固定道保护性耕作对绿洲灌区农田土壤碳过程及其机理的影响

固定道保护性耕作作为一种新型的耕作技术，在农田生产水分、养分、产量及生态环境效应方面效果显著，对其土壤碳过程及其机理的进一步研究，在加深人们对固定道保护性耕作的理解，丰富和完善保护性耕作的土壤固碳理论等方面具有重要意义。本研究以田间定位试验和室内土壤性状测定为基础，结合田间稳定性同位素13C示踪技术，分析不同耕作模式下作物、农田管理措施和生物气候因子与土壤碳贮存、质量、碳库组分及其土壤剖面分布和光合碳地上部、地下部的累积、分配及转化之间的关系，定量比较不同耕作模式对土壤有机碳的影响及其差异，阐明土壤有机碳过程的土壤物理、化学和生物学影响机制，重点研究固定道保护性耕作模式土壤碳过程和机理，最后揭示在农业经营时空条件影响下固定道保护性耕作的农田土壤碳过程及其机理，从而为推动发展适宜我国西北干旱气候区农田固碳技术模式，提高西北干旱区耕地地力和缓解我国碳排放压力提供科学依据。

土壤退化、水资源短缺、水分效率利用率低、作物产量不高以及高强度的耕作方式、过量灌溉和秸秆不还田是制约中国西北地区农业发展的主要因素。依托8 年长期(2005~2012)固定道定位试验，研究了不同耕作方式对土壤有机碳、土壤微生物量、土壤酶活性在0—90 cm 土层的分布特征及不同年份产量的变化，探讨了固定道保护性耕作的固碳过程，为优化中国西北干旱区的耕作方式提供理论依据。试验包括固定道垄作(PRB)、垄作沟灌（FRB）、固定道平作(ZT)与传统耕作(CT)四种耕作模式下的土壤有机碳土壤总有机碳(TOC)、颗粒有机碳(POC)、土壤微生物量碳(MBC)、土壤微生物量氮(MBN)、土壤微生物量磷（MBP)、蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶及小麦产量进行了测定和分析。研究结果表明：在0—90 cm土层，不同耕作方式下的TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性均随着土层的增加呈下降趋势，过氧化氢酶活性呈先下降后增大的分布特征；在0—60 cm，固定道保护性耕作能够显著增加心土层(0—60 cm)作物生长带土壤有机碳储量，有机碳储量大小为PRB>ZT> CT；PRB、ZT较CT可以显著增加0—10 cm作物生长带TOC、POC、MBC、MBN、MBP含量、蔗糖酶、脲酶活性，其大小为PRB>ZT >CT；与CT相比，0~10 cm土层中PRB、ZT和FRB处理TOC含量分别增加11.1%-24.8%、9.1%-18.7%和7.8%-8.2%，POC含量分别增加24.1%-26.5%、17.3%-18.7%和-8.2%-10.8%，MBC含量分别增加20.5%-28.3%、10.4%-15.2%和3.5%-3.7%。PRB能显著增加土壤POC分配比例，改变有机碳积累程度。耕作方式对过氧化氢酶活性影响不显著；TOC、POC、MBC、MBN、MBP、蔗糖酶活性、脲酶活性、过氧化氢酶活性之间均达到了显著或极显著相关；在耕作面积减少30%的情况下，PRB与ZT、CT相比，具有稳产、增产作用，以PRB增产效果最为明显，与CT、ZT相比平均增产8.2%、8.7%。