秸秆不同还田方式对土壤团聚体及有机碳含量的影响

为提高玉米秸秆综合利用率,本文采用小区试验方法,研究连续5年不同秸秆还田方式对土壤化学性质、土壤团聚体比例及有机碳含量和玉米产量的影响。结果表明:秸秆连续还田后较对照明显增加土壤有机质含量和土壤pH。秸秆还田处理较对照增加土壤2.00 mm和0.25～2.00 mm团聚体粒级含量,其中秸秆全量还田处理的2.00 mm粒级团聚体比例较对照提高38.0%;秸秆全量还田除0.053 mm土壤团聚体有机碳含量均较对照降低,其余均增加;秸秆1/2还田可以有效增加土壤大团聚体粒级含量(0.25 mm),提高0.053 mm粒级团聚体中有机碳含量,明显提高玉米产量。由此可知,秸秆还田后有效改善土壤结构,增强通气与保水能力,提高土壤团聚体的稳定性,并增加土壤有机碳含量和改善土壤团聚体结构,并提高作物产量。     

15年保护性耕作对黄土坡耕地区土壤及团聚体固碳效应的影响

【目的】保护性耕作是提高土壤有机碳（SOC）含量、促进土壤团聚体形成的重要措施。论文旨在揭示保护性耕作对土壤表层（0-10 cm）有机碳含量及储量的影响,探讨不同级别团聚体的固碳特征,为阐明土壤固碳机理和筛选黄土坡耕地区农田土壤增碳耕作措施提供理论依据。【方法】长期试验位于黄土高原坡耕地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。利用15年长期试验的作物产量和0-10 cm 土层土壤有机碳数据分析农田碳投入和土壤固碳量;通过湿筛法筛分＞2、1-2、0.25-1、0.053-0.25和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同团聚体的固碳特征。【结果】15年长期免耕覆盖和深松覆盖处理显著提高了土壤0-10 cm表层有机碳含量及储量,同传统翻耕处理相比,有机碳含量分别提高了22.9%和21.8%,有机碳储量分别提高了21.8%和16.7%,固碳速率分别为0.09和0.06 t C?hm^-2?a^-1。微团聚体（＜0.25 mm）存储了大部分的有机碳,占总团聚体有机碳储量的65%,但其有机碳含量较低。大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量较高,约为微团聚体的3-8倍,且对不同耕作措施反应敏感,可作为评价长期不同耕作措施对土壤有机碳含量影响的指标。土壤固碳量随着累积碳投入量的增加而显著增加,要维持土壤有机碳储量稳定,每年最低需投入外源碳2.4 t C?hm^-2。【结论】长期保护性耕作（包括免耕覆盖和深松覆盖）提高了黄土坡耕地区土壤及团聚体有机碳储量,是有利于该地区土壤增碳的管理措施。     

秸秆还田量对半干旱区褐土团聚体稳定性及有机碳组分的影响

为探究秸秆还田量对辽西褐土团聚体稳定性及各组分有机碳含量的影响,以辽宁西部半干旱地区褐土为试验对象,研究不同秸秆还田量对于不同剖面土壤团聚体稳定性及其有机碳组分含量的影响。于2020年3月中旬进行秸秆还田,共设置4个秸秆施用量(0、5 000、10 000、20 000 kg/hm²),于2022年秋收后采集土壤样品,对褐土土壤团聚体及其有机碳组分进行分析。试验结果表明：各处理水稳性团聚体占比主要集中于<0.250 mm粒径。与CK相比较,秸秆还田显著提高了水稳性大团聚体含量(>0.25 mm)与水稳性团聚体MWD(平均重量直径),且随着还田量的增加而提高。秸秆还田使不同粒级团聚体有机碳含量呈现出增加的趋势;10 cm剖面,与CK相比较,3个秸秆处理显著提高了>0.25 mm粒级团聚体有机碳含量。30 cm剖面,仅>0.250～2.000 mm粒级团聚体有机碳含量提升显著。与CK相比较,秸秆处理显著提高了10 cm剖面与30 cm剖面土壤颗粒有机碳(POC)含量,其中以S2处理增幅最高。可见,秸秆还田能有效提升土壤团聚体稳定性,有利于增加土...     

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。     

免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ_v;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R_0.25）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R_0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。     

秸秆还田对黑土团聚体有机碳含量的影响——基于多级团聚体结构的物理和化学保护作用

采用水稳性团聚体/有机质密度分组方法研究了连续秸秆还田(4年)对黑土水稳性团聚体土壤有机碳(SOC)含量的影响,以探讨黑土团聚体对秸秆还田SOC的物理和化学保护作用。结果表明:与未施秸秆处理(ck)相比,秸秆配施化肥处理(秸秆+NPK)SOC含量显著增加,且作为优势粒级的大团聚体(0.25 mm)数量及其SOC储量显著提高,其中,68.3%的SOC被储存于大团聚体中,对于秸秆还田SOC的固定具有重要意义。秸秆+NPK处理中,大团聚体内闭蓄态微团聚体(0.25～0.053 mm)的数量及其SOC储量均比ck分别提高了32.5%和36.9%,秸秆还田促进了大团聚体内闭蓄态微团聚体的形成,加强了秸秆还田SOC的稳定性。秸秆+NPK处理中,归属于惰性有机碳库的矿物结合态有机碳(MOC)储量比ck增加4.97%,其中大团聚体中MOC储量及其对全土SOC的贡献率比ck显著提高,有利于秸秆还田SOC的稳定。秸秆+NPK处理团聚体内颗粒有机质(POM)的数量及其颗粒有机碳储量分别比ck提高55.2%和80.2%,秸秆还田后土壤POM在团聚体的物理保护下,有利于秸秆还田SOC的固定。     

稻虾共作模式下克氏原螯虾对水稻土团聚体特征及有机碳分布的影响

为研究长期稻虾共作模式下克氏原螯虾对水稻土团聚体数量、稳定性以及土壤团聚体有机碳含量、分布的影响,本研究依托始于2014年的长期定位试验,设置冬泡无秸秆还田（W）、冬泡+秸秆还田（WS）和冬泡+秸秆还田+养虾（WSC）3个处理,采集各处理表层土壤样品,分析土壤团聚体及有机碳分布特征。结果表明：土壤水稳性团聚体以>1～2 mm粒级为主,在冬泡条件下秸秆还田处理显著提高了土壤中>2 mm团聚体比例、有机碳含量和有机碳贡献率,且增加了土壤团聚体平均质量直径;相对于冬泡+秸秆还田处理,冬泡+秸秆还田+养虾处理土壤>2 mm和>1～2 mm团聚体比例显著提高了19.8%和6.5%,而0.053～0.25 mm团聚体比例则显著下降了9.2%,且>0.25 mm的团聚体数量、平均质量直径和几何平均直径分别提高了7.8%、20.6%和37.5%。冬泡+秸秆还田+养虾处理的土壤总有机碳、微生物量碳和颗粒有机碳含量较冬泡+秸秆还田处理分别显著提高了6.2%、34.0%和23.1%,且显著提高了<0.25 mm团聚体中有机碳的含量。研究表明,稻虾共作模式下克氏原螯虾养殖促...     

添加玉米秸秆对旱作土壤团聚体及其有机碳含量的影响

【目的】研究玉米秸秆还田对不同耕作处理下旱地土壤团聚体及其有机碳的影响,旨在探究长期传统耕作土壤添加秸秆后团聚体及其有机碳的变化规律,并确定添加秸秆提高土壤有机碳的主要原因,为旱地农田固碳技术提供理论依据。【方法】采集大田长期试验地的传统耕作和免耕小区土样进行室内培养试验,设置4个处理,分别为传统耕作土壤不加秸秆（CT）、免耕土壤不加秸秆（NT）、传统耕作土壤加秸秆（CTS）和免耕土壤加秸秆（NTS）,15次重复;秸秆为传统耕作玉米植株地上部分,用量为5%烘干土质量,在25℃恒温培养箱中通气培养180 d,定期取样进行团聚体组成和有机碳含量的测定。【结果】（1）不加秸秆处理团聚体以250—53 μm为主,占全部团聚体的52%—66%;添加秸秆处理以2 000—250 μm团聚体为主,占全部团聚体的41%—50%,CTS较CT提高230%—302%,NTS较NT提高92%—134%。（2）添加秸秆处理平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）以及>0.25 mm团聚体百分比（R_0.25）显著提高,培养到180 d时,CTS较CT分别提高133%、130%和235%,NTS较NT分别提高53%、75%和87%。（3）培养至180 d时,CTS较CT分别提高250—53 μm和<53 μm团聚体有机碳70%和54%;NTS较NT分别提高250—53 μm和<53 μm团聚体有机碳30%和25%。（4）添加秸秆显著提高2 000—250 μm团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率,CTS和NTS分别为49%—61%和50%—60%,且受团聚体组成影响较大。【结论】添加秸秆能够有效提高旱作土壤大团聚体（>250 μm）形成并增强其稳定性,提高大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率,且对传统耕作处理土壤的促进效果更明显。     

秸秆还田对黑土团聚体有机碳含量的影响——基于多级团聚体结构的物理和化学保护作用

采用水稳性团聚体/有机质密度分组方法研究了连续秸秆还田(4年)对黑土水稳性团聚体土壤有机碳(SOC)含量的影响,以探讨黑土团聚体对秸秆还田SOC的物理和化学保护作用。结果表明,与未施秸秆处理(CK)相比,秸秆配施化肥处理(秸秆+NPK)SOC含量显著增加,且作为优势粒级的大团聚体(0.25 mm)数量及其SOC储量显著提高,其中,62.5%的SOC被储存于大团聚体中,对于秸秆还田SOC的固定具有重要意义。秸秆+NPK处理中,大团聚体内闭蓄态微团聚体(0.25~0.053 mm)的数量及其SOC储量均较CK分别提高了32.5%和36.9%,秸秆还田促进了大团聚体内闭蓄态微团聚体的形成,加强了秸秆还田SOC的稳定性。秸秆+NPK处理中,归属于惰性有机碳库的矿物结合态有机碳(MOC)储量比CK增加4.97%,其中大团聚体中MOC储量及其对全土SOC的贡献率较CK显著提高,有利于秸秆还田SOC的稳定。秸秆+NPK处理团聚体内颗粒有机质(POM)的数量及其颗粒有机碳储量分别比CK高55.2%和1.20倍,秸秆还田后土壤POM在团聚体的物理保护下,有利于秸秆还田SOC的固定。因此,基于团聚体保护机制,秸秆还田SOC的稳定性得到提高,秸秆还田措施对于土壤固碳和有机碳库的稳定性具有重要意义。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应

【目的】研究秸秆配施化肥对暗棕壤团聚体组成、团聚体碳氮含量、土壤微生物量特征及小麦产量的影响,揭示长期秸秆配施化肥下土壤肥力和生产力的协同提升机制。【方法】依托长期定位40年施肥试验,选取4个处理：单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为麦秸隔年还田,用量为3 000 kg·hm^-2,氮磷化肥用量为150 kg N·hm^-2、150 kg P₂O₅·hm^-2。采集0—20 cm土层土样,利用湿筛法得到不同粒级的水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳(SOC)、氮含量及土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)含量。【结果】(1)长期秸秆配施化肥显著降低土壤容重并提高了团聚体稳定性,和NP相比,S+NP处理土壤容重降低4.7%,>2 mm团聚体含量、平均重量直径(MWD)和几何重量直径(GWD)分别提升254.4%、76.5%和91.3%。(2)S+NP、S+1/2NP处理>2...     

不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征

【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。     

添加石灰和秸秆对塿土有机碳固持的影响

【目的】研究作物秸秆与石灰配施对土壤CO₂排放、土壤有机碳（SOC）固持、土壤无机碳（SIC）转化的影响机制,以及SOC固持对初始SOC含量的响应。【方法】--采用室内恒温培养试验及稳定同位素技术（¹³C）,选用经16年不同碳氮水平管理,且长期进行冬小麦-夏休闲种植的2个供试土壤样品:S₀N₀土壤（不进行秸秆还田+不施用氮肥）和S₁N₁土壤（高量秸秆还田+高量施用氮肥:240 kg·hm^-2）,将S₀N₀土壤和S₁N₁土壤分别在添加秸秆（12 g·kg^-1）或不添加秸秆以及添加石灰（3 g·kg^-1）或不添加石灰的情况下于25℃黑暗条件中培养120 d。【结果】未添加秸秆和石灰时,S₁N₁土壤的CO₂累积释放量比S₀N₀土壤高出42.9%;添加等量秸秆不仅提高了S₀N₀土壤和S₁N₁土壤的CO₂累积释放量（81.6%,70.4%）,而且S₀N₀土壤CO₂累积释放量的增加幅度高于S₁N₁土壤,这说明秸秆的添加对初始SOC含量低的土壤即S₀N₀土壤的原SOC矿化影响更大。但是无论添加秸秆与否,石灰的加入使S₀N₀土壤和S₁N₁土壤的CO₂累积释放量分别降低了428.11和528.52 mg·kg^-1。与空白土壤相比,添加秸秆使S₀N₀土壤和S₁N₁土壤的SOC含量分别提高了2.95和3.19 g·kg^-1;但是与单独添加秸秆相比,同时添加秸秆和石灰使S₁N₁土壤的SOC显著降低了1.36 g·kg^-1,而对S₀N₀土壤的SOC含量没有影响。利用¹³C稳定同位素技术发现,添加秸秆能促使新形成SOC;其中,S₀N₀土壤中新形成的SOC含量比S₁N₁土壤高出0.77 g·kg^-1;然而与单独添加秸秆相比,同时添加石灰和秸秆后新形成的SOC与其相差无几,说明石灰的加入对秸秆的腐解不会造成影响。在S₀N₀土壤和S₁N₁土壤中,添加秸秆使SOC净固持量分别提高了3 066.3和2 480.53 mg·kg^-1;同时添加石灰和秸秆对S₀N₀土壤的SOC净固持量无显著影响,但是S₁N₁土壤的SOC净固持量则呈现下降的趋势。石灰的加入使S₀N₀土壤和S₁N₁土壤的CO₂释放量分别降低了469和529 mg·kg^-1,同时使SIC含量分别提高了443和566 mg·kg^-1。【结论】初始SOC含量低的土壤具有更高的固碳潜力;添加钙源能够与土壤CO₂通过化学反应生成无机碳—碳酸钙的方式从另一个角度达到土壤固碳减排的目标。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳、 氮分布和微生物生物量的影响

【目的】研究不同施肥处理对红壤水稻土水稳性团聚体组成、不同粒级团聚体中有机碳、氮含量与分布及土壤微生物生物量碳氮含量的影响,为揭示施肥对土壤肥力形成演变的影响机制提供重要理论依据。【方法】依托鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站已进行了20年的长期定位试验,试验包括9个处理：对照（不施肥,CK）、有机质循环（C）、化学氮肥（N）、氮肥+有机质循环（NC）、化学氮磷肥（NP）、化学氮磷钾肥（NPK）、化学氮磷钾肥+有机质循环（NPKC）、化学氮磷肥（NK）和化学氮磷钾肥+1/2秸秆回田（NPKS）。采集各小区耕层土壤,利用湿筛法得到不同粒级水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳、氮含量及土壤微生物量碳、氮含量。【结果】长期不同施肥处理对＞2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施用有机肥的处理（NC、NPKC、C）该粒级团聚体含量分别提高了37.0%、22.6%和33.2%。各施肥处理下,有机碳、氮在1—2 mm团聚体中含量最高,在0.053—0.25 mm团聚体中含量最低,＞0.25 mm大团聚体比＜0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳、氮。有机肥的施用显著提高了各粒级团聚体中有机碳、氮的含量,NC处理各粒级团聚体中有机碳、氮含量均最高,与对照相比,各粒级有机碳提高了17.0%—34.6%,全氮提高了25.8%—48.3%。0.25—1 mm和＞2 mm粒级团聚体对全土有机碳和全氮的贡献率最大,前者贡献率分别为22.1%—30.3%和23.3%—33.7%,后者贡献率分别为24.7%—37.3%和25.5%—38.0%。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮含量也有显著差异,与对照相比, NC、NPKC和C处理微生物量碳提高了122.1%、127.0%、94.0%,微生物量氮提高了92.0%、43.1%、91.1%。＞2 mm团聚体含量与全土有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及水稻产量呈显著或极显著正相关,＜0.053 mm团聚体则与之呈显著或极显著负相关。【结论】水稳性大团聚体是土壤有机碳、氮的主要载体;有机肥的施用显著提高了水稳性大团聚体及其中有机碳、氮的含量,是改善土壤团粒结构,提高红壤生物功能和生产力的有效措施。     

添加玉米秸秆条件下土壤有机碳含量对温度变化的响应

通过室内培养试验,研究了不同温度(10、30、50℃)下添加玉米秸秆对土壤总有机碳、团聚体有机碳、水溶性有机碳及腐殖质碳含量的影响。结果表明,与未添加玉米秸秆(CK)相比,添加玉米秸秆后土壤中以上各种有机碳含量均明显增加,同时促进了土壤微团聚体向大团聚体的转化。随培养温度的升高,添加玉米秸秆后的土壤总有机碳含量、土壤中0.25~0.053和0.053 mm粒级团聚体有机碳含量以及土壤腐殖质组分(胡敏酸和富里酸)的有机碳含量下降,而2~0.25 mm粒级团聚体有机碳含量增加,说明添加玉米秸秆后温度升高不利于土壤总有机碳、较小粒级团聚体有机碳、水溶性有机碳及腐殖质碳的积累,同时也不利于土壤大团聚体的形成。     

长期有机无机肥配施改变了土团聚体及其有机和无机碳分布

【目的】研究小麦-玉米轮作体系长期有机无机肥配施对土土壤水稳性团聚体分布及其有机碳、无机碳含量的影响,以了解土碳固存机制对施肥的响应。【方法】依托21年长期肥料定位试验,采集不施肥（CK）和施用有机无机肥（MNPK）处理0—10、10—20和20—30 cm土层土样,利用湿筛法分析不同大小水稳性团聚体的质量百分比、原土和团聚体中有机碳和无机碳含量。【结果】长期有机无机肥配施显著降低各个土层＞1 mm团聚体百分含量,显著增加0—20 cm土层0.25—1 mm团聚体百分含量。长期有机无机肥配施较对照显著降低了所有土层平均重量直径（MWD）,3个土层分别降低26.6%、38.3%和62.4%。显著降低了20—30 cm土层几何平均直径（GMD）,但对0—20 cm土层GMD值没有影响。有机无机肥配施较不施肥显著增加原土所有土层有机碳含量,3个土层有机碳含量分别增加150%、97%和42%;也增加了0—10 cm和10—20 cm土层所有级别团聚体有机碳的含量,其中0—10 cm土层＞2、1—2、0.5—1、0.25—0.5以及＜0.25 mm土壤团聚体有机碳含量增加幅度分别为163%、160%、111%、86%和61%,10—20 cm的增加幅度分别为97%、109%、118%、39%和45%,团聚体有机碳含量随团聚体增大而增加。长期有机无机肥配施显著增加20—30 cm土层无机碳含量,增加幅度为28.2%。另外,0—10 cm土层有机无机肥配施土壤大团聚体无机碳含量较对照有降低的趋势,其中＞2 mm和0.25—0.5 mm团聚体无机碳含量显著降低;10—20 cm土层影响不显著;而20—30 cm土层有机无机肥配施均显著增加了各团聚体无机碳含量,增幅为22.1%—36.6%。土大于50%的有机碳储存在＜0.25 mm的微团聚体中,1—2 mm团聚体储存最少（＜10%）。长期有机无机肥配施降低了＞2 mm和＜0.25 mm团聚体有机碳分配比例,其中0—10 cm土层分别降低了4.33%和13.78%,10—20 cm土层分别降低10.24%和7.81%。显著增加了0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的有机碳分配比例,0—10 cm土层分别增加13.8%和5.66%,10—20 cm土层分别增加13.46%和5.41%。长期有机无机肥配施增加0—10 cm和10—20 cm土层0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的无机碳分配比例,0—10 cm和10—20 cm增加量分别为9.03%、4.59%和9.28%、6.96%;显著降低了＞2 mm团聚体无机碳所占比例,分别降低6.95%和12.53%;对于20—30 cm土层,长期有机无机肥配施显著增加＜0.25 mm团聚体的无机碳分配比例,增加量为18.89%;显著降低了＞2 mm和1—2 mm团聚体无机碳分配比例,分别降低16.67%和5.28%。【结论】长期有机无机肥配施通过影响土团聚体分布以及碳在团聚体中的分配比例而增加有机碳固定。另外,GMD作为衡量土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。     

不同耕作措施下添加秸秆对土壤有机碳及其相关因素的影响

【目的】探究添加秸秆对不同耕作措施下土壤有机碳及其相关因素的影响,为北方旱作农田固碳增产管理提供理论依据。【方法】采集长期进行传统耕作（CT）和免耕（NT）的大田土壤样品进行室内培养试验,共设置4个处理,分别为传统耕作土壤不加秸秆（CT）、免耕土壤不加秸秆（NT）、传统耕作土壤加秸秆（CTS）和免耕土壤加秸秆（NTS）,每个处理15次重复。在25℃恒温培养箱中进行通气培养,培养时间共180 d,此间定期取样进行有机碳含量、水稳性团聚体构成、土壤微生物量碳和相关土壤酶活性的测定。【结果】（1）添加秸秆显著提高土壤有机碳含量和大团聚体含量。与CT相比,CTS提高土壤有机碳含量15%—46%;与NT相比,NTS提高土壤有机碳含量12%—21%;培养结束时,CTS、NTS处理的有机碳含量较初始分别提高26.8%和7.0%。CTS和NTS处理以2 000—250 μm团聚体含量最高,占全部团聚体的41%—50%,CTS较CT提高>250 μm团聚体比例235%—310%,NTS较NT提高>250 μm团聚体比例96%—149%。（2）添加秸秆显著增加土壤有机碳δ¹³C值,CTS处理为80.93‰—115.22‰,NTS为48.92‰—80.49‰;CTS秸秆来源碳所占比例显著高于NTS,较NTS处理提高13%—66%。（3）添加秸秆显著提高微生物量碳（MBC）含量、β-葡萄糖苷酶（BG）、β-纤维二糖苷酶（CBH）和β-木糖苷酶（BXYL）活性。CTS较CT提高MBC含量239%—623%,提高BG、CBH和BXYL活性58%—170%、52%—337%和117%-170%;NTS较NT处理提高MBC含量124%—555%,提高BG、CBH和BXYL活性28%—181%、4%—304%和13%—118%。（4）土壤有机碳含量与BG、CBH和BXYL活性、MBC及>2 000 μm、2 000—250 μm团聚体比例呈显著正相关关系,与250—53 μm、＜53 μm团聚体比例呈显著负相关关系;BG、CBH、BXYL 3种酶活性彼此之间表现为极显著正相关关系,且均与MBC、>2 000 μm团聚体、2 000—250 μm团聚体显著正相关,与＜53 μm团聚体极显著负相关。线性相关分析结果表明水稳性大团聚体（>250 μm）可解释有机碳变化的48%,MBC可解释有机碳变化的45%,BG、CBH和BXYL酶活性分别可解释有机碳变化的66%、44%、53%。【结论】添加秸秆可显著提高土壤有机碳和大团聚体含量,促进微生物数量增加和土壤酶活性增强,且对传统耕作土壤有机碳及其相关因素的影响更大,有机碳在土壤中的固定除了受团聚体物理保护外,还受土壤中微生物作用的调节。