秸稈還田深度對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳含量的影響①

宋依依，曹 陽(yáng)，段鑫盈，李嘉琦，朱曉晴，鄒洪濤，張玉龍

秸稈還田深度對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳含量的影響①

宋依依，曹 陽(yáng)，段鑫盈，李嘉琦，朱曉晴，鄒洪濤*，張玉龍

(沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)土地與環(huán)境學(xué)院，沈陽(yáng) 110866)

為探究玉米秸稈還田至不同深度后對(duì)土壤團(tuán)聚體及有機(jī)碳含量的影響，采用田間微區(qū)試驗(yàn)，將秸稈磨碎后分別還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm 4個(gè)深度土層，同時(shí)設(shè)置不還田對(duì)照，共計(jì)5個(gè)處理，連續(xù)種植玉米兩年后采集土壤樣品，采用濕篩法將團(tuán)聚體分為>2、2 ～ 0.25、<0.25 mm共3個(gè)粒級(jí)，測(cè)定了土壤及團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量。結(jié)果表明：①秸稈還田至不同深度后土壤的團(tuán)聚體穩(wěn)定性以及大粒級(jí)團(tuán)聚體(>2 mm) 含量均顯著增加(0.05)，秸稈還田至0 ～ 10 cm和30 ～ 40 cm后粒徑>0.25 mm的團(tuán)聚體含量增加幅度較大，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的改善效果更佳；②粉碎狀秸稈一次性還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm兩年后土壤有機(jī)碳含量降低，還田至30 ～ 40 cm兩年后土壤有機(jī)碳含量顯著增加(0.05)；③秸稈的輸入會(huì)促進(jìn)土壤中團(tuán)聚體的團(tuán)聚化過(guò)程，不同深度還田后對(duì)團(tuán)聚體有機(jī)碳分布的影響不同，但都增加了大粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳的含量。以上結(jié)果表明，秸稈還田會(huì)改善土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化，還田至30 ～ 40 cm對(duì)土壤的團(tuán)聚化過(guò)程促進(jìn)作用更明顯，土壤有機(jī)碳含量顯著增加，因此，30 ～ 40 cm為更合理的秸稈還田深度。

棕壤；秸稈還田深度；土壤團(tuán)聚體；有機(jī)碳

土壤結(jié)構(gòu)破壞是土壤退化的一個(gè)重要因素。土壤團(tuán)聚體作為土壤結(jié)構(gòu)的基本單元，影響著土壤的水熱傳輸、養(yǎng)分的蓄存、供應(yīng)和轉(zhuǎn)化。團(tuán)聚體的穩(wěn)定性是衡量土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重要標(biāo)志[1]。良好的土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性可以提高土壤孔隙度，改良土壤肥力，并且防水蝕、風(fēng)蝕，有利于水土保持。通常根據(jù)不同的穩(wěn)定性將團(tuán)聚體按如下分級(jí)：>2、0.25 ～ 2、<0.25 mm[2]。土壤有機(jī)碳(SOC)是全球碳循環(huán)的主要來(lái)源，對(duì)維持土壤生產(chǎn)力至關(guān)重要[3]。有報(bào)道指出，團(tuán)聚體和土壤有機(jī)碳固定之間是一個(gè)互相促進(jìn)的過(guò)程[4]。土地管理方式對(duì)團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響被認(rèn)為是決定土壤有機(jī)碳水平的關(guān)鍵因素。秸稈還田作為目前應(yīng)用廣泛的秸稈處理方式，可以改善土壤理化性狀，提高土壤質(zhì)量和養(yǎng)分循環(huán)效率，增加作物產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[5]。前人研究指出，秸稈還田能增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性、改善土壤結(jié)構(gòu)，但因還田模式、土壤類型和試驗(yàn)區(qū)所在地氣候等條件不同得到的研究結(jié)果有所差異[6-8]。當(dāng)下關(guān)于秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳以及團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量影響的研究結(jié)果也不盡相同，多數(shù)研究認(rèn)為秸稈還田會(huì)增加土壤有機(jī)碳含量[9-11]，但也有部分研究得出秸稈還田后土壤有機(jī)碳含量不一定顯著增加。Pei等[12]通過(guò)同位素標(biāo)記研究發(fā)現(xiàn)，玉米秸稈加入土壤后會(huì)使土壤中原有有機(jī)碳顯著減少。徐英德等[13]通過(guò)兩年培養(yǎng)試驗(yàn)得出，在高肥力土壤上秸稈還田后各粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量比對(duì)照顯著增加，在低肥力土壤上秸稈還田后團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量與對(duì)照無(wú)明顯差異。

目前，關(guān)于秸稈還田的研究主要基于秸稈覆蓋、秸稈旋耕淺還和秸稈深還田，對(duì)于秸稈還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm土層后土壤理化性質(zhì)的變化還缺乏深入探討。且當(dāng)下秸稈還田相關(guān)試驗(yàn)多為連年還田，對(duì)于秸稈一次性還田兩年后土壤團(tuán)聚體和有機(jī)碳變化鮮有研究。因此，本研究以遼寧地區(qū)的棕壤為研究對(duì)象，通過(guò)田間微區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm 4個(gè)還田深度，將秸稈粉碎后還田，以揭示在粉碎狀秸稈一次性還田至不同深度兩年后土壤團(tuán)聚體組成和有機(jī)碳含量的變化規(guī)律，探討在遼寧棕壤旱田秸稈最佳的還田深度，以期為構(gòu)建科學(xué)合理的秸稈還田模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)科研試驗(yàn)基地進(jìn)行，該基地位于遼寧省沈陽(yáng)市(41.82° N，123.56° E，海拔43 m)，氣候?yàn)闇貛О霛駶?rùn)大陸性氣候，年平均氣溫7.9℃，農(nóng)耕期≥7℃的平均積溫為3 281℃，日照時(shí)數(shù)平均為2 372.5 h，無(wú)霜期160 d左右，全年平均降水量714 mm。供試土壤是典型棕壤，0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm土層土壤基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 不同土層土壤基本理化性質(zhì)

1.2 研究方法

1.2.1 試驗(yàn)布置 試驗(yàn)從2018年5月開(kāi)始，在微區(qū)內(nèi)進(jìn)行，微區(qū)長(zhǎng)、寬、高分別為75、45、50 cm，用無(wú)底矩形PVC框?qū)⑽^(qū)內(nèi)土壤與外部土壤隔開(kāi)，PVC框埋深40 cm，上沿露出地面10 cm。試驗(yàn)設(shè)置5個(gè)處理，包括4個(gè)還田深度處理和1個(gè)對(duì)照，每個(gè)處理3次重復(fù)，共布置15個(gè)微區(qū)，隨機(jī)排列，具體處理如下： T1，0 ～ 10 cm土層土壤與秸稈混合；T2，10 ～ 20 cm土層土壤與秸稈混合；T3，20 ～ 30 cm土層土壤與秸稈混合；T4，30 ～ 40 cm土層土壤與秸稈混合；CK，不施秸稈對(duì)照，土壤深松后原位回填。

秸稈還田時(shí)，為保證土壤的均質(zhì)性，劃定微區(qū)后，將各微區(qū)土壤分0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm 土層取出，然后將粉碎至粉末狀的玉米秸稈與還田層次土壤混勻，最后將各小區(qū)土壤按層次原位回填。秸稈還田用量為12 000 kg/hm2(全量還田)，在還入秸稈的同時(shí)每個(gè)微區(qū)均加入57 g尿素，調(diào)整C/N為25∶1。每個(gè)微區(qū)內(nèi)0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm分層埋設(shè)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探針，監(jiān)測(cè)土壤水分、溫度動(dòng)態(tài)變化。待土壤穩(wěn)定兩周后種植玉米，品種為京科968；各處理施加氮、磷、鉀肥量相同(N–P–K=240–75–75)，均作為基肥一次性施用。在每個(gè)微區(qū)內(nèi)等距播種2株玉米，田間管理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式進(jìn)行，未進(jìn)行灌溉，兩季玉米種植方式相同。

1.2.2 樣品采集 于2019年9月玉米收獲時(shí)采集土樣。采集CK的0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm土層，以及T1的0 ～ 10 cm土層、T2的10 ～ 20 cm土層、T3的20 ～ 30 cm土層，T4的30 ～ 40 cm土層，分別記作CK10、CK20、CK30、CK40、T10、T20、T30、T40。原狀土樣用取土盒儲(chǔ)存運(yùn)輸，用于團(tuán)聚體的篩分及容重等性質(zhì)的測(cè)定；混合土樣一部分在自然條件下風(fēng)干制樣，用于土壤基本理化性質(zhì)的分析，一部分置于冰箱冷藏保存待用。

1.2.3 測(cè)定方法 團(tuán)聚體篩分采用濕篩法[14]，具體操作為：稱取新鮮土樣50 g，將孔徑分別為2、0.25、0.53 mm的套篩按順序從上到下組合好，將稱量好的土樣均勻置于最上層篩子上，將篩子置于裝有蒸餾水的水桶內(nèi)且調(diào)整水面高度使其浸潤(rùn)土壤5 min，然后以振幅38 mm進(jìn)行篩分15 min，將土壤篩分為3個(gè)粒級(jí)(>2、0.25 ～ 2、<0.25 mm)。將篩分后的土樣風(fēng)干、分別稱重，用研缽研磨并過(guò)100目篩，用元素分析儀(Elementar Ⅱ，德國(guó))進(jìn)行有機(jī)碳的測(cè)定。

1.3 計(jì)算方法

濕篩法中不同粒級(jí)團(tuán)聚體的質(zhì)量分?jǐn)?shù)按(1)式計(jì)算：

R=m/×100 (1)

式中：R為粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(%)；m為粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量(g)；為土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量的總和。

粒徑>0.25 mm的團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)(0.25)按周虎等[15]提供的公式(2)計(jì)算。

0.25=m>0.25/×100=[1–m<0.25/] ×100 (2)

式中：m>0.25為粒徑>0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量(g)；m<0.25為粒徑<0.25 mm團(tuán)聚體質(zhì)量(g)。

團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳貢獻(xiàn)率按(3)式計(jì)算：

C=SOC×R/SOC (3)

式中：C為粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率；SOC為粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量；R為粒級(jí)團(tuán)聚體質(zhì)量分?jǐn)?shù)；SOC為全土有機(jī)碳含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和均值、標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算；采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，其中方差分析為單因素方差(One Way-ANOVA)，不同處理之間多重比較采用Duncan法；采用一般線性模型(GLM)分析土層深度對(duì)土壤團(tuán)聚體的影響。采用Origin 9.0軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田深度對(duì)土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體粒級(jí)分布的影響

秸稈還田至不同深度后土壤團(tuán)聚體組成與對(duì)照處理相比變化明顯(表2和圖1)。無(wú)論是否添加玉米秸稈，土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體組成均以<0.25 mm粒級(jí)為主，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.20% ～ 59.81%；不同粒級(jí)團(tuán)聚體含量(以質(zhì)量分?jǐn)?shù)計(jì))差異顯著(<0.05)，且含量從大到小依次為粒級(jí)<0.25、2 ～ 0.25、>2 mm。隨著土層深度的增加，>2 mm 粒級(jí)含量增加，<0.25 mm粒級(jí)含量減小。秸稈還田至不同深度后團(tuán)聚體粒級(jí)分布變化規(guī)律不同。添加秸稈以后，>2 mm粒級(jí)含量顯著增加，其中以還田至0 ～ 10 cm和30 ～ 40 cm土層后大粒級(jí)團(tuán)聚體含量增加幅度較大；>2 mm和0.25 ～ 2 mm粒級(jí)均在秸稈添加至0 ～ 10 cm土層時(shí)增加量最大，分別增加了88.51% 和16.87%；秸稈還田至20 ～ 30 cm后>2 mm粒級(jí)含量最高，達(dá)到30.56%。秸稈還田至0 ～ 10 cm和30 ～ 40 cm后土壤0.25與對(duì)照相比增加最多，均達(dá)到極顯著水平(<0.01)。

2.2 秸稈還田深度對(duì)土壤及團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響

2.2.1 秸稈還田深度對(duì)土壤總有機(jī)碳含量的影響 不同深度秸稈還田對(duì)土壤總有機(jī)碳含量影響不一致(圖2)。玉米秸稈一次性還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm兩年后，土層T10、T20、T30土壤有機(jī)碳含量均比對(duì)照有所減少，其中T10土壤有機(jī)碳含量減少量達(dá)到了顯著水平(<0.05)，T30土壤有機(jī)碳含量減少量達(dá)到了極顯著水平(<0.01)。隨著土層深度增加，還田土層與對(duì)照土層土壤有機(jī)碳含量差值呈逐漸降低趨勢(shì)，T10、T20、T30分別減少了1.16、0.52、0.84 g/kg，T40土壤有機(jī)碳含量較對(duì)照處理提升了17%，增加量達(dá)到極顯著水平(<0.01)。

表2 不同秸稈還田深度下土壤水穩(wěn)性團(tuán)聚體的組成

注：同列不同小寫字母表示處理間同一粒級(jí)團(tuán)聚體含量差異顯著(<0.05)，同行不同大寫字母表示同一處理不同粒級(jí)團(tuán)聚體含量差異顯著(<0.05)。

(CK：對(duì)照，T：秸稈還田處理；不同小寫、大寫字母表示施加秸稈和不施加秸稈土層之間差異顯著(P<0.05)、極顯著(P<0.01)；下同)

圖2 不同秸稈還田深度下土壤有機(jī)碳含量的變化

2.2.2 秸稈還田深度對(duì)土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的影響 玉米秸稈一次性還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm兩年后土壤團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量如圖3所示。未添加秸稈土壤各土層中團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量除0 ～ 10 cm土層外均呈現(xiàn)隨團(tuán)聚體粒徑減小而增加的趨勢(shì)，添加秸稈后的土壤各粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量較為均衡，總體上有機(jī)碳含量隨團(tuán)聚體粒徑減小而降低。除T10土壤外，其他土層秸稈還田后土壤>2 mm粒級(jí)中有機(jī)碳含量顯著增加，且在T20、T30土壤中差異達(dá)到極顯著水平(<0.01)；<0.25 mm粒級(jí)中有機(jī)碳含量減少，差異均達(dá)到極顯著水平(<0.01)。粉碎秸稈一次性還田后T10土壤<0.25 mm粒級(jí)的團(tuán)聚體內(nèi)土壤有機(jī)碳含量顯著增加(<0.05)，>2 mm和2 ～ 0.25 mm粒級(jí)內(nèi)有機(jī)碳含量顯著減少(<0.05)。隨著土層深度的增加，團(tuán)聚體內(nèi)的有機(jī)碳含量總體上呈現(xiàn)出逐漸減少的趨勢(shì)。

秸稈還田至不同深度后土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率見(jiàn)圖4。總體上，隨著土層深度的增加，>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增加，<0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率減小。秸稈還田至不同深度后，>2 mm土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率均增加，以還田至20 ～ 30 cm和30 ～ 40 cm時(shí)最高，分別達(dá)到31.87% 和27.46%。

3 討論

3.1 秸稈還田深度與團(tuán)聚體組成

秸稈還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm土層兩年后均明顯提高了>0.25 mm粒級(jí)占比，這與前人研究結(jié)果一致[6]。秸稈還田帶來(lái)的有機(jī)物料的輸入促進(jìn)了土壤中小粒級(jí)團(tuán)聚體向大粒級(jí)團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)了團(tuán)聚體穩(wěn)定性，改善了土壤結(jié)構(gòu)。一方面，向土壤中添加秸稈以后，秸稈腐解產(chǎn)生腐殖質(zhì)作為團(tuán)聚體形成的膠結(jié)劑，促進(jìn)了大粒級(jí)團(tuán)聚體的形成[16]。另一方面，秸稈腐解后釋放的養(yǎng)分促進(jìn)植物根系發(fā)育，植物通過(guò)根系吸收到更多的養(yǎng)分，促進(jìn)植物根系的代謝，分泌更多促進(jìn)團(tuán)聚體膠結(jié)的化合物[17]。de Gryze等[18]指出，當(dāng)新鮮植物殘?bào)w輸入土壤時(shí)，大團(tuán)聚體成為微生物活動(dòng)的主要場(chǎng)所，微生物的代謝也促進(jìn)了大粒級(jí)團(tuán)聚體生成。秸稈還田至0 ～ 10 cm和30 ～ 40 cm土層后，土壤>0.25 mm粒級(jí)增加更為明顯，表明在相同還田量和還田時(shí)間條件下，0 ～ 10 cm和30 ～ 40 cm土層的土壤理化條件更適合大團(tuán)聚體的形成。水分和溫度是影響微生物活動(dòng)的重要因素，秸稈還至0 ～ 10 cm土層時(shí)，氧氣充分，且表層土養(yǎng)分含量較高，微生物有充足的氧氣和碳氮源；秸稈還田至30 ～ 40 cm時(shí)，打破了犁底層，土壤入滲能力增加，增加了該層含水量，使得微生物活性增加，產(chǎn)生了更多的膠結(jié)物質(zhì)，更好地促進(jìn)了小粒級(jí)團(tuán)聚體向大粒級(jí)團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化[6]。

3.2 秸稈還田深度與有機(jī)碳分布

本研究中，玉米秸稈一次性還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm土層兩年后均降低了土壤有機(jī)碳含量，且與對(duì)照處理之間差值隨著土層深度的增加而減少，這與前人研究結(jié)果[19]，即秸稈還田使土壤中的有機(jī)碳含量增加不一致；秸稈還田至30 ～ 40 cm后，還田層土壤有機(jī)碳含量大于未還田處理，與前人研究結(jié)果[20]相符。秸稈還田對(duì)土壤的影響與秸稈腐解速率密不可分，秸稈的腐解是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，受多種因素影響。不同深度下土壤的理化性質(zhì)不同，導(dǎo)致不同還田深度秸稈腐解速率不同，因而秸稈中養(yǎng)分釋放程度不同。王蕾等[21]研究表明，玉米不同部位秸稈以5 cm長(zhǎng)度還田至不同深度一年后腐解率最高，能達(dá)到60%，不能完全腐解。第二年秸稈還田時(shí)，第一年還田的秸稈未完全腐解，同時(shí)有新植物殘?bào)w輸入，因此有機(jī)碳含量增加。秸稈還田至不同深度后土壤的理化性質(zhì)變化規(guī)律不同。汪玉芳[22]研究發(fā)現(xiàn)，油菜秸稈不同深度還田后，秸稈腐解率10 cm<20 cm< 0 cm覆蓋還田，表層土的溫度、微生物活性都有利于秸稈分解。秸稈還田后，秸稈的腐解率隨著土層深度的增加而減小[23]，這是因?yàn)橥寥牢⑸镌诮斩挿纸庵衅鸬疥P(guān)鍵作用，表層土壤中的微生物量通常高于深層土壤。土壤有機(jī)碳礦化受到多種因素以及它們之間的交互作用的影響。秸稈還田顯著增加了土壤中CO2的排放，且秸稈摻入表層土壤比摻入下層土壤后CO2累計(jì)排放量高[24]。本研究結(jié)果與前人研究有出入，推測(cè)因?yàn)榻斩掃€田后第二年沒(méi)有繼續(xù)向土壤中補(bǔ)充秸稈，植物生長(zhǎng)和土壤中的有機(jī)碳礦化消耗了土壤有機(jī)碳。秸稈還田后改變了土壤的理化性質(zhì)和微生物群落結(jié)構(gòu)，使還田土壤中有機(jī)碳礦化量較對(duì)照處理大，且存在于下層土壤中的大部分碳被礦物所束縛，儲(chǔ)存在黏土組分中，因此下層土壤中有機(jī)質(zhì)礦化量比表層土壤低[25]。

(A1代表>2 mm團(tuán)聚體，A2代表2 ～ 0.25 mm團(tuán)聚體，A3代表<0.25 mm團(tuán)聚體；下同)

圖4 不同秸稈還田深度下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率

3.3 秸稈還田深度與團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳分布

秸稈一次性還田至10 ～ 20、20 ～ 30、30 ～ 40 cm土層后，>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量均增加，其余粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量減少。秸稈還田促進(jìn)了有機(jī)碳從較小粒級(jí)內(nèi)向較大粒級(jí)內(nèi)轉(zhuǎn)化，提高了大粒級(jí)團(tuán)聚體中的有機(jī)碳貢獻(xiàn)率。土壤中混合秸稈后，較小粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳占主導(dǎo)地位轉(zhuǎn)化為>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體有機(jī)碳占主導(dǎo)地位，表明>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體對(duì)秸稈中碳的富集能力更強(qiáng)。秸稈還田至30 ～ 40 cm土層，大粒徑團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量的提升不如其他土層明顯，可能是因?yàn)橄聦油寥纼?nèi)有機(jī)碳更穩(wěn)定，更不容易被微生物利用[26]。秸稈還田至0 ～ 10 cm土層，團(tuán)聚體有機(jī)碳的變化規(guī)律與其他土層不同，推測(cè)是因?yàn)楸韺油寥乐杏袡C(jī)碳礦化作用更強(qiáng)，小粒級(jí)團(tuán)聚體中有機(jī)碳較穩(wěn)定，所以>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量減少。有研究指出[13]，玉米殘?bào)w輸入對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升作用主要發(fā)生在還田后的第一年，在720 d的長(zhǎng)期腐解過(guò)程中，由于秸稈自身較快的分解速率和對(duì)土壤原有有機(jī)碳產(chǎn)生的激發(fā)效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致秸稈一次性還田至0 ～ 30 cm土層兩年后土壤及團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量的研究結(jié)果與前人研究結(jié)果不一致。

4 結(jié)論

秸稈還田可以改善土壤結(jié)構(gòu)，添加秸稈至不同深度后土壤中>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體含量均增加，團(tuán)聚體穩(wěn)定性提高。秸稈一次性還田至0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 30 cm兩年后，土壤中有機(jī)碳含量降低，還田至30 ～ 40 cm深度后土壤中有機(jī)碳含量顯著增加。秸稈還田帶來(lái)的外源有機(jī)殘?bào)w輸入促進(jìn)了土壤中有機(jī)碳從較小粒級(jí)向較大粒級(jí)團(tuán)聚體的轉(zhuǎn)化，>2 mm粒級(jí)團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量增加，有機(jī)碳貢獻(xiàn)率增加。綜合來(lái)看，粉碎狀秸稈一次性還田至不同深度兩年后，還田至30 ～ 40 cm深度對(duì)土壤改良效果最好，團(tuán)聚體穩(wěn)定性增強(qiáng)，土壤中有機(jī)碳含量顯著增加。但秸稈一次性還田兩年以上后土壤中團(tuán)聚體分布和有機(jī)碳含量的響應(yīng)、還田秸稈大小對(duì)土壤理化性質(zhì)改變的影響以及生產(chǎn)實(shí)踐中最有利于土壤改良的秸稈還田頻率仍有待進(jìn)一步研究。

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Effects of Different Straw-Returning Depths on Soil Aggregate Composition and Organic Carbon Distribution

SONG Yiyi, CAO Yang, DUAN Xinying, LI Jiaqi, ZHU Xiaoqing, ZOU Hongtao*, ZHANG Yulong

(College of Land and Environment, Shenyang Agricultural University, Shenyang 110866, China)

In order to explore the effects of straw-returning depth on aggregate composition and organic carbon distribution in aggregates and soil, brown soil in Liaoning was used for a field micro-area experiment with crushed corn straw returning, in which 5 treatments were set up: CK (no straw returning) and four straw-returning depths of 0–10 cm, 10–20 cm, 20–30 cm, and 30–40 cm. Corn was planted and soil was taken in 2 years after straw-returning. Wet sieve method was used to obtain soil aggregates of 3 particle sizes: > 2 mm, 2–0.25 mm and <0.25 mm, and organic carbon contents in soil and aggregates was determined. The results showed that: 1) The stability of aggregates and the content of large aggregates (>2 mm) were increased significantly after straw-returning to different soil depths (0.05). Returning straw to 0–10 cm and 30–40 cm increased the content of >0.25 mm aggregates greatly, indicating the better improvement on soil structure; 2) Organic carbon content was reduced after straw-returning to 0–10 cm, 10–20 cm and 20–30 cm at one time two years later, and organic carbon content was significantly improved after straw-returning to 30–40 cm (<0.05); 3) The input of straw promoted soil agglomeration process. Straw-returning to different depths had different impact on the distribution of aggregate organic carbon, but they all increased the content of organic carbon in large aggregates. The above results show that straw-returning improves soil structure and promotes the conversion of organic carbon from small aggregates to large aggregates, straw-returning to 30–40 cm has a more obvious promotion effect on soil agglomeration process and increases significantly soil organic carbon, thus, 30–40 cm is the more reasonable depth for straw returning.

Brown soil;Straw returning depths; Soil aggregates; Organic carbon

S147.35；S513

A

10.13758/j.cnki.tr.2022.02.018

宋依依, 曹陽(yáng), 段鑫盈, 等. 秸稈還田深度對(duì)土壤團(tuán)聚體組成及有機(jī)碳含量的影響. 土壤, 2022, 54(2): 344–350.

遼寧省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2019JH2/10200004)、遼寧省興遼英才計(jì)劃項(xiàng)目(XLYC1905010)和遼寧省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目資助。

(zouhongtao2001@163.com)

宋依依(1997—)，女，山東泰安人，碩士研究生，主要從事土壤改良研究。E-mail：yiyi9168@yeah.net