当前世界环境

介绍

近几个世纪以来，大气CO的浓度₂已增加到380 ppm，主要是由于人为活动。¹¹造林在减少CO方面起着非常重要的作用₂通过土壤固碳。¹⁰碳存在于所有生物体中，是地球上生命的主要组成部分。它以二氧化碳(CO)的形式存在于土壤有机质、动植物、地质沉积物、大气中₂)，并溶于海水。

有必要确定和利用不同类型的土地利用系统来减少大气中的CO₂在林业和农林复合系统中富集和提高碳储量。种植园、农作物、森林(或树木)在碳循环中的重要性是公认的¹⁹而森林是一个巨大的碳汇。通过利用不同的土地利用和土地覆盖系统，如森林更新、造林和农林业，提高地球植被的碳储存能力是一项挑战。⁴农林复合系统在目前的农业地区非常重要。农民依靠农地作为收入来源，并需要将粮食生产与环境服务联系起来。⁸

虽然原始自然生态系统的特点是主要的植被和土壤碳汇，但其中很大一部分已经丧失，特别是在世界上不发达国家和发展中国家。这些退化的地区，如沟壑地，不太可能转变为自然的绿色覆盖。需要通过不同的谷地管理模块，将这些未充分利用的生物质土地用途(如谷地)转变为富含碳的园艺、林业、农林业和药用植物种植园。在最近的过去，主要强调的是通过碳封存来减轻气候变化影响的农业系统管理。¹³与大多数其他技术相比，建立和处理多年生植被以增加碳固存的成本较低，而且这些做法对环境和健康的风险最小。多年生植被比一年生植被效率更高，因为它将更高比例的碳分配到地下，并经常延长生长季节，¹³从而增加系统在未来的碳封存潜力。^15日12

在印度所有可用土地中，约有3.97米是峡谷，这是土地严重退化的形式。有必要保护附近的生产性土地，防止过度开发和管理不善。沟壑区土壤养分和水分的缺乏严重影响了该地区的植被。该地区在夏季和冬季都经历了极端的天气条件，降雨量少，这使得该地区的农业无利可图。在这种条件下，有效的营养和水管理技术需要可持续的生产和生计的沟壑区农民。

不同土地利用方式的影响有助于在退化土地上固碳，改善地下水位、土地生产力、小气候和农民的生计选择。不同的土地利用模式有助于恢复中央邦沟壑区的生态状况。²土壤固碳可以提高退化土壤的肥力、结构和持水能力，从而提高生产力和盈利能力。沟壑区的绿化也有助于保护土壤，增加侵蚀沟壑区的可利用水量。研究了不同管理模式下植物生物量和固碳潜力的变化。

材料与方法

目前的研究是在位于莫雷纳区的艾萨村的大学实验地点进行的，靠近昌巴尔河岸边，距离大学总部约80公里。项目区域位于北纬26度⁰北纬40分40分84分，西经78分⁰东经06分29.21度，海拔150至240米。

土壤深度从30 cm到> 120 cm不等，质地以砂质粘土壤土为主。莫雷纳地区的地理位置是中央高地路径。田地的坡度大多在0.1%至8.0%之间(非常缓坡到缓坡)。严重到非常严重的侵蚀问题是突出的，因为该地区在雨季大部分是未开垦的。土壤的持水量几乎为中低。

研究了不同土地利用方式下荒漠流域的固碳潜力。这项实验开始于2011- 2012年。五个模块M₁——多样化种植制度，M₂——Agri-horti模块，M_3.——horti田园模块，M₄- Silvi-Medicinal Module, M₅-Silvi-Pastoral，是为昌巴尔峡谷的可持续管理而开发的。部分梯田和清理实验地块的布局被布置在15个60 x 70米的街区中，每个街区可容纳五个模块。实验场地总面积为20.475 ha。种植几何包括两个面积为4200米的主要地块²每亩300株。6种果树(Drumstick, Aonla, Ber, Guava, Custard apple和石榴)和10种银药(楝树，Arjuna，麻花，Gugul, Karanj, Babool，柚木，Siras, Khamer, Seasham)被移植在30 × 30 × 45 cm的坑中。

估算了土壤有机碳含量;²¹利用碳分析仪对不同模块下的生物量进行了估算。同样有效的氮，^20.可用的磷,¹⁶可用的钾¹⁴估算了土壤团聚体(> 500µm)的百分比。²²该活动包括测量来自不同模块的树木参数，以获得单树重量，量化模块的总生物量储量，并最终估计每公顷的生物量储量。树木的参数测量包括;直径(dbh)，孔高，树高和树冠直径/宽度。

生物量估算

通过破坏性取样几乎不可能测量一个地区的所有生物量。某种形式的异速生长用于计算单独植物的生物量，以测量其茎直径等特性。在胸高处直径大于或等于2 cm DBH的植物将被用于植被的地上生物量估算。

植物每年的生物量碳

在热带气候下种植的树木，特别是在农林业中，有助于隔绝大气中的CO₂大约50磅二氧化碳₂树^－1一年^－1。大多数条件可能会影响植物的固碳速率，即它们的生长特性、树木的木材密度以及种植地点的植物生长条件。碳固存在20至50岁的早期阶段是最高的。¹为了计算给定植物的生物量碳储量，通过除以植物年龄得到年生物量碳固存率。这个过程包括确定:

树的总(绿色)重量。

树的干重。

树中碳的重量。

树木吸收的二氧化碳的重量。

CO重量₂每年都被封存在树上。

植物的总(绿色)重量

根据所使用的公式计算植物的重量¹

W =植株重量(克)，D =茎直径(厘米)，H =植株高度(米)。

如果D < 11，则

W = 0.25d²H .............................................................................(1)式。

如果D >11，则

W = 0.15d²H ........................................................................... ( Eq。2)

给定的两个方程可以表示所有植物物种方程的平均值。系数(如0.25)变化，D²H可以根据植物种类的不同而提高到略高于或低于指数。根系重量约为树体地面重量的20%。因此，要计算该植物的总绿重，树的地上重量乘以120%。

树的干重¹⁹

要确定树的干重，将植株的重量乘以72.5%。这是通过考虑所有物种来计算的，平均树木干物质为72.5%，湿度为27.5%。

树的碳重

树木的总体积通常含有平均碳的50%。¹⁸因此，植物中碳的重量是植物干重的50%。

CO重量₂存储在树中

有限公司₂有1个碳分子和2个氧分子。碳的原子量是12.001115，而氧的原子量是15.9994。这就是CO的估计重量₂为，C+2*O=43.999915₂:C比值为43.999915/12.001115=3.6663。

因此，CO的重量₂植物的存储量估计，乘上3.6663。CO的重量₂植物每年吸收的二氧化碳= CO的重量₂储存在植物中/植物的年龄。

结果与讨论

不同模块中的生物质碳

由于植物生物量随年龄增长而增长，延迟采收至成熟期可能有助于形成巨大的碳汇。计算了2012-13年、2013-14年、2014-2015年、2015-16年和2016-17年各模块的生物量碳。以园牧模式(M .)生物量碳含量最高_3.)，其次是森林-田园模块(M₅)，农业- horti模块(M₂)， Silvi-药用模块(M₄)和多样化种植制度(M₁)，而园牧模块(M_3.)，其次是多样化种植制度(M₁)，农业- horti模块(M₂)， Silvi-Pastoral模块(M₅)，以及Silvi-Medicinal Module (M₄)。在模块M中，生物质碳的最高变化为89%₅其次是85%的M_3.， 84%在M₄80%在M₂。(图1)。农林业与农田相结合是加强土壤碳固存的一个有希望的选择。农林复合系统中树木组分生长快、生产力高，是重要的大气碳汇。⁹

图1:不同沟壑管理模块的生物量碳。 点击此处查看图

不同树木/植物、草和作物的生物量碳

在2012-13年至2016-17年期间，果树的平均生物量碳最高，其次是银木、药用、作物、林木和禾本科植物(图2)。这基本上是由于与其他植物、作物和禾本科植物相比，果树的生长和生物量产量最高，从而增加了生物量碳产量。⁷在树木植物下记录了明显的差异。记录了植物早期的低生物量碳率。同样，6 .后生物量碳增加^th在所有模块下观察到的研究年份可能是因为我们使用了在布雷斯特高度(DBH)的直径来估计地上生物量，如所示Eq (1）。然而，在全部16棵树中，有10棵树的年生物量c储量一致，碳储量随时间的推移而降低。各模组鸡腿c储量均随年龄增长而持续增加。的数据表明，在退化土地上种植速生树种是固碳的有效选择。⁵研究结束时，番石榴、石榴、麻花、阿杜沙、蛋奶苹果和瓜瓜的碳储量模式表现为生长速度极慢，生物量碳积累最少。

图2:不同类型的树木、草和作物产生的平均生物量碳。 点击此处查看图

土壤中的碳固存

第六年结束时，结果表明，不同管理模式下，表层土壤有机碳含量从初始的0.11 ~ 0.12%显著增加到0.30 ~ 0.35%。在第一年，它在M₁和M₅但在银-田园模式(M₅)，随着时间的增加。由于树木年龄的增长，这个值将在未来的时间里增加许多倍。不同模块下有机碳的持续积累可能是由于植物、作物和草残体通过凋落物的形式提供有机质，这些有机质自然地结合到土壤中，增加了有机碳水平。¹⁷

土壤特性

实验结束时(2017年)不同模块的土壤理化性质与初始状态(2012年)相比的变化(表2)。土壤呈微碱性，pH和EC随时间变化不大。研究结束时，各模块土壤pH值均略有下降，土壤EC值略有上升。谷地试验各模块的有机碳积累均显著高于不同种植方式(M₁)。土壤养分状况与初始状态相比变化剧烈，尤其是速效氮。速效氮比初始状态呈增加趋势，速效钾也同样呈增加趋势₁)和减少(M₄)值。各模块有效磷随时间的增加而减少。由于持续的人工林覆盖减少了土壤侵蚀并束缚了土壤颗粒，所有模块下团聚体(>500µm)的百分比都有所增加。在建立不同树种模块后，有必要对土壤性质随时间的变化进行更仔细的研究，以了解土壤有机质和养分有效性变化的机制^3.这反过来将有助于制定有效的长期战略，以保持土壤质量和肥力。⁶

表1:不同模块下土壤固碳量。

表2:不同模态下土壤性质随初始状态的变化。

结论

峡谷地区可能是最严重和最易受影响的生态系统之一，具有严重的现场和场外影响。通过种植各种树种来管理沟壑，既可以管理土壤健康，又可以增加农民的生计选择。

昌巴尔沟壑区地上生物量碳积累量以园牧模式最高，其次为农牧模式和林牧模式。Chambal高度退化土地的土壤有机碳在各管理模式下均从初始水平上升，其中有机碳最高的是多样化种植模式，从0.09%上升到0.38%。

沟壑区管理有助于提高土壤固碳能力，有助于减缓气候变化的影响。通过种植园艺、农林业、田园植物对峡谷进行管理，对生物多样性、土壤保持和土壤固碳具有积极的影响。

致谢

作者感谢卓越的利基领域，RVSKVV，瓜廖尔，中央邦印度。作者还感谢新德里印度农业研究理事会教育司在研究过程中提供的资金支持和便利。

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