中国稻田土壤铁流失及其环境意义｜封面文章

中国稻田土壤铁流失及其环境意义｜封面文章

　　国考入口景观,气象景观蜃楼,居住区景观功能铁是生命必需营养元素，无论是对动物、植物还是微生物的细胞代谢都不可或缺。在高营养盐低叶绿素（HNLC）海区，铁是限制浮游生物生长和控制海洋初级生产力的主要因素之一。因此，在HNLC海区加入铁可促进浮游植物生长，加速碳从海洋表层向深层输入，最终将会降低大气中二氧化碳的含量，进而缓解温室效应。

　　中国稻作历史悠久、稻田分布广泛、类型众多、人为活动影响强烈，频繁的干湿交替导致水稻土中铁的迁移过程十分活跃，且与自然土壤相比有很大差异，但关于这类独特的人工湿地生态系统铁的界面迁移流失量及其对河流乃至近海环境的贡献还缺少系统的评估。

　　针对该问题，中国科学院南京土壤研究所张甘霖研究员与遵义师范学院陈留美博士等，以起源于不同景观（沼泽、平原、阶地）与母质类型（酸性、中性、石灰性）的7个时间序列（0~2000a）水稻土为研究对象（图1），以《中国土系志》中351个土壤剖面为基础，首次阐明了稻田铁流失的模式、速率及其控制因素，估算了中国稻田铁流失的速率与总量。该项研究成果以“中国稻田土壤铁流失及其环境意义”为题发表于《中国科学：地球科学》2022年第7期。

　　右边方框内，其中T代表阶地，P代表平原，B代表沼泽，图中箭头方向代表植稻年龄增加的方向

　　研究发现，不论起源于何种景观与母质类型，水稻土在1m土体内最终都会呈现铁的流失趋势。起源于低洼沼泽区石灰性湖相沉积物的水稻土，在前期（50a）铁呈现一定的累积，之后呈现流失趋势（铁流失的平均速率为0.026kg m?2a?1）；起源于平原地区石灰性母质的水稻土，在1000a内铁以土体内表层还原淋溶与亚表层氧化淀积的内循环过程为主，之后呈现流失趋势（铁流失的平均速率为0.029kg m?2a?1）；而起源于平原与丘陵地区酸性和中性母质的水稻土在植稻初期就出现铁的快速流失（铁的最大流失速率达1.106kg m?2a?1），之后铁流失速率趋缓。起源母质pH、CaCO3与有机质含量、地形控制的物质运移以及人为灌溉引起的土壤水分状况变化与植稻年龄共同决定了稻田铁流失的模式和速率。全国稻田土壤铁流失通量约为46.4~195.7Tg a?1，全国稻田铁流失总量约为5121.5~9412.2Tg。

　　研究提出铁在水稻土土体系统、土-水系统和陆-海系统的转化迁移模型（图2），该模型对于理解地球表层系统中铁的迁移和循环过程以及土体内部不同形态铁的相互转化过程具有重要作用。与目前其他途径输入海洋的铁流失通量相比，中国稻田铁流失通量非常可观。稻田铁流失的准确估算对科学评估土地利用变化对铁的生物地球化学循环的影响具有重要意义。