秸秆还田对黑土不同活性有机碳库储量和稳定性的影响机制

秸秆还田作为农田生态系统中增汇减排和土壤培肥的重要措施受到国内外的广泛关注。然而，秸秆还田对土壤有机碳库储量和稳定性的影响及其机制依然存在很大不确定性，针对黑土农田生态系统的研究更是缺乏。本项目以东北黑土为研究对象，采用长期定位试验和室内培养实验相结合的方法，结合土壤团聚体分组、密度分组和13C稳定同位素质谱技术，研究：长期秸秆还田后土壤不同活性有机碳库储量和稳定性特征的变化；秸秆来源碳在土壤不同活性有机碳库中的分配和迁移规律；秸秆添加对土壤不同活性有机碳库周转周期的影响；秸秆添加对土壤旧有机碳分解的激发效应。本项目旨在阐明秸秆还田条件下黑土不同活性有机碳库的积累、周转和损失规律，揭示秸秆还田对黑土不同活性有机碳库储量和稳定性的影响机制，为准确评估在秸秆还田条件下黑土农田生态系统土壤的长期固碳潜力提供基础数据和理论支持。

秸秆还田是农田生态系统中影响土壤碳储量最为深刻的农业措施之一。作物秸秆等外源碳输入的增加能够促进或抑制土壤微生物对土壤有机碳的分解，从而改变土壤碳储量及其固碳潜力。. 整个玉米生长季中，在化肥配施低量（NPK+MS1）和高量（NPK+MS2）秸秆的处理下，土壤CO2的最大排放通量分别为527±83和507±8 mg CO2 m-2 h-1，高于其它处理。此外，不施肥处理的CO2排放通量要低于其它的处理，NPK+MS1和NPK+MS2的土壤CO2平均排放通量分别为271±16和272±22 mg CO2 m-2 h-1， 2个秸秆还田处理比对照处理分别高26和27%。而单施化肥处理并没有显著改变土壤CO2平均排放通量。土壤温度和土壤含水量可以共同解释土壤CO2排放通季节变化的50-88%。研究认为，秸秆还田对土壤有机质矿化CO2释放具有重要影响，但秸秆还田量对于土壤CO2排放的影响有限。. 秸秆的类型（质量）和还田方式（秸秆覆盖、翻耕还田）对CO2排放具有显著的影响。利用室内培养实验，研究了大豆秸秆比玉米秸秆覆盖于土壤表面和与土壤均匀混合时的CO2排放情况。研究发现，玉米秸秆处理的土壤有机碳矿化显著低于大豆秸秆处理的土壤。当大豆和玉米秸秆混合后在土壤中分解时，二者对CO2排放的贡献具有加和作用。另外，无论是大豆还是玉米秸秆，覆盖于土壤表面时CO2的排放量均比与土壤均匀混合时排放的多。秸秆类型以及添加方式（位置）均对培养期土壤累积矿化量没有交互影响，说明秸秆还田方式对黑土土壤有机碳矿化的影响不受秸秆类型的影响。研究建议，我们在秸秆还田时选择具有较低氮浓度和高C/N比的秸秆，并且选择翻耕入土的还田方式而不是覆盖于土壤表明，这不仅降低了氮素损失的风险，而且也可减少碳排放。. 外源碳输入（玉米秸秆、葡萄糖）可促进碳矿化，其影响取决于土壤初始有机碳水平，而土壤有机碳水平和碳输入对碳矿化的平均温度敏感性指数又没有显著影响，但是它们对有机质活性组分的温度敏感性有显著影响。另外，对于惰性有机质和活性有机质矿化的温度敏感性大小关系取决于土壤初始有机碳含量。结果显示，黑土有机碳矿化对温度变化和碳输入的响应取决于土壤初始碳水平。该研究结果强调了土壤有机质水平对于研究大气二氧化碳升高和暖化背景下碳输入增加对土壤碳矿化的影响具有重要意义。