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随着人们对农业可持续发展的日益重视,保护性耕作技术的研究与推广得到了研究人员和相关部门的高度重视。目前,我国不仅在山区、丘陵区和风沙区已建成一批保护性耕作技术的试验与示范基地,而且在平原地区也已开展保护性耕作技术的研究与推广,其应用区域面积及作物种类在不同程度地扩展。土壤有机碳因其在土壤肥力中的重要作用而一直备受土壤学者的关注。虽然仅占到土壤重量很少一部分,但土壤有机碳在土壤肥力、农业可持续发展、生态环境保护等方面均起到了重要的作用。一方面土壤有机碳是土壤中营养元素的重要来源,为植物生长和土壤生物的生命活动提供所必需的营养元素和能源,并对土壤理化和生物学性质有着深刻的影响。另一方面,它的累积与分解也对全球碳平衡起着重要作用,被认为是影响全球“温室效应”的主要因素。有关黄淮海平原潮土区实施保护性耕作对土壤有机碳在不同深度土体以及不同粒级大小团聚体中的分布状况以及溶解性有机碳的降解特征的研究还鲜有报道。 中国科学院封丘农业生态试验站保护性耕作长期定位试验始于2006年玉米季,设置了常规翻耕、间歇性翻耕(每2年翻耕1次、每4年翻耕1次)、免耕以及常规翻耕+秸秆还田、间歇性翻耕(每2年翻耕1次、每4年翻耕1次)+秸秆还田、免耕+秸秆还田等8个处理。本研究以保护性耕作长期定位试验为平台,研究了不同耕作处理下有机碳在不同深度土体中的分布状况;通过室内培养、提取、测定,研究不同耕作处理下,不同深度土体中土壤溶解性有机碳的降解特征;通过土壤筛分,研究不同耕作处理下土壤机械稳定性与水稳性团聚体的组成情况以及有机碳在不同粒级水稳性团聚体中的累积特征。主要结果如下: (1)相比于常规翻耕,每2年或4年翻耕1次的间歇性翻耕和全免耕处理0~5 cm土层土壤总有机碳含量分别提高了1.81%、6.43%、14.04%,全氮含量分别提高了0.80%、10.04%、7.93%,免耕处理下10~20 cm土层中总有机碳、全氮含量显著低于其它处理;秸秆还田条件下,实施间歇性翻耕和免耕能显著提升0~5cm、5~10 cm土层中土壤溶解性有机碳含量;相比于常规翻耕,间歇性翻耕、免耕处理下0~5 cm土层土壤微生物量碳与易氧化有机碳含量均有不同程度地升高,免耕处理下10~20 cm土层中微生物量碳含量显著低于其它处理;秸秆还田对0~10cm土层土壤总有机碳、全氮、溶解性有机碳及其它活性有机碳组分含量均有不同程度的提升作用;总体来看,保护性耕作措施有利于表层0~5 cm土层中碳、氮储量的增加,但免耕条件下的“养分表聚”现象不容忽视。 (2)采用好气培养法(16天)研究了黄淮海地区不同耕作处理下土壤培养过程中DOC含量变化和降解特征。结果表明:不同耕作处理下的土壤在培养过程中DOC含量明显下降。不同翻耕频率处理土壤相比,在培养过程中间歇性翻耕与免耕处理下土壤DOC平均含量高于常规翻耕处理;秸秆还田显著提升了土壤DOC含量。与培养起始时相比,土壤培养后提取的溶解性有机物UV280吸收值和HIX值均明显增加;降低翻耕频率与秸秆还田有利于土壤中结构复杂的芳香类化合物的累积。UV280吸收值和HIX值可以在一定程度上反映可溶性有机物种类和结构特性的变化。 (3)相比于常规翻耕,常规翻耕+秸秆还田、免耕、免耕+秸秆还田处理下>5mm粒级机械稳定性团聚体含量显著提升,增加比例分别为16.62%、16.06%、44.23%;而免耕、免耕+秸秆还田能显著提升5~2 mm粒级水稳性团聚体含量,提升比例分别为29.78%和64.34%,同时团聚体稳定率也有一定程度地提高;实施免耕能显著提高5~2 mm、2~1mm粒级水稳性团聚体中有机碳含量;除常规翻耕+秸秆还田处理下2~1 mm粒级除外,秸秆还田对各粒级团聚体中有机碳含量均有不同程度地提升作用。