【摘 要】
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土壤有机碳作为土壤肥力的重要指标,其碳库质量影响着农田生态系统的可持续发展性。外源物料还田作为目前常用的培肥措施,可提高土壤有机碳含量,而在农林复合系统中,农田和自然生态系统有机物大多以“混合物”进入土壤,这种特殊的混合物料还田对于农田生态系统碳库转化影响尚不明确。鉴于此,本研究以黄土高原地区坡耕地为研究对象,将农田玉米秸秆同当地主栽树种刺槐枯落叶按照4:0、3:1、2:2、1:3、0:4质量比进
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“脆弱生境植被恢复植物-微生物-土壤碳氮磷化学计量协调机制”（41877543）; 国家林业和草原局林草科技创新发展与研究项目（2020132111）
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土壤有机碳作为土壤肥力的重要指标,其碳库质量影响着农田生态系统的可持续发展性。外源物料还田作为目前常用的培肥措施,可提高土壤有机碳含量,而在农林复合系统中,农田和自然生态系统有机物大多以“混合物”进入土壤,这种特殊的混合物料还田对于农田生态系统碳库转化影响尚不明确。鉴于此,本研究以黄土高原地区坡耕地为研究对象,将农田玉米秸秆同当地主栽树种刺槐枯落叶按照4:0、3:1、2:2、1:3、0:4质量比进行配比混施还田,作为一种探索性试验,研究刺槐枯落叶与玉米秸秆不同比例混施还田对于土壤碳库特性的影响,同时结合土壤碳排放特征和土壤碳降解酶活性,探究脆弱生境下配施处理对于农田土壤的碳库转化机制,并利用因子分析法对不同碳源混施还田处理作物-土壤-环境效益进行综合评价,以期为黄土高原脆弱生境区域农林复合系统的改进和固碳减排提供理论依据。主要研究结果如下:（1）刺槐枯落叶的配施处理增加了土壤有机碳及其组分含量,提高了土壤碳库活度（CAI）和碳库质量（CPI和CPMI）和土壤CO2排放,但相较于秸秆还田处理（Y4C0）降低了土壤碳库稳定性,这在0-20cm土层表现更为明显。其中不同碳源配施还田下0-20cm土壤有机碳含量高于对照5.23%-17.08%,Y3C1增幅最大。刺槐枯落叶配施处理与Y4C0处理相比有利于土壤活性碳库组分（ROOC和DOC）增加,MBC含量则降低。不同碳源配施还田处理下0-20cm土壤碳库质量（CPI和CPMI）相较于对照分别增加了5.88%～18.01%和30.08%～94.48%,Y4C0和Y3C1处理土壤碳库活度（CA和CAI）均低于Y2C2、Y1C3和Y0C4处理,20-40cm类同。不同碳源配施处理下土壤碳排放总体表现为玉米生长发育期大于成熟期,各处理相较于对照增加了21.00%～48.26%。玉米籽粒产量、土壤CO2累计排放量（CE）和碳排放效率（CEE）类同,各处理均显著大于对照处理,其中Y3C1处理在增加玉米籽粒产量的同时,相较于秸秆还田处理Y4C0抑制了CE和CEE的增加。（2）刺槐枯落叶与玉米秸秆的配施相较于对照处理增加了土壤碳降解酶活性。其中土壤β-1,4-葡萄糖苷酶（BG）、多酚氧化酶（PPO）和过氧化氢酶（PX）活性相较于对照处理增加3.31%-13.40%、2.99%-18.94%、0.19%-6.08%,纤维二糖水解酶（CBH）则并无显著影响;秸秆还田处理（Y4C0）和少量刺槐枯落叶配施处理（Y3C1）下氧化酶PPO酶活性低于Y2C2和Y1C3处理,而PX酶则表现相反;且碳降解酶活性主要受到玉米灌浆期影响较大。（3）不同碳源配施还田可通过影响土壤碳降解酶活性、有机碳库组分和碳库稳定性进而直接或间接影响土壤碳排放,且土壤含水量和氧化酶对碳库转化影响显著。其中ROOC含量及其占比在各土层中对土壤碳库稳定性指标的解释率最高,分别为35.2%和32.0%,土壤碳排放与DOC、ROC及其占比、碳库活度（CAI）和质量（CPMI）呈显著负相关（P＜0.05）,土壤碳排放与土壤碳降酶活性之间呈极显著正相关,且土壤碳排放和碳降解酶均受到各土层含水量的影响。偏最小二乘路径模型结果表明,土壤氧化酶路径系数（β=0.460）最高。基于因子分析的综合效益评价结果得出,Y3C1即少量刺槐枯落叶与玉米秸秆混合配施处理较适于黄土高原脆弱生境区域农林复合系统耕作措施。
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