保护性耕作下农田黑土紧实度对碳固定的影响

Soil organic carbon (SOC) storage and turnover can be influenced by land use and agricultural managements. Resonable managements (such as conservation tillage) help to form good soil structure and to increase C accumulation. Under conservation tillage straw returning to soils increased the soil effective substrate, which might result in the changes in soil structure and soil compactness, and consequently affected SOC storage. This study was conducted on a long-term tillage field experiment establised in fall 2001 on black soils in Northeast China. Soil compactness and its effects on SOC under conservation tillage and conventional tillage are analyzed. Also, S index is used to evaluate the impact of effective substrates and soil compactness changes on SOC. The following question is expected to answer. How will SOC storage be changed when conservation tillage (such as no tillage) results in soil compactness change. The result will be helpful to better understand the physical mechanism of SOC sequestration,and provide the scientific proof for conservation tillage extending in black soils of Northeast China, promoting regional agricultural development and achieving a low carbon agriculture.

土壤有机碳储量及周转受到土地利用管理措施的影响，有效的土地利用管理方式（如保护性耕作）有利于形成良好的土壤结构,促进土壤储存更多的碳。保护性耕作可能会通过秸秆还田增加土壤有效底物来改变土壤结构和土壤紧实度，进而影响土壤有机碳储量。本研究拟以东北黑土为研究对象，对比分析保护性耕作和常规耕作方式下土壤紧实度变化及其对土壤有机碳的影响，结合S指数探讨不同耕作方式下土壤有效底物和土壤紧实度变化对土壤有机碳的影响，从土壤物理特性角度来研究保护性耕作（如免耕）能否通过改变土壤紧实度来改变土壤有机碳储量，进而探讨土壤有机碳的物理固定机制，为在黑土区推广保护性耕作、合理促进区域农业发展、实现低碳农业提供科学依据。

保护性耕作在改变土壤紧实度的同时影响着土壤有机碳（SOC）的储量及周转。为了确定土壤紧实度对碳固定的影响，本项目以吉林省德惠市中层典型黑土保护性耕作试验为研究区，结合田间定位试验和室内分析，通过测定保护性耕作和常规耕作方式下土壤紧实度、土壤CO2排放通量、土壤有机碳（SOC）矿化速率和SOC储量结合S指数，探讨了保护性耕作下土壤紧实程度对土壤固碳的影响。研究结果表明，耕作方式显著的影响了土壤容重、孔隙分布和硬度（p<0.05）。与秋翻相比，免耕和垄作增加了5-20 cm的土壤容重、减小了0-30 cm的次大孔隙（30-100 µm）和增加了2.5-17.5 cm的土壤硬度。垄作和秋翻下的土壤容重和孔隙分布具有明显的季节变化规律，土壤硬度受冻融作用影响较大。耕作方式未改变土壤CO2通量的季节性变化规律。免耕和垄作导致SOC含量表层（0-5 cm）增加，亚表层亏损；免耕和垄作下等深度和等质量SOC储量均大于秋翻；免耕和垄作处理的SOC矿化速率显著低于秋翻（p<0.05）。1.6 g/cm3 不宜作为SOC矿化速率减小的土壤容重临界值；次大孔隙与土壤CO2通量呈显著正相关，表明次大孔隙的变化决定着土壤CO2通量的变化方向。各土层内免耕和垄作土壤的S指数均介于土壤物理质量较好的范围（0.035<S<0.050）内，并且免耕和垄作处理下S指数的变化规律与不同耕作方式下SOC的固定情况相似，这说明S指数可以用来评价土壤紧实度对SOC固定的影响。免耕和垄作较秋翻增加土壤容重的同时降低了次大孔隙，这些变化在S指数的变化上有所体现。从土壤紧实度角度来看，次大孔隙比土壤容重更适合作为不同耕作方式下土壤紧实度对SOC影响的评价指标。本研究将有助于从土壤物理特性方面来评价保护性耕作对土壤有机碳固定的影响，为在黑土区推广保护性耕作和农田CO2减排提供理论依据。