保护性耕作对玉米产量及土壤碳氮的影响

尽管保护性耕作从农业管理角度看被广泛认为是有效增加土壤碳和提高土壤质量的一种方式,但是,在土壤垂直分布中改变碳存储量的研究却很少。以美国莱特柏果思县为研究对象,在传统的犁地和耙地的耕作方式下,通过实施保护性耕作方法来测定其对土壤碳的影响(冬季覆盖加带状种植)。在实施保护性耕作5 a前后测定土壤总碳和总氮的含量,从0~65 cm深的土层取样,分别在57个采样点进行收集。每年测量作物产量、冬季和夏季作物的地上生物量、生物质碳、氮含量。结果表明,土壤碳平均增加20 t/hm2且与氮增加2 t/hm2相关。72%~80%的碳的增加是在35 cm土层深以上,35~65 cm土层碳含量增加3~6 t/hm2,净生物质碳增加36%,玉米产量增加了2 200 kg/hm2。分析表明,15~35 cm的土壤碳的含量,是与玉米产量相关的主要土壤参数。在过去45 a中,对年降雨量最低的时期的研究表明,土壤碳介质的增长可增加植物可利用的土壤水,进而提高玉米产量。通过计算测定土壤持水能力表明,土壤中35 cm以上土层碳的增加可能增加土壤蓄水能力且足以满足长达4 d以上的作物用水需求。这些结果表明,在潮湿的美国东南部沿海平原退化的沙质土壤,通过保护性耕作方法可以增加土壤碳和氮累积,增加的土壤碳可能会潜在地减轻短期降雨亏缺对旱地生产系统的不利影响。