秸秆还田量对黑土区土壤及团聚体有机碳变化特征和固碳效率的影响

摘要

[目的]探讨不同秸秆还田量下土壤及团聚体有机碳的变化特征,阐明土壤及团聚体有机碳储量变化对外源有机碳累积投入的响应关系,揭示黑钙土土壤及团聚体固碳效应和土壤有机碳定量提升机理.[方法]于201 2年4月在吉林省农安县玉米主产区设置了玉米秸秆还田量田间定位试验,共设计4个处理:秸秆还田量0(SA0)、秸秆还田量4 500 kg·hm-2 (SA300)、秸秆还田量9 000 kg·hm-2 (SA600)、秸秆还田量13 500 kg·hm-2(SA900).利用多年试验土壤有机碳储量与外源有机碳投入的数据分析其量化关系和固碳效率.通过湿筛法筛分＞2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同粒级团聚体有机碳储量变化特征及固碳效应.[结果]长期秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量,秸秆还田SA600和SA900两处理土壤有机碳含量均显著高于秸秆不还田(SA0)、低量秸秆还田(SA300)(P＜0.05),并且后3年SA900和SA600两处理土壤有机碳含量差异达显著水平.2015-2018年间,SA900处理土壤有机碳较SA0处理分别依次提高了11.0％、15.8％、17.2％、23.1％.土壤总有机碳储量与外源有机碳输入呈极显著正线性相关关系(P＜0.01),其中土壤总固碳效率为12.9％.与秸秆不还田(SA0)相比,秸秆还田SA600和SA900两处理均显著提高了各粒级团聚体有机碳含量(P＜0.05),尤其是对大团聚体(＞0.25mm)有机碳含量增加贡献更大.高量秸秆还田(SA900)处理的＞2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体有机碳储量较秸秆不还田(SA0)处理分别提高了45.5％和47.7％.除＜0.053 mm团聚体外,其他粒级土壤团聚体有机碳储量增加量与累积碳投入量增加量呈显著正线性相关关系(P＜0.05);大粒级团聚体固碳效率显著高于小粒级团聚体,＞2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体固碳效率分别为4.9％和1 3.6％.依据秸秆还田下土壤固碳效率,预测未来1 0年内土壤有机碳储量要提升10％、20％、30％,每年需额外分别投入风干玉米秸秆约5.99、11.98、17.97 t·hm-2.[结论]玉米秸秆还田能显著促进黑钙土土壤及团聚体有机碳累积,并且土壤有机碳含量均随秸秆还田量和试验年限的延长而增加,有机碳主要集中固持在大团聚体中.表明秸秆还田是黑土区土壤肥力提升的重要培育措施,大团聚体有机碳可作为评价土壤有机碳变化对不同土壤培肥措施快速响应的重要指标之一.