STOTEN | 免耕与豆科轮作相结合可改善土壤团聚体稳定性及土壤有机碳固存

导读

保护性农业（CA）已在全世界范围内被广泛用于提高土壤有机碳（SOC）以缓解气候变化。然而，作为固碳的关键机制，团聚体的保护作用如何响应免耕与作物轮作之间的相互作用仍然未知。近日，中国农业大学保护性农业研究团队在Science of the Total Environment上发表了“Improving soil aggregates stability and soil organic carbon sequestration by no-till and legume-based crop rotations in the North China Plain”。作者在2018年6月至2021年6月，基于华北平原进行的田间试验[玉米-小麦-大豆-小麦轮作系统下的免耕或旋耕（NT-MWSW，RT-MWSW），玉米-小麦轮作系统下的免耕或旋耕（NT-MW，RT-MW），以及大豆-小麦轮作系统下的免耕或旋耕（NT-SW，RT-SW）]，评估了免耕与豆科轮作结合对团聚体聚集和有机碳固存的影响。

（Graphical Abstract）

主要结果

（1）>0.25 mm大团聚体是土壤碳库的主要贡献者，占团聚体总量的64.7 ~ 87.3%，占有机碳库的64.9 ~ 73.1%。

（2）NT不仅增加了大团聚体所占比例，而且提高了团聚体的稳定性(平均重量直径和几何平均直径)。

（3）在0 ~ 20 cm，NT下的SW与MW相比，>0.25 mm大团聚体的有机碳增加了13.6%。

（4）NT-SW下的秸秆碳输入转化率高，相比于其他处理提高了9.4 ~ 21.9%。

Fig.1. SOC concentrations in different aggregate sizes from 0 to 50 cm under different tillage and crop rotations. RT: rotary tillage with residue retention; NT: no-till with residue retention. MWSW: maize-wheat-soybean-wheat; SW: soybean-wheat; and MW: maize-wheat. Lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among treatments.

Fig.2. Total potential mineralization from different aggregate-size classes in the upper 30 cm soil depth under different tillage and crop rotations. RT: rotary tillage with residue retention; NT: no-till with residue retention. MWSW: maize-wheat-soybean-wheat; SW: soybean-wheat; and MW: maize-wheat. Lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among treatments. 

Fig.3. Cumulative potential mineralization from different aggregate-size classes in the upper 30 cm soil depth under different tillage and crop rotations. RT: rotary tillage with residue retention; NT: no-till with residue retention. MWSW: maize-wheat-soybean-wheat; SW: soybean-wheat; and MW: maize-wheat. Lowercase letters mean significant difference at 0.05 level among treatments.

小结

>0.25 mm大团聚体是有机碳固存库(64.9 ~ 73.1%)和矿化损失库(47.2 ~ 51.5%)的主要组成部分。通过增强大团聚体的物理保护作用和减少矿化，NT使土壤 >2 mm团聚体中有机碳储量增加了26.9 ~ 33.4%。本研究还表明，即使在轮作周期中加入大豆，并没有显著降低SOC矿化，这可能是由于大豆秸秆分解后，氮素添加对SOC矿化的短期激发效应所致。NT与SW相结合显著提高了秸秆碳输入的转化率，最高转化率为63.8%，这也导致了SOC储量最高的主要原因。总体而言，特别是从长远来看，建议采用以豆科轮作为基础的免耕系统来提高华北平原土壤的有机碳储量和稳定性。

中国农业大学保护性农业研究团队刘文选为论文第一作者，赵鑫副教授为论文通讯作者。

原文链接：

https://www./science/article/pii/S0048969722046162

作      者：刘文选

责任编辑：刘文胜  韩守威

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