不同有机物料还田对华北农田土壤固碳的影响及原因分析

中国农业面临着废弃物数量大、污染严重,农田土壤生产力低的现实问题。该研究以增加农田土壤固碳为目标对砂质农田进行有机物料还田,将秸秆、猪粪、沼渣和生物炭4种物料用尿素调节等氮还田,对农田土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量进行测定,并探究不同有机物料还田对土壤有机碳的影响原因。研究结果表明:物料还田3a后,生物炭、猪粪和沼渣处理土壤有机碳(SOC)比秸秆处理分别高262.4%、26.8%和20.7%;2014—2015年生物炭处理的土壤微生物量碳(MBC)较秸秆处理降低2.9%~35.5%,猪粪处理和沼渣处理的土壤可溶性有机碳(DOC)分别提高17.1%~60.1%和7.2%~64.8%;2014—2015年生物炭、猪粪和沼渣处理土壤颗粒有机碳(POC)较秸秆处理提高10.8%~148.2%、9.5%~58.3%和11.3%~57.6%;物料还田后,土壤总有机碳(TOC)和POC呈极显著的回归关系(R2=0.67,P0.001),土壤DOC与MBC有极显著相关性(R2=0.52,P0.001)。与秸秆还田相比,生物炭还田有利于土壤POC的累积进而促进土壤有机碳的提升,猪粪和沼渣则通过提高土壤MBC、DOC和POC的含量,促进土壤有机碳的周转和固定。从农田土壤固碳角度而言,生物炭,猪粪和沼渣还田优于秸秆还田。     

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。     

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

3种有机物料对宅基地复垦土壤易变有机碳的影响

在成都平原宅基地复垦土壤上,以秸秆、菌渣和猪粪3种物料为有机肥料,配施化肥来平衡氮磷钾总用量,分小麦(春)和玉米(夏)两季开展田间试验,研究有机物料对土壤有机碳及易变有机碳的影响。结果表明:(1)3种物料配施化肥处理对复垦土壤TOC含量有提升效果,随土层的加深效果减弱,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为0.15~0.26,0.08~0.20g/kg,提升效果为菌渣猪粪秸秆。(2)3种物料配施化肥处理对复垦土壤微生物碳(MBC)含量提升效果最好,并随土层的加深效果增强,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为21.42%~54.59%,116.59%~150.12%,提升效果为菌渣猪粪秸秆。(3)3种物料配施化肥处理对土壤易氧化有机碳(POXC)的提升效果居中,并随土层的加深效果减弱,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为41.51%~51.90%,18.77%~29.68%,提升效果为菌渣=秸秆猪粪。(4)3种物料配施化肥处理对土壤可溶性有机碳(DOC)的提升效果最差,并随土层的加深效果增强,麦玉两季0—20cm和20—40cm土层提幅分别为-1.89%~3.61%,6.77%~17.31%,提升效果为菌渣猪粪秸秆。(5)5种处理在麦—玉轮作下均能增加宅基地复垦土壤TOC、POXC、MBC及DOC的含量,且3种有机物料处理更加显著,单施化肥(CF)和不施肥(CK)对土壤TOC及易变有机碳组分含量有一定的提升效果。(6)宅基地复垦土壤的POXC、DOC和MBC与TOC均呈显著相关(P0.05);POXC、DOC和MBC与土壤养分在0—20cm比20—40cm土层相关性强。据此,在麦—玉轮作下"菌渣堆肥还田"处理对于改良宅基地复垦土壤、提高土壤肥力具有较好的效果。     

有机碳含量对黑土区水稻土有机碳短期分解行为的影响

采用东北黑土区的水稻土(起源土壤为黑土),通过野外实地调查取样和室内短期淹水培养(73 d)试验,研究有机碳含量为高(H)、中(M)、低(L)的3种土壤有机碳矿化过程,并分析矿化过程中日均矿化量与水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)和易氧化有机碳(ROC)含量的关系。结果表明,(1)在淹水培养73 d内,H、M和L土壤有机碳的矿化过程大致相同,在培养2周内为快速矿化阶段,在培养2~9周内为缓慢矿化阶段,在培养9周后为相对稳定矿化阶段;淹水培养73d时,H、M和L土壤有机碳的累积矿化量分别为1269.5 mg kg-1、1047.4 mg kg-1和873.0 mg kg-1,占土壤有机碳的比率分别为32.1 mg g-1、37.5 mg g-1和50.0 mg g-1。(2)在培养7~56 d内,3种土壤有机碳的日均矿化量与MBC含量之间呈显著线性正相关(P<0.01),微生物量碳组分含量是影响土壤有机碳短期分解行为的关键因素。     

有机物料对污染土壤微生物碳和磷的影响

施用不同的有机物料对污染土壤微生物量及其磷素的固定作用的研究发现 ,有机物料施入污染土壤之后 ,土壤微生物碳 (C)在第 3d即达到高峰 ,土壤微生物磷 (P)在第 10d达到高峰 ,腐熟的牛粪对该土壤磷的活化作用很大 ,而葡萄糖的处理显著地降低了污染土壤磷的有效性 ,并不同程度地增加了对土壤磷的生物固定。     

生物炭对两种植烟土壤活性有机碳的影响

为调查烟秆生物炭对典型植烟土壤根际与非根际活性有机碳组分的影响及其在不同土壤类型中是否具有一致性,选取我国烟草主产区贵州省毕节市黄壤区(东部的黔西林泉科技示范园)和黄棕壤区(西部的威宁黑石科技示范园)两个土壤类型,研究施用不同量烟秆生物炭(0、5、20、40 t·hm-2,分别记为B0、B5、B20、B40)后根际与非根际土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(ROOC)、可溶性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量的变化情况。施用生物炭后,根际土壤TOC、ROOC以及非根际土壤DOC在两个土壤中的表现基本一致,而其余则在两种土壤中表现不同。但整体表现为TOC、ROOC及DOC含量在B5处理中没有显著变化,而在B20和B40处理中显著增加,3种有机碳含量与B0相比,增幅最高分别可达305.63%、630.41%及768.48%;不同有机碳及土壤类型的峰值出现在B20或B40处理中。而对MBC来说,非根际土壤中MBC含量在黄壤B5处理中显著降低了20%,在黄棕壤B20和B40处理中分别显著增加了53.98%和145.80%,其余处理与B0之间没有显著差异;而在根际土壤中仅在黄壤B20处理中MBC含量显著增加42.17%,其余处理与B0之间均无显著差异。说明短期施用生物炭对植烟土壤活性有机碳组分(尤其是MBC)的影响与土壤类型、生物炭施用量、根际环境等有关。     

长期外源有机物料添加对川中丘陵区农田土壤养分和有机碳组分的影响

有机肥和秸秆等有机物料添加是调控土壤肥力的重要手段，可促进农田土壤有机碳的数量和质量发生变化。研究选取盐亭紫色土农业生态试验站长期（16a）6种不同施肥处理试验小区，探究两种形式的外源有机物料（猪粪堆肥和秸秆还田）添加对土壤有机碳及总氮、总磷、硝态氮和速效磷养分含量的影响，并基于固态13C核磁共振波谱技术(13C-NMR)分析其对土壤有机碳化学组分的影响。研究发现，添加有机物料可显著增加0~30 cm土壤有机碳和各养分含量；猪粪堆肥施用对土壤总磷、速效磷和硝态氮含量的影响大于秸秆还田。结果还表明两种有机物料添加改变了耕层土壤有机碳化学组成及其稳定性，有机物料添加增加了0~10 cm表层土壤有机碳中烷氧基碳和羧基碳的比例，降低了烷基碳的比例，同时降低了10~20 cm土层羧基碳比例，增加了烷基碳比例。本研究可为区域旱耕地有机碳库稳定性及其碳汇功能评估提供科学依据。     

有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳的影响

通过研究不同有机物料添加对内蒙古河套灌区碱化土壤可溶性有机碳含量变化的影响,寻找合理高效的增碳方式,降低碱化土壤有机碳损失。以内蒙古河套灌区轻度、中度盐碱土为对象进行田间试验,设置生物炭（BC）添加、羊粪（GM）添加,对照（CK）3个处理,对比和分析不同有机物料添加后土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、土壤理化性质的变化。结果表明：（1）与CK相比,轻度碱化土壤BC、GM处理土壤DOC含量分别增加3.28%,20.66%,SOC含量增加5.40%,10.30%,中度碱化土壤BC和GM处理下可溶性碳增加41.32%,74.10%,土壤SOC含量增加60.24%,79.16%;（2）轻度碱化土壤BC和GM处理土壤DOC含量与SOC含量呈负相关,中度碱化土壤BC和GM处理下呈正相关;（3）盐碱土壤SOC、DOC含量主要与土壤pH、电导率的变化有关;BC处理较GM处理相比土壤电导率低约1.93%~29.15%,而GM处理土壤pH、碱化度比BC处理低0.31%~1.53%,7.10%~24.63%。总体来看,有机物料添加后均能使土壤中SOC、DOC含量提高,不同程度地降低土壤碱化程度,且羊粪添加较生物炭略好,因此羊粪添加对河套灌区碱化土壤碳含量的提高比生物炭添加更有效,土壤改良效果更好,土壤理化性质改善更明显。     

生物碳对灰漠土有机碳及其组分的影响

土壤有机碳是影响土壤肥力和作物产量高低的决定性因子。以棉花秸秆为原料,在高温厌氧条件下热解制备生物碳,通过盆栽试验探讨了生物碳对新疆灰漠土有机碳及其组分的影响。试验设置3种生物碳:棉花秸秆分别在450℃、600℃和750℃下热解制备(以BC450、BC600和BC750表示);每种生物碳的施用量分别为5 g·kg-1、10 g·kg-1和20 g·kg-1(占土壤重量的比例);同时,以空白土壤为对照(CK)。结果表明:施用生物碳可促进小麦生长,两茬小麦的地上部干物质重均显著高于对照。施用生物碳可显著提高土壤总有机碳,且生物碳热解温度越高,施用量越大,提高作用越明显。各生物碳处理土壤易氧化碳含量均显著高于对照;生物碳低、中施用量处理(5 g·kg-1、10 g·kg-1)土壤水溶性有机碳含量显著高于对照,但高施用量处理(20 g·kg-1)与对照无显著差异;除BC750低施用量处理(5 g·kg1)外,其余各生物碳处理土壤微生物量碳含量也均显著高于对照。生物碳不同热解温度对土壤易氧化碳和微生物量碳含量的影响表现为BC450>BC600>BC750;但对土壤水溶性有机碳含量无显著影响。生物碳不同施用量对土壤易氧化碳的影响表现为10 g·kg-1≈20 g·kg-1>5 g·kg-1,水溶性有机碳含量为5 g·kg1≈10 g·kg-1>20 g·kg-1。生物碳对土壤微生物商的影响总体表现为:生物碳的热解温度越高,施用量越大,土壤微生物商越低。因此,合理的施用棉花秸秆生物碳可显著增加灰漠土有机碳储量,改变土壤有机碳组分,提高土壤生产力。     

华北平原不同种植制度对粮食作物氮素利用和土壤氮库的影响

冬小麦-夏玉米一年两熟是华北平原粮食作物的主要种植制度,存在氮肥利用率低、土壤氮素过量累积问题。为探索华北平原氮素高效利用的适宜种植制度,采用15N示踪技术,基于3 a田间定位试验,对一年两熟冬小麦-夏玉米的常规水氮和优化水氮、两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米与冬小麦-夏大豆-春玉米及一年一熟春玉米3种种植制度的作物产量、15N利用率、氮素去向和土壤氮库表观平衡进行研究。结果表明,两年三熟的冬小麦-夏玉米-春玉米产量为32 248.52 kg/hm2,分别比一年两熟和一年一熟提高22.16%和52.88%;15N利用率为33.36%,比一年一熟提高26.12%。3种种植制度的氮肥去向最高为土壤残留,其次为作物吸收和损失,两年三熟冬小麦-夏玉米-春玉米的作物吸氮量最高为151.82 kg/hm2,土壤氮库表观盈余量为21.22 kg/hm2,显著低于其他种植制度。综合分析,冬小麦-夏玉米-春玉米两年三熟在稳产高产和提高氮素利用率上具有可持续的潜力,是华北平原未来较为理想的种植制度。     

Effects of long-term fertiliser regime on soil organic carbon and its labile fractions under double cropping rice system of southern China

ABSTRACT

This study was designed to explore changes in soil bulk density, soil organic carbon content, soil organic carbon stock and soil labile organic carbon fractions under 34 years fertilizer regime in the double-cropping rice system of southern China. The experiment including five fertilizer treatments: chemical fertilizer alone (MF), rice straw residue and chemical fertilizer (RF), 30% organic manure and 70% chemical fertilizer (LOM), 60% organic manure and 40% chemical fertilizer (HOM), and without fertilizer input as control (CK). The results showed that soil bulk density in the 0-20 cm soil layer with long-term fertilizer treatments were significantly decreased compared to CK treatment. The soil organic carbon content and stock with RF, LOM and HOM treatments were significantly higher than that of MF and CK treatments. These results confirmed by the soil carbon management index which were significantly increased with RF, LOM and HOM treatments. As a result, combined application of organic manure with chemical fertilizer is a benefit nutrient management for improving soil organic carbon content and stock, soil carbon management index in paddy field of southern China.     

华北平原农田温室气体排放与减排综述

华北平原作为典型的冬小麦-夏玉米轮作高水肥精细管理农田,高水高肥管理下其碳排放量高于秸秆还田的固碳量,其生态系统正在以每年77 g(C)×m~(-2)·a~(-1)的速度损失碳。华北平原农田400 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)的过高氮素投入是造成其碳排放增加的主要原因,其土壤N2O排放强度在氮肥施入量为136 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)时最低,且在施氮量为317 kg(N)×hm~(-2)·a~(-1)时可获得最高作物产量。华北平原土壤中温室气体的产生和消耗主要发生在0~90 cm土壤剖面内,90 cm土层主要作为土壤包气带中的缓冲层而存在。当前降低华北平原农田温室气体排放除了合理施肥和灌溉,还需要改变固有的农作制度,实行减免耕等保护性措施,并将减排和固碳同步进行。对华北平原温室气体净排放研究,今后需在以下几个方面加强:1)在地-气之间加强冠层尺度温室气体的原位连续在线监测研究,并将稳定性同位素技术应用到此研究中以达到追踪其来源和比例构成的目的。2)在土壤包气带中,利用稳定性同位素技术探索土壤空气中温室气体的来源比例,探索剖面土壤温室气体产生和消耗对土壤-大气界面温室气体排放的响应机制。3)将模型研究应用于土壤-大气连续体温室气体排放研究。     

长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤腐殖质组分碳和氮的影响

通过对华北平原小麦–玉米轮作农田生态系统18年田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层（0—20 cm）土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的影响。试验设化肥NPK不同组合（NPK、NP、NK、PK）,全部施用有机肥（OM）,一半有机肥+化肥NPK（1/2OMN）及不施肥（CK）共7个处理。结果表明,各施肥处理均能在不同程度上增加土壤腐殖质（胡敏酸、富里酸和胡敏素）及活性腐殖质（活性胡敏酸和活性富里酸）组分碳和氮含量,提高可浸提腐殖质（胡敏酸和富里酸）及活性腐殖质组分碳和氮分配比例;但施肥对土壤活性腐殖质组分碳和氮含量的增加率均分别高于腐殖质组分碳和氮。各处理土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮含量均为OM处理最高,且有机肥与化肥NPK配施高于单施化肥各处理;而化肥处理中NPK均衡施用效果最好。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是增加土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的关键;活性腐殖质组分碳和氮较腐殖质组分碳和氮对施肥措施的响应更灵敏。     

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。     

黄淮海平原集约种植条件下土壤有机质动态模拟

A modified CQESTR model, a simple yet useful model frequently used for estimating carbon sequestration in agricultural soils, was developed and applied to evaluate the effects of intensive cropping on soil organic matter （SOM） dynamics and mineralization as well as to estimate carbon dioxide emission from agricultural soils at seven sites on the Huang-Huai-Hai Plain of China. The model was modified using site-specific parameters from short- and mid-term buried organic material experiments at four stages of biomass decomposition. The predicted SOM results were validated using independent data from seven long-term （10- to 20-year） soil fertility experiments in this region. Regression analysis on 1 151 pairs of predicted and measured SOM data had an r2 of 0.91 （P≤0.01）. Therefore, the modified model was able to predict the mineralization of crop residues, organic amendments, and native SOM. Linear regression also showed that SOM mineralization rate （MR） in the plow layer increased by 0.22% when annual crop yield increased by 1 t ha^-1 （P ≤ 0.01）, suggesting an improvement in SOM quality. Apparently, not only did the annual soil respiration efftux merely reflect the intensity of soil organism and plant metabolism, but also the SOM MR in the plow layer. These results suggested that the modified model was simple yet valuable in predicting SOM trends at a single agricultural field and could be a powerful tool for estimating C-storage potential and reconstructing C storage on the Huang-Huai-Hai Plain of China.     

华北平原不同降水年型和作物种植模式下的产量和耗水模拟

华北平原是中国重要的粮食生产基地,在国家粮食产业中地位较高,但长期灌溉造成了华北平原地下水资源的严重亏损,地下水位持续下降。该研究利用APSIM模型对华北平原1986－2015年不同种植模式下的产量和耗水情况进行模拟研究,为华北平原调整作物种植模式、农业水资源管理以及农业发展政策的制定提供科学依据。研究结果表明：APSIM模型能够较好地模拟冬小麦和夏玉米的生育期、产量及水分利用特征,其中生育期模拟结果的误差在5 d之内,产量、ET和下渗量模拟结果的R2均在0.84以上,表明该模型在华北平原具有较好的适用性;在华北平原地区,冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式（M2Y1）年均产量（13 445 kg/hm2）最高,但耗水量（724 mm）也是最大,水分亏损（233 mm）最为严重;一年一熟种植模式（M1Y1）年均耗水量（534 mm）较小,水分亏损量（43 mm）最少,但产量（9 215 kg/hm2）较低;两年三熟种植模式（M3Y2）兼顾产量和耗水,在保证一定产量的前提下减少了耗水量,产量耗水综合效果最好,适合在华北平原推广实行。此外,该研究对栾城站丰水年、平水年和枯水年等不同降水年型下的3种种植模式产量耗水特征进行了对比分析,研究表明在华北平原降水资源对于作物生长有重要意义,年降水量越大,作物产量越高,水分亏损量越少。     

Changes in soil organic carbon and its chemical fractions under different tillage practices on loess soils of the Guanzhong Plain in north‐west China

Over the past 20 years, conservation tillage has been used on the loess plateau of north‐west China to improve the sustainability of local agriculture. There had been particular concern about loss of soil organic matter associated with traditional tillage. We examined the influence of four tillage treatments: conventional tillage (CT), subsoiling tillage (SST), rotary tillage (RT) and no‐tillage (NT), with two straw residue management treatments (return and removal) on the distribution with soil depth (0–20 cm, 20–40 cm) of total organic carbon, labile organic carbon (KMnO₄‐C) and bound organic carbon. The study was carried out on a Loutu soil (Earth‐cumuli‐Orthic Anthrosol) over seven consecutive years of a winter wheat (Triticum aestivum L.)–summer maize (Zea mays L.) crop rotation. By the end of this period, conservation tillage (SST, RT and NT) led to greater storage of soil organic carbon (SOC) (22.7, 14.9 and 16.3% with straw return in contrast to 21.4, 15.8 and 12.3% with no straw return, respectively) compared with CT in the surface soil (0–20 cm). The reduced tillage treatments (SST and RT) both increased significantly the highly labile organic carbon (HLOC) content of the surface soil (50% in both SST and RT) and mildly labile organic matter (MLOC) (49.4 in SST and 53.5% in RT) when straw was removed. The largest pool of bound carbon was observed in the Humin‐C pool, and the smallest in the free humic acids C (FHA‐C) in each tillage treatment. Conservation tillage led to an increased content of FHA‐C and CHA‐C. Results from correlation analyses indicate that SOC enrichment might have resulted from the increase in HLOC, MLOC, FHA‐C and CHA‐C over a short period. Labile organic carbon was associated with the organic carbon that was more loosely combined with clay (FHA‐C and CHA‐C). We conclude that both SST and RT are effective in maintaining or restoring organic matter in Loutu soils in this region, and the effect is greater when they are used in combination with straw return.     

Linkage between soil organic carbon and the utilization of soil microbial carbon under plastic film mulching in a semi-arid agroecosystem in China

ABSTRACT

Studying changes in soil organic carbon (SOC) pools and soil microbial C substrate utilization under plastic mulching in different seasons is of great significance for improving soil fertility and sustainable agricultural development. Based on a 2-year plastic film mulching experiment in northeastern China, we investigated the SOC, labile SOC fractions under three treatments: non-mulching (NM), autumn mulching (AM) and spring mulching (SM). The results showed that SOC decreased with soil depth under the AM and SM treatments compared with the NM treatment. The microbial biomass carbon (MBC) and dissolved organic carbon (DOC) under the AM treatment increased significantly in the 0–10 cm soil layer, by 31.2% and 27.2% (p < 0.05), respectively. The AM treatment significantly increased the utilization of amino acids and carbohydrate C sources. Redundancy analysis (RDA) indicated that MBC was the main factor influencing microbial metabolic functional diversity and accounted for the largest variation in the 0–10 cm layer. Pearson’s correlation analysis illustrated that MBC was strongly correlated with the utilization of the microbial C substrate. We suggest that AM may be an effective and sustainable management practice for improving soil quality and maintaining microbial functional diversity in semi-arid agroecosystems in this area.