT的SOC增量仍保持+961 g m^-2，证实保护性耕作对气候变化的缓冲作用。有机肥持续施用(2800 g m^-2 yr^-1)有效抵消了CT处理的碳损失。

3.3 累积变化分析
短期(1994-2050)数据显示NT处理SOC增长达29%，显著高于MT(14%)。侵蚀影响分析揭示，非侵蚀区SOC储量比侵蚀区高23%(CT)、11%(MT)和5%(NT)。长期模拟中，NT在RCP8.5下仍保持+31%增长，而CT下降达-15%，凸显免耕系统的气候韧性。

4.4 模型局限性
季度时间步长限制了对极端降雨事件的响应模拟，且单作物设定无法直接体现覆盖作物效应。深层土壤(>15 cm)碳库动态未纳入评估，但引用奥地利相邻区域研究佐证表层结果的代表性。

这项跨越世纪的模拟研究证实，保护性耕作通过减少土壤扰动(降低KPlough因子3→1)和增强地表覆盖，能有效提升土壤固碳能力。特别值得注意的是，冬季覆盖作物与免耕协同使NT处理的年SOC固定量达12-13 g m^-2 yr^-1，较传统耕作提升40%。研究成果为欧盟"从农场到餐桌"战略提供实证支持，证实调整耕作方式是实现农业碳中和的关键路径。未来研究需结合¹³C同位素示踪等技术，进一步解析碳在土壤剖面的垂直迁移机制。