耕作方式对紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响

为研究耕作方式对西南地区紫色水稻土总有机碳及颗粒态有机碳的影响,以1989年设立的位于西南大学农场的农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内的长期免耕试验田为对象,研究在冬水田平作（DP）、水旱轮作（SH）、垄作免耕（LM）、厢作免耕（XM）和垄作翻耕（LF）5种不同耕作方式下,土壤中总有机碳（TOC）含量、颗粒态有机碳（POC）含量、颗粒态土壤质量分数和颗粒态有机碳分配比在土壤中的分布特点。结果表明,不同的耕作方式主要对表层土壤的TOC、POC分布产生显著影响,其中LM对提高积累TOC和POC贡献最大;0-60 cm土层TOC含量变化范围为7.10～34.45 g/kg,颗粒态土壤质量分数所占比例为30.38%～45.65%,POC含量为1.31～19.39 g/kg,各数值基本变化趋势都是随土壤深度的增加而减小。TOC与POC都可作为评价耕作方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标,但相同耕作制度下POC变化幅度更大,对其响应也更为敏感。从TOC和POC的关系来看,不同耕作制度下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关,免耕方式有利于有机碳以及颗粒态有机碳的保护和稳定。     

水分状况对紫色母岩发育的水稻土团聚体及有机碳分布影响

在紫色丘陵区采集了因水分状况影响而形成的4种类型紫色水稻土土样,利用湿筛法获得不同粒径的团聚体,分析了其有机碳和不同土壤发生层中易氧化碳、微生物生物量碳和水溶性碳含量。结果表明,A层土壤中>2 mm的团聚体以潜育型水稻土和渗育型水稻土最高,分别占76.65%和75.92%,其次是潴育型水稻土占43.86%,淹育型水稻土只有13.10%;不同土壤发生层间土壤团聚体的组成也存在较大的差异;除潴育型水稻土的P层外,其余各层土壤的有机碳53.7%~96.2%均分布在>0.25 mm团聚体中;潜育型水稻土的微生物生物量碳和易氧化碳含量在4种水稻土中最高,分别为282.5 mg kg-1和6.59 g kg-1,水溶性有机碳则以渗育型水稻土最高;有机碳含量与>2 mm团聚体含量呈极显著正相关关系,与<0.25 mm微团聚体数量呈显著负相关关系。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳分布的影响

通过23年的长期田间定位试验观测,研究了施肥对红壤水稻土不同发生层团聚体组成、有机碳含量及有机碳库分布的影响.试验设不施肥（CK）、无机肥（NPK）、有机肥（猪粪＋紫云英）（OM）和无机肥与有机肥配施（NPKM）等4个处理.结果表明,＞3 mm团聚体含量随土层深度呈增加趋势,而其他粒径的团聚体含量则呈下降趋势.施肥处理有利于1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量增加.各处理中,各层同粒径团聚体有机碳含量从高到低的顺序为：A＞P＞W1、W2.不同粒径团聚体中有机碳含量有明显差异,除＜0.05 mm团聚体外,粒径愈细,有机碳含量愈高.1～3 mm和0.25～1 mm团聚体含量与全土有机碳含量呈显著正相关.不同施肥处理有机碳储量表现出NPKM＞OM＞NPK＞CK的趋势.同施肥处理同发生层不同粒径团聚体有机碳储量从高到低的顺序为：＞3 mm、1～3 mm、0.25～1 mm、0.05～0.25 mm和＜0.05 mm,且差异显著.施肥处理增加的新碳主要向1～3 mm、0.25～1 mm团聚体富集.     

长期施肥紫色水稻土团聚体稳定性及其固碳特征

【目的】探讨长期不同施肥对土壤团聚体分布及其稳定性的影响,以及团聚体中有机碳对碳投入的响应。【方法】采集经历30年不同施肥处理后的紫色水稻土,利用湿筛法分离2 mm、0.25~2mm、0.053~0.25mm和0.053 mm团聚体组分,并分析团聚体的稳定性以及年均碳投入量和有机碳固定速率的关系。【结果】与不施肥(CK)比较,施肥(N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK)使2 mm团聚体所占比例提高了9.6%~36.1%,0.25~2 mm团聚体降低了6.7%~26.3%,0.053~0.25 mm和0.053 mm团聚体所占比例基本稳定;单施化肥处理(N、NP和NPK)没有显著提高土壤团聚体的稳定性,化肥与有机肥配施(MNP和MNPK)显著增加团聚体的稳定性。与CK相比施肥显著增加土壤总有机碳和2 mm团聚体有机碳含量,其他粒径团聚体碳含量略有提高,但未达显著水平;化肥配施有机肥对团聚体有机碳含量增加效果优于单施化肥。CK和N处理土壤有机碳损失速率为0.08t/(hm~2·a)和0.02 t/(hm~2·a),单施化肥(NP和NPK)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MN、MNP和MNPK)处理土壤有机碳的固定速率分别为0.14、0.10和0.17t/(hm2·a)。土壤有机碳的固定速率与碳投入呈显著的线性相关关系(R~2=0.531,P0.05);碳转化效率为3.3%;随碳投入的增加,各粒径团聚体碳含量均增加,且2 mm团聚体的碳增加速率远远高于其他团聚体。【结论】化肥配施有机肥增强团聚体稳定性效果优于单施化肥;本试验紫色水稻土的有机碳还没有达到饱和,仍具有一定固碳潜力,增加的有机碳主要固持在2 mm团聚体中。     

紫云英添加对土壤团聚体组成及有机碳分布的影响

以湖北省武汉市稻田土壤为研究对象,分别设置不添加紫云英(CK)、添加2%土壤质量的紫云英(G1)、添加4%土壤质量的紫云英(G2)3个处理,进行干湿交替模拟培养试验,研究培养60、120和180d土壤团聚体组成及团聚体内有机碳的分布特征。结果表明:添加紫云英培养120 d增加了各处理>2 mm团聚体含量,培养60 d时G1处理的增幅最大(78.08%),培养120 d时G2处理的增幅最大(77.31%),且显著提高了团聚体的平均重量直径。不同培养时期添加紫云英均提高了土壤的有机碳含量,且G2处理土壤有机碳含量高于G1处理,各处理随着培养时间的增加有机碳含量先增加后降低。团聚体中有机碳含量均随着粒级的减小而降低,紫云英添加培养180 d时团聚体各粒级有机碳含量均有所提升,且>2 mm团聚体的有机碳含量增幅最大(17.17%～43.67%)。紫云英添加培养120 d时主要增加大团聚体内各有机碳组分的相对含量,180 d时显著增加了微团聚体内细颗粒有机碳的含量。     

有机物料对稻田土壤团聚体及有机碳分布的影响

通过连续5年定位试验,以紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料还田的稻田土壤为对象,研究有机物料还田后不同物理分组下土壤组成特点和有机碳变化特征。结果表明,稻田土壤团聚体主要分布在2~0.25mm与0.25~0.053mm粒级,团聚体颗粒有机碳含量随着粒径的减小而减少。有机物料还田可提高0.25~0.053mm和0.053mm粒级团聚体有机碳的含量,紫云英、秸秆、商品有机肥等有机物料可通过提高土壤微团聚体有机碳含量而增加土壤碳库。有机物料施用增加土壤轻组组分颗粒含量,减少重组组分颗粒含量,有助于土壤轻组组分的形成。稻田土壤轻组颗粒有机碳含量与0.25mm和0.053mm团聚体颗粒有机碳含量呈显著相关,与2~0.25mm团聚体颗粒有机碳含量呈极显著相关。稻田土壤施用紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料,可有效提高土壤微团聚体和轻组成分颗粒含量,增加土壤微团聚体和轻组有机碳含量,改变稻田土壤有机碳库组成特征。     

保护性耕作对土壤团聚体及其有机碳含量的影响

为了探讨保护性耕作对旱作农田套作模式土壤团聚体的影响,在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(T)、垄作(R)、传统耕作+覆盖(TS)和垄作+覆盖(RS)4种处理下的西南紫色土丘陵区小麦—玉米—大豆套作体系玉米大豆共生时期土壤团聚体进行筛分和测定分析.结果表明:在玉米条带,随着团聚体粒级的减小各处理间水稳性团聚体质量分数差异降低,且差异主要出现在＞0.25 mm粒级的大团聚体中.但是在小麦—大豆条带,不同处理的水稳性团聚体含量没有明显差异.不同土层的土壤水稳性团聚体含量趋势一致,大小排序为A1(＞2 mm粒级的团聚体)＞A2(2～0.25 mm粒级的团聚体)＞M2(＜0.053mm粒级的团聚体)＞M1(0.25～0.053 mm粒级的团聚体).0-5 cm土层＞2 mm粒级的团聚体含量在36.31％～54.84％之间,低于5-10 cm土层的含量(55.22％～70.73％),耕作处理对土壤水稳性团聚体的影响主要表现在0-5 cm土层中,5-10 cm土层各处理间没有差异.不同粒级团聚体内有机碳含量大小排序为A2＞A1＞M1＞M2,有机碳主要富集在2～0.25 mm粒级的团聚体内,其中的水稳性团聚体有机碳含量变化尤其敏感.保护性耕作措施能显著提高土壤有机碳含量,虽然2～0.25 mm粒级中的有机碳含量最高,但是它的质量分数较低,土壤总有机碳增加主要是由于＞2 mm粒级的土壤水稳性团聚体有机碳含量提高.在西南紫色土丘陵区小麦—玉米—大豆套作模式下,保护性耕作有利于改善土壤团聚体结构,增加大团聚体含量,促进土壤有机碳的固定.     

长期保护性耕作提高土壤大团聚体含量及团聚体有机碳的作用

【目的】团聚体形成被认为是土壤固碳的最重要机制。本文以河南豫西地区长期耕作试验为研究对象,研究了长期保护性耕作对土壤团聚体性质及土壤有机碳(SOC)含量的影响,为探讨土壤固碳机理,优化黄土高原坡耕地区农田耕作管理措施,实现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。【方法】长期耕作试验开始于1999年,试验处理有免耕覆盖(NT)、深松覆盖(SM)和翻耕(CT)。利用湿筛法筛分第3年(2002年)和第13年(2011年)0—10cm和10—20 cm土层中,2000、250~2000、53~250和53μm级别的水稳性团聚体,计算团聚体平均质量直径(MWD),并测定了各级别团聚体的有机碳(SOC)含量。【结果】1)连续13年免耕覆盖和深松覆盖显著提高了土壤表层0—10 cm的SOC含量,分别比翻耕增加了33.47%和44.48%。2011年免耕覆盖和深松覆盖SOC含量较2002年上升了1.92%和8.59%,翻耕下降了18.97%。2)与翻耕相比,免耕覆盖和深松覆盖2000μm团聚体含量显著提高了40.71%和106.75%;53~250μm团聚体含量显著降低了19.72%和22.53%;团聚体平均质量直径显著提高了20.55%和39.68%,显示了土壤结构的明显改善。3)免耕覆盖和深松覆盖显著提高了表层土壤所有团聚体有机碳的含量,尤其以2000μm团聚体提升最多。与翻耕相比,2000μm团聚体有机碳分别提高了40.0%和27.6%。4)免耕覆盖和深松覆盖下表层土壤大团聚体有机碳含量随耕作年限增加,微团聚体有机碳随耕作年限降低。2000μm的土壤团聚体有机碳含量2011年较2002年分别升高了23.93%和7.12%,53~250μm微团聚体有机碳含量分别下降了19.58%和13.27%。【结论】长期保护性耕作(包括免耕覆盖和深松覆盖)可显著提高表层土壤大团聚体含量,降低微团聚体含量,提高团聚体的水稳性,改善土壤结构。同时可增加土壤团聚体有机碳含量,提高土壤肥力。长期保护性耕作在河南豫西丘陵地区是一种较为合理的耕作方式。     

化肥与有机物料配施对黄褐土团聚体分布及有机碳含量的影响

通过对黄褐土小麦/玉米轮作定位试验,研究了不同施肥模式对土壤团聚体分布、稳定性及团聚体中有机碳含量、各级团聚体对有机碳的贡献率的影响。结果表明:黄褐土的水稳性团聚体组成主要以0.25 mm粒径为主,施有机物料增加了0.25 mm水稳性团聚体,同时提高团聚体的稳定性。团聚体有机碳主要存在于0.25 mm水稳性团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的增大而明显增加。化肥配施秸秆对黄褐土水稳性团聚体影响较大,显著增加0.053 mm各粒径水稳性团聚体含量,降低0.053 mm水稳性团聚体含量,同时显著提高团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和稳定率(R0.25),并且化肥配施秸秆对土壤中0.25 mm各粒径团聚体对有机碳的贡献率增加更为明显。而化肥配施鸡粪对土壤中0.25 mm各粒径团聚体中有机碳增加效果最好。     

不同土地利用方式下土壤团聚体的分布及其有机碳含量的变化

通过野外调查与室内分析相结合的方法,对耕地、园地、林地和撂荒地土壤团聚体及其有机碳的分布特点进行了研究.结果表明,不同土地利用方式下土壤闭聚体的分布均以＞2.00 mm团聚体为主,其它依次为0.5～1,1～2,＜0.25和0.25～0.5 mm粒径的团聚体.林地和撂荒地土壤有机碳含量随粒径的减小呈递增的变化趋势;耕地在0.25～0.5 mm和＜0.25 mm团聚体中有机碳含量较高,园地则以0.25～0.5mm粒径团聚体中有机碳含量最高.4种土地利用方式下,以＞5 mm团聚体中土壤有机碳含量差异最大,随着团聚体粒径的增加,它们之间的差异逐渐减小;各土地利用方式下表层土壤中,分布在＜0.25 mm和0.25～0.5mm团聚体粒径中有机碳占有机碳总量比例低于2～5,＞5和0.5～1 mm的团聚体.     

不同耕作方式对土壤有机碳、微生物量及酶活性的影响

【目的】依托8年长期(2005~2012)固定道定位试验,研究不同耕作方式对土壤有机碳、土壤微生物量、土壤酶活性在0—90 cm土层的分布特征,为优化中国西北干旱区的耕作方式提供理论依据。【方法】试验包括固定道垄作(PRB)、固定道平作(PFT)与传统耕作(CT)三种耕作模式下的土壤有机碳土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤微生物量磷(MBP)、蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶及小麦产量进行了测定和分析。【结果】在0—90 cm土层,不同耕作方式下的TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性均随着土层的增加呈下降趋势,过氧化氢酶活性呈先下降后增大的分布特征;在0—60 cm,固定道保护性耕作能够显著增加心土层作物生长带土壤有机碳储量,有机碳储量大小为PRBPFTCT;PRB、PFT较CT可以显著增加0—10 cm作物生长带TOC、POC、MBC、MBN、MBP含量、蔗糖酶、脲酶活性,其大小为PRBPFTCT;耕作方式对过氧化氢酶活性影响不显著;TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性、过氧化氢酶活性之间均达到了显著或极显著相关。【结论】PRB较PFT、CT能够提高耕作层(0—10 cm)土壤有机碳含量、土壤微生物量、土壤酶活性, 增加作物产量, 增大0—60 cm土层有机碳储量,耕作方式(PRB、PFT及CT)对10 cm以下土层土壤环境改善作用不明显。     

有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

不同施肥处理对黑垆土各粒级团聚体中有机碳含量分布的影响

依托中国科学院黄土高原长武农业生态试验站中的长期定位试验(始于1984年),利用湿筛法获得不同粒径的团聚体,研究了长期施肥对不同粒级水稳性团聚体中有机碳分布的影响。试验涉及化肥和轮作培肥两个长期试验的9个处理。化肥试验:同一施磷基础上的5个施氮水平(N0、N45、N90、N135、N180);轮作培肥试验:不施肥(CK)、化肥(NP)、有机肥(M)、化肥有机肥配施(NPM)。结果表明:长期施肥显著影响土壤水稳性团聚体含量(p0.05),提高了2mm粒级水稳性团聚体含量,降低了0.25mm水稳性团聚体含量。施氮(N45、N90、N135、N180)处理主要提高了5mm、0.5～0.25mm水稳性团聚体中有机碳的含量,与N0相比,提高量为44.3%～73.3%;有机肥(M、NPM)处理对各粒级团聚体中有机碳的含量均有提高,与CK相比,提高量为40.7%～92.2%,其中5mm团聚体中有机碳含量分别提高了66.7%和92.2%。低氮(N0、N45、N90)处理、不施肥(CK)处理的1～0.5mm团聚体中的有机碳对土壤有机碳的贡献率最大,占13.7%～23.7%;高氮(N135、N180)处理和氮磷配施(NP)处理、有机肥(M、NPM)处理的5mm团聚体中的有机碳对土壤有机碳的贡献率最大,占17.3%～24.9%。土壤有机碳与5mm、5～2mm团聚体含量呈显著正相关关系,与0.25mm团聚体含量呈极显著负相关。     

中国黄土高原区轮耕对土壤团聚体、有机碳氮含量的影响

In rain-fed semi-arid agroecosystems, continuous conventional tillage can cause serious problems in soil quality and crop production, whereas rotational tillage (no-tillage and subsoiling) could decrease soil bulk density, and increase soil aggregates and organic carbon in the 0-40 cm soil layer. A 3-year field study was conducted to determine the effect of tillage practices on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), water-stable aggregate size distribution and aggregate C and N sequestration from 0 to 40 cm soil in semi-arid areas of southern Ningxia. Three tillage treatments were tested: no-tillage in year 1, subsoiling in year 2, and no-tillage in year 3 (NT-ST-NT); subsoiling in year 1, no-tillage in year 2, and subsoiling in year 3 (ST-NT-ST); and conventional tillage over years 1-3 (CT). Mean values of soil bulk density in 0-40 cm under NT-ST-NT and ST-NT-ST were significantly decreased by 3.3% and 6.5%, respectively, compared with CT, while soil total porosity was greatly improved. Rotational tillage increased SOC, TN, and water-stable aggregates in the 0-40 cm soil, with the greatest effect under ST-NT-ST. In 0-20 and 20-40 cm soils, the tillage effect was confined to the 2-0.25 mm size fraction of soil aggregates, and rotational tillage treatments obtained significantly higher SOC and TN contents than conventional tillage. No significant differences were detected in SOC and TN contents in the >2 mm and <0.25 mm aggregates among all treatments. In conclusion, rotational tillage practices could significantly increase SOC and TN levels, due to a fundamental change in soil structure, and maintain agroecosystem sustainability in the Loess Plateau area of China.     

长期施肥对浙江稻田土壤团聚体及其有机碳分布的影响

以浙江省稻田长期定位试验站为依托,研究长期不同施肥措施对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。研究结果表明,与不施肥对照(CK)相比,栏肥与化肥配施(NPKOM)、单施栏肥(OM)、秸秆与化肥配施(NPKRS)和单施秸秆(RS)处理均显著提高了2 mm和2~0.25 mm水稳定性大团聚体的含量和团聚体平均重量直径(p0.05),强化了团聚体对土壤有机碳的物理保护作用。此外,长期有机无机配施(NPKOM和NPKRS)处理显著提高了各个粒级团聚体中有机碳含量,并且显著增加水稳定性大团聚体有机碳的贡献率,而长期单施化肥和单施秸秆处理并未有效增加土壤总有机碳含量。不同施肥处理下,2~0.25 mm粒级团聚体有机碳占土壤总有机碳的34.2%~48.6%,是土壤有机碳的主要载体。利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)技术对2~0.25 mm和0.053 mm团聚体进行结构表征,发现长期单施有机肥或者有机无机配施下芳香族C较CK提高29.9%~45.2%,较NPK处理提高22.3%~36.6%,提高了土壤有机碳的芳构化。在有机碳积累方面,施用有机肥,尤其是栏肥与化肥配施,同时强化了团聚体对有机碳的物理保护以及促进了化学抗性有机碳组分的积累,是加强稻田土壤有机碳库积累的合理施肥模式。     

长期施肥棕壤团聚体分布及其碳氮含量变化

【目的】探究玉米-玉米-大豆轮作体系不同施肥处理对土壤团聚体分布及其有机碳、全氮的影响,以期深入了解施肥对土壤培肥、改善土壤结构的机制。【方法】选取不施肥（CK）,化肥（NPK）,低量有机肥（M1）,低量有机肥与化肥配施（M1NPK）,高量有机肥（M2）,高量有机肥与化肥配施（M2NPK）6个处理。采集棕壤37年长期定位试验微区不同施肥处理的0-20 cm和20-40 cm土样,分析其水稳性团聚体（ 1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm、0.25~0.053 mm及 0.053 mm）分布及其有机碳、全氮分配特征。【结果】棕壤长期施肥对团聚体分布及其碳氮的影响0-20 cm大于20-40 cm,随土层深度的增加,有机碳（SOC）、全氮（TN）含量减少。各处理团聚体及碳、氮在团聚体中的分配主要在黏粉粒中（40%以上）。与CK相比,NPK处理显著提高了黏粉粒的含量,降低大团聚体与微团聚体含量,显著增加黏粉粒储碳比例;M1、M2处理显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,显著增加 0.25 mm各粒级团聚体的储碳比例,且M2处理显著高于M1处理;M1NPK、M2NPK处理也显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,M1NPK与M2NPK处理在NPK处理的基础上依次增加0.5~0.25 mm（M1NPK）、1~0.5 mm及 1 mm团聚体的储碳比例,M2NPK处理 0.25 mm团聚体储碳比例最高,土壤团聚体全氮的变化趋势与有机碳类似。【结论】棕壤连续有机无机配合施用可显著增加土壤大团聚体数量、SOC、TN含量及其储碳、氮比例,是提高土壤质量、改善土壤结构的有效施肥措施。     

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。     

Effect of tillage and rotation on organic carbon forms of chernozemic soils in Saskatchewan

The effects of selected tillage and rotation systems on soil organic carbon and its fractions were studied on Chernozemic soils in south‐western and east‐central Saskatchewan. After practicing a no‐till fallow unfertilized‐wheat rotation for 7 years on an Orthic Brown Chernozem in south‐western Saskatchewan, total soil organic carbon (TOC) in the 0 – 5 cm and 5 – 10 cm layers was slightly lower than the tillage fallow‐unfertilized wheat comparable treatment. However, light fraction of organic carbon (LFOC) was similar in the two treatments. Comparison of the tillage fallow‐unfertilized wheat to a treatment involving conversion to a fertilized continuous cropping system for 10 years showed TOC increased slightly in the two depths and LFOC increased by 24 % and 29 % in the 0 – 5 cm and 5 – 10 cm layer, respectively, of the continuous cropping treatment. Microbial biomass carbon (MB‐C) was increased significantly at the 5 – 10 cm depth. After conversion of fallow‐wheat to alfalfa as perennial forage for 10 years, TOC increased by 80 % and 27 %, LFOC by 245 % and 286 %, and HFOC by 63 % and 20 % at 0 – 5 cm and 5 – 10 cm depths, respectively, compared to the tilled cereal‐fallow system. Meanwhile, water soluble organic carbon (WSOC) was not affected but MB‐C increased significantly. In an Orthic Black Chernozem in east‐central Saskatchewan, the depletion and restoration of organic carbon was observed when native sod was changed into cropland and then back to grassland. For example, the TOC of cropland under cereal‐fallow rotation for 62 years decreased by 42 % and 33 % at 0 – 5 cm and 5 – 10 cm depths, respectively, compared to native sod. The LFOC decreased by 79 % and 74 % in the layers, and reductions in WSOC and MB‐C were even greater. After cropland was re‐seeded to grassland for 12 years, the concentration of total organic carbon was increased by 16 % and 22 % while the mass of organic carbon was the same as the cropland in the two layers. The LFOC and MB‐C amounts in the grass seed‐down were double that of the cropped land, but the amounts of TOC, LFOC, and MB‐C in grass seed‐down were still significantly lower than the native sod.     

氮素补充对高寒草甸土壤团聚体有机碳、全氮分布的影响

土壤结构的稳定性对高寒草甸生态系统有重要意义。为研究不同水平氮素补充对高寒草甸草地土壤团聚体、有机碳和全氮含量及分布格局的影响,于2012-2014年在青藏高原东部夏河县进行3 a的试验研究。试验为随机区组设计,包括0(对照)、50(低氮)、100(中氮)和200(高氮)kg/hm2 4个氮素补充水平。研究结果表明:低、中、高水平氮素补充处理显著提高了0~30 cm土层≥0.25 mm大团聚体质量分数(P0.05),比对照分别提高了4.74%、6.42%和1.96%;较之对照,低、中水平氮素补充处理显著增加了≥5 mm、≥2~5 mm粒级团聚体含量;低、中水平氮素补充处理显著提升了0~30 cm土壤团聚体平均质量直径,分别比对照提升了9.79%和12.63%。不同水平氮素补充处理有机碳、全氮含量大小排序分别为:中氮≈低氮对照高氮、中氮低氮≈高氮对照。不同粒级团聚体中0.25 mm微团聚体有机碳含量最高而全氮含量最低、≥0.25~2 mm粒级有机碳含量最低而全氮含量最高;低、中水平氮素补充提高了不同粒级团聚体0~30 cm土层有机碳含量而高水平氮素补充处理显著降低了有机碳含量;低、中、高水平氮素补充增加了不同粒级团聚体全氮含量,其中中水平氮素补充处理最高,低水平氮补充次之。不同粒级团聚体含量是影响团聚体养分贡献率的主要原因,≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,≥5 mm和≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体全氮含量分别呈极显著正相关、显著正相关关系。研究表明连续每年补充50~100 kg/hm2氮可以改善高寒草甸土壤结构并提高土壤肥力状况。     

Effect of no-tillage with straw mulch and conventional tillage on soil organic carbon pools in Northern China

The dynamics of soil organic carbon (SOC) is imperative for maintaining soil quality. Our objective was to investigate the effects of tillage practices on SOC and its fractions at the depth (0–60 cm) of Chromic Cambisol profile in northern China. The experiment including no-tillage with straw mulch (NTSM) and conventional tillage (CT). Our results indicated that differences in SOC concentration and stock were primarily evident in the 0–10 cm layer. The particulate organic matter carbon (POM-C), dissolved organic carbon (DOC), and microbial biomass carbon (MBC) levels in the top layers (0–10 cm) under the NTSM treatment were 28.5, 26.1 and 51.0% higher than CT. A positive correlation was observed between these labile C fractions and the SOC, and POM-C was the much more sensitive indicator of SOC quality than MBC and DOC. NTSM was unable to sustain the greater yields, and from 2006 to 2011, the mean maize yield for NTSM was significantly lower than that for CT (P < 0.05). NTSM resulted in higher SOC content and stocks in dryland farming systems but lower crop yields is a concern which needs to be addressed in order to make these systems acceptable to the farming community.