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Impact of long-term conservation tillage on soil aggregate formation and aggregate organic carbon contents

长期保护性耕作提高土壤大团聚体含量及团聚体有机碳的作用



全 文 :植物营养与肥料学报 2015,21(2):378-386 doi牶1011674/zwyf.20150212
JournalofPlantNutritionandFertilizer htp://www.plantnutrifert.org
收稿日期:2014-01-24   接受日期:2014-07-09   网络出版日期:2015-01-28
基金项目:国家科技支撑计划课题(2015BAD22B03);国家“863”计划项目(2013AA102901);公益性行业(农业)科研专项经费项目
(201203030、201203077);中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金(2011-7)资助
作者简介:李景(1988—),女,河北石家庄人,博士研究生,主要从事保护性耕作研究。Email:lijing315666@163com
 通信作者 Email:hjwu@caas.ac.cn;xpwu@caas.ac.cn
长期保护性耕作提高土壤大团聚体含量及团聚体
有机碳的作用
李 景1,吴会军1,武雪萍1,蔡典雄1,姚宇卿2,吕军杰2,郑 凯1,刘志平3
(1中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京 100081;2洛阳市农业科学研究所,河南洛阳 471022;
3中国农业大学资源与环境学院,北京 100193)
摘要:【目的】团聚体形成被认为是土壤固碳的最重要机制。本文以河南豫西地区长期耕作试验为研究对象,研究
了长期保护性耕作对土壤团聚体性质及土壤有机碳(SOC)含量的影响,为探讨土壤固碳机理,优化黄土高原坡耕
地区农田耕作管理措施,实现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。【方法】长期耕作试验开始于1999年,试验
处理有免耕覆盖(NT)、深松覆盖(SM)和翻耕(CT)。利用湿筛法筛分第3年(2002年)和第13年(2011年)0—10
cm和10—20cm土层中,>2000、250 2000、53 250和<53μm级别的水稳性团聚体,计算团聚体平均质量直
径(MWD),并测定了各级别团聚体的有机碳(SOC)含量。【结果】1)连续13年免耕覆盖和深松覆盖显著提高了土
壤表层0—10cm的SOC含量,分别比翻耕增加了3347%和4448%。2011年免耕覆盖和深松覆盖 SOC含量较
2002年上升了192%和859%,翻耕下降了1897%。2)与翻耕相比,免耕覆盖和深松覆盖 >2000μm团聚体含
量显著提高了4071%和10675%;53 250μm团聚体含量显著降低了1972%和2253%;团聚体平均质量直径
显著提高了2055%和3968%,显示了土壤结构的明显改善。3)免耕覆盖和深松覆盖显著提高了表层土壤所有
团聚体有机碳的含量,尤其以 >2000μm团聚体提升最多。与翻耕相比,>2000μm团聚体有机碳分别提高了
400%和276%。4)免耕覆盖和深松覆盖下表层土壤大团聚体有机碳含量随耕作年限增加,微团聚体有机碳随耕
作年限降低。>2000μm的土壤团聚体有机碳含量2011年较2002年分别升高了2393%和712%,53 250μm
微团聚体有机碳含量分别下降了1958%和1327%。【结论】长期保护性耕作(包括免耕覆盖和深松覆盖)可显著
提高表层土壤大团聚体含量,降低微团聚体含量,提高团聚体的水稳性,改善土壤结构。同时可增加土壤团聚体有
机碳含量,提高土壤肥力。长期保护性耕作在河南豫西丘陵地区是一种较为合理的耕作方式。
关键词:耕作;土壤;团聚体;有机碳
中图分类号:S3411   文献标识码:A   文章编号:1008-505X(2015)02-0378-09
Impactoflongtermconservationtilageonsoilaggregate
formationandaggregateorganiccarboncontents
LIJing1,WUHuijun1,WUXueping1,CAIDianxiong1,YAOYuqing2,LUJunjie2,ZHENGKai1,LIUZhiping
(1InstituteofAgriculturalResourceandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China;
2LuoyangInstituteofAgriculturalSciences,Luoyang,Henan471022,China;3ColegeofResourceandEnvironmentalScience,
ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China)
Abstract:【Objectives】Conservationtilageiswidelyappliedasitsfunctioninimprovingsoilorganiccarbon
(SOC)contentsandthestabilizationofsoilaggregation.TheobjectivesofthisstudyweretorevealchangesofSOC
andsoilaggregateorganiccarbonunderlongtermtilagesystems,theinfluencesofdiferenttilagetreatmentson
theformationofdiferentsizesofaggregates,andthesustainabletilagesystemfortheloesshilyregionofChina.
【Methods】Alongtermtilageexperiment,startedin1999,wasusedforthestudy.Thetilagetreatments
2期    李景,等:长期保护性耕作提高土壤大团聚体分布及团聚体有机碳的作用
included:notilage(NT),subsoilingandmulchtilage(SM),andconventionaltilage(CT).Soilsampleswere
colectedatdepthsof0-10cmand10-20cmin2002and2011,soilaggregateswereseparatedinto>2000μm,
250-2000μm,53-250μmand<53μmusingwetsievingmethod.TheSOCconcentrationsweremeasuredby
potassiumbichromatetitrimetricmethod.【Results】ThetilagetreatmentsafectSOCcontentsmoresignificantlyin
surfacesoil(0-10cm)thaninsubsurface(10-20cm).ComparedwithCT,SOCcontentsinthe0-10cmsoil
layeraresignificantlyincreasedby3347% and4448% intheNTandSMtreatmentsafter13years,respectively.
Comparedwith2002,theSOCcontentsinNTandSMin2011areincreasedby192% and859% respectively,
whilethatinCTdecreasedby1897%.TheNTandSMplayaroleinimprovingsoilstructurewhichcouldimprove
thecontentsofsoilmacroaggregatesandwaterstabilityofaggregateinsurfacesoil.ComparedwithCT,thecontents
ofwaterstablemacroaggregates(>2000μm)inNTandSMaresignificantlyincreasedby4071% and10675%
respectively,andthesoilaggregatemeanweightdiameters(MWD)by2055% and3968% respectively,while
thecontentsofmicroaggregates(53-250μm)aresignificantlydecreasedby1972% and2253% respectively.
NTandSM significantlyimprovesoilaggregateorganiccarboncontentsinsurfacesoil,especialythosein
macroaggregatesof>2000μminsize.ComparedwithCT,theorganiccarboncontentsinmacroaggregatesof>
2000μminNTandSMaresignificantlyincreasedby4000% and2760%.Macroaggregatesorganiccarbon
contentsinNTandSM areincreasedwithtime,andmicroaggregatesorganiccarboncontentsaredecreased
reversely.Macroaggregates(>2000μm)organiccarboncontentsintheyearof2011inNTandSMareincreased
by2393% and712% respectivelycomparedwiththeyearof2002,andmicroaggregates(53-250μm)organic
carboncontentsinNTandSMaredecreasedinverselyby1958% and1327%.【Conclusions】Thelongterm
notilageandsubsoilingandmulchtilage,significantlyimprovesurfacesoilstructuresthroughincreasingwater
stablemacroaggregatescontents,andimproveaggregateorganiccarboncontentsinalsizesaggregates.The
macroaggregatesorganiccarboncontentsintheconservationtilageareincreasedwiththeelongationofexperiment,
thesemightexplainthehigherSOCcontentintheconservationtilage.Inconclusion,thelongtermconservation
tilageimprovessoilstructurealongwithSOCcontentandisamoresustainabletilagesystemfortheloesshily
regionofChina.
Keywords牶tilage牷soilaggregate牷organiccarbon
  保护性耕作是以减少土壤扰动和增加秸秆覆盖
为主要特点的一种耕作方式,近些年被广泛推广,保
护性耕作产生的固碳效应也越来越引起关注。土壤
有机碳(SOC)与土壤团聚程度关系密切[1-2],团聚
体形成作用被认为是土壤固碳的最重要机制。因
此,研究不同耕作措施下土壤团聚体及其有机碳分
布特征,对认识土壤碳固定机制和选择合理的耕作
措施有重要的理论和实践意义。
土壤团聚体是土壤结构的基本单元,其数量和
质量直接决定土壤质量和肥力[3],不同粒级团聚体
在养分的保持、供应及转化能力等方面发挥着不同
的作用[4-5]。耕作带来的机械扰动破坏了大团聚
体,暴露出原先被团聚体保护的土壤有机碳,增加土
壤有机碳的分解速率[6-9]。前人在不同耕作措施对
团聚体和 SOC的影响方面做了很多研究,Dolan
等[10]研究表明,长期免耕(23年)与翻耕相比,土壤
表层有机碳含量提高了30%。同时,耕作措施可以
影响土壤团聚体结构,良好的土壤团聚体结构可以
贮存更多 SOC[11]。Rouven等[12]的研究结果表明,
保护性耕作可显著提高0—5cm土层的大团聚体数
量,同时减少微团聚体数量;Castro等[6]研究表明,
免耕能够提高团聚体中有机碳含量,尤其是大团聚
体有机碳含量。有关耕作对土壤团聚体有机碳的影
响等方面的研究较多,但多为试验当年的土样,缺乏
阶段性对比,尤其在对长期试验研究中,缺乏试验当
年与试验初期比较。
本文以河南豫西地区13年耕作试验为研究对
象,观测和分析了免耕(NT)、深松覆盖(SM)和翻耕
(CT)长期试验第3年和第13年的土壤水稳性团聚
体特征及团聚体有机碳含量,以明确长期耕作措施
对土壤团聚体及其有机碳的影响,为探讨土壤固碳
机理,优化黄土高原坡耕地区农田耕作管理措施,实
现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。
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植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
1 材料与方法
11 研究区概况
试验地位于农业部旱地农业野外科学观测实验
站保护性耕作田间试验场内(3480°N,11256°E),
地处豫西黄土丘陵区河南孟津县,属于黄土高原东
部边缘,土层深厚(50 100m),土壤类型是壤质黄
绵土。气候类型属于亚热带向温带过渡地带。年平
均气温137℃,l月最冷,平均为 -05℃,7月最热
平均为262℃。多年平均降水量为 650mm,保证
率80%的降水量为600mm。平均全年日照时数为
2270h,全年平均日照率为51%。在作物生长的4
10月份,日温差5月份最大为127℃,8月份最
小为 86℃,积温平均为 5046℃,平均无霜期为
235d。
12 试验设计
试验于1999年开始实施,试验设3个处理,免
耕覆盖(NT):小麦收获时留茬30cm,秸秆脱粒后
还田,10月初直接播种并同时施用肥料;深松覆盖
(SM):小麦收获时保留30cm的残茬,秸秆脱粒后
还田。7月初间隔60cm深松一道,深松深度为30
35cm,深松带为20cm,10月初直接播种并同时
施用肥料:翻耕(CT):收获时保留5 6cm的残
茬,秸秆和麦穗带走不还田,7月翻耕20cm,不耙
耱,9月翻耕第二次,施肥,耙耱,播种。试验小区种
植的作物是冬小麦,夏季休闲。各处理肥料施用量
相同,分别为 N150kg/hm2,P2O5105kg/hm
2,K2O
45kg/hm2。试验前耕层(0—20cm)土壤的养分含
量如下:有机质 115g/kg、全氮 11g/kg、全磷
069g/kg、全钾18g/kg、有效氮825mg/kg、有效
磷61mg/kg、速效钾1395mg/kg。土壤颗粒组成
如下:粘粒152%、粉粒243%、细砂582%、粗
砂23%。
13 样品采集与分析
土壤样品分别在2002年和2011年采集,在0—
10cm和10—20cm两个土层采集样品,取3次重
复,每个重复随机取10个点混合成混合土样。土壤
样品采集后在室内风干,将风干土过8mm筛,除去
小石块及大于8mm根系、凋落物等。
团聚体分级参考 Cambardela和 Eliot的湿筛
法[7],用土壤团聚体筛分仪(套筛:2000μm,250
μm,53μm)进行团聚体分级。向土壤团聚体筛分
仪的水桶内装入约2/3桶蒸馏水,将2000μm筛子
放在最上面,下面依次套上250μm和53μm筛子,
并使筛子处于上下震动的最下端,再向水桶中加入
适量蒸馏水,使水面淹没约筛子高的2/3处。称取
80g风干土平铺于2000μm筛子上,浸没5min。开
启测定仪,筛子上下移动幅度为 3cm,频率为 30
次/min,共上下震荡2min之后,关闭测定仪。将每
一级筛子上的土用蒸馏水冲洗到铁盒内。 <53μm
的部分留在水桶内,静置过夜后将上清液倒出,<53
μm的部分转至铁盒。将分离出的各级团聚体放入
55℃烘箱内烘干、称重。
土壤及团聚体有机碳的测定采用重铬酸钾-容
量法进行测定。
14 数据处理
利用各级别团聚体数据,计算土壤团聚体平均
质量直径(Meanweightdiameter,MWD)[13]。
MWD=
∑ni=1(xiwi)
∑ni=1wi
式中:xi为某级团聚体平均直径;wi为 i级别团聚
体重量百分含量。
采用 Excel2003进行数据、图表处理,利用
SAS91软件进行方差分析(ANOVA),用最小显著
差数法(LSD)进行显著性检验。
2 结果与分析
21 不同耕作下土壤有机碳含量
表1表明,SOC含量在不同土壤层次年际间表
现不同演变趋势,在土壤表层(0—10cm),试验初
期(2002年)各处理的 SOC含量没有显著差异,耕
作进行13年后(2011年),NT和 SM处理显著提高
了 SOC含量,较 CT处理分别提高 3347%和
4448%。不同处理的SOC含量随耕作年限变化不
同。NT和 SM处理2011年 SOC含量较2002年上
升了192%和859%;CT处理 SOC含量随耕作年
限呈明显下降趋势,2011年与2002年相比下降了
1897%,下降量为137g/kg,年平均下降量为015
g/kg。耕作处理对在10—20cm土层SOC含量无显
著影响。
22 不同耕作下土壤团聚体分布状况
22113年不同耕作处理对土壤团聚体分布状况的
影响 总的来看,团聚体集中分布在250 2000μm
和53 250μm级别,共占团聚体总数的748%
804%。长期耕作能够显著影响土壤0—10cm层
土壤团聚体分布状况,对10—20cm土层无显著影
响(图1、图2)。在0—10cm土层,NT和 SM显著
083
2期    李景,等:长期保护性耕作提高土壤大团聚体分布及团聚体有机碳的作用
表1 不同耕作处理下土壤有机碳含量
Table1 SOCcontentsunderdiferenttilagesystems
土层(cm)
Soildepth
处理
Treatment
土壤有机碳含量SOCcontent(g/kg)
2002 2011
0—10 NT 766a 781a
SM 778a 845a
CT 722a 585b
10—20 NT 579a 627a
SM 586a 606a
CT 608a 635a
20—30 NT 440b
SM 495b
CT 551a
30—40 NT 301a
SM 330a
CT 337a
  注(Note):NT—免耕 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoilingwith
mulch;CT—翻耕 conventionaltilage.同列不同字母表示处理间差异
达5%显著水平 Valuesfolowedbydiferentletersinacolumnare
significantdiferentamongthetreatmentsatthe5% level.
提高了>2000μm团聚体含量,与CT相比分别提高
了4071%和 10675%;同时显著提高了 250
2000μm团聚体含量,分别提高了 1723%和
1288%;CT处理显著提高了53 250μm团聚体
含量;长期耕作对<53μm团聚体含量无显著影响。
222不同时期土壤大团聚体(>250μm)质量分
数的比较 2011年与2002年相比,不同耕作处理
下土壤大团聚体质量分数发生了明显变化(图1)。
CT处理0—10cm土层,>2000μm团聚体含量随
耕作年限呈下降趋势,2011年较 2002年下降了
594%;3种处理下250 2000μm团聚体含量随
耕作年限均呈下降趋势,2011年较2002年分别下
降了589%、281%和1012%,以 CT处理下降幅
度最大。在10—20cm土层,3种处理下>2000μm
团聚体含量均呈升高趋势,2011年较2002年分别
升高了1411%、1521%和3864%;CT处理下250
2000μm团聚体含量明显下降,2011年较 2002
下降了2154%。
图1 不同耕作措施下土壤大团聚体的质量分数
Fig.1 Masspercentageofsoilmacroaggregatesunderdiferenttilagesystems
[注(Note):NT—免耕覆盖 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoilingwithmulch;CT—翻耕 conventionaltilage.
柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Diferentletersabovethebarsaresignificantamongthetreatmentsatthe5% level.]
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植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
图2 不同耕作措施下土壤微团聚体的质量分数
Fig.2 Masspercentageofsoilmicroaggregatesunderdiferenttilagesystems
[注(Note):NT—免耕覆盖 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoilingwithmulch;CT—翻耕 Conventionaltilage.
柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Diferentletersabovethebarsaresignificantamongthetreatmentsatthe5% level.]
223不同时期土壤微团聚体质量分数的比较 
2011年与2002年相比,不同耕作处理下土壤微团
聚体质量分数发生了明显变化(图2)。与NT和SM
相比,CT处理53 250μm团聚体含量随耕作年限
呈升高趋势,在0—10cm土层,CT处理下53 250
μm团聚体含量由2002年的413%提高到2011年
的450%,升高了 893%;在 10—20cm土层,由
2002年的 383%提高到 2011年的 448%,升高
了1707%。
224耕作措施对土壤团聚体稳定性的影响 
MWD是反映土壤团聚体稳定性的常用指标[6,13]。
长期耕作能够显著影响土壤0—10cm层土壤团聚
体稳定性,对 10—20cm土层无显著影响(表 2)。
与CT处理相比,长期 NT及 SM显著提高了表层
0—10cm 土壤 MWD,分别提高了 2055% 和
3968%。同时,MWD随耕作年限变化明显,CT处
理下MWD随耕作年限明显下降,2011年较2002年
下降了710%。
23 土壤团聚体有机碳含量
23113年不同耕作处理的影响 长期耕作能够显
表2 不同耕作措施下土壤微团聚体的稳定性指数
Table2 Themeanweightdiameters(MWD)
underdiferenttilagesystems
土层 (cm)
Soildepth
处理
Treatment
MWD(mm)
2002 2011
0—10 NT 088a 086a
SM 102a 099a
CT 076a 071b
10—20 NT 078a 082a
SM 073a 077a
CT 078a 079a
  注(Note):NT—免耕覆盖 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoiling
withmulch;CT—传统耕作 Conventionaltilage.不同字母表示处理间
差异达 5%显著水平 Diferentletersabovethebarsaresignificant
amongthetreatmentsatthe5% level.
著影响土壤0—10cm层土壤团聚体有机碳含量,对
10—20cm土层无显著影响(图3、图4)。在0—10
cm层,NT和 SM处理提高了各个级别团聚体有机
碳含量,尤其以>2000μm团聚体有机碳含量提高
283
2期    李景,等:长期保护性耕作提高土壤大团聚体分布及团聚体有机碳的作用
图3 不同耕作下土壤大团聚体有机碳含量状况
Fig.3 Organiccarboncontentsofmacroaggregatesunderdiferenttilagesystems
[注(Note):NT—免耕覆盖 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoilingwithmulch;CT—翻耕 Conventionaltilage.
柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Diferentletersabovethebarsaresignificantamongthetreatmentsatthe5% level.]
图4 不同耕作下土壤微团聚体SOC含量
Fig.4 Organiccontentsofmicroaggregatesunderdiferenttilagesystems
[注(Note):NT—免耕覆盖 Notilage;SM—深松覆盖 Subsoilingwithmulch;CT—翻耕 Conventionaltilage.
柱上不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Diferentletersabovethebarsaresignificantamongthetreatmentsatthe5% level.]
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植 物 营 养 与 肥 料 学 报 21卷
最多,较CT处理分别提高了4000%和2760%。
232不同时期土壤大团聚体(>250μm)有机碳
含量的比较 2011年与2002年相比,不同耕作处
理下土壤大团聚体有机碳含量发生了明显变化(图
3)。在0—10cm层,NT和SM处理下>2000μm团
聚体有机碳含量随耕作年限明显升高,2011年较
2002年分别升高了 2393%和 712%,CT处理
2011年较2002年下降了147%;SM和 CT处理下
250 2000μm团聚体有机碳随耕作年限呈升高趋
势,2011年较 2002年分别升高了 1578% 和
2620%;NT处理下降了868%。在10—20cm土
层,CT处理 >2000μm团聚体有机碳,2011年较
2002年下降了1617%;SM处理下250 2000μm
团聚体有机碳升高了1556%。
233不同时期土壤微团聚体有机碳含量的比较 
2011年与2002年相比,不同耕作处理下土壤微团
聚体有机碳含量发生了明显变化(图4)。在0—10
cm层,NT和SM处理下53 250μm团聚体有机碳
含量随耕作年限明显降低,2011年较2002年分别
下降了1958%和1327%。3种处理下<53μm团
聚体有机碳含量随耕作年限均呈下降趋势,2011年
较2002年分别下降了1305%、1322%和220%,
NT和SM处理下降幅度较大。在10—20cm土层,
NT处理下53 250μm团聚体有机碳含量随耕作
年限呈下降趋势,2011年较2002年下降了749%;
3种处理下<53μm团聚体有机碳含量随耕作年限
变化不大。
3 讨论
31 耕作对土壤有机碳含量的影响
国内外许多研究也表明,免耕条件下 SOC的积
累仅限于土壤表层(<10cm),秸秆还田对表层的
贡献率要大于其对亚表层的贡献[14-18]。本研究同
时表明,长期免耕覆盖和深松覆盖均可提高0—10
cm层SOC含量,对10—20cm层无提升作用,与前
人研究结果一致,相反,翻耕条件下10—20cm土层
SOC含量较高,较 NT处理提高133%,较 SM处理
提高474%,这可能是由于经过翻动,土壤表层的
植物残体被翻到地下,从而促进了土壤10—20cm
层SOC的积累[19]。本研究结果同时表明深松覆盖
对0—10cm层 SOC含量提升效果好于免耕覆盖,
这可能是由于深松作用打破了犁底层,促进了作物
生长,提高了秸秆还田量,从而增加了还碳量。
土壤固碳具有明显的滞后效应,梁爱珍等[20]表
明,5年免耕覆盖处理下土壤0—30cm土层SOC含
量随耕作年限先降低后增加,说明免耕覆盖有利于
SOC的积累,但是这一作用存在滞后效应,5年左右
才能发挥作用。王成己等[21]研究结果表明结合秸
秆还田的保护性耕作有效固碳期限在旱地可持续
23年。本研究表明,在耕作初期(2002年)免耕覆
盖和深松覆盖下 0—10cm土层 SOC差异并不明
显,经过13年的试验后,覆盖在地表的秸秆在 SOC
增加的过程中已经发挥作用,免耕覆盖和深松覆盖
处理对SOC含量的累积效应也逐渐体现出来。
32 耕作对团聚体的影响
本研究结果表明,长期免耕覆盖和深松覆盖处
理可显著提高0—10cm土层大团聚体含量与团聚
体稳定性,与前人的研究结果一致[22-24]。这可能是
由于免耕覆盖和深松覆盖都进行了秸秆还田,植物
残体的输入有效的改善了作为团聚体胶结剂的土壤
有机质状况,促进了团聚体的形成和稳定。相关研
究结果表明,SOC与土壤团聚体关系密切,土壤团
聚体的形成和稳定性取决于有机质含量[11,25]。本
研究中,土壤大团聚体含量和稳定性指数 MWD与
SOC的变化趋势一致,验证了前人研究结果。
本研究结果同时表明,免耕覆盖和深松覆盖显
著提高了土壤0—10cm层大团聚体含量,与翻耕相
比,2002年提高了1472%和1876%,这说明免耕
覆盖和深松覆盖在试验初期就可促进大团聚体的形
成。翻耕处理下大团聚体含量随耕作年限明显下
降,2011年大团聚体含量较2002年下降了804%,
这可能是由于每年收获后和播种前土壤进行翻动,
破坏了原有的大团聚体,同时翻耕条件下秸秆还田
量较小,新的大团聚体形成较少。耕作处理对微团
聚体含量的影响,表现出与大团聚体含量相反的趋
势。Six等[9]认为,大团聚体在新鲜植物残体周围
形成,大团聚体破碎后释放出原先被大团聚体包裹
的新及老的微团聚体后,微团聚体数量就会相应增
加,免耕覆盖后土壤有机物质输入增多,土壤有机碳
含量增加,更多的新大团聚体就会增加,而微团聚体
相应减少。
33 耕作对团聚体有机碳的影响
Castro等[6]的研究表明,>2000μm团聚体的
有机碳含量最高。本研究发现,250 2000μm和
53 250μm团聚体有机碳含量较高,与 Castro的
结果不同,这可能是由于黄土高原土壤有机碳含量
较低,通过团聚作用进入团聚体的有机碳较少,减弱
了有机碳在大团聚体内的累积作用。Eliot和
483
2期    李景,等:长期保护性耕作提高土壤大团聚体分布及团聚体有机碳的作用
Puget等[23,26]认为,大团聚体中的有机碳比微团聚
体中的有机碳更容易矿化,而微团聚体中的有机碳
则大多是高度腐殖化的惰性组分。本研究表明,与
翻耕相比,长期免耕覆盖和深松覆盖可提高土壤
0—10cm层各级团聚体有机碳含量,尤其对 >2000
μm团聚体有机碳含量的提升最多,这可能是由于
免耕覆盖和深松覆盖处理增加了新鲜植物残体有机
碳含量,更多的有机碳被大团聚体保护起来,进而促
进了有机碳在土壤中的固定。这也说明 >2000μm
粒级团聚体较其他3个粒级团聚体更易对耕作方式
发生迅速反应。
本研究同时表明,免耕覆盖和深松覆盖处理下
0—10cm土层 >2000μm级水稳性团聚体有机碳
随耕作年限明显增加,这可能是由于随着耕作时间
的增加,免耕覆盖和深松覆盖下植物残体在表层富
集程度加深,从而使更多的有机碳进入 >2000μm
团聚体。
4 结论
通过13年的保护性耕作试验,免耕覆盖和深松
覆盖显著提高了0—10cm层土壤有机碳含量,与耕
作初期相比,这种促进作用随耕作年限有增加的趋
势。免耕覆盖和深松覆盖可显著提高0—10cm层
大团聚体含量和水稳定性,改善了土壤结构。同时,
免耕覆盖和深松覆盖提高了0—10cm层土壤各级
别团聚体有机碳的含量,尤其以 >2000μm团聚体
有机碳含量的提升最多。与耕作初期相比,免耕覆
盖和深松覆盖处理下>2000μm团聚体有机碳随耕
作年限明显增加。综上所述,保护性耕作(包括免
耕覆盖和深松覆盖)提高了土壤大团聚体含量和团
聚体有机碳含量,具有改善土壤结构、提高土壤肥力
的作用,在河南豫西丘陵地区是一种较为合理的耕
作方式。
参 考 文 献:
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