秸秆连续还田配施化肥对稻-油轮作土壤碳库及作物产量的影响

依据田间连续7 a秸秆还田定位试验,探讨秸秆还田配施化肥对巢湖地区农田土壤剖面（0~20、20~50和50~80 cm）的土壤总有机碳（TOC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒有机碳（POC）、活性有机碳（LOC）、碳库管理指数（CPMI）和作物产量的影响.试验设置无秸秆还田+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF1）和秸秆还田+80%常规施肥（SF2）这4个处理,分析不同土层土壤总有机碳和组分含量、CPMI和油菜-水稻产量的变化规律.结果表明,以CK为参考,常规施肥和秸秆还田配施化肥均提高了垂直剖面土壤总有机碳和组分的含量,且不同土层土壤总有机碳和组分的含量随土层深度增加而逐渐降低.在0~20 cm土层,与F处理相比,SF1和SF2处理显著提高TOC、DOC、POC和LOC的含量,增幅分别为：14.23%~28.97%、7.86%~27.01%、16.46%~24.24%和5.89%~6.64%（P<0.05）;在20~50 cm土层,SF1较F处理的TOC和LOC的含量显著增加9.43%和8.34%（P<0.05）,SF2较F处理的DOC和POC的含量显著增加17.51%和65.83%（P<0.05）;在50~80 cm土层,各处理间土壤总有机碳和组分的含量均无显著差异.秸秆还田配施化肥对土壤碳库管理指数影响显著,SF1较F处理显著提高0~50 cm土层的CPMI,而F处理的CPMI在50~80 cm土层最大,但各处理间均无显著差异.秸秆还田配施化肥对作物产量具有显著提升作用,且SF1处理的产量最高,SF1较F处理的水稻、油菜和周年产量分别显著增加6.19%、7.67%和6.54%（P<0.05）.总的来说,稻-油轮作模式下秸秆还田配施化肥对提高巢湖地区土壤碳库、土壤肥力和作物产量具有重要意义.     

华北平原不同农田管理措施对于土壤碳库的影响

华北平原是我国重要的粮食生产基地,土壤碳氮水平直接作用于区域的土壤肥力和粮食生产.通过长期定位实验,研究了包括自然恢复(F)、清茬翻耕(N)、秸秆还田免耕(S)和秸秆还田翻耕(TS)这4个处理下土壤有机碳(SOC)、无机碳(SIC)、全碳(TS)、全氮(TN)含量和储量以及13C和15N分布状况.结果表明,与F相比,在0~20 cm土层,N、S和TS的土壤有机碳储量分别降低21.6%、12.3%和3.4%,土壤无机碳储量变化不显著.在20~40 cm土层,土壤有机碳储量变化不显著,而3个农田耕作处理的土壤无机碳储量较F分别增加4.1%(N)、7.3%(S)和5.0%(TS),无机碳增加主要是次生碳酸盐的贡献,农田土壤PIC增加了97%~261%.与自然恢复地相比,农田土壤表层δ15N、δ13CSIC、δ13CSOC偏高且δ13CSOC达显著差异,20~40 cm土层δ15N、δ13CSIC偏低而δ13CSOC偏高.该地区农田土壤中原生碳酸盐以分解作用为主,土壤-作物系统通过增加CO_2含量促进次生碳酸盐的形成,秸秆还田是恢复农田耕作引起土壤碳库储存下降的有效措施.对于华北平原,今后应加强关于秸秆还田和耕作措施对土壤有机碳和无机碳影响的综合研究,对于表层以下层次土壤的碳转化和变化规律需要更多的长期观测.     

喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳与碳库管理指数的演变特征

植被恢复通过改变碳输入和转化速率,影响陆地生态系统的碳循环.为探明喀斯特地区植被恢复过程中土壤活性有机碳组分与碳库管理指数的演变特征,以喀斯特地区草地序列（5、10、15和20 a）、灌木序列（5、10、15和20 a）和园地序列（5、10和15 a）土壤为研究对象,以相邻农田为对照（CK）,分析了不同植被恢复年限对土壤有机碳（SOC）、易氧化有机碳（ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃,即能被333、167和33 mmol·L^-1 KMnO₄氧化的土壤活性有机碳）、微生物量碳（MBC）、溶解性有机碳（DOC）及碳库管理指数（CPMI）演变的影响.结果表明,与CK相比,0~40 cm土层草地、灌木和园地序列平均SOC含量分别增加了70.77%、114.40%和50.17%.在0~20 cm土层,随恢复年限增加,草地序列和园地序列的SOC含量呈先升后降势态,灌木序列呈先升后降再升势态,ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC变化势态一致;在20~40 cm土层,各序列的ROC₃₃₃、ROC₁₆₇和ROC₃₃与对应序列的SOC的变化势态不一致.在0~40 cm土层,草地序列MBC含量呈先降后升再降势态,各土层MBC最大值均在G15;灌木序列在0~10 cm土层为先升后降再升势态,在10~40 cm土层为先升后降势态;园地序列在0~30 cm土层为先升后降势态,在30~40 cm土层为逐渐升高势态.3个序列K_os大致呈先降后升再降势态,L和LI与K_os相反;CPI呈先升后降势态;草地和园地序列的碳库管理指数（CPMI）呈先升后降势态,而灌木序列CPMI的则呈先升后降再升势态.SOC、ROC₃₃₃、ROC₁₆₇、ROC₃₃和MBC含量及K_os的年增长量大小为：灌木>草地>园地,DOC和CPMI的年增长量大小为：园地>草地>灌木.3个序列SOC及其组分含量均总体随土层增加而降低,具有明显的表聚性.冗余分析结果显示碱解氮（AN）是影响喀斯特地区植被恢复下土壤活性有机碳组分和土壤有机碳库的主要环境因子.综上,土壤活性有机碳组分和CPMI随植被恢复时间发生演变,不同植被恢复均能一定程度地提高喀斯特地区SOC及其组分含量,灌木恢复促进SOC的积累.     

长年耕作对北方旱作麦田土壤细菌群落结构及理化性质的影响

为探究旱作麦田长期耕作对不同土层细菌群落结构的影响及其与土壤理化性质的关系,于2016~2021年在山西农业大学闻喜旱地小麦试验示范基地开展长期定位试验,研究夏闲期免耕（NT）、深松（ST）和深翻（DP）这3种耕作方式对不同土层土壤理化性质,细菌群落α、β多样性,细菌门和属优势物种及差异物种的影响,并采用PICRUSt2预测其代谢功能.结果表明,旱作麦田连续5a深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层土壤含水量,显著降低了0~20 cm土层土壤有机碳含量;深松较深翻显著提高了0~20 cm土层土壤含水量、土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量.深松和深翻较免耕可提高0~40 cm土层土壤细菌群落的α多样性,且深松高于深翻.深松和深翻较免耕显著提高了0~20 cm土层中酸杆菌门、硝化螺旋菌门和20~40 cm土层中酸杆菌门、绿弯菌门、芽单胞菌门、Rokubacteria门、GAL15门和硝化螺旋菌门的相对丰度;显著提高了0~20 cm土层硝化螺旋菌属和20~40 cm土层Rubrobacter属和链霉菌属的相对丰度.深松较深翻显著提高了0~40 cm土层酸杆菌门、芽单胞菌门的相对丰度.冗余分析表明,0~20 cm土层的土壤有机碳、可溶性有机碳和可溶性有机氮含量对放线菌门和牙殖球菌属产生正向效应,且深松下0~40 cm土层的土壤含水量对酸杆菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门产生正向效应.PICRUSt2预测结果表明,深松和深翻较免耕显著提高了20~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和辅酶维生素代谢的相对丰度,但降低了脂质代谢的相对丰度;深松较深翻显著提高了0~40 cm土层细菌群落的氨基酸代谢和0~20 cm土层其他氨基酸代谢的相对丰度.总之,旱地麦田夏闲期深松或深翻均可提高土壤含水量、土壤细菌群落的α多样性及细菌群落的代谢能力,深松还可提高酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度,并提高细菌群落的氨基酸代谢能力,从而提高了土壤可溶性有机碳、氮含量.     

耕作深度调控秸秆还田对农田土壤呼吸的影响

秸秆还田和耕作深度处理是影响农田土壤呼吸最重要的农业管理措施之一,但二者交互作用影响农田土壤呼吸的机制尚不清楚.基于此,针对中国的旱地农田生态系统,利用已发表的116篇研究论文,借助Meta分析技术,探究秸秆还田和耕作深度处理及其二者交互作用对农田土壤呼吸的影响及其调控因素,为农田生态系统实现“碳中和”提供重要的数据支撑和理论依据.结果表明,免耕导致土壤呼吸减少了8.3%,而浅耕和深耕处理对土壤呼吸的影响不显著,但对土壤呼吸的增加量仍呈现出深耕>浅耕>免耕的趋势.虽然,浅耕和深耕对土壤呼吸和土壤有机碳（SOC）的影响均相对较小,但是免耕导致土壤呼吸减少了8.3%的同时却又导致SOC增加了7.05%,因此实施免耕措施对农田土壤固碳减排具有重要意义.此外,耕作深度会显著调控秸秆还田对土壤呼吸的影响,且土壤呼吸的增加量呈现出深耕秸秆还田>浅耕秸秆还田>免耕秸秆还田的趋势,整体平均增加了14.51%.秸秆还田后不同深度耕作处理下土壤呼吸的增加量与土壤容重、农作物产量、土壤有机碳、以及土壤温度和水分的改变量密切相关,且对土壤呼吸增加量的贡献呈现出土壤容重>农作物产量>土壤有机碳>土壤水分>土壤温度的趋势.虽然SOC在深耕秸秆还田、浅耕秸秆还田和免耕秸秆还田处理下分别增加了29.32%、10.12%和23.94%,但是土壤呼吸在深耕秸秆还田和浅耕秸秆还田处理分别增加了29.32%和18.92%,而在免耕秸秆还田处理下仅增加1.2%.所以,免耕秸秆还田也有利于农田土壤固碳减排.因此,在中国的旱地农田生态系统中,耕作深度会调控秸秆还田对土壤呼吸的影响程度,而这种调控主要与土壤理化性质有关,尤其与土壤容重关系最为紧密,且免耕和免耕秸秆还田均是有利于农田土壤固碳减排的重要农业管理措施.     

秸秆还田模式对农田土壤碳库特性及产量的影响

为探明南方稻麦两熟制农田秸秆还田模式对土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和稻麦产量的影响,论文通过8 a的水稻-小麦轮作田间定位试验,设置了4个秸秆还田模式处理：秸秆不还田（CK）、秸秆稻麦季均还田（RW）、仅麦秸稻季还田（W）、仅稻秸麦季还田（R）。结果表明,与CK处理相比,秸秆还田显著提高了0~20 cm土壤的总有机碳、活性有机碳、稳定态有机碳（P<0.05）;不同秸秆还田模式处理之间的土壤总有机碳、稳定态有机碳差异均不显著（P>0.05）,RW处理的活性有机碳、碳库活度指数、碳库管理指数与R处理无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理（P<0.05）;RW与R处理的水稻产量均值无显著差异性（P>0.05）,显著大于W处理;活性有机碳、碳库管理指数与水稻产量均值呈极显著相关（P<0.01）,与小麦产量均值关系不密切（P>0.05）;上述结果表明,与稻麦两季还田模式相比,南方稻麦两熟制农田实施仅稻秆麦季还田模式,并不影响作物稳产性与土壤地力的提升。     

不同土地利用方式及栽培措施对土壤有机碳及δ~(13)C值的影响

以河北曲周县原状草地土壤和农田土壤为研究对象,结合稳定性碳同位素方法,分析不同秸秆还田方式、耕作方式和施肥水平对土壤有机碳特性的影响.研究表明,华北原状草地改变为农田后(34 a),土壤有机碳显著降低,且因农田栽培方式不同而异,1 m土层降低幅度在13.3%～35%之间,但降低显著发生在0～40 cm.经过8 a施加底肥,可以提高土壤有机碳0.83g.kg-1.免耕方式可以显著提高土壤有机碳,且主要发生在0～10 cm土层.翻耕操作会引起10～15 cm和15～20 cm土层的土壤有机碳高于免耕处理的现象.土壤有机碳的δ13C值的比变化主要发生在0～20 cm土层,玉米种植输入的有机碳主要集中在土壤0～20 cm层次.在土壤0～5 cm表层,源于农作物的土壤有机碳所占的最高比例为18%,到15～20 cm已经降到了5%左右.     

小麦秸秆生物质炭施用对不同耕作措施土壤碳含量变化的影响

为探究生物质炭施用对不同耕作条件下土壤碳含量的影响,通过室内恒温培养试验,以免耕和翻耕土壤为研究对象,分别添加0、5和20 g·kg^-1的小麦生物质炭,分析生物质炭对免耕和翻耕土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（ROC）、pH、无机碳（SIC）、水溶性Ca和Mg以及土壤CO₂排放的影响.结果表明：①与对照相比,不同用量的生物质炭添加下,免耕处理土壤SOC、ROC、DOC、水溶性Ca和Mg分别增加20.3%~105.6%、0.5%~36.0%、0.8%~30.5%、3.5%~42.3%和2.4%~75.2%;翻耕处理土壤SOC、ROC、DOC、水溶性Ca和Mg分别增加29.2%~145.1%、1.3%~63.9%、2.4%~55.6%、18.2%~89.8%和10.1%~150.5%;且随着生物质炭施用量增加而增大.5 g·kg^-1的小麦生物质炭施用量下,免耕土壤CO₂累积排放量最大,而翻耕土壤CO₂累积排放量随着生物质炭施用量增加而增大.培养结束时,与对照相比,翻耕土壤MBC增加35.5%~45.7%,且土壤MBC随着生物质炭施用量的增加而增大.生物质炭施用对翻耕和免耕土壤pH和SIC没有显著性影响.②相同用量的生物质炭施用条件下,与翻耕相比,免耕土壤CO₂累积排放量、SOC、ROC、DOC、MBC、水溶性Ca和Mg含量分别增加了34.2%~79.0%、8.9%~45.5%、28.2%~73.9%、40.4%~78.4%、0.2%~131.7%、8.7%~39.8%和0.3%~61.0%;土壤pH和SIC分别降低0.08~0.17个单位和2.4%~13.9%.综上所述,生物质炭添加增加了免耕和翻耕土壤总有机碳、活性有机碳、水溶性Ca和Mg的含量以及土壤CO₂累积排放量,但对土壤无机碳含量没有显著性的影响.     

秸秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳及碳库管理指数的影响

为探明稻秆还田配施石灰对酸性水稻土有机碳库的影响,于广东省白云区和惠阳区开展田间试验,设置常规施肥（CK）、秸秆还田+常规施肥（RS）和秸秆还田配施石灰+常规施肥（RS+L）这3个处理,分析了土壤总有机碳（TOC）、水溶性有机碳（DOC）、活性有机碳（LOC）、颗粒态有机碳（POC）、微生物量碳（MBC）、碳库指数（CPI）、稳定性有机碳（IOC）、碳库活度（L）、碳库活度指数（CPAI）和碳库管理指数（CPMI）的变化.结果表明,与CK相比,RS+L处理显著提高TOC、LOC、POC和MBC含量,增幅分别为10.24%~17.79%、34.49%~44.37%、19.27%~23.59%和33.36%~43.26%（P<0.05）.与CK相比,RS+L处理显著提高水稻生长前期（移栽后15~45 d期间）的DOC含量（P<0.05）,但对水稻生长后期的DOC无显著影响.RS+L较RS处理的TOC、LOC、POC和MBC分别提高了2.15%~6.95%、1.17%~17.90%、4.27%~8.65%和12.99%~14.53%.与CK相比,RS+L处理显著提高IOC和CPI,其增幅分别为8.32%~15.57%和14.00%~20.00%（P<0.05）.RS较CK处理显著提高CPI,其增幅为14.00%~18.00%（P<0.05）.不同处理间的L、CPAI和CPMI差异不显著.RS+L处理的土壤pH值显著高于CK处理（P<0.05）.不同处理间的水稻产量无差异.主成分分析结果表明,水稻产量主要与DOC、LOC、CPAI和CPMI相关,但对土壤有机碳和碳库管理指数变化的贡献率较低.主成分分析还表明,秸秆还田配施石灰通过改善酸性水稻土的pH值和养分含量,驱动MBC和POC等有机碳组分的形成和积累,促进SOC的提升.综上,秸秆还田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有机碳组分的积累,从而提高土壤总有机碳含量和稳定性,是提升酸性水稻土固碳减排功能的有效途径.     

保护性耕作对土壤结构体碳氮分布的影响

以7年不同耕作的定位试验为研究对象,研究了深松、旋耕、免耕等保护性耕作对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤结构体分布以及结构体中有机碳和全氮含量、储量的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕以及秸秆还田+传统耕作均提高了5 mm粒级结构体的含量。随着土壤结构体粒径的增大,结构体有机碳含量逐渐减小,有机碳含量在0.25 mm结构体中平均含量为10.87 g/kg,在5 mm结构体中平均含量为9.57 g/kg。在0.25 mm的各粒级结构体中,全氮含量也随着结构体粒径的增加而减小。深松和旋耕处理较免耕和传统耕作更有利于结构体中有机碳、氮含量的增加;深松和旋耕比较,深松更有利于2 mm结构体碳氮含量的增加。相关分析表明,土壤碳氮含量和较小粒级(2 mm)结构体的碳氮含量之间的相关性最好。从有利于结构体保持和有机碳、氮储量增加的角度考虑,深松和旋耕是当地较理想的耕作方式。     

垄作秸秆覆盖下西南地区蚕豆田土壤呼吸与有机碳特征

土壤呼吸是土壤有机碳库输出的主要途径,为探讨垄作和不同秸秆覆盖量对旱三熟蚕豆田土壤呼吸及有机碳特征的影响,测定了平作无覆盖(T)、垄作无覆盖(R)、垄作+半量覆盖(RS1)、垄作+全量覆盖(RS2)这4个处理下的西南紫色土丘陵区蚕豆/玉米/甘薯旱三熟体系中蚕豆田土壤呼吸及有机碳变化,分析了土壤温度和水分与土壤呼吸的关系.结果表明,蚕豆生长季节农田土壤呼吸随作物生长一致,呈先增加后减弱的变化趋势,全生育期平均土壤呼吸速率差异显著,表现为RS2RS1TR,分别为3.365、2.935、2.683、2.263 g·(m~2·d)~(-1).垄作显著降低了蚕豆农田土壤呼吸速率,而秸秆覆盖显著提高土壤呼吸速率,且随着覆盖量的增加而增加.土壤呼吸速率随土壤温度(5 cm和10 cm)呈指数型增长,10 cm处的回归模型明显好于5 cm.10 cm土层Q10值表现为RS2RS1RT,分别为1.751、1.665、1.616、1.35.垄作和秸秆覆盖下土壤温度、水分与土壤呼吸速率的混合指数模型可以解释土壤呼吸速率变异的68%(R)、79%(RS1)和76%(RS2).垄作和秸秆覆盖下0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤有机碳含量均得到不同程度的提高,且随着覆盖量的增加而增加,其中5~10 cm、10~20 cm土层表现为RS2RS1RT,差异达显著水平,且5~10 cm土层有机碳含量增幅最大;但垄作和秸秆覆盖仅显著提高了颗粒有机碳0~30 cm加权平均值,对颗粒有机碳占土壤有机碳比例的影响效应不显著.     

不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响

为探讨长期不同秸秆还田方式对旱地红壤细菌群落、有机碳矿化及玉米产量的影响,基于中国科学院鹰潭红壤生态实验站设置的不同秸秆还田方式长期定位试验(9 a),选取不施肥(CK)、单施化肥(N)、化肥+秸秆(NS)、化肥+秸秆猪粪配施(NSM)和化肥+生物质炭(NB)这5个处理,通过高通量测序技术研究旱地红壤细菌多样性和群落结构差异,揭示了细菌群落对土壤有机碳矿化和玉米产量的影响机制.结果表明:①不同秸秆还田处理下,红壤化学性质发生显著变化,其中NSM处理对旱地红壤肥力的综合提升效果最好,并显著提高了玉米产量.②相比于CK和N处理,秸秆还田处理均提高了细菌多样性.主成分分析发现,秸秆还田处理改变了土壤细菌群落结构.③秸秆还田处理提高了土壤有机碳矿化能力,NSM处理的土壤有机碳矿化速率和累积矿化量最高.④相关性分析表明土壤AN/AP比值显著改变了细菌群落结构,结构方程模型结果表明,土壤AN/AP比可能通过影响土壤细菌多样性和群落结构,间接提高了土壤有机碳矿化能力和玉米产量.本研究结果为协同提升旱地红壤生物多样性和耕地地力水平,保障健康红壤生态系统和粮食安全提供了科学依据.     

有机无机肥长期配施对果园土壤碳库及温室气体排放的影响

有机肥的施用可以提高土壤总有机碳和活性有机碳含量,在改善土壤质量,提升土壤肥力方面有重要意义.设4个处理：不施肥（CK）、单施有机肥（M）、单施化肥（NPK）和有机无机肥配施（MNPK）,研究长期有机无机配施下土壤有机碳和其活性组分含量变化,分析不同施肥措施对温室气体排放的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,与CK处理相比,MNPK处理的土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）和颗粒有机碳（POC）含量分别增加了82.84%、66.30%、21.12%、93.28%和145.80%.NPK处理对土壤总有机碳和有机碳组分含量无显著差异.有机无机配施有利于提高土壤碳库活度指数（LI）、土壤碳库指数（CPI）和土壤碳库管理指数（CPMI）,LI和CPI的增加是CPMI增加的主要原因.相关分析表明土壤有机碳组分和CPMI与温室气体排放呈显著正相关关系;有机无机配施增加了CO₂累积排放量和增温潜势（GWP）,但却能够降低温室气体排放强度（GHGI）;MNPK处理产量最高,为56365 kg ·hm^-2,较CK处理（29073 kg ·hm^-2）提高了93.87%.因此,旱地苹果园有机无机肥配施,可促进有机碳的累积,稳定土壤碳库,更有利于果园的可持续发展.     

保护性耕作对黑河流域农田土壤水分利用的影响

为了探讨保护性耕作节水、 增产潜力及其在黑河流域的适应性,设计20 cm留茬(NS20)、 20 cm留茬压倒(NPS20)、 40 cm留茬(NS40)、 40 cm留茬压倒(NPS40)和传统耕作(CT)5个处理,研究了保护性耕作对黑河流域农田土壤含水量、 产量和水分利用效率(WUE)的影响.结果表明:相对传统耕作,保护性耕作增加了土壤贮水量:在2003年和2004年休闲期结束后,NPS40、 NS40、 NS20和NPS20表层0~30 cm土壤贮水量较CT分别增加30.22%、 27.29%、 20.92%、 13.64%和48.32%、 38.90%、 29.85%、 23.28%;2004、 2005两年播种期0~5 cm土壤含水量NPS40、 NS40、 NPS20和NS20较CT分别增加37.29%、 37.10%、 21.49%、 41.90%和33.99%、 40.17%、 8.90%、 38.44%;播种到拔节期留茬高度越大,土壤贮水量越多,在相同高度的留茬处理中,干旱年份压倒处理保水效果较好,降雨相对较多的年份立茬处理保水效果较好;拔节后各层土壤贮水量之间差异减小.保护性耕作增加作物产量和水分利用效率,尤其是NPS20,2004年和2005年产量和WUE较传统耕作分别增加53.08%、 5.85%和52.04%、 7.30%.