粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm~(–2))、3倍量(45 t·hm~(–2))、5倍量(75 t·hm~(–2))的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20～40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%～20%(1 a)、5%～27%(2 a)、1%～18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应,而粉碎秸秆具有长期缓释效应。秸秆高量深埋还田显著提高亚耕层土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系,是增厚培肥黑土层以及解决东北秸秆还田问题的可行方法。     

秸秆还田量对土壤团聚体有机碳和玉米产量的影响

为明确秸秆深还田对土壤团聚体及有机碳和作物产量的影响,在辽宁省半干旱地区进行了6年秸秆深还田小区定位试验,秸秆施用量分别为0(CK)、6 000 kg/hm~2(T1)、12 000 kg/hm~2(T2)、18 000 kg/hm~2(T3)、24 000 kg/hm~2(T4),将秸秆还入20～40cm土壤亚表层,利用干筛、湿筛得到不同粒级土壤团聚体。结果表明:秸秆添加与CK比可降低土壤0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重;土壤机械性团聚体主要集中在0.25 mm粒级,而水稳性团聚体主要集中在0.25mm粒级,与CK处理比秸秆的添加增加了土壤机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和土壤水稳性团聚体MWD,随秸秆还田量增加,MWD值增大;秸秆深还田使各粒级团聚体有机碳均高于CK,对20～40 cm土层土壤团聚体碳含量的影响大于0～20 cm土层;秸秆深还田可增加玉米产量,随秸秆还田时间延长,不同秸秆还田量对玉米产量增加存在差异,2016年玉米产量测定结果各处理与CK比,T1增产4.66%、T2增产6.71%,T3增产5.37%、T4增产8.82%。秸秆深还田,能够提升土壤团聚体的稳定性,有利于增加土壤团聚体碳含量,对土壤质量和玉米产量的提高具有促进作用。     

秸秆覆盖对冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响

通过对黄土高原旱塬区冬小麦地4种覆盖方式下(无覆盖对照处理(CK)、全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(M1)、全生育期4 500kg/hm~2秸秆覆盖(M2)和夏闲期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM))土壤的田间定位试验和室内分析,探讨不同秸秆覆方式对冬小麦地土壤有机碳及其组分含量以及各组分之间相关性的影响。结果表明:(1)较CK(无覆盖对照)处理,M1(全生育期9 000kg/hm~2)、M2(全生育期4 500kg/hm~2)和SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理,均显著增加0—10cm和10—20cm土层的土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳含量(p0.05),而20—40cm土层差异不明显,其中M1(全生育期9 000kg/hm~2)处理效果最佳,SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理作用相对较弱。(2)不同覆盖方式影响土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳在总有机碳中的分配比例,土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳的相对含量变化范围分别为1.96%~3.31%,2.83%~3.78%,18.13%~37.25%。(3)各覆盖方式下土壤有机碳及其组分含量都随着土层的逐渐深入而下降,且土层越深,变化越趋于缓慢。(4)不同覆盖方式下的土壤有机碳及其组分含量两两之间均达到了极显著正相关关系(p0.01),颗粒有机碳、微生物量碳和潜在矿化碳与土壤有机碳的相关系数依次为:0.847,0.700,0.614,可见微生物量碳、潜在矿化碳、颗粒有机碳含量在一定程度上决定于土壤有机碳的贮存量。综上所述,秸秆覆盖对土壤有机碳及其组分含量具有增加效应,全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖方式实际运用价值较高。颗粒有机碳和微生物量碳的动态变化更能反映土壤有机碳的早期变化,是土壤肥力变化更加敏感的指标。     

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

高量秸秆不同深度还田对黑土有机质组成和酶活性的影响

在田间耕作条件下黑土3个土层(0~20、20~40、40~60cm)添加4%和8%高量玉米秸秆于尼龙袋中原位培养近4年后,研究不同层次土壤秸秆转化与有机碳积累特征,以及腐殖质各组分和土壤酶活性的变化。结果表明,添加4%的秸秆量0~20、20~40和40~60cm土层有机碳分别增加31.8%、96.4%和171.1%,8%秸秆添加量分别增加了86.2%、193.5%和265.9%,增加秸秆还田深度有利于土壤有机碳的积累。0~20 cm土层在无秸秆还田情况下有机碳下降了29.3%,而20~40 cm土层仅下降了1.8%。土壤有机碳含量和酶活性均随秸秆添加量的增加而提高,腐殖质胡敏酸/富里酸(HA/FA)比值发生较大变化,改善了腐殖质品质。各处理腐殖酸碳(HS-C)和胡敏酸碳(HA-C)的大小为20~40 cm土层0~20 cm土层40~60 cm土层,而40~60 cm土层则更有利于富里酸碳(FA-C)的积累。土壤过氧化氢酶活性、脲酶和蔗糖酶活性分别与HA-C、FA-C含量呈极显著正相关、显著正相关。研究结果为深层秸秆还田促进土壤有机质的积累提供了理论依据。     

耕作措施对土壤有机碳和活性有机碳的影响

以5年的不同耕作措施处理的长期试验为基础,研究了不同耕作措施对土壤总有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和可溶性有机碳的影响.试验结果显示,秸秆还田、免耕覆盖、浅旋耕和常规耕作等不同耕作措施对0～40 cm土壤有机碳有显著影响,而对40 cm以下土层土壤有机碳的影响较小.免耕覆盖处理可以提高0～10 cm土层有机碳含量,但10～40 cm土层有机碳含量低于秸秆还田和常规耕作处理.与浅旋耕和常规耕作相比,连续5年秸秆还田和免耕覆盖可显著提高0～100 cm土壤有机碳储量.同时,不同耕作措施也影响活性有机碳含量,在0～5 cm土层中,免耕覆盖处理的颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物碳含量最高,其次为秸秆还田、浅旋耕和常规耕作处理.与常规耕作处理相比,秸秆还田处理 20～40 cm土层的颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物碳含量分别提高了7.3%～121.8%、31.8%～49.3%和44.2%～84.6%.     

土壤颗粒有机碳和矿质结合有机碳对4种耕作措施的响应

以陕西关中平原中部耕作定位试验为研究对象,研究深松、旋耕、免耕和统耕作4种耕作方式在秸秆还田和不还田条件下对土壤颗粒有机碳和矿质结合态有机碳的影响。结果表明,相对于传统耕作,深松、旋耕和免耕处理都使土壤颗粒碳(POC)含量增加,但在秸秆还田下相应增加幅度更大,在0-10cm土层颗粒碳增加20.71%～69.25%,表现出深松>旋耕>免耕>传统耕作的顺序,而对其他10-20cm,20-30cm,30-40cm土层的颗粒碳影响较小。在同一种耕作模式下,秸秆还田的与无秸秆还田的相比,深松、旋耕、传统耕作使土壤POC增加了9.17%～26.61%,其中以传统耕作措施的提高幅度最大。在秸秆不还田条件下,各耕作处理矿质结合态有机碳的差异较小,但在秸秆还田条件下,旋耕促进了土壤矿质结合态有机碳(MOC)的增加,比对照(传统耕作)提高了22.98%。从土壤有机碳的角度考虑,深松和旋耕并结合秸秆还田是较适合于当地土壤条件的耕作模式。     

秸秆还田对宁南旱作农田土壤活性有机碳及酶活性的影响

在宁南旱区通过研究秸秆还田对土壤活性有机碳及酶活性的影响,旨在为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考。在为期3a秸秆还田定位试验中,设置了不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-2（高H）粉碎还田;玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下的土壤有机碳、土壤酶活性及其相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量和土壤酶活性均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳含量和酶活性大小为中、高量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时提高了活性有机碳占总有机碳含量的比重。相关性分析表明,运用土壤活性有机碳和碳库管理指数表征土壤酶活性及土壤肥力变化,比土壤有机碳更具灵敏性。在宁南半旱区采用秸秆还田能有效提高土壤活性有机碳含量和土壤酶活性。     

不同耕作方式与有机物料配施后对土壤主要特性的影响

为了揭示东北黑土区不同耕作措施对玉米农田土壤主要特性的早期影响,在2016-2017年设免耕(No tillage(NT))、浅翻(Shallow tillage (ST))、深翻(Deep tillage (DT)) 3种耕作措施,分别施用不同有机物料(单施化肥处理(CK)、施用有机肥(Manure (M))和秸秆还田(Straw (S)),调查玉米出苗率、土壤温度,分析了玉米拔节期土壤有关特性。结果显示:从3种耕作措施来看,玉米苗期土壤温度随着土层深度的加深而降低,ST处理显著提高了10 cm土层的土壤温度,而DT将20 cm深度的土壤温度提高了16%,在25 cm层次无明显差异。NT处理的出苗率仅为40%,ST和DT达到了70%左右。玉米拔节期,无论0～20 cm还是20～40 cm土层,施用有机肥和秸秆均能明显提高DT处理土壤有效磷含量,DTM和DTS分别提高了30. 3%～40. 9%,58. 9%～86. 1%,碱解氮和速效钾含量变化不明显。耕作措施对于短期内提高土壤有机碳的效果不明显,施入有机肥和秸秆还田均显著提高了土壤中0～20 cm、20～40 cm土层游离态轻组有机碳的含量。3种耕作措施对土壤微生物量碳、氮的影响较小,但是施入秸秆和有机肥影响微生物量碳和氮的含量,影响程度分别介于-3. 9%～288. 6%和-30. 3%～124. 4%,其中20～40 cm土层提升效果优于0～20cm土层。不同处理显著提高了0～20 cm和20～40 cm土层有效磷、土壤有机碳和游离体态轻组的含量,同时秸秆还田对于提升土壤游离态轻组、微生物量碳和氮的效果显著,这些敏感指标受到有机物料与耕作方式的交互作用影响明显。     

耕作方式对华北农田土壤固碳效应的影响

研究不同耕作方式对华北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响,可为探寻有利于农田固碳的耕作方式提供科学依据。该研究在中国农业大学吴桥实验站进行,试验于2008年设置了免耕秸秆不还田(NT0)、翻耕秸秆不还田(CT0)、免耕秸秆还田(NT)、翻耕秸秆还田(CT)和旋耕秸秆还田(RT)5个处理。研究测定分析了土壤容重、有机碳、易氧化有机碳含量及不同耕作方式下的碳库管理指数。通过对不同耕作方式下0～110cm土壤的分析,结果表明,随着土层的加深,土壤有机碳含量不断下降,NT显著增加了表层(0～10cm)土壤有机碳含量,而>10～50cm有机碳含量较其他处理(NT0除外)有所下降,深层(>50～110cm)处理间差异不明显;土壤容重与有机碳含量呈显著的负相关关系(P<0.01);0～30cm土层有机碳储量以NT最高,CT与其无明显差异,二者较CT0分别高出13.1%和11.0%,而至0～50cm土层,CT的碳储量最高,但与NT无显著差异(P<0.05);与CT0相比,NT0降低了各层土壤易氧化有机碳含量,而NT则在0～10cm土层表现为增加;RT、CT分别显著增加了0～10、>10～30cm土层的碳库管理指数。结果表明,秸秆还田可改善土壤质量,提高农田碳库管理指数,同时碳库管理指数受耕作方式的影响也较大,尤其是CT和RT;NT通过减少土壤扰动、增加有机质的输入,可提高上层土壤有机碳的储量。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

玉米秸秆覆盖与深翻两种还田方式对黑土有机碳固持的影响

秸秆还田是实现东北黑土肥力提升与保障区域生态环境安全的有效措施。明确玉米秸秆覆盖与深翻还田下土壤有机碳(SOC, Soil Organic Carbon)的变化及其在团聚体中的固持特征,对于揭示秸秆还田后黑土有机碳的稳定机制与固碳潜力具有重要意义。该研究基于黑土区中部6 a定位试验,选择常规种植(CK)、秸秆覆盖还田(SM, Stovers Mulching)和秸秆深翻还田(SI, Stovers Incorporation)3个处理,对0～10、10～20、20～30及30～40 cm土层SOC含量、容重、水稳性团聚体分布及团聚体中有机碳(OC, Organic Carbon)含量进行了分析与测定,并对各处理年均碳投入量、SOC储量与土壤固碳速率等进行了估算。与CK相比,SM处理显著增加了0～10 cm土层SOC含量,增幅为22.4%,但对10～40cm土层SOC含量无显著影响;SI处理显著增加了0～40cm土层SOC含量,增幅为18.1%～41.5%,以20～30cm的增幅最突出。与SM处理相比,SI处理0～10 cm土层SOC储量显著低于前者,而20～30 cm土层SOC储量反之。6 a间,SM处理耕层(0～20 cm)与亚耕层(20～40 cm)土壤固碳速率分别为1.34和0.77 Mg/(hm2·a),SI处理为0.85和1.74 Mg/(hm2·a)。秸秆不同还田方式显著改变了0～40 cm土层团聚体分布及其中OC含量。与CK相比,SM显著增加了耕层大团聚体(0.25 mm)比例与平均质量直径(MWD, Mean Weight Diameter),SI显著提高了0～40 cm土层团聚体MWD,且对10～40 cm土层团聚结构的改善作用优于SM;SM处理显著增加了0～10 cm土层2和0.053 mm粒级团聚体OC含量,SI处理不仅增加了0～10 cm土层2 mm粒级团聚体OC含量,也显著提高了10～40 cm土层各粒级团聚体OC含量。在黑土区,秸秆覆盖还田对SOC的提升主要集中于表层,秸秆深翻还田促进了0～40cm土层SOC积累与土壤团聚结构的改善。     

长期秸秆还田显著降低褐土底层有机碳储量

  【目的】  秸秆还田作为一种有效的培肥方式,对土壤固碳效果显著,但对于深层土壤有机碳的影响还存在不确定性。分析不同秸秆还田方式下褐土剖面土壤有机碳(SOC)储量变化,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据。  【方法】  长期秸秆还田试验开始于1992年,采用裂区设计,主区为化肥春季和秋季施用,副区为4个秸秆还田处理:秸秆不还田 (CK)、秸秆覆盖还田 (SM)、秸秆粉碎后直接还田 (SC) 和秸秆过腹还田 (CM)。在2013年春玉米收获后采集0—100 cm土层土壤样品,分析不同秸秆还田方式下SOC和土壤养分含量。  【结果】  在春季和秋季施肥下,与CK相比,CM、SM和SC处理表层 (0—20 cm) SOC含量显著提高,而SM和SC处理40—60和80—100 cm SOC含量显著降低。同时,与CK处理相比各处理SOC储量变化量在处理间存在显著差异。在春季和秋季施肥下,与CK相比,SM、SC和CM处理表层SOC储量平均分别增加2.32、5.42和12.60 t/hm2,且CM处理显著高于SM和SC处理;而在底层 (40—100 cm) 平均分别降低3.98、6.99和3.76 t/hm2;0—100 cm,CM处理SOC储量增加9.62 t/hm2,而SM和SC处理平均分别降低1.81和5.36 t/hm2。冗余分析结果表明,有机碳输入和土壤养分对表层碳储量变化的总解释率为90.10%,而对下层 (20—100 cm) 的总解释率仅为31.80%。其中,影响表层碳储量变化的主要因子是有效磷 (解释率为80.10%),而下层则是全氮 (25.28%)。  【结论】  在施用化肥基础上,长期秸秆还田促进表层碳累积,但底层氮素供应不足引起碳耗竭。总体上,秸秆过腹还田是褐土区农田培肥和增产的最优秸秆还田方式。     

玉米地土壤微生物量碳、氮及微生物熵对不同物料还田的响应

在四川丘陵区紫色土上进行田间试验,以无物料还田为对照,对比分析了蚕豆秸秆、油菜秸秆、猪粪3种物料还田对夏玉米吐丝期和收获期0—20,20—40cm土层土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮含量及微生物熵的影响,以期为农业废弃有机物料的综合利用及四川丘陵区土壤质量的提升提供理论参考。结果表明:(1)尽管有机物料还田于0—20cm土层中,0—20,20—40cm土层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)含量均受到有机物料的深刻影响。各处理0—20cm土层SOC、TN、SMBC、SMBN含量均显著高于20—40cm土层,且上下2层土壤SOC、TN、SMBC和SMBN含量在生育时期间均表现为吐丝期>收获期。(2)在2个生育时期,3种物料还田均能提高0—20,20—40cm土层SOC、TN、SMBC、SMBN含量。与对照相比,物料还田处理的SOC、TN、SMBC、SMBN含量分别提高2.6%~141.2%,1.9%~33.0%,5.1%~114.7%,41.5%~98.7%,其中收获期各处理0—20,20—40cm土层SOC、SMBC、SMBN均表现为油菜秸秆>蚕豆秸秆>猪粪>对照,TN表现为蚕豆秸秆>猪粪>油菜秸秆>对照。(3)各处理SMBC/SMBN、qMB、SMBN/TN分别为3.74~10.53,0.86%~2.19%,1.01%~3.41%,且物料还田降低SMBC/SMBN,提高土壤qMB和SMBN/TN值。相关分析表明,SMBC、SMBN与SOC、TN之间均存在极显著正相关关系。因此,农业生产中可通过物料还田提供给微生物足够的碳氮营养,提高土壤SMBC、SMBN、SOC、TN含量和qMB值,维持较高的农田生产力,提升土壤质量,但具体施用物料时还需寻求土壤肥力提升、玉米产量增加以及环境效益之间的平衡。     

Effects of part and whole straw returning on soil carbon sequestration in C3–C4 rotation cropland

Long‐term no‐tillage management and crop residue amendments to soil were identified as an effective measure to increase soil organic carbon (SOC). The SOC content, SOC stock (SOCs), soil carbon sequestration rate (CSR), and carbon pool management index (CPMI) were measured. A stable isotopic approach was used to evaluate the contributions of wheat and maize residues to SOC at a long‐term experimental site. We hypothesized that under no‐tillage conditions, straw retention quantity would affect soil carbon sequestration differently in surface and deep soil, and the contribution of C3 and C4 crops to soil carbon sequestration would be different. This study involved four maize straw returning treatments, which included no maize straw returning (NT‐0), 0.5 m (from the soil surface) maize straw returning (NT‐0.5), 1 m maize straw returning (NT‐1), and whole maize straw returning (NT‐W). The results showed that in the 0–20 cm soil layer, the SOC content, SOCs, CSR and CPMI of the NT‐W were highest after 14 years of no‐tillage management, and there were obvious differences among the four treatments. However, the SOC, SOCs, and CSR of the NT‐0.5 and NT‐W were the highest and lowest in 20–100 cm, respectively. The value of δ¹³C showed an obviously vertical variability that ranged from –22.01‰ (NT‐1) in the 0–20 cm layer to –18.27‰ (NT‐0.5) in the 60–80 cm layer, with enriched δ¹³C in the 60–80 cm (NT‐0.5 and NT‐1) and 80–100 cm (NT‐0 and NT‐W) layers. The contributions of the wheat and maize‐derived SOC of the NT‐0.5, NT‐1 and NT‐W increased by 11.4, 29.5 and 56.3% and by 10.7, 15.1 and 40.1%, relative to those in the NT‐0 treatment in the 0–20 cm soil layer, respectively. In conclusion, there was no apparent difference in total SOC sequestration between the NT‐0.5, NT‐1, and NT‐W treatments in the 0–100 cm soil layer. The contribution of wheat‐derived SOC was higher than that of maize‐derived SOC.     

秸秆还田对黑土亚表层微生物群落结构的影响特征及原因分析

为明确切碎秸秆与秸秆颗粒对黑土亚表层土壤微生物群落结构的影响效应,从而评价不同秸秆还田方式对亚表层的培肥效果,该研究于2016-2018年在东北黑土区进行一次性玉米秸秆深埋还田试验,设置切碎秸秆低量(QS1)、切碎秸秆高量(QS5)、秸秆颗粒低量(KL1)与秸秆颗粒高量(KL5)4种秸秆还田处理,并与秸秆不还田(CK)进行对比,于每年玉米收获季对土壤理化指标及微生物菌群结构进行监测。结果表明,1)秸秆还田第1年,切碎秸秆处理显著提高土壤总磷脂脂肪酸含量及真菌摩尔百分数,其高量处理较CK最高增加71.0%和120.5%,而秸秆颗粒处理对细菌、革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的摩尔百分数增幅更显著,其高量处理最高增加41.6%、29.7%和26.3%;还田第2年高量处理显著提高各菌群磷脂脂肪酸含量,且切碎高量处理的真菌摩尔百分数含量显著高于颗粒高量处理21.0%;还田第3年仅高量处理下的菌群结构有显著分异。2)还田初期切碎秸秆处理显著提高真菌:细菌比值,而低量还田则对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌比有提高,随还田时间的增加,高量还田比值提高更显著,利于长期维持生态系统稳定性。3)秸秆高量还田可显著改变土壤理化因子水平,这是导致微生物群落结构分异的重要原因,其显著影响因子随还田年限而更替:第1年,土壤容重、酸碱度、全氮和碳氮比为显著(P<0.05)影响因素;第2年,土壤含水量、有机碳、碳氮比和土壤容重为极显著影响因素(P<0.01);第3年仅有机碳为显著因素(P<0.05)。切碎秸秆高量还田处理微生物群落结构分布与CK区分最为明显,对土壤真菌群落的调控能力更强,更适宜于东北黑土亚表层肥力的提升。     

免耕对华北地区潮土碳库特征的影响

以实施7年的中国科学院禹城综合试验站冬小麦-夏玉米轮作免耕长期定位试验场为对象,系统研究免耕条件下土壤总碳(TC)、有机碳(SOC)、无机碳(SIC)的变化,为进一步评价免耕措施对华北地区潮土碳库的影响提供数据支持。研究设置免耕秸秆覆盖(NTRC)、免耕施用有机肥(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析表层(0-20cm)及深层(20-60cm)土壤TC、SOC及SIC的变化特征和影响因素。主要结果为:NTRC和NTRR能够增加0-20cm土层TC含量及储量,但降低20-60cm土层TC含量及储量,0-60cm总碳储量表现为NTRC>CT>NTRR;与CT相比,NTRC能够显著增加0-20cm而降低20-60cm土层SOC含量及储量,NTRR增加了0-5cm土层SOC含量及储量,在5-60cm则呈降低趋势,0-60cm土层SOC储量表现为CT>NTRC>NTRR;NTRC增加了0-60cm土层SIC储量,而NTRR则影响较小。TC与SOC呈显著正相关(P<0.05),而与SIC呈显著负相关(P<0.05),说明总碳的变化趋势与SOC一致,与SIC相反。     

藏东南色季拉山西坡不同植被土壤有机碳垂直分布特征及其影响因素

  【目的】  藏东南地区高山生态系统有巨大的土壤碳汇潜力，研究其不同生态系统下土壤有机碳 (SOC) 储存的变化特征及其影响因子，有助于深入了解青藏高原土壤碳循环及区域碳源汇平衡。  【方法】  本研究在西藏色季拉山西坡海拔3000～4600 m开展密集土壤采样，研究不同海拔高度下不同植被类型SOC的储存特征，并分析其关键影响因子。  【结果】  表层0—5 cm的SOC含量随海拔升高而增加，4个植被带SOC含量平均值表现为高寒草甸 (8.31% ± 0.77%) > 暗针叶林 (7.20% ± 0.90%) > 高寒灌丛草甸 (6.74% ± 0.80%) > 针阔混交林 (3.88% ± 0.46%)。在剖面5—10、10—15、15—20、20—30、30—40、40—60 cm各层SOC含量随海拔升高呈先增加后降低趋势，SOC含量在4种植被带的平均值表现为暗针叶林 > 高寒灌丛草甸 > 高寒草甸 > 针阔混交林。SOC含量随剖面深度增加而显著下降，高寒草甸和高寒灌丛草甸SOC垂直分布特征为表层聚集型，而针阔混交林和暗针叶林SOC垂直分布特征为普通递减型。剖面0—20、20—40、40—60 cm的SOC储量随海拔升高呈先增加后降低的特征。在表层0—20 cm高寒草甸SOC储量最高 (C 95.66 ± 4.81 t/hm2)；在剖面20—40和40—60 cm暗针叶林SOC储量最高，且其在整个0—60 cm剖面的SOC总储量在所有植被类型中最高 (C 199.14 ± 11.10 t/hm2)；针阔混交林SOC储量在剖面各层均为最低，且其在整个剖面的SOC总储量 (C 111.45 ± 10.30 t/hm2) 显著低于其他植被类型。剖面各层SOC储量与年平均温度、凋落物碳氮比呈显著负相关，而与海拔高度、年平均降水量和土壤含水量呈显著正相关。逐步回归显示土壤含水量是影响剖面各层以及整个剖面SOC储存的关键因子。随机森林模型对SOC储存的解释度为50.32%～65.82%，土壤含水量对表层土体SOC预测的相对贡献最高，年平均温度、年平均降水量和凋落物质量对各层SOC预测均有显著贡献，而植被类型对SOC预测的相对贡献随剖面加深而逐步增加。  【结论】  色季拉山西坡不同海拔高度下SOC的储存特征随不同植被类型和剖面深度而发生显著变化，环境因子(如土壤水分) 对表层土体SOC储存有关键影响，植被类型对深层土体SOC储量变化的预测有重要贡献。     

不同秸秆还田方式对春玉米产量、水分利用和根系生长的影响

为探究耕作方式和秸秆还田对春玉米产量、土壤水肥及根系分布的影响,通过连续两年设置耕作方式(旋耕、翻耕)与秸秆还田方式(秸秆还田、秸秆不还田)两因素田间定位试验,研究了春玉米产量和水分利用效率、根系及土壤水肥分布的特性。结果表明:旋耕和翻耕处理春玉米产量和水分利用效率差异不显著,但前者显著增加了干旱年份(2015年)0—30cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度,而后者显著降低了10—30cm土层的土壤容重和紧实度,降低了0—40cm土层的土壤含水量、有效磷和速效钾含量,提高了干旱年份30—60cm和湿润年份(2016年)0—60cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度;秸秆还田较秸秆不还田处理显著增加了春玉米产量和水分利用效率,增加幅度分别为9.5%和7.3%,促进了干旱年份0—60cm土层的根长密度和湿润年份30—60cm土层的根长密度、根表面积密度和根干重密度的增加,还提高了0—60cm土层的土壤含水量、硝态氮、有效磷和速效钾含量。因此,实施旋耕秸秆还田和翻耕秸秆还田可以改善土壤水肥分布,促进深层根系发育,提高春玉米的产量和水分利用效率。     

长期秸秆还田对白浆土有机碳含量及腐殖质组成的影响

对白浆土秸秆还田(20、24、32年)后土壤有机碳含量及腐殖质组分进行测定,结果表明:与对照(CK)相比,秸秆还田后耕层(0～20 cm)与20～40 cm白浆土有机碳含量分别增加2.46～3.91、10.75～15.79g/kg。随还田年限增加,耕层与20～40 cm土壤水溶性物质在还田24年达最高值,分别为0.67、0.58 g/kg;而水浮性物质显著增加且在还田24～32年趋于稳定值。耕层土壤腐殖酸与胡敏酸含碳量均呈增加趋势,还田24年时最高,分别为10.04、5.51 g/kg;在20～40 cm土层则先增后减。耕层土壤富里酸含碳量先减后增,20～40 cm土壤富里酸含碳量则显著增加。耕层胡敏素含碳量呈减少趋势,而20～40 cm土壤则呈增加趋势。秸秆还田后白浆土胡富比发生较大变化,耕层土壤胡富比在还田24年时达到峰值1.22;而20～40 cm土层胡富比逐渐减小。