基于旱地麦田蓄水保墒技术的土壤有机碳库效应研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:simon_01
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耕作作为人为土壤管理措施的一部分,往往通过改变土壤的理化生性状,作用于土壤有机碳周转,最终影响土壤固碳并反馈于气候变化。本研究结合土壤物理性状与团聚体的分布及稳定性,重点分析休闲期不同耕作措施下旱地麦田的土壤有机碳及各组分含量的分布规律及土壤有机碳的矿化特征,以明确各耕作措施下旱地土壤的碳库效应及其影响机制。本试验设置休闲期免耕(FNT)、休闲期深翻(FPT)和休闲期深松(FST)3个处理,主要研究结果如下:(1)2016-2018两试验年度,与FNT处理相比,FPT和FST可显著增加0-200 cm各土层的播前底墒,且其效果可延续至拔节期或开花期;显著提高越冬至成熟各生育时期旱地小麦植株的干物质量;显著提高旱地小麦关键生育时期的群体分蘖,促进小麦增产14.46%-26.38%,显著提高水分利用效率10.13%-13.18%。(2)2018-2020两试验年度,在0-10 cm土层,除重组分有机碳(HFOC)外,各SOC组分的含量均以FNT处理显著最高,且各粒径团聚体中的SOC含量以FNT处理最高。具体表现为:FNT处理分别较FST和FPT显著提高各SOC组分含量达35.89%-140.96%和29.19%-132.65%。对于各粒径团聚体的SOC含量,FNT处理分别较FST和FPT提高达2.50%-110.55%和2.43%-43.37%。而在20 cm以下土层,FPT处理的各SOC组分含量高于或显著高于FST处理,且在40-50 cm土层POx C、POC和HFOC含量高于或显著高于FNT处理。此外,20-40 cm土层各粒径团聚体中的SOC含量在2018-2019和2019-2020年度分别以FNT和FPT处理显著最高。(3)2018-2019年度,FNT较FST处理显著提高0-50 cm剖面各土层的SOC含量达74.03%-172.05%,且在0-10 cm和20-30 cm土层较FPT处理显著高出37.96%-58.37%。2019-2020年度,FNT和FST处理分别较FPT显著提高0-10 cm土层的SOC含量达28.87%和17.17%。但在20-50 cm各土层表现为FPT>FST>FNT,且各处理间差异显著。(4)在0-50 cm剖面,随着土层深度的增加,FNT处理的固碳量逐渐减小,而FST和FPT处理的固碳量则先减小后增加。三种耕作处理间的固碳量,在0-20 cm土层表现为FNT高于FST和FPT处理,而在20-50 cm土层表现为FPT>FST>FNT。2018-2019年度,FNT分别较FST和FPT处理显著提高0-50 cm各个剖面的SOC储量达108%-129%和31%-85%。2019-2020年度,在0-10 cm和0-20 cm剖面,FNT和FST处理分别较FPT显著提高14.79%-27.24%和11.48%-16.03%。当土壤剖面增加至0-50 cm时,FPT处理的SOC储量较FNT显著高出9.21%。(5)不同耕作措施通过影响土壤的物理性状和团聚体分布、稳定性改变了土壤SOC及其组分含量和不同粒径团聚体中的SOC含量。三种耕作处理均通过提高矿物结合态和轻组分土壤比例提高POx C含量,同时三种处理下0.25-2 mm粒径机械稳定性团聚体的百分含量均与POx C或POC含量呈显著线性正相关。此外,FST和FPT处理还通过提高土壤孔隙度增加POC含量。对于各粒径团聚体中的SOC含量,FNT处理下轻组分土壤比例与其均呈对数正相关;FST处理下土壤孔隙度与<0.053 mm粒径团聚体中的SOC含量呈显著线性正相关;FPT处理通过提高水稳定性团聚体的平均重量直径(MWD)提高<0.5 mm粒径团聚体中的SOC含量。类似地,SOC组分含量及各粒径团聚体中的SOC含量对SOC的贡献在各耕作处理间表现有差异。具体表现为:FNT处理下除POx C外,其余各SOC组分及各粒径团聚体中的SOC含量均与SOC呈显著或极显著线性正相关。FPT处理下MOC、HFOC和LFOC含量以及<0.053 mm、0.053-0.25 mm和0.25-0.5mm团聚体中的SOC含量与SOC呈极显著线性正相关。而FST处理下仅MOC、HFOC和LFOC含量与SOC呈极显著线性正相关。(6)休闲期不同耕作处理下0-50 cm剖面土壤的恒温培养试验表明,在整个培养过程中,FPT和FST处理分别通过显著提高0-30 cm和30-50 cm土层的SOC矿化速率而增加相应土层的SOC累积矿化量达8.97%-178.68%和7.10%-106.47%。双库指数模型的拟合结果表明,FPT分别较FNT和FST显著提高0-10 cm土层的潜在可矿化活性碳库(Ca)达32.32%-36.16%和62.11%-69.88%,显著提高0-30 cm土层的潜在可矿化缓效性碳库(Cs)达38.43%-100.08%和66.40%-302.06%。FST分别较FNT和FPT显著提高40-50 cm土层的Cs达62.39%-114.07%和46.00%-82.55%。综上,在山西省闻喜县旱作麦区,降雨较多的年型实施休闲期深翻,而在降雨较少的年型实施休闲期深松可实现旱地小麦高产。在0-50 cm剖面,休闲期深翻和深松较免耕在短期耕作年限内表现出固碳优势,但两者的潜在矿化量显著高于休闲期免耕。因此,将休闲期免耕与深松、深翻等措施结合应用于生产实践,有利于旱地小麦增产和旱地麦田土壤固碳同步实现。
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