東北地理所在揭示長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)黑土有機(jī)碳周轉(zhuǎn)規(guī)律方面取得進(jìn)展--中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所

東北地理所在揭示長(zhǎng)期秸稈還田對(duì)黑土有機(jī)碳周轉(zhuǎn)規(guī)律方面取得進(jìn)展

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來(lái)源：海倫站 | 發(fā)布時(shí)間：2023-07-18 | 【大中小】

　　秸稈還田是提升農(nóng)田土壤有機(jī)質(zhì)的有效措施，一方面秸稈可為土壤提供新的外源碳，另一方面秸稈可為土壤微生物提供豐富的碳源和養(yǎng)分，促進(jìn)微生物大量繁殖，但由于秸稈較高的碳/氮比，微生物在分解利用秸稈的同時(shí)，會(huì)加速對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的分解，以獲取更多的氮。因此，秸稈還田會(huì)對(duì)土壤中新碳的形成和老碳的分解同時(shí)產(chǎn)生重要影響。

　　土壤有機(jī)碳（SOC）含量是由新碳形成和老碳分解之間的動(dòng)態(tài)平衡所決定的，只有同時(shí)掌握新碳和老碳的數(shù)量變化，才能充分理解SOC的周轉(zhuǎn)特征。目前有關(guān)秸稈還田對(duì)黑土SOC影響的研究主要集中在其數(shù)量的變化規(guī)律上，但對(duì)簡(jiǎn)單數(shù)量變化背后存在的“黑箱”，即對(duì)新、老有機(jī)碳變化特征的認(rèn)識(shí)還不夠充分。開(kāi)展這方面研究對(duì)估算黑土固碳潛力具有重要意義。

　　東北地理所研究人員基于中國(guó)科學(xué)院海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站17年長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，選取玉米連作下的土壤，利用13C穩(wěn)定性同位素技術(shù)，結(jié)合SOC物理分組方法，研究了連續(xù)秸稈還田條件下，游離態(tài)輕組、閉蓄態(tài)輕組和重組3種不同SOC組分中新、老碳的動(dòng)態(tài)周轉(zhuǎn)規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)肥和單施化肥處理下，外源碳輸入量少，老碳的損失均大于新碳的形成，即入不敷出，最終導(dǎo)致SOC含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而秸稈還田處理下，新碳形成速率高于老碳分解速率，導(dǎo)致SOC含量持續(xù)提升（圖1）。與無(wú)肥和單施化肥相比，秸稈還田配施化肥處理顯著提升了秸稈源新碳的比例，但秸稈還田處理外源碳的轉(zhuǎn)化率最低（圖2）。穩(wěn)定程度不同的SOC組分對(duì)秸稈還田的響應(yīng)存在著明顯差異，游離態(tài)輕組和閉蓄態(tài)輕組2種活性組分中老碳的分解速率在秸稈還田后得到緩解，而穩(wěn)定性組分重組中的老碳則會(huì)在秸稈還田后加速分解，“激發(fā)效應(yīng)”較強(qiáng)。秸稈還田促進(jìn)了穩(wěn)定性組分中老碳的分解，但有利于活性組分中老碳的保存。由于重組碳占SOC比例較高（86%以上），因此，從SOC整體來(lái)看，秸稈還田促進(jìn)了老碳的分解，但這掩蓋了不同SOC組分對(duì)外源碳輸入響應(yīng)的差異。總之，該研究從田間原位的角度驗(yàn)證了秸稈還田誘發(fā)的“激發(fā)效應(yīng)”在不同SOC組分中具有強(qiáng)弱之分，并從側(cè)面論證了對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分組研究的重要性。

　　圖1. 2003-2020年間不同施肥方式下土壤及其組分中新、老碳的儲(chǔ)量變化

　　注：NF-無(wú)肥，NPK-施化肥，NPKS-秸稈還田配施化肥，fLFOC-游離態(tài)輕組碳，oLFOC-閉蓄態(tài)輕組碳，HFOC-重組碳

　　圖2. 2003-2020年間不同施肥方式下外源碳在全土和有機(jī)碳組分中的轉(zhuǎn)化率

　　該研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學(xué)國(guó)際期刊《Agriculture, Ecosystems and Environment》上，海倫農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站高級(jí)工程師郝翔翔為第一作者，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)劃項(xiàng)目（2022YFD1500100, 2021YFD1500400）、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)（XDA28070100）以及財(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：Xiangxiang Hao, Xiaozeng Han, Cui Wang, Jun Yan, Xinchun Lu, Xu Chen,Wenxiu Zou*. Temporal dynamics of density separated soil organic carbon pools as revealed by δ13C changes under 17 years of straw return. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2023, doi: 10.1016/j.agee.2023.108656.

　　論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.agee.2023.108656

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