潮土土壤团聚体形成及土壤有机碳累积过程对激发式秸秆深还的响应机制

摘要

针对目前黄淮海平原潮土区普遍实施的覆盖式秸秆还田所存在的主要问题，本研究提出了基于氮肥激发的秸秆深埋还田技术，并通过连续5年（2011-2015）的大田定位试验进行检验。系统比较了秸秆移除、秸秆覆盖还田、激发式秸秆深还（秸秆与无机氮肥或有机氮肥配施进行深埋，并于行间种植作物）的3种秸秆还田方式对土壤团聚体形成、土壤有机碳累积、土壤养分和冬小麦产量的影响。主要研究结果如下：
　　黄淮海平原潮土区，土壤机械稳定性团聚体主要分布于>2000μm粒级中，0-10cm土层占41.09％-52.25%，在10-20cm土层达45.47%-62.46%，且下层该粒级团聚体数量高于上层，激发式秸秆深还改变了各粒级团聚体的含量组成，在减少A（>2000μm）粒级团聚体的同时，增加了B（250-2000μm）和C（53-250μm）粒级团聚体含量，配施有机氮肥（鸡粪ISOM）的改良效果优于配施无机氮肥（化学氮肥ISF），在上层土壤中差异较为显著，在下层土壤中则差异不明显，其中ISOM处理效果最显著。
　　该地区水稳性土壤团聚体主要分布于250-2000μm，秸秆覆盖还田及常规施肥措施均能够促使土壤团聚体粒径由53-250μm向250-2000μm转移，但秸秆覆盖还田措施对于微团聚体向细大团聚体的转移促进作用更强烈，激发式秸秆深还措施不仅促使了土壤粒径由53-250μm向250-2000μm的转移，同时>2000μm粒级的百分含量也显示出增加趋势，且下层土壤中以上所述各种状况没有上层显著，但是，存在该趋势，故随着试验年限的增加，这种效果可能会更加显著。
　　激发式秸秆深还能显著增加>0.25mm水稳性团聚体含量（WSAC（>0.25mm）），上层土壤团聚体的增加数量显著高于下层，且其增加主要是由53-250μm向250-2000μm转移的土壤粒径贡献而来。上土层平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）数值整体高于下土层，且分层土壤中各处理均表现出MWD和GMD均表现出ISOM>ISF>ISFR>SFR>SF0>NSFR>NSF0的规律，与WSAC（>0.25mm）呈显著正相关关系，而Da（分形维数）值则呈相反规律，与WSAC（>0.25mm）呈显著负相关关系。所有土壤稳定性指标均表征ISOM处理促进土壤团聚体的稳定性效果最佳。
　　土壤有机碳主要包含在250-2000μm和53-250μm粒级水稳性团聚体中，激发式秸秆深还在对原状土壤有机碳的增加上差异达到显著水平，0-10cm土层增幅达31.66%-43.95%，10-20cm土层对土壤有机碳的增加量达76.72%-112.5%，下层土壤有机碳含量高于上层，其中激发式秸秆深还配施16%有机氮肥处理土壤有机碳含量最高。
　　对不同粒径团聚体有机碳含量，两层土壤团聚体中的有机碳含量均表现为粉粘微团聚体（<53μm）>粗大团聚体（>2000μm）>细大团聚体（250-2000μm）>微团聚体（53-250μm），潮土区土壤有机碳主要位于<53μm的粉粘微团聚体和>2000μm粗大团聚体之中，另外，各级水稳性团聚体土壤有机碳含量均表现为上层高于下层，土壤有机碳的增加比率则表现为下层高于上层，激发式秸秆深还主要增加0-10cm微团聚体中的有机碳和10-20cm细大团聚体中的有机碳。
　　在0-10cm土层中，激发式秸秆深还主要增加细大团聚体中的游离态颗粒有机碳（fPOC）含量和微团聚体中的闭蓄态颗粒有机碳（oPOC）含量，且该土层中，团聚体中的有机碳主要由矿物结合态有机碳（MOC）组成。在10-20cm土层中，激发式秸秆深还主要增加细大团聚体中的fPOC和oPOC，且该土层中，团聚体中的有机碳主要由oPOC和MOC组成。
　　激发式秸秆深还能够显著增加微生物生物量碳、微生物生物量氮、土壤全氮和土壤硝态氮含量，并显著提升冬小麦产量。其中无机氮肥激发秸秆深还处理能显著增加土壤硝态氮含量和冬小麦有效穗数，从而显著提升冬小麦产量，而有机氮肥激发的秸秆深还处理主要通过提升土壤有机碳，增加冬小麦千粒重来增加产量。所有处理中16%有机氮肥激发的秸秆深还冬小麦产量最高。

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中文摘要

1 文献综述

1.1研究背景

1.2土壤有机碳和团聚体分类及其对地力的作用

1.3土壤有机碳对团聚体形成和稳定的作用机制

1.4土壤团聚体对有机碳累积的作用机制

1.5秸秆还田对土壤有机碳和团聚体的影响

2 引言

3 材料与方法

3.1试验地概况

3.2试验设计

3.3测定指标及方法

3.4数据分析

4 结果与分析

4.1激发式秸秆深还对土壤团聚体形成的影响

4.2激发式秸秆深还对土壤有机碳累积的影响

4.3激发式秸秆深还对土壤养分的影响

4.4激发式秸秆深还对冬小麦产量的影响

5讨论

5.1 激发式秸秆深还对土壤团聚体形成的影响

5.2 激发式秸秆深还对土壤有机碳累积的影响

5.3土壤团聚体形成和土壤有机碳累积的相互作用机制

5.4激发式秸秆深还对土壤养分的影响

5.5激发式秸秆深还对冬小麦产量的影响

5.6激发式秸秆深还机械化操作进程

6结论

参考文献

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