半干旱风蚀区耕作过程对土壤团聚体中碳的迁移/释放的影响机制研究

To evaluate the effects of tillage systems on soil quality and function change in farmland located at semi-arid area where soil wind erosion are often taking place, we explore the relationship between soil aggregate anti-interference and carbon stability. Through field in-situ test, wind tunnel experiment and laboratory incubation. Researched on changes for antierodibility and carbon of aggregates from soil surface in different tillage treatments, comparing with multi-factor dynamic after wind erosion, to quantify the interaction effects of tillage and wind erosion on aggregates structure and stability. Combined with NMR spectra and modern molecular biology techniques, studied mechanism and process of the organic carbon migration in terms of aggregates change under tillage and wind erosion, explored the influence mechanism for soil organic carbon stability after aggregate structure, function and stability changed. Put forward the effective ways to control soil carbon cycle and provide theoretical basis and technological support for region farmland soil quality improvement and sustainable utilization. The results will enrich soil biogeochemical study in Minqin oasis.

探索半干旱风蚀区农田生态系统土壤团聚体抗干扰性与碳库稳定性之间的关系，是重新评价该区域耕作过程中农田土壤质量与功能变化的新切入点。本项目选择在风蚀严重的民勤绿洲农耕区，采用野外观测、风洞模拟与实验室分析相结合的方法，针对耕作过程中团聚体的抗蚀性和团聚体中有机碳变化进行深入研究，并根据单次风蚀事件中各种因子状态下的土壤风蚀动态过程，定量揭示风蚀和耕作对土壤团聚体结构和稳定性的交互作用机理，结合核磁共振波谱和现代分子生物学技术，研究团聚体结构变化过程中内部生物物理属性对有机碳迁移/释放的作用机制及过程，探究耕作和风蚀过程中团聚体结构、功能和稳定性变化对土壤有机碳稳定性的影响机制，提出调控该区域农田土壤碳循环的有效途径，为该地区耕地土壤质量提升和可持续利用提供理论依据和科技支撑，并为下一步研究该地区农田土壤生物地球化学循环过程奠定基础。

半干旱绿洲农业区长期耕作，加之风蚀作用，土壤团聚体稳定性较低（。保护性耕作有效的改善了土壤养分的固定和迁移，土壤团聚体形成、结构稳定以及土壤功能和植物生长。然而，关于绿洲区农田生态系统耕作过程中土壤团聚体结构、稳定性，团聚体中不同粒级有机碳的迁移或释放方面的研究不够全面，因此，无法对耕作过程中土壤碳库的动态变化、团聚体的贡献以及微生态机理做出科学的预测和解释。因此，本项目在民勤绿洲农业区开展了长期野外定位试验，设置了免耕（NT）、少耕（MT）、秋耕（FT）和传统耕作（ST）四种方式，探讨了不同耕作方式下根层（0-20 cm）土壤团聚体碳库分配特征及团聚体碳库与团聚体结构、团聚体内土壤酶活性、微生物群落结构的关系。研究表明，在经过长期免耕（NT）措施有效的提高了描述土壤团聚体稳定性的土壤平均重量直径（MWD），表明在半干旱绿洲农业区降低土壤扰动可有效增强土壤团聚体稳定性。同时，长期免耕措施也增加了地上作物根系生物量的稳定输入，一定程度上了保证了土壤养分的稳定供给，确保土壤功能的正常进行。此外，由于土壤团聚体不同粒级有机碳含量的差异，从而导致了团聚体不同粒级土壤细菌和真菌种类的存在显著差异，致使团聚体各粒级土壤微生物群落结构及胞外酶活性不同，间接的影响了团聚体的稳定性，以及土壤功能和植物生产力。因此，我们的研究表明在绿洲农业生态系统免耕等保护性耕作有效的改善了土壤功能，这将为绿洲农业区解释土壤碳循环过程和可持续农业提供一定的理论基础，丰富了该领域的相关理论和研究基础。