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土壤结构与土壤有机碳是评估土壤质量的重要指标。近年来由于不当的耕作方式导致农田土壤结构恶化、有机碳耗竭等的报道屡见不鲜。因此,选择合理的耕作模式以维持土壤结构并促进有机碳的累积,从而提高农田地力、促进农业的可持续发展很有必要。本研究以黄淮海平原潮土为研究对象,以中国科学院封丘农业生态实验站保护性耕作长期定位试验为平台,研究了“传统翻耕配合秸秆还田(CNTWTS)或秸秆移除(CNTWT)、每两年翻耕配合秸秆还田(CNTW2TS)或秸秆移除(CNTW2T)、每四年翻耕配合秸秆还田(CNTW4TS)或秸秆移除(CNTW4T)、长期免耕配合秸秆还田(CNTWNTS)或秸秆移除(CNTWNT)”8种耕作模式下土壤物理性质的变化特征及团聚体的结构稳定性,探讨了不同组分有机碳、微生物量碳及团聚体有机碳对土壤有机碳累积的作用,分析了球囊霉素对维持土壤结构和固定有机碳的作用,以明确不同耕作与秸秆还田措施对高强度种植条件下潮土土壤结构及有机碳累积的影响机制。研究结果表明: (1)、传统翻耕(CNTWT),增加了土壤透水性,使0-20cm土体土壤水贮量比保护性耕作的降低了8.56%。长达7年的免耕(CNTWNT)可有效维持并改良土壤储水性,却容易引起土壤压实。间歇性翻耕并配以秸秆全量还田(CNTW2TS、CNTW4TS)能有效地克服长期免耕的负面效应,既可保持土壤水分,又能减少土壤压实。 (2)、保护性耕作比传统翻耕的总有机碳(SOC)含量提高了7.55%-22.20%。轻组(LF)占土壤总质量百分比为2.42%-6.30%,但轻组有机碳(LFC)对SOC的贡献度可达6.89%-33.14%,显著高于重组有机碳(HFC)。0-20cm土层保护性耕作下LF和LFC含量分别比传统翻耕提高了6.57%和3.25%。LFC为易变有机碳,比HFC对耕作模式的响应更敏感。秸秆还田后,LFC含量提高了10.42%-52.03%。0-10cm土层SOC与LFC呈极显著正相关关系,但与HFC无显著相关性,表明通过提高LF和LFC含量,能有效促进SOC的累积。土壤微生物量碳(MBC)含量介于431.92-1553.59mg/kg之间。0-5cm土层保护性耕作MBC含量比传统翻耕增加了61.40%-79.84%。表层土壤MBC与SOC呈显著正相关关系。随着土层深度的加深,SOC、LFC和MBC的含量均降低。保护性耕作有效地增加了LFC、MBC含量,提高了土壤活性有机碳的储量。 (3)、0-20cm土层,保护性耕作下土壤大团聚体含量比传统翻耕提高了15.66%,大团聚体有机碳含量提高了26.20%。CNTW4T和CNTWNT土壤的MWD(平均重量直径)比传统翻耕分别提高了31.02%和41.94%; GMD(几何平均直径)分别提高了26.14%和38.17%。SOC与MWD(R2=0.94)和GMD(R2=0.92)呈显著正相关关系。大团聚体有机碳是SOC的重要组成部分,其含量与SOC的累积呈显著正相关关系(R2=0.96)。秸秆还田后,土壤大团聚体及其有机碳含量分别提高了12.00%和8.84%。保护性耕作通过增加土壤大团聚体及其有机碳的含量有效地促进了土壤结构的稳定性。 (4)、0-20cm土层,土壤T-GRSP(总球囊霉素)占SOC含量的18.83%-20.57%,其含量按照CNTWNTS> CNTW4TS> CNTW2TS> CNTWTS的顺序而递减。大团聚体T-GRSP含量显著高于微团聚体和粉粘粒。CNTW4TS、CNTWNTS的大团聚体T-GRSP比CNTWT分别提高了21.50%和27.17%。土壤大团聚体T-GRSP与SOC及MWD呈极显著正相关,说明存在于大团聚体中的球囊霉素对维持土壤结构和提高有机碳储量起着十分重要的作用。 本研究表明间歇性翻耕并配合秸秆全量还田无论是在改良潮土土壤物理性质、保持土壤团聚体水稳性,还是在提高土壤有机碳库、增强微生物活性方面都具有明显的促进作用,同时能有效地消除长期免耕带来的负面影响。因此间歇性翻耕并配合秸秆还田的保护性耕作模式可以作为黄淮海平原高强度种植条件下促进农田地力提升与生产力可持续发展的重要措施之一。