保护性耕作下土壤碳库管理指数的研究

以保护性耕作长期定位试验为研究对象，分析了保护性耕作对土壤不同层次的总碳、活性碳的影响，并计算了各处理的碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数。结果表明，土壤总有机碳和活性碳均随土层的增加而减少，其0～30cm平均总有机碳含量大小为旋耕〉免耕〉翻耕〉对照，秸秆还田提高土壤耕层总有机碳，旋耕和免耕提高表层土壤有机碳．且差异达到显著水平；土壤活性碳平均含量为旋耕〉翻耕〉对照〉免耕，旋耕和翻耕提高土壤活性碳，免耕则降低土壤活性碳，尤其是10～20cm土层活性碳比旋耕下降了27．33％。华北平原0～30cm土层的碳库各项指数受表层的影响比较大，其中保护性耕作（少免耕和秸秆还田）能增加土层的总有机碳、稳态碳和碳库指数；而翻耕秸秆还田则提高了土壤的A和AI，少免耕则降低了土壤的A和AI；就碳库管理指数来讲，秸秆还田的贡献大于耕作措施。     

16年保护性耕作措施对粮草轮作系统土壤碳库及稳定性的影响

土壤碳库是陆地生态系统碳库的重要组成部分,对维持全球碳平衡及气候变化具有重要作用,其变化除了受气候和环境因素的影响外,还受农业耕作措施的影响。为研究长期保护性耕作措施对黄土高原陇东地区玉米(Zea mays L.)-小麦(Triticum aestivum L.)-箭筈豌豆(Vicia sativa L.)轮作系统土壤碳库及碳库变化的影响,利用已进行16年传统耕作(T)、传统耕作+秸秆还田(TS)、免耕(NT)、免耕+秸秆还田(NTS)的保护性耕作定位试验,探究0—200 cm土层土壤全碳、有机碳、易氧化有机碳、碳库指数、碳库管理指数、碳库活度指数的变化。结果表明:连续进行16年保护性耕作措施能够显著增加0—5 cm土层土壤有机碳及易氧化有机碳含量(P0.05),对深层土壤有机碳和易氧化有机碳影响不显著,相比T,TS、NT、NTS处理能够使土壤有机碳含量分别升高59.74%,58.43%,80.56%,使易氧化有机碳含量分别升高49.80%,49.65%,53.17%。保护性耕作措施对土壤碳库变化的影响随土层深度改变,其中TS、NT和NTS处理土壤碳库指数在0—10 cm土层显著高于10—20 cm土层,而土壤碳库活度指数和碳库管理指数在10—20 cm土层显著高于0—10 cm土层,土壤易氧化有机碳含量是决定土壤碳库活度指数和土壤碳库管理指数变化的主要原因。通过16年的长期试验证明,免耕+秸秆还田处理是提升农田表层土壤碳库及稳定性的有效措施,研究结果可为探讨土壤固碳机理、优化黄土高原地区农田管理措施提供理论指导。     

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%.     

耕作方式转变和秸秆还田对土壤活性有机碳的影响

深松是解决长期旋免耕后耕层浅薄化、亚表层(15~30 cm)容重增加等问题的有效方法之一,长期旋免耕后进行深松显著影响土壤有机碳及其组分的周转。为对比转变耕作方式对土壤活性有机碳(LOC)及碳库管理指数的影响,该研究基于连续6 a的旋耕转变为深松和免耕转变为深松定位试验,对比了2012-2014年长期旋免耕农田进行深松对农田土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响。研究结果表明,耕作方式转变和秸秆还田均对土壤LOC含量、活性有机碳与有机碳的比例(LOC/SOC)和碳库管理指数产生显著影响。相对于原旋耕秸秆还田处理(RTS),虽然旋耕-深松秸秆还田处理(RTS-STS)提高了0~30 cm土层的LOC含量,但其土壤中LOC/SOC比例和碳库管理指数显著下降。而免耕-深松秸秆还田(NTS-STS)处理和耕作方式未转变的免耕秸秆还田处理(NTS)在0~10 cm土层其LOC含量无显著性差异,但NTS-STS处理显著提高LOC/SOC比例。耕作方式转变导致RTS-STS处理碳库管理指数随着土层的加深而逐渐降低,而NTS-STS处理则呈逐渐升高趋势。耕作、秸秆、年份、耕作与秸秆、耕作与年份及3者交互作用是导致耕作方式转变后各处理0~30 cm的LOC含量变化的主要作用力(P0.05)。秸秆还田条件下,将长期旋耕处理转变为深松可显著降低土壤SOC中的LOC比例,降低碳库管理指数,促进土壤碳库的稳定性;而长期免耕处理转变为深松能够显著提高土壤下层(10~30 cm)的土壤碳库活性。     

耕作措施对双季稻田土壤碳及有机碳储量的影响

针对不同耕作措施对双季稻田的固碳效应和固碳潜力问题,选择湖南省宁乡县的双季稻区试验点进行了有机碳、活性有机碳以及耕层有机碳储量的研究,以期为制定适合于稻田条件下的合理耕作方式提供理论依据。结果表明,耕作措施和秸秆还田对有机碳（SOC）和活性有机碳（AOC）含量均产生不同程度的影响。免耕处理下,有机碳和活性有机碳含量皆随土壤深度的增加而减少,土壤0～5cm的SOC和AOC的含量最高,且与其他层次达到显著性差异水平（P＆lt;0.05）,具有明显的表层富集现象。与免耕相比,旋耕和翻耕则更利于5～10cm和10～20cm土层的有机碳和活性有机碳的积累。比较秸秆还田对SOC和AOC的影响表明,秸秆还田有效地提高了0～10cm有机碳含量,但对10～20cm并未产生显著影响,秸秆的输入并未增加土壤活性有机碳的含量。采用等质量方法计算了耕层土壤有机碳储量,结果显示旋耕秸秆还田使有机碳储量明显增加,而免耕只增加了土壤0～5cm和5～10cm土层有机碳储量,10～20cm有机碳储量有所降低,但耕作措施对有机碳储量的长效作用还有待于进一步研究。     

土地利用方式和栽培措施对农田土壤不同组分有机碳的影响

以河北曲周县原状草地土壤和农田土壤为研究对象,分析了土地利用方式、秸秆还田、耕作方式和施肥水平对土壤有机碳特性的影响。研究表明,华北原状草地改变为农田后（34年）,土壤砂粒、颗粒有机碳的含量和总有机碳的比例、轻组土壤和轻组土壤有机碳都显著降低,且以秸秆还田影响最大。经过8年的耕作,施加底肥、免耕和秸秆整株还田等农艺措施,明显提高了土壤颗粒有机碳含量。秸秆还田使得0～20cm土壤颗粒有机碳含量明显增加,且整株还田比粉碎还田更能增加10～20cm土壤颗粒的有机碳含量,而免耕对土壤颗粒有机碳的增加主要表现在0～10cm。土壤非保护性有机碳的比例也会显著降低,且非保护性有机碳主要分布在0～5cm土层。     

不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响

为了探明不同耕作措施对甘肃引黄灌区耕地土壤有机碳的影响,2014-2017年在连续翻耕8a的玉米地上设置翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)4个单一耕作处理和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)2个轮耕处理开展了研究。结果表明,连续免耕(NT)显著增加了0～40cm土层有机碳含量和有机碳储量(P0.05),平均比CT增加4.45%和5.27%,比RT增加7.23%和8.50%;连续深松(ST)也有较好的固碳效果,在4个单一耕作措施中仅次于NT;连续翻耕(CT)和旋耕(RT)显著降低了土壤有机碳含量和有机碳储量(P0.05),RT的降低幅度大于CT。CT-NT和ST-NT2个轮耕处理既有较好的固碳效果,又符合当地农民操作习惯,有机碳含量分别比CT增加2.44%和4.82%,比RT增加5.12%和7.55%;有机碳储量比CT增加2.50%和5.47%,比RT增加5.64%和8.70%。不同耕作制度会使土壤有机碳发生层化,但有机碳含量的层化更多表现在不同土层之间,相同层次各处理之间变化不大;而有机碳储量只在耕层以下发生了层化,相同土层各处理之间也表现出比较明显的层化特征。因此,综合分析认为,任何一个单一耕作措施都有其局限性,CT-NT和ST-NT是比较理想的耕作模式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值。     

长期免耕旱作对冬小麦生长季土壤剖面有机碳含量的影响

依托21a长期免耕秸秆还田定位试验，探究长期免耕加秸秆还田的田间管理方式对冬小麦生长季0−60cm土层内土壤有机碳（SOC）和土壤活性有机碳（MBC、POC、DOC）的影响。试验共设长期免耕秸秆还田（NT）与常规耕作（CT）两种耕作模式，分析0−60cm土层内土壤总有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤颗粒有机碳（POC）、土壤可溶性碳（DOC）含量的变化。结果表明，在0−20cm土层，NT处理SOC含量显著高于CT处理，其中0−5cm和5−10cm土层平均SOC含量分别增加了81.2 %和52.9 %，冬小麦不同生育期内土壤SOC含量变化不显著；在0−30cm土层内，与CT处理相比，NT显著改变了土壤MBC、POC及DOC在播种前、越冬前、拔节期、开花期和成熟期5个生育阶段的分布情况，且显著提高了5个生育阶段内土壤活性有机碳的含量（P＜0.05），其中0−5cm土层内，土壤MBC、POC及DOC含量在各个时期相较于CT处理分别增长60.8%～161.4%、71.8%～141.1%和21.9%～104.4%。0−60cm土层内，两种耕作方式下的SOC、MBC、POC、DOC均随着土壤深度的增大呈下降趋势。说明长期免耕可提高耕作层土壤有机碳含量和小麦生长季活性有机碳的水平，这为旱地土壤有机碳的高效固存提供了理论依据。     

免耕对土壤团聚体特征以及有机碳储量的影响

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,研究免耕条件下土壤水稳性团聚体和有机碳储量的变化,为进一步评价免耕措施对黄淮海平原土壤结构和质量的影响提供科学依据。设置免耕(NT)、免耕秸秆不还田(NTRR)、常规耕作(CT)3种处理,分析土壤表层(0~20 cm)及深层(20~60 cm)水稳性团聚体分布特征、土壤有机碳以及团聚体有机碳的变化和相互关系。研究结果表明:由于减少了对土壤的破坏以及增加了秸秆还田和有机肥的施用,与常规耕作相比,NT和NTRR可提高表层土壤有机碳含量和储量、水稳性团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),以及大团聚体有机碳的含量和储量。其中,秸秆覆盖比施用有机肥对表层土壤有机碳储量和0.25~2 mm团聚体有机碳储量的提高具有更显著的作用。与表层不同,深层土壤有机碳和大团聚体有机碳的含量和储量表现为NT相似文献   

耕作方式对干旱绿洲滴灌复播大豆农田土壤有机碳的影响

为探讨不同耕作措施对不同层次土壤碳的影响,从而评价出滴灌条件下最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式,于2012-2014年开展了冬小麦收获后土壤采取翻耕覆膜(tillage plough,TP)、翻耕(tillage,T)、旋耕(rotary tillage,RT)和免耕(no-till,NT)4种不同耕作方式的复播大豆田间试验,研究麦后不同土壤耕作方式对复播大豆农田0~100 cm土层土壤容重、总有机碳(soil organic carbon,SOC)及碳库管理指数(carbon pool management index,CPMI)的影响。结果表明,各处理土壤SOC和易氧化有机碳(easily oxidized organic carbon,EOC)含量随着土层的加深基本呈不断下降趋势。免耕、旋耕处理显著增加了表层0~10 cm土壤的SOC和EOC含量,而TP处理显著增加了耕层20~30 cm的SOC和EOC含量,60~100 cm土层TP处理的SOC含量显著低于其他处理,但各处理间EOC含量差异不显著;土壤容重与总有机碳含量呈显著负相关关系(P0.01);0~60 cm土层不同耕作方式CPMI平均值以免耕处理最高,分别比旋耕、翻耕覆膜、翻耕处理的增加了4.41%、9.90%、22.06%,表明免耕、旋耕能够提高0~60 cm土壤的总体CPMI,而耕翻覆膜显著提高20~30 cm耕层土壤CPMI值。该研究为干旱绿洲滴灌条件下选择最有利于复播大豆农田固碳的耕作方式提供了理论依据。     

转变耕作方式对长期旋免耕农田土壤有机碳库的影响

土壤深松是解决长期旋免耕农田耕层浅薄化、亚表层（>15～30 cm）容重增加等问题的有效方法之一,而将长期旋免耕农田进行深松必然导致农业生态系统中土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）及碳固定速率的变化。因此,为对比将长期旋免耕转变为深松前后农田土壤有机碳库变化,该研究利用连续12a 的旋耕和免耕长期定位试验以及在此基础上连续6 a旋耕-深松和免耕-深松定位试验,对比了转变耕作方式对农田土壤0～30 cm有机碳含量、周年累积速率及其固碳量的影响。研究结果表明,经过连续12 a的旋耕和免耕处理（2002－2014）,2014年免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比试验初期（2002年）提高38%,旋耕处理降低了30%,而对照常规处理无显著差异。免耕处理土壤0～30 cm有机碳储量比旋耕处理高约2.6倍（2014年）。长期免耕显著提高了土壤0～30 cm的有机碳含量,2002~2014年其土壤0～30 cm固碳量为16.69 t/hm2,但长期旋耕导致土壤0～30 cm SOC含量显著降低,表现为土壤有机碳的净损耗,年损耗速率为?0.75 t/hm2。而长期旋耕后进行深松（旋耕-深松处理）6年其土壤0～30 cm的有机碳含量较原旋耕处理提高32%～67%,且显著提高了土壤固碳量及周年累积速率;免耕-深松土壤0～30 cm的有机碳周年累积速率较免耕处理下降了42%。长期旋耕造成有机碳水平下降的条件下,将旋耕处理转变为深松处理在短期内更有利于促进土壤有机碳的积累,而将长期免耕处理转变为深松措施,降低了土壤有机碳的累积速率和固碳量。     

耕作方式对双季稻田土壤有机碳储量的影响

Tillage practices can potentially afect soil organic carbon (SOC) accumulation in agricultural soils. A 4-year experiment was conducted to identify the influence of tillage practices on SOC sequestration in a double-cropped rice (Oryza sativa L.) field in Hunan Province of China. Three tillage treatments, no-till (NT), conventional plow tillage(PT), and rotary tillage(RT), were laid in a randomized complete block design. Concentrations of SOC and bulk density(BD) of the 0-80 cm soil layer were measured, and SOC stocks of the 0-20 and 0-80 cm soil layers were calculated on an equivalent soil mass(ESM) basis and fixed depth (FD) basis.Soil carbon budget(SCB) under diferent tillage systems were assessed on the basis of emissions of methane(CH4) and CO2 and the amount of carbon (C) removed by the rice harvest. After four years of experiment, the NT treatment sequestrated more SOC than the other treatments. The SOC stocks in the 0-80 cm layer under NT (on an ESM basis) was as high as 129.32 Mg C ha 1,significantly higher than those under PT and RT (P < 0.05). The order of SOC stocks in the 0-80 cm soil layer was NT > PT > RT,and the same order was observed for SCB; however, in the 0-20 cm soil layer, the RT treatment had a higher SOC stock than the PT treatment. Therefore, when comparing SOC stocks, only considering the top 20 cm of soil would lead to an incomplete evaluation for the tillage-induced efects on SOC stocks and SOC sequestrated in the subsoil layers should also be taken into consideration. The estimation of SOC stocks using the ESM instead of FD method would better reflect the actual changes in SOC stocks in the paddy filed, as the FD method amplified the tillage efects on SOC stocks. This study also indicated that NT plus straw retention on the soil surface was a viable option to increase SOC stocks in paddy soils.     

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。     

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。     

Tillage effects on soil aggregation and soil organic carbon profile distribution under Mediterranean semi‐arid conditions

In rainfed semi‐arid agroecosystems, soil organic carbon (SOC) may increase with the adoption of alternative tillage systems (e.g. no‐tillage, NT). This study evaluated the effect of two tillage systems (conventional tillage, CT vs. NT) on total SOC content, SOC concentration, water stable aggregate‐size distribution and aggregate carbon concentration from 0 to 40 cm soil depth. Three tillage experiments were chosen, all located in northeast Spain and using contrasting tillage types but with different lengths of time since their establishment (20, 17, and 1‐yr). In the two fields with mouldboard ploughing as CT, NT sequestered more SOC in the 0–5 cm layer compared with CT. However, despite there being no significant differences, SOC tended to accumulate under CT compared with NT in the 20–30 and 30–40 cm depths in the AG‐17 field with 25–50% higher SOC content in CT compared with NT. Greater amounts of large and small macroaggregates under NT compared with CT were measured at 0–5 cm depth in AG‐17 and at 5–10 cm in both AG‐1 and AG‐17. Differences in macroaggregate C concentration between tillage treatments were only found in the AG‐17 field at the soil surface with 19.5 and 11.6 g C/kg macroaggregates in NT and CT, respectively. After 17 yr of experiment, CT with mouldboard ploughing resulted in a greater total SOC concentration and macroaggregate C concentration below 20 cm depth, but similar macroaggregate content compared with NT. This study emphasizes the need for adopting whole‐soil profile approaches when studying the suitability of NT versus CT for SOC sequestration and CO₂ offsetting.     

免耕和秸秆还田对东北黑土区土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

为解决东北黑土区因不合理耕作导致的土壤结构性状变差及有机碳含量下降的问题，该研究于2015年开始，在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学向阳试验基地开展。设置免耕+秸秆还田（NTS）、免耕（NT）、翻耕+秸秆还田（CTS）、翻耕（CT）4种处理，于2018、2019年采集土样，研究免耕措施及秸秆还田对东北薄层黑土区0～10、>10～20 cm土壤团聚体稳定性、土壤有机碳含量、各粒径团聚体内有机碳含量影响。结果表明：2018和2019年0～10、>10～20 cm土层NTS处理>5 mm水稳性团聚体百分比含量及平均重量直径（MWD）显著高于其他3种处理，NTS及NT处理土壤有机碳含量显著高于CTS及CT处理（P?<0.05），4种处理各粒径水稳性团聚体有机碳含量峰值总体出现在1～2 mm处，NTS及NT处理>5、2～5、1～2 mm有机碳贡献率整体高于CTS及CT处理。研究表明，免耕与秸秆还田有利于薄层黑土坡耕地耕层土壤团聚体稳定性的提高和各粒级下团聚体有机碳的积累，与其他3种处理相比，免耕+秸秆还田效果更佳。     

西北旱作农田不同耕作模式对土壤性状及小麦产量的影响

【目的】在雨养农业区,旱作区因连年翻耕而引起严重的土壤质量退化,使作物生产力下降,需定期改变其耕作方式。免耕深松隔年轮耕可以降低土壤容重,增加耕层土壤团聚体和有机碳氮的含量,增强土壤蓄水保墒能力,对改善土壤性状和提高作物产量具有重要意义。【方法】本研究于2007～2010年在宁夏南部半旱区进行了两年免耕一年深松 (NT/ST/NT)、两年深松一年免耕 (ST/NT/ST)、连年翻耕 (CT) 3种耕作模式试验,研究了其对耕层土壤容重、团聚体、土壤有机碳氮含量、土壤水分及作物产量的影响。【结果】3年耕作处理后,与连年翻耕相比,NT/ST/NT、ST/NT/ST处理0—20 cm层土壤容重分别降低了4.4%和7.3%,20—40 cm土层分别降低2.1%和5.7%,40—60 cm土层分别降低4.1%和5.5%;土壤孔隙度0—20 cm土层分别提高了4.1%和6.8%,20—40 cm土层提高了2.1%和4.3%,40—60 cm土层提高了5.5%和5.7%。0—20 cm土层,NT/ST/NT处理0.25～2 mm机械稳定性团聚体含量平均较CT处理提高了12.4%,ST/NT/ST处理 > 2 mm机械稳定性团聚体含量较CT处理平均提高了42.0%;20—40 cm土层,NT/ST/NT、ST/NT/ST处理 > 2 mm团聚体含量较CT处理平均分别提高了44.3%和50.4%。两种轮耕模式使0—40 cm土层土壤团聚体平均重量直径分别显著高于CT处理21.8%和22.5%,几何平均直径分别高于CT处理9.6%和9.5%。三个处理耕层土壤有机碳氮含量均比试验前有不同程度的增加,轮耕处理0—30 cm土层0.25～2 mm粒级有机碳含量和 < 0.25 mm粒级全氮含量显著高于CT,以ST/NT/ST处理效果最佳。NT/ST/NT和ST/NT/ST处理0—10 cm土层0.25～2 mm团聚体有机碳含量较CT处理分别显著提高7.9%和10.2%,10—20 cm土层分别提高19.0%和15.7%,20—30 cm土层分别提高10.6%和13.3%;0—10 cm土层 < 0.25 mm粒级全氮含量显著提高9.4%和10.9%,10—20 cm土层分别提高6.8%和10.2%,20—30 cm土层分别提高7.4%和9.3%。研究期间,NT/ST/NT和ST/NT/ST处理较CT处理可显著提高0—200 cm土壤贮水量,其中以ST/NT/ST处理保蓄土壤水分效果最佳。在小麦生长前期,轮耕处理土壤贮水量均高于连年翻耕,生长后期ST/NT/ST处理土壤水分含量最高,NT/ST/NT处理次之。轮耕处理的小麦生物量和籽粒产量显著高于连年翻耕,其中小麦籽粒产量分别增加9.6%和10.7%。【结论】免耕/深松轮耕可显著改善土壤的物理性状和水分环境,显著增加耕层土壤有机碳氮含量,提高作物的生产力,在宁南旱区有重要的应用前景。     

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.