长期秸秆和地膜覆盖对旱作冬小麦农田土壤碳组分的影响

地表覆盖秸秆和地膜是我国西北旱作农田土壤固碳的重要田间管理措施，但其对土壤碳组分的长期影响尚不明确。基于田间定位试验，设生育期高量秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,HSM)、生育期低量秸秆覆盖(4 500 kg·hm^-2,LSM)、夏闲期秸秆覆盖(9 000 kg·hm^-2,FSM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)共5个处理，研究了秸秆覆盖和地膜覆盖12 a和13 a后旱作冬小麦农田土壤总有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、潜在矿化碳(PCM)和微生物量碳(MBC)含量的变化规律。2 a平均结果表明：与CK相比，HSM和LSM处理均显著提高了0～10 cm土层各碳组分含量以及10～20 cm土层SOC、POC、MBC含量，同时还显著提高了0～20 cm土层POC和MBC占SOC的比例；而FSM和PM处理对各土层土壤碳组分含量及其占SOC的比例均无显著影响。土壤碳组分含量相互之间均存在极显著正相关关系。综上可知，长期生育期秸秆覆盖能有效提高旱作冬小麦农田耕层土壤有机碳及其组分含量，且提高覆盖量有助于促进...     

连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响

依托于2001年布设在陇中黄土高原半干旱雨养农业区的保护性耕作定位试验,于2014年测定了5种保护性耕作(免耕+秸秆覆盖NTS、免耕NT、传统耕作+秸秆翻埋TS、传统耕作+地膜覆盖TP和免耕+地膜覆盖NTP)和传统耕作T处理下小麦-豌豆双序列轮作中表层土壤(0~5、5~10、10~30 cm)总有机碳(SOC)和轻组有机碳(LFOC)在作物生育期前后的变化。结果表明:土壤总有机碳和轻组有机碳在土壤剖面上均随着土层深度的增加而降低;相比传统耕作T,NTS和TS处理能显著提高0~30 cm土层中SOC、LFOC的含量,在作物播种前较T分别提高了19.51%、64.58%和13.36%、42.08%,在收获后分别提高了28.00%、85.37%和18.61%、77.82%,而SOC、LFOC含量NT和TP处理与T处理间差异不显著;从作物播种前至收获后,各处理下0~30 cm土层SOC含量均有减小趋势,其中NTS和TS处理变化量最小,NT和TP处理加大了作物生育期间SOC和LFOC的消耗;LFOC可以灵敏地反应出土壤有机碳的变化。因此,在该区推行以免耕、秸秆覆盖为主的保护性耕作措施更有利于碳的积累和土壤质量的改善,促进该区农业的可持续发展。     

盐渍化弃耕地不同恢复年限土壤有机碳及其碳库管理指数变化

对干旱区盐渍化弃耕地不同恢复年限土壤有机碳及其碳库管理指数的变化进行分析,结果表明,弃耕地恢复初期土壤有机碳及活性有机碳（LOC）含量均低于弃耕地（CK）,恢复3年（R3）、恢复5（R5）年和恢复10（R10）年的 LOC 都显著高于弃耕地,分别高出20．28％、16．00％和16．45％,土壤有机碳及活性有机碳含量均随着土层加深而降低,土壤碳库管理指数 CMI 在恢复初期低于 CK ,随着恢复年限的增加,R3,R5,R10土壤 CMI 显著高于CK 54．72％、19．79％和17．73％,R3、R5和 R10分别是 R1的3．20、2．48 和 2．43倍,表明干旱区盐渍化弃耕地经垦殖恢复后显著改善了土壤碳库质量,增加了土壤碳汇功能。相关分析表明,土壤 LOC 和 CMI 与土壤 Olsen－P 呈显著正相关关系,与 TOC 相比更能反映不同恢复年限土壤碳库的变化。     

玉米秸秆还田下深松年限对土壤有机碳含量及胡敏酸结构特征的影响

为明确不同秸秆还田结合耕作措施下土壤有机碳组分的变化特征,基于6 a秸秆还田长期定位试验,利用三维荧光光谱技术,对CK（不深松+不秸秆还田）、NFG（不深松+每年秸秆还田）、EFG（隔一年深松+每年秸秆还田）、TFG（隔两年深松+每年秸秆还田）和SFG（连年深松+每年秸秆还田）处理下土壤有机碳（SOC）含量及胡敏酸（HA）结构特征进行分析。结果表明：与CK相比,EFG处理0~10 cm土层的SOC、HA含量和PQ值分别显著增加25.23%、16.19%和4.27%,FA含量降低4.55%。10~20 cm土层,EFG处理的SOC含量最高,较CK增加13.18%;SFG处理的HA和FA含量较CK提高最多,增幅分别为13.27%和32.74%。通过HA三维荧光图谱发现,与CK(Ex/Em=270/455,270/460)相比,EFG(Ex/Em=280/455,270/465)处理下0~10 cm和10~20 cm土层中的HA荧光峰波长均有红移现象。土壤胡敏酸中包含两个组分,C1(Ex/Em=270/280)和C2(Ex/Em=440/515)同为类腐殖酸物质,胡敏酸整体腐殖化程度较高,结构较为复杂;其中EFG和TFG处理的C2组分所占比例最高,分别为28.59%和31.38%。各处理的C1和C2组分F_max值均较CK有所增加,即腐殖化程度增加。综上所述,EFG处理（隔一年深松+每年秸秆还田）通过提升土壤有机碳及腐殖酸类物质含量,增加腐殖化程度,加强了土壤的供肥能力,为黑龙江黑土区较佳的耕作技术措施。     

覆盖方式对旱作小麦田土壤团聚体有机碳的影响

依托中国科学院长武黄土高原农业生态实验站的长期覆盖试验,分析研究秸秆覆盖和地膜覆盖对黄土高原旱作冬小麦田土壤团聚体分布和团聚体有机碳的影响,共包括4种处理:无覆盖(CK)、全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(9000))、全年4 500 kg·hm~(-2)秸秆覆盖(M_(4500))和全年地膜覆盖(PM)。结果表明:(1)与CK处理相比,M_(9000)处理土壤总有机碳含量提高8.1%(P0.05),M_(4500)和PM处理较CK处理无显著差异。(2)M_(9000)、M_(4500)处理0.25 mm团聚体含量较CK处理分别提高6.6%、4.1%,PM处理降低1.7%。(3)与CK处理相比,M_(9000)处理平均重量直径(MWD)值提高9.2%,PM处理降低14.8%;M_(9000)处理几何平均直径(GMD)提高13.0%,PM处理降低15.7%(P0.05)。(4)土壤总有机碳与0.25 mm团聚体含量、MWD和GMD值呈显著正相关。(5)各处理中,5 mm和0.25 mm团聚体中有机碳含量较高;M_(9000)处理可不同程度地提高各级别团聚体中有机碳的含量,PM处理作用不明显;土壤有机碳主要储存在机械稳定性大团聚体中,且5 mm团聚体对总有机碳的贡献率最大,M_(9000)、M_(4500)处理可提高0.25 mm团聚体有机碳的贡献率。(6)各处理土壤总有机碳与5 mm和0.25 mm机械稳定性团聚体中有机碳呈极显著正相关。因此,长期秸秆覆盖不仅可以提升团聚体水平和稳定性,还可增加团聚体中有机碳含量,有利于土壤有机碳的固定。该区全年9 000 kg·hm~(-2)秸秆覆盖处理效果最好。     

秸秆带状覆盖对旱地冬小麦农田土壤特性及产量的影响

2019—2020年在黄土高原雨养条件下以不覆盖露地（CK）和地膜覆盖（PM）为对照,设置3种秸秆带状覆盖处理：SM3（覆盖带50 cm,种植带35 cm,播种3行）,SM4（覆盖带50 cm,种植带50 cm,播种4行）及SM5（覆盖带50 cm,种植带70 cm,播种5行）,研究了不同带幅秸秆带状覆盖对冬小麦农田土壤特性、籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明,秸秆带状覆盖较CK和PM显著降低土壤0~20 cm土层土壤容重4.49%~7.07%,增加土壤孔隙度4.41%~7.28%,且>0.25 mm机械稳定性团聚体含量增加5.30%~5.31%,水稳性团聚体含量增加4.55%~7.21%,平均重量直径(MWD)提高6.45%~60.31%,平均几何直径(GMD)提高8.73%~20.57%,土壤有机碳含量提高6.06%~6.15%。地膜覆盖对土壤各特征指标影响较小。秸秆带状覆盖处理较CK提高小麦籽粒产量5.07%,水分利用效率提高12.04%。3种秸秆带状覆盖处理中,SM3处理对土壤各特征指标影响最大,SM5处理在改善土壤理化性状的基础上,对小麦籽粒产量及水分利用效率的提升表现出较大优势。因此,SM5处理（覆盖带50 cm,种植带70 cm,播种5行）是适宜于西北半干旱区冬小麦种植的“绿色高效”措施。     

保护性耕作措施对西南旱地玉米田土壤有机碳、氮组分及玉米产量的影响

针对西南地区季节性干旱多发、土层浅薄、水土流失严重等问题,以"蚕豆/玉米/甘薯"旱三熟种植模式下玉米田为研究对象,设置平作+无秸秆覆盖(FT)、垄作+无秸秆覆盖(RT)、平作+半量秸秆覆盖(FH)、垄作+半量秸秆覆盖(RH)、平作+全量秸秆覆盖(FW)、垄作+全量秸秆覆盖(RW)6个处理开展田间试验,分析了玉米田土壤有机碳、氮组分对不同保护性耕作措施的响应规律。结果表明:土壤有机碳、全氮含量的土层分布特征均表现为0～10 cm10～20 cm。同一生育期内,垄作和适量的秸秆覆盖均能增加土壤有机质含量,且能减少氮组分的流失;全量秸秆覆盖不利于土壤有机碳的增加与氮组分的固定。垄作较平作、秸秆覆盖较无秸秆覆盖更有利于提升土壤有机碳含量和减少土壤氮含量的损失。各处理中,RH处理对总有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳、全氮含量均能产生明显的促进作用,各组分在成熟期玉米田0～10 cm土层中的含量相较于移栽前分别显著增加5.1%、39.2%、38.5%、18.8%、8.7%。此外,RH能有效减缓水溶性氮的流失,其流失量为FT的45.57%。活性有机碳与总有机碳极显著正相关(P0.01),可以表征总有机碳;玉米产量与土壤有机碳、氮之间存在正相关关系。垄作+半量秸秆覆盖(覆盖3 750 kg·hm~(-2)蚕豆秸秆)在西南旱地能产生显著的增碳固氮效应,且具有一定增产效应,有利于保护农田生态环境、提高农业生态效益。     

基于DNDC模型模拟的冬小麦田土壤有机碳和作物产量对地表覆盖的响应

依托前期长期定位试验,基于DNDC过程模型,对秸秆和地膜覆盖条件下冬小麦田土壤有机碳和小麦产量的长期变化规律进行了模拟研究.结果表明,DNDC模拟的有机碳含量和冬小麦产量变化与田间观测结果较一致,能较理想地模拟两种覆盖措施对土壤有机碳和作物产量的长期影响.模拟结果显示,在50 a时间尺度上,不覆盖与地膜覆盖处理下0～5...     

长期定位施肥对旱作农田土壤有机碳及其组分的影响

基于田间定位试验,研究了长期施肥对旱作冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响,试验包括4个处理:不施肥(CK)、氮磷配施(NP)、化肥与有机肥配施(NPM)以及长期休闲地(BL)。结果表明:长期持续施肥30年后,在0~30 cm土层,NPM处理土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳以及碳库管理指数分别较CK提高了42.2%、55.9%、40.9%和40.0%(P0.05),NP处理土壤有机碳和微生物量碳与CK差异不显著,潜在矿化碳和碳库管理指数分别提高了29.1%和20.0%(P0.05),施肥对两种活性有机碳含量的影响在15~30 cm土层表现更加显著;与种植作物相比,长期休闲显著降低了土壤潜在矿化碳含量,BL处理较CK降低了20.5%(P0.05)。相关性分析表明,土壤有机碳、潜在矿化碳、微生物量碳以及碳库管理指数两两之间存在着显著的相关性,且有机碳组分含量与土壤有机碳含量在处理间变化具有一致性(除NP处理外),两种活性有机碳相对含量在各处理间差异均不显著。总的来说,长期持续施入有机肥能够有效地增加旱作农田土壤有机碳同时增加其活性组分,有助于培肥地力和土壤固碳。     

长期保护性耕作对黄土高原旱地土壤养分和作物产量的影响

通过长期定位试验,研究了黄土高原西部旱农区传统耕作措施(T)和5种保护性耕作措施免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)、传统耕作+秸秆还田(TS)、传统耕作+地膜覆盖(TP)和免耕+地膜覆盖(NTP)对土壤有机质、速效养分以及作物产量的影响。结果表明,经过6 a不同耕作措施后,各处理土壤有机C、NO3-N以及速效P含量均有所提高,其中有机C含量比试验初期提高了4.92%~18.05%,NO3-N含量提高了17.98%~31.08%,速效P含量提高143.04%~212.87%。各处理土壤速效钾含量均有所下降,其中以NTS和TS降幅较小,仅为2.75%和6.26%。6 a间小麦和豌豆平均产量均以NTS最高(分别为2 030 kg·hm-2和1 381 kg·hm-2),而NT最低(1 608 kg·hm-2和1 060 kg·hm-2)。传统耕作秸秆还田能促进土壤耕层肥力的提高,但产量效应不明显;地膜覆盖有些年份增产效应明显,但不利于土壤肥力的持续提高。因此,在黄土高原西部旱农区实施免耕秸秆覆盖既有利于作物产量的提高,也可以改善耕层土壤肥力。     

耕作方式对土壤活性有机碳和碳库管理指数的影响

基于在黄土高原半干旱地区的典型代表—定西市安定区连续进行6 a的保护性耕作试验,研究了不同耕作方式对土壤总有机碳和活性有机碳的影响,并对各处理的碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了计算。结果表明:与传统耕作不覆盖(T)相比,免耕秸秆覆盖(NTS)、传统耕作结合秸秆还田(TS)和免耕不覆盖(NT)有利于土壤总有机碳含量和活性有机碳含量的提高,并且有随着土层深度的增加而递减的趋势;NT、NTS和TS有助于提高0～5 cm土层土壤活性有机碳占土壤总有机碳的百分率,尤以NTS处理的效果最为明显,说明NTS处理的土壤碳素活性大、易转化;对碳库各项管理指数来说,总体上秸秆覆盖或还田的贡献大于耕作措施,说明对土壤进行秸秆覆盖或还田有利于土壤碳库管理指数提高。     

土地整治工程对土壤碳固持的影响

为了探求土地整治工程对土壤碳固持的效应,分析在改善土地利用形式和条件的同时,对生态环境效应的影响等。本研究开展了盐碱地、风沙地和黄土废弃宅基地等3类土地整治工程对土壤碳固持的作用和影响研究。结果表明,盐碱地、风沙地和废弃宅基地等3类土地整治类型土壤剖面总碳含量均得到提高;风沙地、废弃宅基地整治类型,土壤有机碳含量的变化显著影响土壤剖面总碳含量;而盐碱地整治类型,无机碳含量的变化显著影响土壤剖面总碳含量。3类整治类型不同程度地促使0~100 cm土壤剖面碳密度的提升;盐碱地、风沙地整治类型土壤剖面上的总碳含量和总碳密度变化趋势较一致;废弃宅基地整治类型因土壤容重变化较大,土壤剖面上的土壤总碳含量与总碳密度变化趋势不一致。由此可以得出,土地整治对增加农田土壤碳库容量有着重要意义,研究不同类型土地整治对土壤碳固持的影响有助于精确评估土壤碳库的总储量。     

外源铅在土壤中的年际变化及对土壤有机碳矿化和速效养分的影响

以关中土为供试土样进行田间试验,向耕层土壤中添加不同浓度外源铅(Pb0:背景值,CK;Pb1:175 mg·kg~(-1)+背景值;Pb2:350 mg·kg~(-1)+背景值),进行小麦—玉米轮作试验。分别于2011—2013年小麦收获季采集耕层(0~20 cm)土壤,分析土壤中铅全量及有效态铅含量的年际变化,以及铅对小麦-玉米轮作模式下土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、碱解氮、速效磷、速效钾含量的影响。结果表明,三年中,施铅处理下土壤中铅全量及有效态铅含量分别下降13.22%和30.65%,总体呈现逐年下降趋势。与对照(CK)相比,Pb1、Pb2处理下SOC平均含量分别下降了16.30%和11.86%;DOC平均含量分别下降了4.05%和7.34%,与土壤铅含量呈现显著负相关关系;低浓度铅污染下土壤微生物商(q M)显著高于对照土壤,微生物量碳含量变化不显著。此外,土壤速效养分的分析显示,土壤碱解氮含量在外源铅加入初期下降明显,且在Pb1处理下碱解氮减少量最大;土壤速效磷含量随土壤铅含量增加而呈现下降趋势;土壤速效钾含量则随土壤铅含量的增加而增加。试验表明,外源铅的加入影响了土壤有机碳的稳定性,对土壤碳、氮循环产生了一定的影响;能够与土壤溶液中的磷酸根生成难溶性盐,与土壤胶体或土壤矿物晶格中的K+发生置换,加大土壤速效养分的流失风险。     

不同荒漠生态系统下有机碳和微生物碳的分布特征

基于新疆古尔班通古特沙漠南缘原始盐生旱生荒漠的3种建群灌木琵琶柴(Reaumuria soongori-ca)、多枝柽柳(Tamarix ramosissima)和梭梭(Haloxylon ammodendron)生态系统下土壤剖面实测数据,分析了土壤有机碳(SOC)和土壤微生物量碳(Mc)的垂直分布特征及其与土壤理化因子的关系。结果表明:3个生态系统类型之间土壤剖面SOC分布状况和含量不存在显著差别,但每个生态系统土壤剖面土层之间存在显著差别。各生态系统土壤上层均存在着一定厚度的SOC富集层,中部(10～30cm)SOC含量迅速下降,下部有机碳含量低而稳定。Mc分布与含量与SOC存在相似的规律。Mc对90cm以上的土壤碳循环起着重要的作用,而对深层次的碳库影响不大,不会对全球变化做出响应,但意义更重要,它们可以更长期保留于土壤中而不释放回大气圈。     

秸秆覆盖对宁南早作农田活性有机质及碳库管理指数的影响

在宁南半干旱区早作农田连续进行了4 a不同秸秆覆盖量的冬小麦栽培试验,对不同秸秆覆盖量下的土壤碳库活度(A)、碳库活度指数(AI)、碳库指数(CPI)和土壤碳库管理指数(CMPI)进行了分析.结果表明:与不覆盖(CK)相比,0.9-0.6万kg/hm2覆盖量下0～20 cm土层土壤总有机碳含量显著提高1.46～1.01...     

土地利用对陕北水土流失区土壤有机碳、水分的影响

通过实地调查和采样,结合室内分析,研究了当地四种土地利用方式(果园、林地、草地、坡耕地)下土壤有机碳分布特征.结果表明:流域内所有土样土壤有机碳(SOC)含量的均值为13.13g·kg-1.其中,坡耕地的土壤有机碳均倩为12.93g·kg-1,与坡耕地相比,果园土壤有机碳均值(12.97g·kg-1)略有升高;草地和林...     

耕作措施对玉米田耕层土壤微生物群落功能多样性的影响

为研究秸秆还田基础上不同耕作措施对土壤微生物群落功能多样性的影响，本文以渭北旱塬玉米田为研究对象，采用Biolog-ECO方法研究了6种耕作措施，即连年翻耕（C/C）、连年免耕（N/N）、连年深松（S/S）、免耕/深松隔年轮耕（N/S）、翻耕/免耕隔年轮耕（C/N）和深松/翻耕隔年轮耕（S/C）对土壤微生物碳源代谢能力的影响。结果表明，不同耕作措施下碳源代谢活性（AWCD）随培养时间的延长均逐渐增加，免耕、少耕的各耕作处理下碳源代谢活性较C/C处理显著提高了12.70%~54.54%，其中N/S和N/N处理的微生物多样性指数（丰富度指数、Shannon-Wiener指数和Simpson指数）显著高于C/C处理。主成分分析对第1和第2主成分起分异作用的主要碳源是氨基酸类、糖类和羧酸类物质，且是该地区土壤微生物利用的主要碳源。冗余分析表明有机碳（SOC）是影响微生物碳源代谢特征的主要因素。研究表明，从微生物群落碳源代谢角度考虑， N/S处理下的土壤微生物活性和功能多样性较高，是适宜该地区的耕作措施。     

Hierarchical responses of soil organic and inorganic carbon dynamics to soil acidification in a dryland agroecosystem,China

Soil acidification is a major global issue of sustainable development for ecosystems. The increasing soil acidity induced by excessive nitrogen(N) fertilization in farmlands has profoundly impacted the soil carbon dynamics. However, the way in which changes in soil p H regulating the soil carbon dynamics in a deep soil profile is still not well elucidated. In this study, through a 12-year field N fertilization experiment with three N fertilizer treatments(0, 120, and 240 kg N/(hm~2·a)) in a dryland agroecosystem of China, we explored the soil p H changes over a soil profile up to a depth of 200 cm and determined the responses of soil organic carbon(SOC) and soil inorganic carbon(SIC) to the changed soil p H. Using a generalized additive model, we identified the soil depth intervals with the most powerful statistical relationships between changes in soil p H and soil carbon dynamics. Hierarchical responses of SOC and SIC dynamics to soil acidification were found. The results indicate that the changes in soil p H explained the SOC dynamics well by using a non-linear relationship at the soil depth of 0–80 cm(P=0.006), whereas the changes in soil p H were significantly linearly correlated with SIC dynamics at the 100–180 cm soil depth(P=0.015). After a long-term N fertilization in the experimental field, the soil p H value decreased in all three N fertilizer treatments. Furthermore, the declines in soil p H in the deep soil layer(100–200 cm) were significantly greater(P=0.035) than those in the upper soil layer(0–80 cm). These results indicate that soil acidification in the upper soil layer can transfer excess protons to the deep soil layer, and subsequently, the structural heterogeneous responses of SOC and SIC to soil acidification were identified because of different buffer capacities for the SOC and SIC. To better estimate the effects of soil acidification on soil carbon dynamics, we suggest that future investigations for soil acidification should be extended to a deeper soil depth, e.g., 200 cm.