不同熟化措施对黑土母质发育的新成土壤有机碳库的影响

基于8年田间定位试验,采用土壤团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,将土壤有机质分为总粗颗粒有机质(活性碳库)、总细颗粒有机质(慢性碳库)和总粉黏粒(惰性碳库) 3个组分,探讨不同熟化措施对黑土母质发育而成的新成土壤总有机碳库及不同活性有机碳库的影响,为黑土严重侵蚀地区母质表露后土壤肥力的快速恢复提供依据。试验设置自然恢复(NatF)、苜蓿种植(Alfa)、无肥(F0C0)、化肥(F1C0)、低量有机肥与化肥配施(F1C1)、高量有机肥与化肥配施(F1C2)等6个熟化处理。结果表明:黑土母质经过8年不同熟化处理后,土壤总有机碳和各组分有机碳含量均显著提高;与NatF相比,有机肥与化肥配施(F1C2和F1C1)对土壤总有机碳的提升作用最为明显,增幅分别为60.7%和41.2%;Alfa其次,增幅18. 2%;F0C0或F1C0处理土壤总有机碳与NatF间无显著差异;F1C2和F1C1处理土壤3个组分有机碳含量均显著高于其他熟化处理,与F1C1相比,F1C2处理对各组分有机碳提升作用更为明显;与NatF相比,Alfa处理土壤有机碳的增加主要表现为粉黏粒结合有机碳的增加;F1C0和F0C0处理土壤总细颗粒有机质和总粉黏粒中有机碳与NatF间无显著差异,总粗颗粒有机质中有机碳含量低于NatF。研究表明,在米豆轮作和传统耕作体系下,农田生态系统高量有机物料投入配施化肥能够加速黑土母质的熟化进程,快速提高土壤中活性碳库和惰性碳库的容量,是严重退化黑土有机质快速提升的有效措施。     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

黑土团聚体结合碳对不同有机肥施用量的响应

以连续11年化肥配施不同剂量有机肥的黑土为研究对象,采用团聚体分组与闭蓄态微团聚体分离技术,研究土壤团聚体及其内部组分有机碳对不同有机肥施用量的响应,以期从团聚体尺度揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。试验设置4个处理:OM0,仅施化肥;OM1,低量有机肥(7.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM2,中量有机肥(15 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM3,高量有机肥(22.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥,各处理化肥用量相同。结果显示,与单施化肥相比,有机培肥处理土壤有机碳水平均有显著提升,低量、中量和高量有机肥处理分别提高了7.1%、12.4%和15.7%。有机培肥促进了土壤的团聚化作用,随着有机肥施用量的增加,250—2000μm团聚体含量增加,粉粘粒含量降低,土壤团聚体的稳定性增强,但与中量有机肥相比,高量有机肥输入对土壤团聚化的作用并不明显。有机培肥加速了土壤大团聚体的周转,大团聚体周转速率随着有机肥施用量的增加而加快。有机肥输入并未影响粉黏粒结合有机碳浓度,表明在无有机肥投入的传统管理措施下,黑土粉黏粒已接近或达到碳饱和水平。随着有机肥输入的增加,微团聚体有机碳小幅增加,大团聚体有机碳增加趋势明显,而当有机肥用量最大时,微团聚体有机碳无显著变化,仅大团聚体有机碳仍继续增加,表明高量有机肥投入下微团聚体有机碳库已达到饱和,而更多的新增碳流向大团聚体。对大团聚体内部组分解析发现,高量有机肥处理下大团聚体有机碳的增加主要归因于粗颗粒有机质的增加。这些结果表明,黑土团聚体对有机碳的固持存在由小到大的等级饱和机制,随着有机肥输入的增加,粉粘粒最先达到饱和,然后是微团聚体,而更多的新增碳向周转不断加速的大团聚体富集,固持在活性相对较强的有机碳库—粗颗粒有机质之中。