東北地理所在長期秸稈還田影響黑土有機質(zhì)含量及化學(xué)組成方面取得進展
對于高強度利用的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，秸稈還田被認為是提升土壤有機碳、改善土壤肥力的有效措施。基于全球數(shù)據(jù)的Meta分析表明，連續(xù)12年的秸稈還田后土壤有機碳將達到飽和狀態(tài)，因此，要揭示連續(xù)秸稈還田條件下土壤有機碳的動態(tài)變化規(guī)律，需開展長期的田間動態(tài)觀測。
黑龍江海倫農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站（以下簡稱“海倫站”）研究人員以海倫站長期監(jiān)測樣地為研究平臺，通過長期連續(xù)監(jiān)測，揭示了玉米-大豆輪作條件下，長期秸稈還田（15年）期間黑土農(nóng)田土壤有機碳含量、13C同位素自然豐度，以及土壤有機質(zhì)化學(xué)組成的動態(tài)變化規(guī)律。研究結(jié)果顯示，在連續(xù)15年施用化肥和秸稈還田條件下，黑土有機碳含量提升了14.2%；不施肥、單施化肥和化肥+秸稈還田3個處理下，土壤有機碳的δ13C值均逐漸升高，且與玉米殘體的累計碳投入呈顯著正相關(guān)；秸稈還田處理顯著提高了土壤活性有機碳組分（包括微生物量碳、水溶性有機碳、輕組有機碳、易氧化有機碳和顆粒有機碳）的含量及其比例；傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析發(fā)現(xiàn)，隨著持續(xù)地秸稈還田，黑土農(nóng)田土壤有機質(zhì)脂族吸收峰的相對強度逐漸增強，而芳香族吸收峰的相對強度逐漸減弱。研究結(jié)果表明，玉米-大豆輪作制度下，黑土農(nóng)田玉米殘體對土壤有機碳的貢獻高于大豆殘體，長期秸稈還田不僅可提高黑土有機碳及其活性組分的含量，還會改變土壤有機質(zhì)的化學(xué)組成，導(dǎo)致其腐質(zhì)化程度逐漸降低。
圖1 土壤有機碳含量及其與累計碳投入的相關(guān)性
（NF：無肥、NPK：化肥、NPKS：化肥+秸稈還田，下同）
圖2 土壤有機碳的δ13C值以及δ13C值與累計玉米碳投入的相關(guān)性
圖3 土壤在2920, 1620, 1530 和1159 cm-1處的紅外光譜吸收峰面積
相關(guān)研究成果發(fā)表在土壤學(xué)Top期刊Soil & Tillage Research上, 海倫站郝翔翔高級工程師為第一作者，李祿軍和韓曉增研究員為共同通訊作者。研究得到國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院基礎(chǔ)前沿科學(xué)研究計劃從0到1原始創(chuàng)新項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目的資助。
論文信息：Xiangxiang Hao, Xiaozeng Han, Shouyu Wang, Lu-Jun Li. Dynamics and composition of soil organic carbon in response to 15 years of straw return in a Mollisol. Soil & Tillage Research, 2022, 215, 105221.
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