双季稻区保护性耕作下土壤有机碳及碳库管理指数的研究

本文以双季稻区保护性耕作定位试验为研究对象,测定了保护性耕作下土壤不同层次总有机碳、活性碳的动态变化,并计算了各处理的碳库活度、活度指数、碳库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,0～10 cm和10～20 cm土壤总有机碳分层受耕作方式影响大,而活性碳分层受秸秆还田影响大.秸秆还田提高土壤各层总有机碳,免耕提高土壤0～10 cm总有机碳,而旋耕和翻耕提高土壤10～20 cm总有机碳;其中旋耕提高土壤0～10 cm总有机碳,以及翻耕和秸秆还田提高土壤各层总有机碳具有可持续增加的潜力.秸秆还田和少免耕提高土壤0～20 cm土层活性碳.秸秆还田提高土壤0～10 cm总有机碳、活性碳、稳态碳、碳库指数以及碳库管理指数,同时提高了10～20 cm各项碳库指数,但降低了0～10 cm碳库活度和活度指数;免耕和旋耕分别提高土壤0～10 cm和10～20 cm的各项碳库管理指标.     

短期免耕对稻田土壤活性有机碳库的影响

采用量化的方法研究了短期免耕对土壤有机碳库数量和质量的影响.结果表明,与翻耕相比.短期免耕处理没有引起土壤总有机碳和可矿化态碳的显著变化;但在水稻孕穗期免耕极显著地增加了土壤可溶性有机碳的含量,提高了可溶性碳库效率;在水稻收获时,免耕处理的易氧化态碳及其效率、微生物量碳、碳库活度、碳库管理指数是翻耕处理的1.21、1.19、1.14、1.30、1.33倍;水稻孕穗期及收获时.免耕处理土壤微生物代谢熵(qC02)显著比翻耕处理降低了0.11倍.可见短期免耕能引起土壤活性有机碳的显著变化,且微生物代谢熵(qCO2)和碳库管理指数更能灵敏地指示土壤有机碳库的变化.因而可作为评价土壤质量的重要指标.     

轮耕对双季稻田耕层土壤有机碳储量的影响

【目的】针对南方稻田连续免耕存在的有机碳表层富集现象,进行土壤轮耕效应的初步研究。【方法】试验选择双季稻区连续免耕7年稻田,研究了轮耕对耕层土壤有机碳含量及其对等质量法计算的耕层土壤有机碳储量影响。【结果】长期免耕后,翻耕、旋耕降低了表层0—5cm土壤有机碳含量,提高了下层5—20cm土壤有机碳含量,进而降低了耕层土壤有机碳层化率;而翻耕、旋耕后免耕土壤有机碳含量相对于翻耕、旋耕分别呈相反的趋势。2006—2009年表层600Mg·hm-2土壤有机碳储量均以长期免耕最高。长期免耕后,翻耕、旋耕秸秆还田会提高下层土壤有机碳储量,进而在一定程度上影响耕层2550Mg·hm-2土壤有机碳的累积;而翻耕、旋耕后免耕耕层土壤有机碳储量较翻耕、旋耕有所降低。【结论】长期免耕后,连续免耕秸秆还田会增加表层600Mg·hm-2土壤有机碳储量;而翻耕、旋耕秸秆还田会提高下层土壤有机碳储量。     

秸秆还田方式对旱地草甸土活性有机碳组分的影响

为阐明不同秸秆还田方式下草甸土活性有机碳组分的分布特征,基于玉米田间定位试验,分析了不同耕作与秸秆还田方式下三个深度土层土壤有机碳及其活性组分的变化。结果表明：频繁的翻耕加速了表层（0~20 cm）土壤有机碳的矿化分解,使有机碳含量下降;免耕秸秆覆盖还田有利于表层土壤有机碳的增加,秸秆翻耕还田促进了中层（20~40 cm）土壤有机碳的积累;秸秆连续翻耕还田提高了中层土壤高活性和中活性有机碳的含量及土壤碳库管理指数,秸秆浅翻还田对表层和中层低活性有机碳的影响显著高于深翻还田与覆盖还田,但短期内秸秆连续浅翻还田与深翻还田对提高土壤碳库管理指数的差异不大。研究表明,土壤高活性和中活性有机碳对耕作深度的响应更加敏感,而秸秆还田主要使低活性有机碳增加,这也是玉米增产的主要原因。     

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<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。     

轮耕对夏玉米田土壤活性有机碳及碳库管理指数的影响

采用田间定位试验,研究秸秆还田条件下,连续常规耕作(3C)、1年深翻+2年常规耕作(DP2C)、2年深翻+1年常规耕作(2DPC)和连续3年深翻(3DP)对活性有机碳的时空变化以及碳库活度、活度指数、碳库指数和碳库管理指数的影响。结果表明,秸秆还田条件下,各处理0~40 cm土层土壤活性有机碳含量均随生育进程的推进先增后降,开花期达到峰值。与常规耕作相比,深翻能够显著提高0~40 cm土层活性有机碳、总有机碳和碳库管理指数,分别平均提高2.33%、4.54%和3.82%。不同耕作处理间0~40 cm土层土壤总有机碳和活性有机碳含量以3DP处理最高、2DPC处理次之,两者均显著高于3C处理。从土壤空间角度看,3DP处理和2DPC处理能够有效延缓土壤总有机碳、活性有机碳含量的降低速度,促进有机碳在土层中的均匀分布。但从生态效益和节本增效的角度出发,连读多年常规耕作后,秸秆还田条件下,隔一年深翻既能增强土壤碳汇能力,又可改善大气环境,是适合该地区的耕作方式。     

保护性耕作对潮土碳、氮含量的影响（英文）

为了探明保护性耕作条件下有机碳循环与农田地力提升机制,为保护性耕作技术的推广应用提供科学理论支撑,笔者以保护性耕作长期试验地为平台,研究不同耕作处理对总有机碳、全氮及其不同组分在潮土中含量的影响。笔者通过研究不同耕作处理下土壤总有机碳、全氮、溶解性有机碳、溶解性有机氮、微生生物量碳、易氧化有机碳在不同土层深度中的分布情况,揭示保护性耕作措施对潮土碳、氮含量的影响。结果表明:相比于常规翻耕,2年或4年翻耕1次的间歇性翻耕和全免耕处理0~5 cm土层土壤总有机碳含量分别提高了1.81%、6.43%、14.04%,全氮含量分别提高了0.80%、10.04%、7.93%,免耕处理下10~20cm土层中总有机碳、全氮含量显著低于其它处理;秸秆还田条件下,实施间歇性翻耕和免耕能显著提升0~5、5~10 cm土层中土壤溶解性有机碳、氮含量;相比于常规翻耕,间歇性翻耕、免耕处理下0~5 cm土层土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量均有不同程度地升高,免耕处理下10~20 cm土层中微生物量碳含量显著低于其它处理;秸秆还田对0~10 cm土层土壤总有机碳、全氮、溶解性有机氮及其它活性有机碳组分含量均有不同程度的提升作用。总体来看,保护性耕作措施有利于表层0~5 cm土层中碳、氮储量的增加,免耕条件下"养分表聚"的负面效应可通过间歇性翻耕得到改善。     

春玉米秸秆还田对土壤碳组分及碳库管理指数的影响

为研究冀西北寒旱区不同秸秆还田方式对土壤碳素组分及碳库管理指数(CPMI)的影响,采用秸秆还田翻耕、秸秆还田旋耕、大垄轮播秸秆还田3种春玉米秸秆还田方式,利用连续烧失法测定0～100 cm土层土壤各种碳组分,计算碳库管理指数.结果表明,土壤总碳(TC)含量为60.89～111.27 g/kg,土壤有机碳(SOC)含量为33.04～56.16 g/kg,秸秆还田能显著提高0～40 cm土层土壤碳素含量,其中秸秆还田旋耕下SOC含量增幅最大;土壤活性有机碳(ASOC)含量为1.60～10.09 g/kg,秸秆还田可以显著提高0～40 cm土层ASOC含量,其中大垄轮播秸秆还田方式下ASOC含量的增幅最大.土壤CPMI为44.35～610.92,土壤碳库活性指数(LI)为0.55～4.71,秸秆还田可显著提高0～40 cm土层的CPMI和LI,秸秆还田翻耕处理的20～40 cm土层增幅最大,秸秆还田旋耕对0～20 cm土层土壤的CPMI和LI提高幅度最大.可见,秸秆还田主要影响0～40 cm土层土壤碳素含量及CPMI,对深层的影响相对较小,秸秆还田后旋耕、翻耕和大垄轮播秸秆还田可以提高土壤有机碳活性,对于冀西北寒旱区采用大垄轮播秸秆还田方式更能够发挥春玉米秸秆还田的固碳能力,促进春玉米农田可持续利用.     

耕作方式与秸秆还田对麦田土壤有机碳积累的影响

通过大田定位试验,研究了稻麦两熟制下耕作方式与秸秆还田对麦田土壤总有机碳积累的影响。结果表明:秸秆还田可以显著提高土壤总有机碳和土壤微生物生物量碳的含量,其中旋耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤总有机碳含量提高了37.19%,翻耕+连续3季稻麦秸秆还田处理使土壤微生物生物量碳含量提高了62.88%;翻耕处理的15～25 cm土层土壤总有机碳和微生物生物量碳含量显著高于旋耕处理;在相同秸秆还田方式下,旋耕处理的0～7 cm和7～15 cm土层的微生物熵显著大于翻耕处理,而15～25 cm土层的则相反。     

耕作方式与秸秆还田对表层土壤活性有机碳组分与产量的短期影响

为探明耕作方式和小麦秸秆还田对稻田表层(0～20cm)土壤活性有机碳(LOC)、碳库管理指数(CPMI)和作物产量的短期影响,于2011年在湖北省随州市均川镇,设置了免耕(NT)和翻耕(PT)两种耕作方式以及6000(SR3)、4000(SR2)、2000(SR1)、0kg·hm-2(SR0)4种还田量。结果表明:相对于翻耕,免耕显著提高水溶性有机碳(WSOC)23%～68%(P<0.0001)、微生物生物量碳(MBC)21%～40%和易氧化态碳(EOC)10%～63%(P<0.0001),但不影响颗粒态碳。相对于秸秆不还田处理(SR0),SR2和SR1显著提高WSOC37%～74%(P<0.0003);EOC含量随还田量增加而增加。对CPMI的影响,耕作处理表现为免耕>翻耕,秸秆还田处理为SR3>SR2>SR1>SR0。处理SR3、SR2和SR1比SR0分别使产量提高了7.7%～16%、17%～35%和23%～28%。线性相关分析表明,WSOC与产量有极显著相关性(P<0.01),表明土壤水溶性碳对短期土壤管理措施的改变反应敏感。     

垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ13C的影响

【目的】阐明垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ13C的影响,为揭示垄作免耕下稻田土壤累积、转化的特殊性提供科学参考。【方法】依托稻田免耕长期定位试验,对比分析常规平作（中稻）、垄作免耕（中稻）、水旱轮作（中稻-油菜,稻油）和垄作免耕轮作（中稻-油菜,稻油）等4种耕作处理对不同深度（0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm和40—60 cm）土层中总有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳和δ13C等指标的影响。【结果】垄作免耕轮作（稻油）中,20—40 cm土层的总有机碳含量显著高于其它处理,各深度土层中颗粒有机碳含量和分配比例均高于其它耕作处理,10—20 cm和20—40 cm土层的易氧化有机碳含量显著高于其它耕作处理（P＜0.05）。水旱轮作（稻油）中,各土层的总有机碳含量、颗粒有机碳含量和易氧化有机碳含量均低于其它耕作处理。不同处理中,土壤碳库管理指数的最高值和最低值分别出现在垄作免耕轮作（稻油）的20—40 cm土层和水旱轮作（稻油）的40—60 cm土层,垄作免耕轮作（稻油）的10—20 cm 和20—40 cm土层碳库管理指数显著高于其它处理（P＜0.05）。相比其它处理,垄作免耕轮作（稻油）的土壤有机碳δ13C值在0—40 cm深度范围的各土层中差异不大,到40—60 cm土层才出现显著升高。【结论】相比其它耕作处理,长期（20年）垄作免耕轮作（稻油）稻田20—40 cm土层中增碳优势突出,该耕作处理有利于稻田中土壤颗粒有机碳的形成和累积,对20—40 cm土层中活性碳库的稳定和保护作用明显优于其它耕作处理;有大量活性高、降解程度低的有机碳在垄作免耕轮作（稻油）的20—40 cm土层中累积。     

耕作方式对稻田土壤有机碳转化的影响

为阐明免耕土壤碳转化过程对土壤同碳的影响,设计了4种耕作方式,包括稻草还田免耕(NTS)、稻草还田常耕(CTS)、无稻草还田免耕(NT)和无稻草还田常耕(CT),在水稻生育期分层(0~5、5~12和12~20 cm)采集稻田耕层土壤样品进行测定.结果表明,在0~5 cm土层,土壤有机碳、活性碳、热水提取碳水化合物、全酚...     

覆草旱作对稻田土壤活性有机碳的影响

[目的]研究覆草旱作和免耕覆草旱作稻田土壤总有机碳、活性有机碳含量和碳库管理指数的特征.[方法]在江西省余江县水稻原种场的双季稻田,设置常规水作、裸地旱作、覆草旱作、免耕裸地旱作和免耕覆草旱作5个处理.于第5年晚稻收获期,采集以上处理的耕层土壤样品,测定了土壤总有机碳和活性有机碳含量.[结果]与常规水作相比,覆草旱作和...     

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。     

华北农田不同耕作方式的固碳效益评价

为研究长期耕作措施下农田土壤碳储量以及潜在碳成本的情况,在中国科学院石家庄栾城生态系统试验站进行了长期耕作定位试验,设置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(CT)3个处理,并对各处理的固碳效益进行了评价。结果表明在秸秆还田、化肥投入的条件下各处理碳储量均呈现增长趋势,2004—2010年各处理间碳储量平均值由37 867.06增长到48 316.33kg/hm2,SCS的大小为CT>NT>RT;潜在碳成本NT、RT与CT分别为499.50,516.91和564.84kg/(hm2.a);通过效益评价可知,NT的生态效益最好,各处理间差异显著。RT的经济效益最好,与NT间差异不显著,但RT显著高于CT。建议华北麦玉两熟区农田优化当前农艺措施,提高机械覆盖面积,提升免耕作物经济产量,在此区域适当推广少免耕技术。     

Soil carbon storage and stratification under different tillage/residue-management practices in double rice cropping system

The importance of soil organic carbon(SOC) sequestration in agricultural soils as climate-change-mitigating strategy has become an area of focus by the scientific community in relation to soil management.This study was conducted to determine the temporal effect of different tillage systems and residue management on distribution, storage and stratification of SOC, and the yield of rice under double rice(Oryza sativa L.) cropping system in the southern China.A tillage experiment was conducted in the southern China during 2005–2011, including plow tillage with residue removed(PT0), plow tillage with residue retention(PT), rotary tillage with residue retention(RT), and no-till with residue retention on the surface(NT).The soil samples were obtained at the harvesting of late rice in October of 2005, 2007 and 2011.Multiple-year residue return application significantly increased rice yields for the two rice-cropping systems; yields of early and late rice were higher under RT than those under other tillage systems in both years in 2011.Compared with PT0, SOC stocks were increased in soil under NT at 0–5, 5–10, 10–20, and 20–30 cm depths by 33.8, 4.1, 6.6, and 53.3%, respectively, in 2011.SOC stocks under RT were higher than these under other tillage treatments at 0–30 cm depth.SOC stocks in soil under PT were higher than those under PT0 in the 0–5 and 20–30 cm soil layers.Therefore, crop residues played an important role in SOC management, and improvement of soil quality.In the 0–20 cm layer, the stratification ratio(SR) of SOC followed the order NTRTPTPT0; when the 0–30 cm layer was considered, NT also had the highest SR of SOC, but the SR of SOC under PT was higher than that under RT with a multiple-year tillage practice.Therefore, the notion that conservation tillage lead to higher SOC stocks and soil quality than plowed systems requires cautious scrutiny.Nevertheless, some benefits associated with RT system present a greater potential for its adoption in view of the multiple-year environmental sustainability under double rice cropping system in the southern China.     

不同稻草还田方式下土壤碳库管理指数的研究(英文)

[目的]明确稻草还田方式对双季稻田土壤肥力的影响。[方法]对不同稻草还田方式对土壤总有机碳(CTOC)、活性有机碳(CA)、矿化碳(CM)的影响进行分析,并计算各处理碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和碳库管理指数(CPMI)。[结果]与不施肥对照相比,早晚稻两季稻草还田提高了土壤总有机碳、活性有机碳和矿化碳含量及其碳素有效率。等养分条件下,稻草还田处理的土壤总有机碳、活性有机碳及其碳素有效率均高于稻草烧灰还田和稻草不还田处理,且活性有机碳含量差异显著。土壤碳库管理指数处理间差异达显著或极显著,其大小趋势为稻草全量还田>稻草烧灰还田>稻草不还田。[结论]本研究为增加土壤活性有机碳含量以及增加土壤肥力提供了量化的理论依据。     

Inter-annual changes in the aggregate-size distribution and associated carbon of soil and their effects on the straw-derived carbon incorporation under long-term no-tillage

Converting from conventional tillage to no-tillage influences the soil aggregate-size distribution and thus soil organic carbon(SOC) stabilization. However, the dynamics of soil aggregation and the straw-derived carbon(C) incorporation within aggregate fractions are not well understood. An experiment was established in 2004 to test the effects of two treatments, no-tillage with residue(NT) and conventional tillage without residue(CT), on the soil aggregate-size distribution and SOC stabilization in a continuous maize(Zea mays L.) cropping system located in the semiarid region of northern China. Soil samples were collected from the 0–10 cm layer in 2008, 2010 and 2015, and were separated into four aggregate-size classes(2, 0.25–2, 0.053–0.25, and 0.053 mm) by wet-sieving. In each year, NT soil had a higher proportion of macroaggregates(i.e., 2 and 0.25–2 mm) and associated SOC concentration compared with CT. Additionally, to compare straw-derived C incorporation within NT and CT aggregate fractions, 13 C-labeled straw was incubated with intact NT and CT soils. After 90 days, the highest proportion of 13 C-labeled straw-derived C was observed in the 2 mm fraction, and this proportion was lower in NT than that in CT soil. Overall, we conclude that long-term continuous NT increased the proportion of macroaggregates and the C concentration within macroaggregates, and the physical protection provided by NT is beneficial for soil C sequestration in the continuous maize cropping system in semiarid regions of northern China.