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土壤有机碳(SOC)是土壤肥力核心,且与全球碳循环密切相关。土壤稳定碳库(即矿物颗粒结合有机碳,MOC)是土壤固碳的重要部分,已经成为当前土壤固碳研究的热点。已有研究表明矿物结合有机碳存在固碳饱和值,其饱和值由矿物类型及矿物颗粒质量比例决定。碳饱和亏缺率(Carbon saturation deficit,CSD,土壤碳饱和值与当前有机碳含量的差值占碳饱和值的百分比)决定着土壤的固碳效率及固碳空间大小。我国农田土壤总有机碳(TOC)水平较低,但稳定态组分的CSD时空变化特征,以及土壤、气候及管理措施如何共同作用影响CSD,土壤稳态组分是否存在碳饱和迹象尚不明确。本研究选取了我国多个典型农田长期定位施肥试验,通过分析3个长期试验田块土壤CSD的时间尺度变化以及多点位的CSD空间尺度的变化特征,明确了气候因子、土壤性质及管理措施等环境因子对CSD的影响,量化了显著影响CSD环境因子的贡献率,探讨了土壤总有机碳及稳态碳组分的碳饱和迹象,为农田土壤固碳减排的管理及实施提供重要理论依据。本研究的主要结果和结论如下:(1)连续17年施用有机肥的碳饱和亏缺率呈显著线性下降,且下降速率为公主岭黑土>祁阳红壤>乌鲁木齐灰漠土。土壤碳饱和亏缺率随时间的变化主要受土壤养分、碳投入数量和温度共同作用影响,三者对全部3个点位CSD变化的解释率为86.4%。不同点位CSD的变化主要驱动因子存在差异,土壤养分或碳投入数量对CSD变化的贡献率最高。(2)北方上壤(东北、西北和华北)的MOC含量和MOC/TOC值显著高于南方土壤。其中,年均降水量(MAP)是MOC含量空间变异的最主要驱动因子,解释MOC含量变异的26.6%;pH对MOC/TOC比值空间变异解释能力为33.5%。综合分析表明,上壤性质均对MOC含量和MOC/TOC的影响起主导作用,综合解释能力分别为29.4%和66.6%。从降水和pH等因素考虑,是调控区域MOC含量及在TOC中所占比例的关键所在。(3)当前所有土壤的碳饱和亏缺率均值为68.6%,绝对固碳潜力均值为31.1 Mg/ha,固碳空间较大。但在不同区域CSD差异显著,以2:1型粘土矿物为主的北方土壤的CSD显著高于以1:1型粘土矿物为主的南方土壤。分析得出气候因子是影响土壤CSD的最主要因子,对CSD变异的解释率达到29.2%,而对绝对固碳潜力的解释率为63.1%。单个环境因子中,MAP和碳投入数量是CSD的主要驱动因子,对CSD的解释能力分别为27.8%和8.3%。绝对固碳潜力的主要驱动因子为MAP、海拔和年均蒸发量,MAP、海拔和年均蒸发量分别对绝对固碳潜力的的解释率别为44.6%、10.4%和8.2%。(4)总有机碳和矿物结合有机碳对外源碳的转化效率(CSE)对CSD没有明显响应关系,表明当前土壤对外源碳的投入以较稳定的速率固存,并无碳饱和迹象,总有机碳和矿物结合有机碳对外源碳的转化效率平均值分别为7%和2%。但在不同区域CSE差异显著,东北旱地和南方旱地的CSE显著高于其他地区。