東北地理所在有機(jī)物料深混還田改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤酶活性方面取得進(jìn)展
有機(jī)物質(zhì)可以通過(guò)對(duì)土壤物理、化學(xué)和生物特性的積極影響，顯著改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳氮循環(huán)和土壤肥力。秸稈和有機(jī)肥作為常見(jiàn)的土壤改良劑，結(jié)合不同的耕作方式（常規(guī)耕作、輪作和深埋），對(duì)土壤養(yǎng)分有效性、土壤結(jié)構(gòu)和土壤微生物群落有顯著的改善效果。土壤酶活性是土壤微生物重要的指示性指標(biāo)。土壤結(jié)構(gòu)影響植物生長(zhǎng)所需的水分和養(yǎng)分供應(yīng)、物質(zhì)交換、氣體循環(huán)、微生物活動(dòng)和作物根系的延伸。土壤孔隙結(jié)構(gòu)可以通過(guò)影響微生物生存環(huán)境，進(jìn)而影響酶活性。然而，有機(jī)物料還田條件下，黑鈣土土壤孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)酶活性的影響尚不清楚。
東北地理所黑土保護(hù)與利用學(xué)科組研究人員在黑鈣土地區(qū)通過(guò)有機(jī)物料還田與耕作深度結(jié)合的定位試驗(yàn)，探究了有機(jī)物料類(lèi)型與還田深度對(duì)土壤孔隙結(jié)構(gòu)和土壤酶活性的影響，并分析了土壤結(jié)構(gòu)特征對(duì)微生物量和微生物活性的影響機(jī)制，旨在為改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)和微生物活性進(jìn)而增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳氮的固存提供科學(xué)的見(jiàn)解。
研究發(fā)現(xiàn)，（1）深翻耕作與有機(jī)物料相結(jié)合可以改變土壤孔隙結(jié)構(gòu)，與秸稈淺混和深混處理相比，秸稈+有機(jī)肥結(jié)合深翻耕作處理的土壤在大孔隙數(shù)量、孔隙度和分形維數(shù)上均有顯著增加，提高了0~35 cm土層土壤孔隙的復(fù)雜性和連通性；（2）土壤孔隙結(jié)構(gòu)的改善有利于養(yǎng)分固持，形成有利于微生物生長(zhǎng)的孔隙結(jié)構(gòu)，使微生物生物量增加3.57~46.01%，土壤碳和氮限制酶活性分別顯著提高了11.67~40.16%和8.81~21.43%（圖1，P < 0.05）；（3）結(jié)構(gòu)方程模型表明，有機(jī)物料還田有利于土壤孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育，并顯著提高土壤酶活性，進(jìn)而緩解了微生物氮限制（圖2和3），促進(jìn)作物生長(zhǎng)。因此，在黑鈣土區(qū)域，秸稈+有機(jī)肥結(jié)合深翻耕作是能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和微生物生存環(huán)境、促進(jìn)土壤碳氮固存的有效措施。
圖1. 土壤胞外酶活性對(duì)耕作和有機(jī)物料還田的響應(yīng)
圖2. 土壤性質(zhì)對(duì)酶活性的影響和微生物資源限制與土壤性質(zhì)的關(guān)系
圖3. 概念圖顯示不同有機(jī)物料還田條件下土壤酶活性和微生物養(yǎng)分資源限制對(duì)土壤性質(zhì)響應(yīng)的增加（紅色）和減少（藍(lán)色）
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國(guó)際期刊Journal of Environmental Management（JCR 1區(qū)Top）上。黑土保護(hù)與利用學(xué)科組科研助理劉春柱為論文第一作者，陳旭助理研究員和鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2022YFD1500105）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類(lèi)（XDA28070100）和財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）共同資助。
論文信息：
Liu Chunzhu,Han Xiaozeng,Lu Xinchun,Yan Jun,Chen Xu*,Zou Wenxiu*. Response of soil enzymatic activity to pore structure under inversion tillage with organic materials incorporation in a Haplic Chernozem. Journal of Environmental Management,2024,370,122421.
論文鏈接：
DOI 10.1016/j.jenvman.2024.122421
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