CO2濃度增加和秸稈還田對(duì)黑土團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響 岳婭 薛海清 馮茜 苗歡 苗淑杰 喬云發(fā) 引用本文 岳婭 薛海清 馮茜 苗歡 苗淑杰 喬云發(fā) CO2濃度增加和秸稈還田對(duì)黑土團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響 J 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2023 42 4 943 950 在線閱讀 View online https doi org 10 11654 jaes 2022 0793 您可能感興趣的其他文章 Articles you may be interested in 秸稈還田與淺埋滴灌對(duì)玉米耕層土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體及其碳含量的影響 張明偉 楊恒山 邰繼承 范秀艷 葛選良 張雨珊 徐曉 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2022 41 5 999 O13 1 https doi org 10 11654 jaes 2021 1281 不同種植模式下坡耕地紅壤團(tuán)聚體有機(jī)碳礦化特征 烏達(dá)木 范茂攀 趙吉霞 李孝梅 李永梅 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2021 40 7 1519 1528 https doi org 10 11654 jaes 2020 1446 秸稈還田對(duì)麥玉系統(tǒng)土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性的影響 王學(xué)霞 張磊 梁麗娜 宋寧寧 劉東生 王甲辰 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2020 39 8 1774 1782 https doi org 10 11654 jaes 2020 0010 生物炭對(duì)棕壤團(tuán)聚體空間分布及有機(jī)碳的影響 孫強(qiáng) 楊旭 孟軍 蘭宇 韓曉日 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2022 41 11 2515 2524 https doi org 10 11654 jaes 2022 0305 香蕉稈及其生物炭對(duì)雙季水稻土團(tuán)聚體及碳庫管理的影響 王超 邱競馳 李建華 盧瑛 李博 唐賢 董玉清 胡家?guī)?農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào) 2022 41 3 537 546 https doi org 10 11654 jaes 2021 0766 關(guān)注微信公眾號(hào) 獲得更多資訊信息農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 2 0 2 3 4 2 4 9 4 3 9 5 0 2 0 2 3 年 4 月 岳 婭 薛 海 清 馮 茜 等 C O 2 濃 度 增 加 和 秸 稈 還 田 對(duì) 黑 土 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 的 影 響 J 農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 2 0 2 3 4 2 4 9 4 3 9 5 0 Y U E Y X U E H Q F E N G Q e t a l E f f e c t s o f a t m o s p h e r i c C O 2 e n r i c h m e n t a n d s t r a w r e t u r n o n a g g r e g a t e o r g a n i c c a r b o n i n b l a c k s o i l J J o u r n a l o f A g r o E n v i r o n m e n t S c i e n c e 2 0 2 3 4 2 4 9 4 3 9 5 0 C O 2 濃 度 增 加 和 秸 稈 還 田 對(duì) 黑 土 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 的 影 響 岳 婭 薛 海 清 馮 茜 苗 歡 苗 淑 杰 喬 云 發(fā) 南 京 信 息 工 程 大 學(xué) 應(yīng) 用 氣 象 學(xué) 院 南 京 2 1 0 0 4 4 E f f e c t s o f a t m o s p h e r i c C O 2 e n r i c h m e n t a n d s t r a w r e t u r n o n a g g r e g a t e o r g a n i c c a r b o n i n b l a c k s o i l Y U E Y a X U E H a i q i n g F E N G Q i a n M I A O H u a n M I A O S h u j i e Q I A O Y u n f a S c h o o l o f A p p l i e d M e t e o r o l o g y N a n j i n g U n i v e r s i t y o f I n f o r m a t i o n S c i e n c e T e c h n o l o g y N a n j i n g 2 1 0 0 4 4 C h i n a A b s t r a c t T h e r e s p o n s e s o f o r g a n i c c a r b o n d i s t r i b u t i o n i n s o i l a g g r e g a t e s t o C O 2 e n r i c h m e n t a n d s t r a w r e t u r n w e r e s t u d i e d t o p r o v i d e t h e o r e t i c a l e v i d e n c e f o r t h e c a r b o n s e q u e s t r a t i o n a n d m i t i g a t i o n o f b l a c k s o i l B a s e d o n t h e l o n g t e r m C O 2 e n r i c h m e n t e x p e r i m e n t a l p l a t f o r m l o c a t e d i n t h e b l a c k s o i l r e g i o n o f n o r t h e a s t C h i n a f o u r t r e a t m e n t s w e r e s e t T h e t r e a t m e n t s w e r e t h e c o n t r o l C K i n c r e a s i n g C O 2 c o n c e n t r a t i o n t o 1 2 5 9 7 2 m g m 3 E C s t r a w r e t u r n i n g S T a n d i n c r e a s i n g C O 2 c o n c e n t r a t i o n c o m b i n e d w i t h s t r a w r e t u r n i n g E C S T T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e E C a n d S T t r e a t m e n t s h a d n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e t o t a l s o i l o r g a n i c c a r b o n w h e r e a s t h e E C S T t r e a t m e n t i n c r e a s e d t o t a l s o i l o r g a n i c c a r b o n b y 3 0 9 g k g 1 P 0 0 5 T h e E C t r e a t m e n t h a d n o s i g n i f i c a n t e f f e c t o n t h e p r o p o r t i o n o f s o i l a g g r e g a t e s 收 稿 日 期 2 0 2 2 0 8 0 5 錄 用 日 期 2 0 2 2 1 0 3 1 作 者 簡 介 岳 婭 1 9 9 8 女 河 南 商 丘 人 碩 士 研 究 生 從 事 土 壤 有 機(jī) 碳 與 全 球 變 化 研 究 E m a i l y u e 9 8 3 9 2 1 6 3 c o m 通 信 作 者 苗 淑 杰 E m a i l s j m i a o 2 0 1 5 n u i s t e d u c n 基 金 項(xiàng) 目 國 家 自 然 科 學(xué) 基 金 項(xiàng) 目 4 2 1 7 7 2 7 9 江 蘇 省 農(nóng) 業(yè) 自 主 創(chuàng) 新 項(xiàng) 目 C X 2 1 3 1 7 0 P r o j e c t s u p p o r t e d T h e N a t i o n a l N a t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a 4 2 1 7 7 2 7 9 J i a n g s u A g r i c u l t u r e S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y I n n o v a t i o n F u n d C X 2 1 3 1 7 0 摘 要 為 研 究 土 壤 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 分 布 對(duì) C O 2 濃 度 增 加 和 秸 稈 還 田 的 響 應(yīng) 本 研 究 以 東 北 黑 土 區(qū) 長 期 C O 2 增 加 定 位 試 驗(yàn) 平 臺(tái) 為 依 托 設(shè) 置 4 個(gè) 處 理 分 別 為 對(duì) 照 C K 增 加 C O 2 濃 度 達(dá) 1 2 5 9 7 2 m g m 3 E C 秸 稈 還 田 S T 和 增 加 C O 2 濃 度 結(jié) 合 秸 稈 還 田 E C S T 結(jié) 果 表 明 E C 與 S T 處 理 對(duì) 土 壤 總 有 機(jī) 碳 含 量 無 顯 著 影 響 但 E C S T 處 理 使 土 壤 總 有 機(jī) 碳 含 量 提 升 3 0 9 g k g 1 P 0 5 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 占 比 分 別 提 高 1 4 9 8 個(gè) 百 分 點(diǎn) 與 8 2 0 個(gè) 百 分 點(diǎn) 此 外 S T 處 理 使 0 0 5 3 m m 微 團(tuán) 聚 體 占 比 減 少 1 2 8 8 個(gè) 百 分 點(diǎn) 水 穩(wěn) 性 團(tuán) 聚 體 數(shù) 量 R 0 2 5 增 加 0 1 4 平 均 質(zhì) 量 直 徑 d M W 增 加 0 0 8 m m D 減 少 0 1 1 P 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 占 比 增 加 4 0 7 個(gè) 百 分 點(diǎn) d M W 增 加 0 1 1 m m 土 壤 團(tuán) 聚 體 穩(wěn) 定 性 增 加 E C 與 E C S T 處 理 較 C K 處 理 相 比 分 別 使 0 0 5 3 m m 微 團(tuán) 聚 體 土 壤 有 機(jī) 碳 含 量 提 升 了 0 6 6 g k g 1 和 1 9 8 g k g 1 S T 處 理 使 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 土 壤 有 機(jī) 碳 含 量 提 高 0 5 5 g k g 1 0 2 5 0 5 m m 大 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 含 量 降 低 1 1 3 g k g 1 E C S T 處 理 使 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 土 壤 有 機(jī) 碳 含 量 減 少 3 0 5 g k g 1 P 0 5 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 貢 獻(xiàn) 率 增 加 1 4 3 5 個(gè) 百 分 點(diǎn) E C S T 處 理 使 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 和 0 5 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 貢 獻(xiàn) 率 分 別 增 加 3 2 5 個(gè) 和 6 7 4 個(gè) 百 分 點(diǎn) 0 0 5 3 0 2 5 m m 微 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 貢 獻(xiàn) 率 降 低 5 8 2 個(gè) 百 分 點(diǎn) 研 究 表 明 秸 稈 還 田 可 以 彌 補(bǔ) C O 2 濃 度 增 加 導(dǎo) 致 的 土 壤 總 有 機(jī) 碳 含 量 下 降 與 團(tuán) 聚 體 結(jié) 構(gòu) 變 差 的 不 利 結(jié) 果 雖 然 秸 稈 還 田 時(shí) 其 本 身 礦 化 會(huì) 向 大 氣 中 釋 放 C O 2 但 是 在 未 來 大 氣 C O 2 濃 度 增 加 的 背 景 下 秸 稈 還 田 是 提 高 黑 土 有 機(jī) 碳 含 量 的 潛 在 有 效 措 施 值 得 在 東 北 黑 土 區(qū) 推 廣 且 需 要 進(jìn) 一 步 探 究 其 釋 放 到 大 氣 中 的 C O 2 對(duì) 溫 室 效 應(yīng) 的 影 響 關(guān) 鍵 詞 C O 2 濃 度 秸 稈 還 田 土 壤 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 貢 獻(xiàn) 率 中 圖 分 類 號(hào) S 1 5 3 6 文 獻(xiàn) 標(biāo) 志 碼 A 文 章 編 號(hào) 1 6 7 2 2 0 4 3 2 0 2 3 0 4 0 9 4 3 0 8 d o i 1 0 1 1 6 5 4 j a e s 2 0 2 2 0 7 9 3農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 4 2 卷 第 4 期 自 工 業(yè) 革 命 以 來 由 于 人 類 活 動(dòng) 導(dǎo) 致 的 溫 室 氣 體 排 放 急 劇 增 加 根 據(jù) I P C C 第 五 次 評(píng) 估 報(bào) 告 預(yù) 測 到 2 1 世 紀(jì) 末 大 氣 C O 2 濃 度 將 會(huì) 達(dá) 到 1 2 5 9 7 2 m g m 3 1 C O 2 作 為 影 響 植 物 生 長 的 關(guān) 鍵 環(huán) 境 因 子 對(duì) 植 物 的 生 長 發(fā) 育 和 生 理 功 能 都 會(huì) 產(chǎn) 生 顯 著 影 響 2 C O 2 是 光 合 作 用 的 底 物 植 物 通 過 光 合 作 用 將 大 氣 中 的 C O 2 固 定 到 植 物 體 內(nèi) 又 通 過 根 系 分 泌 物 和 凋 落 物 等 將 一 部 分 光 合 碳 輸 入 到 土 壤 中 3 4 從 而 為 土 壤 中 的 微 生 物 提 供 碳 源 和 能 源 然 而 有 研 究 表 明 大 氣 C O 2 濃 度 升 高 加 快 了 土 壤 有 機(jī) 碳 S O C 的 分 解 速 率 從 而 使 更 多 的 C O 2 被 釋 放 到 大 氣 中 5 v a n G r o e n i g e n 等 6 結(jié) 合 原 位 數(shù) 據(jù) 分 析 指 出 C O 2 濃 度 升 高 能 使 土 壤 中 碳 的 輸 入 增 加 1 9 8 但 是 也 有 些 C O 2 倍 增 試 驗(yàn) 的 結(jié) 果 顯 示 大 氣 C O 2 濃 度 升 高 后 土 壤 全 碳 的 含 量 反 而 有 所 降 低 7 v a n K e s s e l 等 8 進(jìn) 行 了 1 0 a 開 放 式 大 氣 C O 2 濃 度 倍 增 試 驗(yàn) 后 提 出 高 濃 度 C O 2 并 未 使 瑞 士 草 地 土 壤 的 全 碳 量 有 任 何 改 變 可 見 土 壤 碳 庫 對(duì) 高 C O 2 濃 度 的 響 應(yīng) 存 在 一 定 的 爭 議 面 對(duì) 大 氣 C O 2 濃 度 增 加 的 趨 勢 深 入 了 解 S O C 的 變 化 規(guī) 律 將 有 利 于 我 國 提 出 的 雙 碳 目 標(biāo) 的 實(shí) 現(xiàn) 秸 稈 還 田 是 實(shí) 現(xiàn) 黑 土 區(qū) 土 壤 可 持 續(xù) 發(fā) 展 的 有 效 途 徑 9 秸 稈 腐 解 后 回 歸 土 壤 可 以 提 高 S O C 的 輸 入 量 并 且 輸 入 大 量 的 易 分 解 碳 組 分 有 利 于 抑 制 土 壤 原 有 有 機(jī) 碳 的 礦 化 分 解 從 而 有 望 增 加 S O C 含 量 1 0 李 昌 新 等 1 1 通 過 近 2 0 a 的 連 續(xù) 定 位 試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) 秸 稈 還 田 處 理 比 未 添 加 秸 稈 的 對(duì) 照 處 理 的 S O C 含 量 增 加 了 3 0 8 高 洪 軍 等 1 2 1 3 通 過 田 間 定 位 試 驗(yàn) 發(fā) 現(xiàn) 玉 米 秸 稈 還 田 能 夠 顯 著 提 高 黑 鈣 土 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 的 有 機(jī) 碳 含 量 尤 其 對(duì) 0 2 5 m m 大 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 含 量 增 加 的 貢 獻(xiàn) 更 大 減 少 了 微 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 的 貢 獻(xiàn) 率 劉 恩 科 等 1 4 經(jīng) 過 1 6 a 對(duì) 褐 潮 土 進(jìn) 行 有 機(jī) 肥 和 化 肥 配 施 的 研 究 也 認(rèn) 為 秸 稈 還 田 可 明 顯 提 高 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 含 量 尤 其 是 對(duì) 大 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 含 量 增 加 的 貢 獻(xiàn) 更 大 這 些 結(jié) 果 均 表 明 秸 稈 還 田 在 提 高 土 壤 團(tuán) 聚 體 穩(wěn) 定 性 的 同 時(shí) 還 能 顯 著 提 高 大 團(tuán) 聚 體 中 的 有 機(jī) 碳 含 量 1 5 1 6 但 是 面 對(duì) 大 氣 C O 2 持 續(xù) 增 加 的 大 背 景 秸 稈 還 田 對(duì) 土 壤 團(tuán) 聚 體 結(jié) 構(gòu) 和 有 機(jī) 碳 含 量 的 影 響 是 否 會(huì) 受 到 影 響 目 前 還 未 見 明 確 報(bào) 道 土 壤 團(tuán) 聚 體 是 土 壤 結(jié) 構(gòu) 的 重 要 組 成 部 分 1 7 不 僅 調(diào) 節(jié) 著 土 壤 微 環(huán) 境 而 且 與 S O C 儲(chǔ) 量 和 周 轉(zhuǎn) 關(guān) 系 緊 密 土 壤 團(tuán) 聚 體 通 過 物 理 作 用 保 護(hù) 固 持 S O C 對(duì) 土 壤 養(yǎng) 分 以 及 結(jié) 構(gòu) 穩(wěn) 定 性 具 有 決 定 作 用 反 之 S O C 又 是 促 進(jìn) 土 壤 團(tuán) 聚 體 形 成 的 主 要 膠 結(jié) 物 質(zhì) 1 8 因 此 S O C 含 量 是 評(píng) 價(jià) 土 壤 肥 力 的 重 要 指 標(biāo) 之 一 有 機(jī) 碳 損 失 不 利 于 微 團(tuán) 聚 體 凝 結(jié) 成 大 團(tuán) 聚 體 同 時(shí) 還 會(huì) 使 團(tuán) 聚 體 結(jié) 構(gòu) 穩(wěn) 定 性 減 弱 增 加 土 壤 遭 受 侵 蝕 的 風(fēng) 險(xiǎn) 1 9 我 國 東 北 黑 土 區(qū) 作 為 全 球 僅 有 的 三 大 黑 土 區(qū) 之 一 是 地 球 上 最 珍 貴 的 土 壤 資 源 2 0 2 1 但 是 近 年 來 由 于 受 到 人 a l t h o u g h t h e f r a c t a l d i m e n s i o n D i n c r e a s e d b y 0 0 6 a n d t h e s t a b i l i t y o f t h e s o i l a g g r e g a t e s d e c r e a s e d B o t h t h e S T a n d E C S T t r e a t m e n t s i n c r e a s e d t h e p r o p o r t i o n o f 0 5 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s b y 1 4 9 8 p e r c e n t a g e p o i n t s a n d 8 2 0 p e r c e n t a g e p o i n t s r e s p e c t i v e l y I n a d d i t i o n t h e S T t r e a t m e n t r e d u c e d t h e p r o p o r t i o n o f 0 0 5 3 m m m i c r o a g g r e g a t e s b y 1 2 8 8 p e r c e n t a g e p o i n t s i n c r e a s e d t h e n u m b e r o f w a t e r s t a b l e a g g r e g a t e s R 0 2 5 b y 0 1 4 a n d t h e a v e r a g e w e i g h t d i a m e t e r d M W w a s i n c r e a s e d b y 0 0 8 m m f u r t h e r m o r e D d e c r e a s e d b y 0 1 1 P 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s b y 4 0 7 p e r c e n t a g e p o i n t s a n d a l s o i n c r e a s e d t h e d M W b y 0 1 1 m m a n d i n c r e a s e d t h e s t a b i l i t y o f s o i l a g g r e g a t e s C o m p a r e d w i t h C K t h e E C a n d E C S T t r e a t m e n t s i n c r e a s e d t h e s o i l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t o f 0 0 5 3 m m m i c r o a g g r e g a t e s b y 0 6 6 g k g 1 a n d 1 9 8 g k g 1 r e s p e c t i v e l y I n a d d i t i o n t h e S T t r e a t m e n t i n c r e a s e d t h e 1 m m m a c r o a g g r e g a t e c o n t e n t o f s o i l o r g a n i c c a r b o n b y 0 5 5 g k g 1 w h i l s t 0 2 5 0 5 m m m a c r o a g g r e g a t e s d e c r e a s e d b y 1 1 3 g k g 1 I n a d d i t i o n t h e E C S T t r e a t m e n t r e d u c e d 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s b y 3 0 5 g k g 1 P 0 5 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s w a s i n c r e a s e d b y 1 4 3 5 p e r c e n t a g e p o i n t s a n d t h e E C S T t r e a t m e n t i n c r e a s e d t h e o r g a n i c c a r b o n c o n t r i b u t i o n r a t e o f b o t h 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s a n d 0 5 1 m m m a c r o a g g r e g a t e s b y 3 2 5 p e r c e n t a g e p o i n t s a n d 6 7 4 p e r c e n t a g e p o i n t s r e s p e c t i v e l y A d d i t i o n a l l y 0 0 5 3 0 2 5 m m m i c r o a g g r e g a t e o r g a n i c c a r b o n c o n t r i b u t i o n r a t e w a s d e c r e a s e d b y 5 8 2 p e r c e n t a g e p o i n t s S t r a w r e t u r n i n g c o u l d c o m p e n s a t e f o r t h e a d v e r s e e f f e c t s o n t h e d e c r e a s e o f s o i l t o t a l o r g a n i c c a r b o n c o n t e n t a n d t h e d e t e r i o r a t i o n o f a g g r e g a t e s t r u c t u r e r e s u l t i n g f r o m a n i n c r e a s i n g C O 2 c o n c e n t r a t i o n A l t h o u g h t h e m i n e r a l i z a t i o n o f s t r a w r e t u r n i n g r e l e a s e s C O 2 i n t o t h e a t m o s p h e r e i t i s s t i l l a p o t e n t i a l l y e f f e c t i v e m e a s u r e f o r i n c r e a s i n g t h e c o n t e n t o f o r g a n i c c a r b o n i n b l a c k s o i l a n d t h e r e f o r e s h o u l d b e a p p l i e d i n t h e b l a c k s o i l r e g i o n o f n o r t h e a s t C h i n a H o w e v e r t h e i m p a c t s o f t h i s C O 2 r e l e a s e d i n t o t h e a t m o s p h e r e a n d t h e g r e e n h o u s e e f f e c t s t i l l n e e d t o b e f u r t h e r s t u d i e d K e y w o r d s C O 2 c o n c e n t r a t i o n s t r a w r e t u r n s o i l a g g r e g a t e o r g a n i c c a r b o n c o n t r i b u t i o n r a t e 9 4 4岳 婭 等 C O 2 濃 度 增 加 和 秸 稈 還 田 對(duì) 黑 土 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 的 影 響 2 0 2 3 年 4 月 w w w a e s o r g c n 類 掠 奪 式 開 發(fā) 利 用 的 影 響 黑 土 地 土 層 變 薄 肥 力 下 降 污 染 等 環(huán) 境 問 題 突 出 這 將 直 接 威 脅 到 我 國 糧 食 安 全 2 1 因 此 急 需 找 到 切 實(shí) 可 行 的 措 施 來 提 高 S O C 含 量 從 而 降 低 黑 土 區(qū) 進(jìn) 一 步 遭 受 侵 蝕 的 風(fēng) 險(xiǎn) 現(xiàn) 有 研 究 主 要 涉 及 C O 2 濃 度 增 加 以 及 秸 稈 還 田 單 因 素 對(duì) S O C 的 影 響 而 二 者 交 互 作 用 對(duì) 黑 土 團(tuán) 聚 體 有 機(jī)碳分布的影響鮮有研究 因此 本研究以東北黑土為 研 究 對(duì) 象 探 究 大 氣 C O 2 濃 度 增 加 背 景 下 秸 稈 還 田 對(duì) 土 壤 團(tuán) 聚 體 分 布 特 征 及 團(tuán) 聚 體 有 機(jī) 碳 含 量 的 影 響 以 期 為 穩(wěn) 定 黑 土 有 機(jī) 碳 庫 提 供 可 能 的 技 術(shù) 措 施 并 為 該 地區(qū)土壤質(zhì)量和固碳能力的提升提供理論依據(jù) 1 材 料 與 方 法 1 1 研 究 區(qū) 概 況 試 驗(yàn) 區(qū) 位 于 黑 龍 江 省 海 倫 市 中 國 科 學(xué) 院 海 倫 農(nóng) 業(yè) 生 態(tài) 實(shí) 驗(yàn) 站 4 7 2 7 N 1 2 6 5 5 E 地 處 我 國 東 北 黑 土 區(qū) 的 中 心 該 地 地 形 較 為 平 坦 海 拔 高 度 2 4 0 m 左 右 溫 帶 大 陸 性 季 風(fēng) 氣 候 全 年 四 季 分 明 雨 熱 同 期 夏 季 高 溫 多 雨 冬 季 寒 冷 干 燥 年 降 水 量 5 0 0 6 0 0 m m 其 中 6 8 月 的 降 水 量 占 全 年 總 降 水 量 的 近 7 0 多 年 平 均 氣 溫 在 1 5 左 右 1 0 的 活 動(dòng) 積 溫 為 2 6 0 0 2 8 0 0 年 平 均 無 霜 期 1 3 0 d 年 日 照 時(shí) 數(shù) 2 6 0 0 2 8 0 0 h 年 總 輻 射 量 4 6 6 k J c m 2 農(nóng) 作 物 以 一 年 一 熟 制 為 主 供 試 土 壤 為 典 型 黑 土 土 壤 母 質(zhì) 為 第 四 紀(jì) 黃 土 狀 母 質(zhì) 含 有 4 0 的 黏 土 3 4 的 砂 土 和 2 6 的 粉 土 試 驗(yàn) 前 耕 層 土 壤 0 2 0 c m 有 機(jī) 碳 含 量 為 2 9 6 6 g k g 1 全 氮 含 量 為 2 0 8 g k g 1 全 磷 含 量 為 0 7 8 g k g 1 全 鉀 含 量 為 2 1 3 7 g k g 1 堿 解 氮 含 量 為 2 0 3 3 9 m g k g 1 有 效 磷 含 量 為 2 9 9 8 m g k g 1 速 效 鉀 含 量 為 1 2 2 6 1 m g k g 1 p H 為 6 0 5 1 2 試 驗(yàn) 設(shè) 計(jì) 氣 候 變 化 長 期 定 位 試 驗(yàn) 開 始 于 2 0 1 2 年 5 月 試 驗(yàn) 設(shè) 置 4 個(gè) 處 理 分 別 為 對(duì) 照 C K 增 加 C O 2 濃 度 達(dá) 1 2 5 9 7 2 m g m 3 E C 秸 稈 還 田 S T 增 加 C O 2 濃 度 并 秸 稈 還 田 E C S T 每 個(gè) 處 理 3 次 重 復(fù) 隨 機(jī) 分 布 于 O T C 開 頂 箱 裝 置 內(nèi) O T C 為 八 角 形 高 3 m 內(nèi) 長 1 2 m 體 積 2 0 m 3 O T C 內(nèi) 為 田 間 原 位 土 壤 各 小 區(qū) 間 用 埋 深 5 0 c m 且 高 出 地 表 1 0 c m 的 P V C 板 隔 開 以 阻 止 小 區(qū) 間 土 壤 和 水 分 的 交 叉 影 響 圖 1 每 個(gè) O T C 作 為 一 個(gè) 試 驗(yàn) 小 區(qū) 小 區(qū) 平 均 分 為 3 部 分 其 中 一 部 分 種 植 作 為 秸 稈 材 料 的 玉 米 玉 米 品 種 為 德 美 亞 1 號(hào) 種 植 密 度 為 6 株 m 2 每 公 頃 施 肥 量 為 尿 素 1 7 4 k g 過 磷 酸 鈣 4 0 2 k g 硫 酸 鉀 4 4 8 k g 生 長 過 程 中 的 水 分 依 賴 于 自 然 降 水 剩 余 兩 部 分 連 作 大 豆 大 豆 品 種 為 東 升 2 號(hào) 種 植 密 度 為 2 7 株 m 2 每 公 頃 施 肥 量 為 尿 素 6 3 k g 過 磷 酸 鈣 2 4 1 k g 硫 酸 鉀 2 9 8 k g 生 長 過 程 中 的 水 分 依 賴 于 自 然 降 水 通 過 O T C 內(nèi) 圈 網(wǎng) 狀 管 道 向 內(nèi) 噴 射 純 C O 2 氣 體 C O 2 排 氣 管 的 高 度 距 作 物 冠 層 5 0 c m 左 右 根 據(jù) 作 物 高 度 隨 時(shí) 調(diào) 整 并 且 通 過 3 0 m 深 的 地 下 水 循 環(huán) 來 保 持 O T C 內(nèi) 溫 度 與 外 界 溫 度 一 致 根 據(jù) 預(yù) 設(shè) 定 的 C O 2 濃 度 自 動(dòng) 調(diào) 節(jié) C O 2 氣 體 的 釋 放 速 度 使 作 物 生 育 期 內(nèi) C O 2 濃 度 維 持 在 設(shè) 定 水 平 秸 稈 為 當(dāng) 年 秋 季 收 獲 的 該 小 區(qū) 內(nèi) 玉 米 全 量 秸 稈 采 用 秸 稈 粉 碎 機(jī) 將 秸 稈 粉 碎 成 3 4 c m 長 度 后 施 入 0 2 0 c m 土 壤 中 并 充 分 混 勻 1 3 土 壤 樣 品 采 集 與 測 定 試 驗(yàn) 第 9 年 2 0 2 0 年 1 0 月 初 采 集 大 豆 區(qū) 土 壤 樣 品 取 樣 深 度 為 0 2 0 c m 用 采 樣 鍬 于 每 個(gè) 小 區(qū) 取 樣 3 份 樣 品 混 合 后 作 為 一 個(gè) 重 復(fù) 土 樣 帶 回 實(shí) 驗(yàn) 室 室 內(nèi) 陰 干 一 部 分 保 持 從 田 間 采 集 來 的 原 樣 用 于 團(tuán) 聚 體 分 級(jí) 另 一 部 分 磨 碎 過 0 2 5 m m 篩 用 于 測 定 S O C 含 量 采 用 濕 篩 法 進(jìn) 行 水 穩(wěn) 性 團(tuán) 聚 體 篩 分 將 土 壤 分 為 5 個(gè) 粒 級(jí) 分 別 為 1 0 5 1 0 2 5 0 5 0 0 5 3 0 2 5 m m 和 0 0 5 3 m m 采 用 高 溫 外 加 熱 重 鉻 酸 鉀 氧 化 容 量 法 測 定 S O C 含 量 1 4 數(shù) 據(jù) 處 理 與 分 析 水 穩(wěn) 性 團(tuán) 聚 體 數(shù) 量 R 0 2 5 計(jì) 算 公 式 R 0 2 5 M r 0 2 5 M 式 中 M r 0 2 5 為 粒 徑 大 于 0 2 5 m m 大 團(tuán) 聚 體 的 質(zhì) 量 g M 為 所 有 團(tuán) 聚 體 的 質(zhì) 量 g 平 均 質(zhì) 量 直 徑 d M W 計(jì) 算 公 式 d M W i 1 n X i W i 圖 1 試 驗(yàn) 處 理 照 片 F i g u r e 1 P h o t o o f t h e e x p e r i m e n t a l t r e a t m e n t s 9 4 5農(nóng) 業(yè) 環(huán) 境 科 學(xué) 學(xué) 報(bào) 第 4 2 卷 第 4 期 式 中 X i 是 各 粒 徑 下 團(tuán) 聚 體 的 平 均 直 徑 m m W i 是 與 X i 對(duì) 應(yīng) 的 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 的 質(zhì) 量 百 分 比 分 形 維 數(shù) D 計(jì) 算 公 式 3 D l g d i d m a x l g W r d i W 式 中 d i 為 相 鄰 兩 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 的 平 均 直 徑 m m d m a x 為 最 大 土 粒 直 徑 m m W r d i 為 粒 徑 小 于 等 于 d i 的 團(tuán) 聚 體 的 質(zhì) 量 g W 為 所 有 團(tuán) 聚 體 的 質(zhì) 量 g 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 S O C 貢 獻(xiàn) 率 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 S O C 含 量 各 粒 級(jí) 團(tuán) 聚 體 占 比 總 S O C 含 量 1 0 0 采 用 E x c e l 2 0 1 6 和 O r i g i n 2 0 1 9 處 理 并 制 圖 采 用 S P S S 2 3 0 進(jìn) 行 統(tǒng) 計(jì) 分 析 P 0 0 5 表 示 差 異 顯 著 2 結(jié) 果 與 分 析 2 1 總 S O C 含 量 C O 2 濃 度 增 加 和 秸 稈 還 田 對(duì) 總 S O C 含 量 的 影 響 如 圖 2 所 示 C K E C S T 和 E C S T 處 理 中 土 壤 總 S O C 含 量 分 別 為 3 1 3 1 3 1 3 0 3 1 3 7 g k g 1 和 3 4 4 0 g k g 1 與 C K 處 理 相 比 E C 處 理 的 總 S O C 含 量 有 減 少 趨 勢 而 S T 處 理 有 增 加 趨 勢 但 均 未 達(dá) 到 顯 著 差 異 水 平 而 E C S T 處 理 使 總 S O C 顯 著 增 加 了 3 0 9 g k g 1 且 比 E C 和 S T 處 理 分 別 顯 著 增 加 3 1 0 g k g 1 和 3 0 3 g k g 1 P 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 的 含 量 最 少 占 比 為 2 4 1 8 3 3 在 S T 處 理 中 0 5 1 m m 大 團(tuán) 聚 體 的 含 量 最 多 占 比 為 2 7 4 4 而 C K E C 和 E C S T 處 理 的 土 壤 團(tuán) 聚 體 以 0 0 5 3 m m 微 團(tuán) 聚 體 為 最 多 分 別 占 總 量 的 4 1 6 1 5 1