温度和植物残体对紫色母岩发育的水稻土有机碳矿化的影响

培养试验研究了2种温度下紫色水稻土有机碳的矿化特征以及添加不同植物残体对其矿化的影响。结果表明, 62d的培养过程中,有机碳累积矿化量在28℃条件下为C 66.79 mg/g;40℃条件下为C 86.99 mg/g,差异达到极显著水平。用一级动力学方程对植物残体的矿化速率进行拟合表明,28℃条件下,植物残体的分解速率常数（k）为蚕豆秸秆玉米秸秆水稻秸秆,而40℃条件下则为水稻秸秆玉米秸秆蚕豆秸秆。温度状况和植物残体化学组分的差异影响了紫色水稻土中有机碳的动态变化,最终导致了碳累积矿化量的差异。     

土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响

采用为期62.d的实验室恒温(281)℃培养方法,研究了土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响。结果表明,紫色水稻土有机碳矿化速率在培养30.d后基本达到稳定,好气条件下土壤有机碳累积矿化量高于淹水条件,且差异达到极显著水平。用一级动力学方程对植物残体的矿化速率进行拟合表明,好气条件下,植物残体的分解速率常数(k值)大小顺序为蚕豆秸秆玉米秸秆水稻秸秆,而淹水条件则为水稻秸秆蚕豆秸秆玉米秸秆。水分状况和植物残体化学组分的差异影响紫色水稻土中有机碳的动态变化,最终导致碳累积矿化量差异。     

耕作与轮作方式对黑土有机碳和全氮储量的影响

土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)对土壤肥力、作物产量、农业可持续发展以及全球碳、氮循环等都具有重要影响。为探索不同耕作和轮作方式对耕层黑土SOC和TN储量的影响,本文以吉林省德惠市进行了8 a的田间定位试验中层黑土为研究对象,对免耕、垄作和秋翻三种耕作方式及玉米-大豆轮作和玉米连作两种轮作方式下SOC和TN在各土层的含量变化进行了分析,并采用等质量土壤有机质储量计算方法,对比分析了不同处理对0～30 cm SOC和TN储量的影响。结果表明,与试验开始前相比,玉米-大豆轮作系统中,秋翻下SOC和TN储量均有所降低;免耕显著增加了0～5 cm SOC及TN含量,但SOC在亚表层亏损,导致其储量并未增加;而垄作处理下SOC及TN含量在0～5、5～10 cm的均显著增加,0～30 cm储量亦分别增加了4.9%和10.7%。玉米连作系统的两种耕作处理(免耕和秋翻)下SOC和TN储量均有所增加,且TN储量增幅均高于玉米-大豆轮作系统,其中免耕下TN储量增幅是玉米-大豆轮作的3.2倍。所有处理下C/N均呈降低趋势,其中垄作0～5 cm C/N由12.05降至11.04,降低幅度分别是免耕和秋翻的3.2和2.8倍。综上可知,对质地黏重排水不良的中层黑土,玉米-大豆轮作系统下免耕并不是促进SOC固定的有效形式,而垄作则促进了黑土SOC和TN的积累,这不仅有利于土壤肥力的改善,而且是使农田黑土由CO2"源"变为"汇"的有效形式之一。与玉米-大豆轮作相比,玉米连作下三种耕作方式都有利于SOC和TN积累。     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。     

长期免耕对东北地区玉米田土壤有机碳组分的影响

Increasing evidence has shown that conservation tillage is an effective agricultural practice to increase carbon (C) sequestration in soils. In order to understand the mechanisms underlying the responses of soil organic carbon (SOC) to tillage regimes, physical fractionation techniques were employed to evaluate the effect of long-term no-tillage (NT) on soil aggregation and SOC fractions. Results showed that NT increased the concentration of total SOC by 18.1% compared with conventional tillage (CT) under a long-term maize (Zea mays L.) cropping system in Northeast China. The proportion of soil large macroaggregates ( 2000 μm) was higher in NT than that in CT, while small macroaggregates (250-2000 μm) showed an opposite trend. Therefore, the total proportion of macroaggregates ( 2000 and 250-2000 μm) was not affected by tillage management. However, C concentrations of macroaggregates on a whole soil basis were higher under NT relative to CT, indicating that both the amount of aggregation and aggregate turnover affected C stabilization. Carbon concentrations of intra-aggregate particulate organic matter associated with microaggregates (iPOM m) and microaggregates occluded within macroaggregates (iPOM mM) in NT were 1.6 and 1.8 times greater than those in CT, respectively. Carbon proportions of iPOM m and iPOM mM in the total SOC increased from 5.4% and 6.3% in CT to 7.2% and 9.7% in NT, respectively. Furthermore, the difference in the microaggregate protected C (i.e., iPOM m and iPOM mM) between NT and CT could explain 45.4% of the difference in the whole SOC. The above results indicate that NT stimulates C accumulation within microaggregates which then are further acted upon in the soil to form macroaggregates. The shift of SOC within microaggregates is beneficial for long-term C sequestration in soil. We also corroborate that the microaggregate protected C is useful as a pool for assessing the impact of tillage management on SOC storage.     

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.     

垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响

依托稻田免耕长期定位试验,研究了垄作免耕对稻田垄埂土壤有机碳累积和作物产量的影响。研究主要涉及常规平作(中稻-冬水田,简称中稻)、常规平作(中稻-油菜,简称稻油)、垄作免耕(中稻)和垄作免耕(稻油)等4个耕作处理。针对垄作对田面微地形的影响,将垄作小区中所有垄埂当成一个整体,统计其土壤有机碳的累积指标,再与平作处理中同体积或同质量的表土层(对比土层)作比较。结果表明,在对比土层和小区垄埂体积相同时,垄作免耕(稻油)的垄埂土壤有机碳密度要显著高于2个常规平作处理中对比土层和垄作免耕(中稻)的垄埂(p0.05);在对比土层与小区垄埂质量相同时,各耕作处理的垄埂或对比土层中单位质量土壤的固碳量依次为:垄作免耕(稻油)常规平作(中稻)垄作免耕(中稻)常规平作(稻油),且处理间差异显著(p0.05)。这表明,针对垄埂和对比土层而言,垄作免耕(稻油)的土壤有机碳累积效应要优于垄作免耕(中稻)和常规平作处理。与传统的常规平作相比,垄作免耕的水稻增产效应明显,虽然其会导致油菜减产,但不影响水旱两季作物的经济总产出。总体而言,垄作免耕(稻油)是一种能兼顾环境和经济效益的稻田保护性耕作措施。     

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。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

紫色水稻土轻组有机质的季节动态研究

以位于重庆市北碚区西南大学试验农场(30°26′N,106°26′E)的紫色水稻土为研究对象,利用重液(NaI,密度1.8 g·cm-3)对土壤中轻组组分进行提取,对土壤中轻组有机质在整个油菜生长季的季节变化情况进行分析与讨论。结果表明:表层(0~30 cm)土壤轻组物质(LF)的含量为2.95%~5.51%,平均值为4.38%;土壤轻组有机碳含量(LFOC)和轻组氮含量(LFN)的变化范围分别为1.44~3.72 g·kg-1和0.08~0.17 g·kg-1,其平均值分别为2.79 g·kg-1和0.14 g·kg-1。LFOC具有明显的季节变化(P<0.05),其含量在油菜生长中期最高,其次是生长后期,而在生长初期最低;LFN的季节变化趋势与LFOC一致,但季节差异性不显著(P>0.05)。轻组有机碳分配比例(LFOC/SOC)的变化范围为9.21%~24.47%,具有明显的季节变化(P<0.05),其变化趋势与LFOC的季节变化一致;而轻组氮的分配比例(LFN/TN)变化范围为4.55%~12.58%,无明显的季节变化。轻组C/N比值季节变化范围为18.52~25.04,平均值为20.66,全土C/N比值的变化范围为9.04~14.36,平均值为11.66,说明轻组有机质的生物可利用性较土壤总有机质高。相关分析表明,轻组有机碳、氮含量分别与根系生物量、根系碳含量、根系氮含量呈极显著(P<0.01)或显著(P<0.05)正相关;回归分析表明,土壤轻组有机碳、氮含量变化的40%~60%可由根系生物量、根系碳氮含量决定,说明根系是调控紫色水稻土轻组有机碳、氮季节变化的主要生态因子。     

耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响

以稻田长期定位试验为平台,研究常规平作（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-冬水田）、垄作免耕（中稻-油菜）和水旱轮作（中稻-油菜）4种耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响。结果表明：实行不同耕作制度均能提高土壤有机碳密度,以垄作免耕（中稻-油菜）最佳。不同耕作制度实施20年后,农田0-10 cm表层土壤有机碳密度已趋于稳定,垄作免耕会提高10-20 cm和20-40 cm土层有机碳密度,而水旱轮作各土层有机碳密度均低于其他耕作处理。不同耕作制度下水稻土中易氧化有机碳数量和有机碳氧化稳定系数差异较大,其中,垄作免耕（中稻-油菜）下水稻土有机碳氧化稳定系数最大。各耕作处理中,土壤有机碳的最大矿化速率差异显著,有机碳矿化率和pH呈显著正相关;在培养期间,垄作免耕（中稻-油菜）的累积矿化量始终显著低于其他处理;常规平作（中稻-冬水田）的总矿化强度最大,垄作免耕（中稻-油菜）最小。     

耕作方式对紫色水稻土全硫及有效硫的影响

以位于西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站 1990 年设立的长期免耕试验田为研究对象,通过采集 0 ~ 60 cm 土壤,应用等质量计算方法,探讨了冬水田平作（DP）、水旱轮作（SH）、垄作免耕（LM）和垄作翻耕（LF）等不同耕作方式对土壤全硫和有效硫的影响。结果表明,在 0 ~ 60 cm 深度内,土壤全硫和有效硫含量呈现出明显的垂直递减规律,即随着土壤深度的增加,含量逐渐降低;不同耕作方式下,土壤全硫含量及储量为 LM＞SH＞DP＞LF,有效硫含量及储量为 LM＞DP＞LF＞SH。长期垄作免耕提高了土壤全硫及有效硫的含量和储量,与对照 DP 处理相比,LM 处理全硫与有效硫含量分别增加了 20.80% 和 1.31%,储量分别增加了 19.54% 和 5.36%。耕作层（0 ~ 20 cm）,DP、SH、LM、LF 处理土壤有效硫平均含量分别为 27.15、13.45、31.43 和 24.01 mg/kg,DP、LF 以及 LM 处理为硫不缺或硫丰足,而 SH 处理为缺硫土壤（土壤有效硫含量＜16 mg/kg）。对缺硫土壤,应重视硫肥的施用,以促进农作物产量和品质的提高。     

Changes of soil organic carbon and its fractions in relation to soil physical properties in a long-term fertilized paddy

Soil organic carbon (SOC) has an important role in improving soil quality and sustainable production. A long-term fertilization study was conducted to investigate changes in SOC and its relation to soil physical properties in a rice paddy soil. The paddy soils analyzed were subjected to different fertilization practices: continuous application of inorganic fertilizers (NPK, N–P–K = 120–34.9–66.7 kg ha⁻¹ yr⁻¹ during 1967–1972 and 150–43.7–83.3 kg ha⁻¹ yr⁻¹ from 1973 to 2007), straw based compost (Compost, 10 Mg ha⁻¹ yr⁻¹), a combination of NPK + Compost, and no fertilization (control). Soil physical properties were investigated at rice harvesting stage in the 41st year for analyzing the relationship with SOC fraction. Continuous compost application increased the total SOC concentration in plough layers and improved soil physical properties. In contrast, inorganic or no fertilization markedly decreased SOC concentration resulting to a deterioration of soil physical health. Most of the SOC was the organo-mineral fraction (<0.053 mm size), accounting for over 70% of total SOC. Macro-aggregate SOC fraction (2–0.25 mm size), which is used as an indicator of soil quality rather than total SOC, covered 8–17% of total SOC. These two SOC fractions accumulated with the same tendency as the total SOC changes. Comparatively, micro-aggregate SOC (0.25–0.053 mm size), which has high correlation with physical properties, significantly decreased with time, irrespective of the inorganic fertilizers or compost application, but the mechanism of decrease is not clear. Conclusively, compost increased total SOC content and effective SOC fraction, thereby improving soil physical properties and sustaining production.     

保护性耕作对丘陵区水稻土团聚体稳定性的影响

长期保护性耕作通过增加土壤有机碳而成为稻田土壤结构改良的一项有效措施,而保护性耕作对土壤团聚体稳定机制的影响尚未完全清楚。本文供试土样采自耕作制定位试验水旱轮作、冬水免耕、垄作免耕和厢作免耕耕层（0～ 20 cm）土壤,土样经过糊化作用、湿润作用和再次糊化作用等预处理,用以阐明稻田土壤团聚体的破碎机制。研究结果表明：糊化作用和湿润作用后紫色水稻土团聚体稳定性差异不明显,而保护性耕作显著影响团聚体的稳定性。糊化作用后团聚体水稳性强弱顺序为：垄作免耕＞厢作免耕＞冬水免耕＞水旱轮作,湿润作用后团聚体水稳性强弱顺序为：厢作免耕＞垄作免耕＞冬水免耕＞水旱轮作。糊化作用下团聚体稳定性与有机碳浓度相关性不显著（r＝0.432,p＞0.05）,湿润作用下团聚体稳定性与有机碳浓度呈极显著正相关（r＝0.626,p＜0.01）。因此,研究结果说明保护性耕作有利于紫色水稻土大团聚体有机碳含量提高,进而增强团聚体的水稳性。     

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。     

耕作方式对紫色水稻土颗粒态氮的影响

土壤颗粒态氮作为土壤有机氮中的非稳定性部分,对土壤中氮的平衡有着重要的影响,对作物的生长及增产增收也有着重要意义.试验以西南大学农业部重庆紫色土生态环境重点野外科学观测试验站内于1989年设立的长期免耕试验田为研究对象,研究冬水田平作、水旱轮作、垄作免耕和垄作翻耕等耕作方式对土壤颗粒态氮的影响.结果表明,不同耕作方式下土壤全氮及颗粒态氮含量均具有明显的垂直分布特征,由上到下含量逐渐降低.在0-60 cm的土壤深度内,土壤全氮平均含量依次为垄作免耕(1.53g/kg)>冬水田平作(1.50 g/kg)>垄作翻耕(1.31 g/kg)>水旱轮作(1.16 g/kg);颗粒态氮平均含量依次为冬水田平作(0.55 g/kg)>垄作免耕(0.46 g/kg)>垄作翻耕(0.40 g/kg)>水旱轮作(0.35 g/kg).免耕能够增加土壤全氮含量,但无助于颗粒态氮含量的增加.不同耕作方式下的颗粒态土碳氮比大于全土碳氮比,表明颗粒态土壤有机质易被微生物分解,是土壤营养物质的重要来源.     

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。     

Tillage and residue management effects on temporal changes in soil organic carbon and fractions of a silty loam soil in the North China Plain

Soil degradation and associated depletion of soil organic carbon (SOC) have been major concerns in intensive farming systems because of the subsequent decline in crop yields. We assessed temporal changes in SOC and its fractions under different tillage systems for wheat (Triticum aestivum L.) – maize (Zea mays L.) cropping in the North China Plain. Four tillage systems were established in 2001: plow tillage (PT), rotary tillage (RT), no‐till (NT), and plow tillage with residues removed (PT0). Concentrations of SOC, particulate organic carbon (POC), non‐POC (NPOC), labile organic carbon (LOC), non‐LOC (NLOC), heavy fraction carbon (HFC) and light fraction carbon (LFC) were determined to assess tillage‐induced changes in the top 50 cm. Concentrations of SOC and C fractions declined with soil depth and were significantly affected by tillage over time. The results showed that SOC and its fractions were enhanced under NT and RT from 0 to 10 cm depth compared with values for PT and PT0. Significant decreases were observed below 10 cm depths (P < 0.05) regardless of the tillage system. The SOC concentration under NT for 0–5 cm depth was 18%, 8%, and 10% higher than that under PT0 after 7, 9, and 12 yr of NT adoption, respectively. Apparent stratification of SOC occurred under NT compared with PT and PT0 for depths >10 cm. All parameters were positively correlated (P < 0.01); linear regressions exhibited similar patterns (P < 0.01). Therefore, to maintain and improve SOC levels, residue inputs should be complemented by the adoption of suitable tillage systems.     

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。     

长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

  【目的】  提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳 (TOC) 及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。  【方法】  稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK (不施肥对照)、NPK (施氮磷钾化肥) 和NPKM (有机无机肥配施) 3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层 (0—20 cm) 土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用Jenny模型拟合试验期间耕层土壤TOC含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。  【结果】  与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳 (包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ) 含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%～60.0%。  【结论】  与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。