保护性耕作下黑土团聚体在土壤固碳过程中的物理作用研究

不同的耕作方式或者使团聚体中的有机碳矿化分解，或在团聚体形成过程中将有机碳固定，从而引起土壤总有机碳的变化。保护性耕作较常规耕作可以增加土壤团聚作用，提高有机碳含量。然而，保护性耕作下不同土壤有机碳的变化是不同的，其在黑土上的长期效应尚未得到验证，土壤团聚体及其结构在土壤固碳过程中所起的作用尚不明晰。本项目拟以中层黑土上进行的保护性耕作长期定位试验为平台，研究保护性耕作对黑土有机碳及其组分的长期影响；系统探讨黑土团聚体的稳定性与周转，以及不同大小团聚体中有机碳的矿化特征，结合δ13C示踪技术与扫描电镜法，剖析保护性耕作下土壤团聚体周转及其稳定性与有机碳固定的关系以及新碳在团聚体中的去向，揭示团聚体在土壤固碳中所起的物理固碳作用。研究结果将证实在东北黑土上长期进行何种保护性耕作会增加土壤固碳，揭示保护性耕作下有机碳的固定机制，为保护性耕作在黑土区的大范围推广提供理论支持。

增加土壤有机碳（Soil organic carbon, SOC）固定不仅可以促进土壤肥力提高和农业持续发展，而且有利于降低土壤CO2释放，进而减缓温室效应。随着国际社会对农业土壤固定大气CO2的日益关注，不同耕作方式对SOC固定的影响以及SOC的固定机制问题成为该领域的研究重点。本论文以我国东北中层黑土上进行的保护性耕作定位试验为对象，研究了不同耕作方式下SOC的动态变化及其结构稳定性，探讨了各粒级团聚体在SOC固定中的作用，以期寻求促进我国东北黑土SOC 固定的最佳耕作方式，为农业土壤固碳机理研究提供参考。. 保护性耕作促进了供试黑土稳定土壤结构体的形成和大团聚体结合碳的增加，有利于土壤结构的改善，而且垄作（Ridge tillage, RT）的效果比免耕（No-tillage, NT）更明显。RT不仅提高了SOC活性，而且通过保护大团聚体内颗粒态有机碳（Particulate organic carbon, POC）和促进微团聚体形成进而促进了土壤SOC的增加。在质地粘重排水不良的黑土上RT较NT更有利于土壤肥力的改善，是使农田黑土由CO2“源”变为“汇”的有效农艺措施。. 免耕下培养期内各粒径团聚体累积有机碳矿化量高于常规耕作。两种耕作方式下团聚体矿化量均随粒径减小而降低。培养期内免耕土壤各粒径团聚体（尤其是大团聚体）结合碳比常规耕作更易矿化，无论是免耕还是常规耕作，压碎团聚体结合碳矿化量大于未压碎团聚体。说明免耕土壤团聚体结合碳较CT土壤更为活跃，好氧条件下SOC更易矿化损失。大团聚体结合碳较微团聚体更为稳定，当大团聚体破碎后有机碳因失去保护而矿化加剧。. 团聚体微形态的观测也反映出，保护性耕作明显改善了土壤团聚体的结构，增加了土壤的团聚度，提高了土壤质量。