西南“旱三熟”區不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體及固碳潛力的影響

張賽，王龍昌，杜娟，趙琳璐，陳嬌，石超，黃召存，熊瑛，賈會娟

(西南大學農學與生物科技學院，三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，南方山地農業教育部工程研究中心，重慶 400716)

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西南“旱三熟”區不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體及固碳潛力的影響

張賽，王龍昌*，杜娟，趙琳璐，陳嬌，石超，黃召存，熊瑛，賈會娟

(西南大學農學與生物科技學院，三峽庫區生態環境教育部重點實驗室，南方山地農業教育部工程研究中心，重慶 400716)

摘要：為了探討西南“旱三熟”(小麥/玉米/大豆)套作種植模式下農田土壤團聚體的分布特征及有機碳含量變化情況，進而估算該模式下的土壤固碳潛力，在重慶北碚西南大學試驗農場對傳統耕作(traditional tillage，T)和傳統耕作+秸稈覆蓋(traditional tillage+straw mulching，TS)2種處理下的土壤團聚體進行篩分和測定。結果表明，3種作物種植下的>2 mm粒徑與2~0.25 mm粒徑團聚體含量此消彼長，存在顯著的負相關關系(r=-0.985，P<0.05)。土壤團聚體結構對不同作物的響應不同，水穩性大團聚體(>0.25 mm粒徑)含量在小麥和大豆種植后高達90%左右，玉米種植后約為80%，說明種植玉米有利于土壤水穩性微團聚體的形成。2~0.25 mm粒徑團聚體的有機碳含量最高，而水穩性微團聚體的兩個粒徑團聚體有機碳含量相差不大，有機碳含量在團聚體中的分布規律不受種植作物和耕作方式的影響。秸稈覆蓋顯著提高了0~5 cm和5~10 cm土層的本土及各個粒徑中的有機碳含量，且5~10 cm土層團聚體有機碳受秸稈覆蓋的影響較大。通過估算固碳潛力發現，玉米條帶的土壤固碳潛力顯著大于小麥-大豆條帶，在耕作處理保持一致的情況下，土壤團聚體有機碳含量對農作物的響應不同。因此，在西南“旱三熟”地區，農田土壤團聚體分布特征和不同粒徑有機碳含量受到耕作措施和種植作物的雙重影響，土壤固碳潛力主要由水穩性大團聚體的固碳能力決定，水穩性大團聚體更易受到耕作措施和種植作物的影響，在實踐中通過秸稈還田提高土壤固碳外，合理安排農作物也有助于提高土壤的固碳能力。

關鍵詞：“旱三熟”； 秸稈覆蓋；土壤團聚體；土壤有機碳；固碳潛力

小麥(Triticumaestivum)/玉米(Zeamays)/大豆(Glycinemax)套作模式作為中國南方近幾年發展的一種旱地新型高效多熟套作模式，有效實現了土地的用養結合和養分互補[1]，但對于該模式下土壤團聚體特征研究較少。土壤團聚體是土壤結構的基本單元，是土壤中物質循環和能量流動的場所，其數量和質量直接影響土壤肥力和質量[2]。生物及其有機體有利于土壤結構的形成，同時土壤結構對土壤有機碳的變化也有較大的調控作用[3]。在全球氣候變化的背景下，開展不同種植模式下的土壤固碳減排的相關研究顯得越來越重要，因為表土中將近90%的土壤有機碳位于團聚體內[4]，主要發生在土壤表層的農業生產活動時時刻刻影響著土壤團聚體有機碳的形成和轉化。土壤團聚體中的有機碳含量是土壤有機碳平衡和礦化速率的微觀表現，在土壤肥力和土壤碳匯中具有雙重意義[5]，對保障糧食安全和減緩溫室效應帶來長遠的影響。近幾十年來，國內外土壤研究者對土壤團聚體的形成機制、影響因素及其與農業管理措施之間的關系做了大量研究[6-7]。有研究表明作物類型和根系屬性在不同程度上影響土壤團聚體的形成[8-9]。近20年，有關土壤團聚體和有機碳之間的相互關系的研究不斷加強[10]。土壤團聚體的物理保護導致的生物與有機碳空間隔離是土壤有機碳的主要穩定機制之一，不同粒徑團聚體的有機碳含量不同并且存在不同的碳飽和值[11]。在西南旱三熟地區不同作物是如何影響土壤團聚體的結構和質量，從而影響土壤有機碳含量？本研究以西南紫色土丘陵區小麥/玉米/大豆三熟復種輪作模式為研究對象，從作物類型和耕作措施2個角度分析團聚體的組成結構、分布特征及有機碳含量，探討不同作物在傳統耕作與秸稈覆蓋下對旱作農田土壤團聚體的影響，估算本土(未分級)和各粒徑團聚體土壤的固碳潛力，為該模式下土壤固碳減排提供理論基礎和參考價值。

1材料與方法

1.1試驗區概況

試驗地位于重慶市北碚區西南大學教學實驗農場，29°51′ N，106°27′ E，海拔244 m，屬亞熱帶季風濕潤氣候，年均太陽總輻射量87108 kJ/cm2，年均總日照時數1276.7 h，多年平均氣溫18℃，≥10℃年積溫5979.5℃，夏季最高氣溫達40℃左右，無霜期達359 d，多年平均降雨量1133.7 mm，春、夏、秋、冬降雨量分別為全年的25%，41%，28%，6%，年蒸發量1181.1 mm，伏旱發生頻率達93%。試驗地土壤為旱地紫色土，坡度較緩，地力相對均勻。試驗前按五點法取0~20 cm土層土樣進行土壤基本理化性質分析，其中土壤容重1.21 g/cm3，pH值為6.47，土壤有機質28.00 g/kg，全氮1.68 g/kg，全磷1.46 g/kg，全鉀34.54 g/kg，速效磷18.13 mg/kg，速效鉀270.23 mg/kg，堿解氮35.23 mg/kg。試驗地于2007年開始進行保護性耕作研究，每年的耕作處理保持一致，但作物套作模式不同，最初的3年分別采用“小麥/玉米/紅薯(Pachyrhizuserosus)”、“馬鈴薯(Solanumtuberosum)/玉米/甘薯(Dioscoreaesculenta)”套作模式，從2010年開始采用“小麥/玉米/大豆”套作模式。

1.2試驗設計

試驗設置2個處理，傳統耕作(traditional tillage，T)和傳統耕作+秸稈覆蓋(traditional tillage+straw mulching，TS)。TS具體操作為在傳統耕作下分別于小麥和玉米收獲后將其秸稈人工截成10 cm左右，整個試驗期均勻覆蓋于小區內，每小區覆蓋秸稈42.7 kg(折合24000 kg/hm2)。每個小區的面積為8.0 m×3.6 m，均分四廂，每廂兩個條帶。田間管理措施同常規。供試作物小麥為糯麥一號，播種量90 kg/hm2，玉米為西單一號，移栽密度88933 株/hm2，大豆為渝豆一號，播種量115 kg/hm2。小麥采取撬窩點播，每條帶3行，每行17窩，各處理均施過磷酸鈣390 kg/hm2(含P2O514%)、尿素152 kg/hm2(含N 46.67%，全文同)，作為基肥在播種的同時施入。玉米生育期各處理均施復合肥148 kg/hm2(含N 30%、P2O55%、K2O 5%，全文同)，尿素74 kg/hm2，作為基肥在移栽玉米時施入。玉米采用育苗移栽，每條帶兩行，每行8窩，每窩2株，總計每小區128株。大豆實行撬窩點播，每條帶3行，每行12窩，各處理均施復合肥300 kg/hm2。

“小麥/玉米/大豆”三熟復種輪作模式周期為1年：小麥11月中旬種植，5月中旬收獲；玉米3月下旬育苗4月初移栽，8月初收獲；大豆5月中旬種植，10月下旬收獲。其中大豆播種在原先種植小麥的條帶，該條帶被命名為小麥-大豆條帶，簡稱w-s條帶。種植玉米的條帶在玉米移栽前和收獲后均空閑，被命名為空地-玉米-空地條帶，簡稱k-c-k條帶。本研究先按照小麥、玉米、大豆3種作物分析土壤團聚體及有機碳含量對不同作物的響應，再從整體上以w-s條帶和k-c-k條帶分析傳統耕作和傳統耕作+秸稈覆蓋不同耕作方式下土壤團聚體及有機碳的年際變化量并估算土壤固碳潛力。試驗時間為2012-04-04到2013-04-25。

1.3樣品采集

按照五點法(即先確定對角線的中點為中心取樣點，再在對角線上選擇4個與中心點距離相等的點作為樣點)分別于小麥、玉米和大豆播種前和收獲后采集不同作物種植條帶0~5 cm、5~10 cm土層的土壤樣品，試驗結束后按照五點法采集0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm土層的土壤樣品，重復3次，總共81個土樣。在采集和運輸過程中盡量減少對土樣的擾動，以免破壞土壤團聚體結構。土樣帶回實驗室后按照自然裂痕輕輕掰成10~12 mm直徑的小樣塊，混勻，風干，室溫下保存。

1.4指標測定

團聚體分級采用濕篩法[12]。稱取100 g風干土樣置于鋁盒中，從邊緣緩緩加入10 mL去離子水后放在4℃冰箱中平衡過夜。將回濕后的土樣在去離子水中浸泡5 min，然后置于2，0.25和0.053 mm的套篩上，在水中手動振蕩2 min，幅度3 cm，振動過程中保證最頂部的篩子不能露出水面。振蕩后將留在各級篩子上的土壤無損的洗入鋁盒，60℃下烘干后稱重。其中>0.25 mm粒徑的團聚體為水穩性大團聚體，<0.25 mm粒徑的團聚體為水穩性微團聚體[13]。大團聚體結合態是相對不穩定的活性碳組分，而微團聚體屬于形成年代較老，性質較穩定的惰性碳組分[14]。土壤團聚體平均重量直徑(mean weight diameter，MWD)、幾何平均直徑(geometric mean diameter，GMD)、土壤團聚體有機碳貢獻的計算詳見參考文獻[10]。

將分級后的土樣按不同粒徑粉碎后過0.25 mm篩子，未分級的本土樣按照四分法粉碎過0.25 mm篩，用島津TOC分析儀測定本土和不同粒徑土壤團聚體的有機碳含量，后者乘以各自所占土壤百分比得出各團聚體碳含量。經測定本試驗地的土壤pH值低于6.5，偏酸性，無機碳含量忽略不計，全碳即為有機碳含量。

1.5數據分析

所有數據處理均在SPSS 13.0和Excel 2003中進行。

土壤固碳量估算公式[15]：土壤碳密度DSOC=SOC×BD×H×10

式中，DSOC為土壤碳密度(t C/hm2)；SOC為土壤有機碳含量(g C/kg)；BD為耕層土壤容重(g/cm3)；H為土層深度，取20 cm。

土壤固碳潛力=土壤碳庫的飽和水平-土壤碳密度

土壤碳庫的飽和水平采用王成己等[16]、鄭聚鋒等[17]的估算方法，即在現有的農田管理及耕作措施下土壤當前有機碳水平與秸稈還田的保護性耕作下有機碳的平均值的差距，認定是農田土壤固碳的理論飽和限。

團聚體質量分數為各粒徑土壤質量占總土壤質量的百分比。

有機碳貢獻=各粒徑土壤有機碳含量×相對應的質量分數/本土有機碳含量[6,18]

團聚體質量分數變化率=(年末團聚體質量分數-年初團聚體質量分數)/年初團聚體質量分數

土壤有機碳含量變化率=(年末土壤有機碳含量-年初土壤有機碳含量)/年初土壤有機碳含量

2結果與分析

2.1不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體結構和有機碳含量的影響

2.1.1不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體結構的影響從團聚體的質量分數來看，小麥、玉米和大豆種植后土壤團聚體結構發生了變化(圖1)。其中作為C3作物的小麥和大豆種植帶差異不大，在0~5 cm和5~10 cm土層表現出一致的規律：>2 mm團聚體質量分數在70%以上，2~0.25 mm團聚體質量分數均小于20%，其余粒徑下的團聚體質量分數在5%以下。而玉米縮小了各粒徑團聚體質量百分比的差距，從大到小粒徑(>2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和<0.053 mm)的團聚體質量分數依次為58.09%，24.62%，8.63%和8.67%。水穩性大團聚體(>0.25 mm粒徑)含量在小麥和大豆種植后高達90%左右，玉米種植后約為80%。顯著性檢驗結果顯示，水穩性大團聚體含量達到了顯著水平(P<0.05)，大小排序依次為小麥、大豆和玉米；小麥和大豆種植帶的土壤水穩性微團聚體含量差異不顯著，且顯著地低于玉米種植帶，因此種植玉米有利于土壤水穩性微團聚體的形成。>2 mm粒徑團聚體含量因傳統耕作和秸稈覆蓋不同處理而異，在小麥和大豆條帶秸稈覆蓋減少了>2 mm粒徑的團聚體含量。說明耕作處理對土壤團聚體的影響還受到作物的影響。通過相關分析， >2 mm粒徑與2~0.25 mm粒徑的團聚體含量此消彼長，存在顯著的負相關關系(r=-0.991，P<0.05)，從圖2可以看出3種作物的水穩性大團聚體之間呈線性函數關系。

圖1　土壤團聚體不同粒徑的質量分數對農作物和耕作措施的響應Fig.1　Response of soil aggregate mass fraction in different particle size of crops and tillage measures　不同字母表示作物間差異顯著(P<0.05)。The different lowercase letters mean significant difference among crops (P<0.05).

2.1.2不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體碳含量的影響從團聚體有機碳含量角度分析，秸稈覆蓋顯著提高了土壤0~5 cm和5~10 cm土層的土壤本土及各個粒徑中的有機碳含量(表1)。土壤本土和不同粒徑有機碳表現一致的土壤表聚現象，0~5 cm土層中的有機碳含量均高于5~10 cm土層。在2個處理下本土有機碳含量在0~5 cm土層達到了顯著性差異(P<0.05)，大小排序依次為玉米、小麥和大豆，而在5~10 cm土層秸稈覆蓋處理仍然呈現類似的規律，傳統耕作處理下3種作物種植帶土壤本土有機碳含量差異不顯著。團聚體分級后各粒徑團聚體有機碳含量大小排序依然為玉米、小麥和大豆。因>2 mm粒徑的團聚體質量分數最高，故本土有機碳含量與>2 mm粒徑團聚體有機碳含量接近，該粒徑團聚體的有機碳貢獻最大。2~0.25 mm粒徑團聚體的有機碳含量最高，而水穩性微團聚體的兩個粒徑團聚體有機碳含量相差不大。說明有機碳含量在團聚體中的分布規律不受種植作物和耕作方式的影響。玉米帶土壤有機碳含量和不同粒徑團聚體有機碳含量均顯著高于小麥帶和大豆帶，這可能跟玉米根系生物量較大有關。

圖2　>2 mm與2~0.25 mm土壤團聚體粒徑含量的關系Fig.2　Relationship of the content of soil water-stableaggregates in >2 mm and 2-0.25 mm

表1　土壤團聚體有機碳含量對農作物和耕作措施的響應

注：同列不同字母表示作物間差異顯著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters in same column mean significant difference among crops (P<0.05).

綜上分析，土壤團聚體結構與碳含量分別受到了作物類型、耕作措施和土層的多重影響，表2列出了三因素方差分析的結果。從中不難看出，作物類型對土壤團聚體平均重量直徑、幾何平均直徑以及本土和各粒徑團聚體碳含量的影響均達到了顯著水平，除了GMD外耕作措施對其余指標的影響也達到了顯著水平，土層對>2 mm的大團聚體和<0.053 mm的小團聚體的影響不顯著。>2 mm的大團聚體不受3個因素的交互影響，只受到作物類型和耕作措施的單方面影響。說明不同作物和秸稈覆蓋同時影響了土壤團聚體的結構和碳含量，而兩個因素的交互作用對>2 mm的團聚體沒有影響。

本研究中傳統耕作下本土有機碳變化量(y)與2~0.25 mm的團聚體有機碳變化量(x)存在顯著的正相關關系，r=0.982，P<0.05。曲線擬合表現為線性關系，方程式為y=0.865x-1.162(R2=0.964，P<0.05，n=8)，說明了在目前的種植模式下傳統耕作中的土壤有機碳還有很大的增長潛力，其團聚體有機碳暫時不受本土有機碳含量的增長限制。但是在秸稈覆蓋處理下二者表現為拋物線函數關系(y=-1.979x2+1.259x+1.605，R2=1.000，P<0.01，n=8)。

2.2不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體年際變化的影響

2.2.1土壤團聚體分布特征經過一年的不同耕作方式處理后，w-s條帶和k-c-k條帶土壤團聚體結構的變化見圖3。在w-s條帶(圖3A)，>2 mm粒徑團聚體含量增加，其他粒徑團聚體均減少，且增減幅度只在0~5 cm土層表現一致性，不同處理的影響不顯著。在k-c-k條帶(圖3B)，秸稈覆蓋顯著增加了0~5 cm土層>2 mm粒徑團聚體，但是表層水穩性大團聚體卻減少。在5~10 cm土層，秸稈覆蓋增加了水穩性大團聚體的含量。

表2　作物類型、耕作措施和土層對土壤團聚體結構及碳含量的三因素方差分析

C:作物類型 Crops;T:耕作措施Treatments;S:土層Soil layer.

圖3　土壤團聚體質量分數變化率Fig.3　Change rate of soil aggregate mass fractionA：小麥-大豆條帶(w-s條帶) Wheat-soybean belt，B：空地-玉米-空地條帶(k-c-k條帶) Bare space-corn-bare space belt.下同 The same below.

2.2.2土壤團聚體有機碳含量變化土壤本土和團聚體有機碳含量的變化見圖4。在w-s條帶(圖4A)，本土有機碳含量的變化率均為正值，說明傳統耕作和秸稈覆蓋有助于本土有機碳含量的增加。與對照相比，秸稈覆蓋顯著增加了水穩性大團聚體有機碳含量，且增加了各土層本土及不同粒徑的土壤有機碳含量，對5~10 cm土層有機碳增加幅度略大。表明5~10 cm土層團聚體有機碳受秸稈覆蓋的影響較大。在k-c-k條帶(圖4B)，與w-s條帶相似，秸稈覆蓋亦有助于增加水穩性大團聚體有機碳含量。但是本土有機碳含量僅在秸稈覆蓋的0~5 cm土層增加，其余均減少。與對照相比，秸稈覆蓋可以減輕土壤本土有機碳和不同粒徑有機碳含量降低的趨勢。結果表明在耕作處理保持一致的情況下，土壤團聚體有機碳變化對農作物的響應不同。

傳統耕作方式下土壤有機碳含量發生了較大幅度的變化(不同條帶趨勢相反)，土壤有機碳含量增加是因為此時土壤有機碳未達到飽和狀態，而傳統耕作方式之所以增加了土壤有機碳，是因為作物收獲后殘留的根系等有機質增加了土壤中碳的輸入，土壤有機碳表現出較明顯的增長，特別是5~10 cm土層，增加了10%左右，正是5~10 cm處的作物根系量最多導致；秸稈覆蓋下土壤有機碳含量年初的基數較高，其變化幅度沒有傳統耕作下的明顯。傳統耕作方式下小麥-大豆條帶和玉米條帶土壤有機碳含量變化趨勢相反，可能是因為在長期的不同作物種植下，不同條帶的土壤固碳現狀和固碳潛力不一致，小麥-大豆條帶每年耕作2次，玉米條帶只耕作1次，玉米條帶因為較少的耕作可能更早地表現出土壤碳飽和。

圖4　土壤團聚體有機碳含量變化率Fig.4　Change rate of soil aggregate organic carbon content

2.3不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體碳飽和值的影響

圖5　土壤本土及不同粒徑團聚體的固碳潛力Fig.5　The potential of soil carbon sequestration of initialsoil and aggregates with different particle sizes

假設秸稈還田的保護性耕作是固定和穩定農田土壤有機碳的最優方式[19]，初步估算農田土壤固碳的理論飽和限值，即秸稈覆蓋與傳統耕作下有機碳儲量的差值。從圖5中可以看出k-c-k條帶的土壤固碳潛力顯著大于w-s條帶，w-s條帶中本土有機碳儲量在2631.27 t C/hm2的現有基礎上還有341.96 t C/hm2的增加空間，而k-c-k條帶中本土有機碳固碳現狀為2427.37 t C/hm2，固碳潛力高達852.98 t C/hm2。結果表明通過秸稈還田提高土壤固碳潛力外，合理安排農作物也有助于提高土壤的固碳能力。土壤固碳潛力主要由水穩性大團聚體的固碳能力決定，圖5顯示，>0.25 mm粒徑團聚體有機碳儲量還有大約一倍的上升空間，因此水穩性大團聚體更易受到耕作措施和種植作物的影響，水穩性大團聚體的有機碳活性較大，更新周期較短。

3討論

3.1土壤團聚體結構的影響因素

以往研究表明，保護性耕作措施有利于恢復土壤表層的結構穩定，增加水穩性大團聚體及其結構穩定性，改善土壤結構[19]，頻繁的耕作使大團聚體的下降最為明顯[20]。最近有研究認為單獨的耕作和不足量秸稈殘留不會影響土壤有機碳含量，少耕亦沒有提高土壤團聚體碳的物理保護能力[21]。本研究中耕作措施對土壤團聚體的影響顯著，秸稈覆蓋顯著增加了水穩性大團聚體有機碳含量，且增加了各土層本土及不同粒徑的土壤有機碳含量，其中5~10 cm土層團聚體有機碳受秸稈覆蓋的影響較大，說明足量的秸稈覆蓋在保護性耕作中是有利于土壤團聚體有機碳含量增加的。

水穩性大團聚體含量在3種作物中的大小排序依次為小麥、大豆和玉米；小麥和大豆種植帶的土壤水穩性微團聚體含量顯著地低于玉米種植帶，所以說種植玉米有利于土壤水穩性微團聚體的形成。這跟以往的研究結論一致，作物類型和根系屬性在不同程度上影響土壤團聚體的形成[8-9,22]，不同作物根系分泌物組成和根際微生物的種類不同導致其對土壤水穩性團聚體穩定性的效果不同[23]。

根據團聚體胚胎發育模型，將團聚體分為兩個等級，其中>0.25 mm粒徑的團聚體為水穩性大團聚體，<0.25 mm粒徑的團聚體為水穩性微團聚體。大團聚體結合態是相對不穩定的活性碳組分，而微團聚體屬于形成年代較老，性質較穩定的惰性碳組分。本研究初步分析表明，在西南紫色土丘陵地區小麥、玉米和大豆對土壤團聚體穩定的影響不同，種植玉米增強了土壤團聚體碳的穩定性。而在土壤團聚體年際變化分析中，秸稈覆蓋增加了玉米條帶在5~10 cm土層水穩性大團聚體的含量，大團聚體是形成微團聚體的前提，說明秸稈覆蓋措施有助于土壤團聚體結構的穩定性。

3.2土壤團聚體對土壤有機碳的影響

研究認為有機碳的團聚體物理保護在有機碳積累中有重要的意義[24]，團聚體保護能力或容量是土壤固碳的自然潛力的物理基礎[25]。免耕相比傳統耕作來說增強了土壤團聚體的物理保護碳含量[26]，且免耕與高輸入的作物種植系統相結合時更有利于土壤固碳，前者降低了土壤有機碳的礦化作用，后者主要從土壤碳的輸入角度提高了土壤碳含量[27]。本研究中玉米種植帶比小麥-大豆種植帶具有更高的輸入，玉米帶土壤碳明顯高于小麥-大豆帶。有學者在對水稻土的研究中發現新碳主要分配在2~0.2 mm粗團聚體中，且團聚體的保護作用存在飽和限，團聚體保護的碳不會隨著本土碳含量的增加而持續增加[28]。本研究中傳統耕作下本土有機碳變化量與2~0.25 mm的團聚體有機碳變化量存在顯著的正相關關系，曲線擬合表現為線性關系，說明了在目前的種植模式下傳統耕作中的土壤有機碳還有很大的增長潛力，其團聚體有機碳暫時不受本土有機碳含量的增長限制。但是在秸稈覆蓋處理下二者表現為拋物線函數關系，進一步驗證了團聚體碳含量存在理論飽和限值。

4結論

在西南“旱三熟”種植模式下，不同農作物對土壤團聚體的分布特征影響不同，小麥、大豆種植帶的土壤水穩性大團聚體含量達90%以上，而玉米帶只有80%，且玉米種植帶的土壤不同粒徑團聚體含量差距明顯小于小麥和大豆種植帶，說明種植玉米有利于土壤水穩性微團聚體的形成，進而促進土壤有機碳的穩定。2~0.25 mm粒徑團聚體的有機碳含量最高，而水穩性微團聚體的兩個粒徑團聚體有機碳含量相差不大，有機碳含量在團聚體中的分布規律不受種植作物和耕作方式的影響。秸稈覆蓋顯著提高了0~5 cm和5~10 cm土層的本土及各個粒徑中的有機碳含量，且5~10 cm土層團聚體有機碳受秸稈覆蓋的影響較大。土壤固碳潛力的估算結果表明玉米條帶的固碳潛力顯著高于小麥-大豆條帶，充分說明了土壤固碳潛力受到耕作措施和作物類型的雙重影響。因此，在西南“旱三熟”地區，除了加大秸稈覆蓋面積提高土壤固碳外，將玉米納入到種植模式中將有利于土壤的固碳作用。

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*Effects of different crops and straw mulching on soil aggregate and carbon sequestration potential in the dryland, triple cropping systems of Southwest China

ZHANG Sai, WANG Long-Chang*, DU Juan, ZHAO Lin-Lu, CHEN Jiao, SHI Chao, HUANG Zhao-Cun, XIONG Ying, JIA Hui-Juan

CollegeofAgronomyandBiotechnology,SouthwestUniversity,KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,MinistryofEducation,EngineeringResearchCenterofSouthUplandAgriculture,MinistryofEducation,Chongqing400716,China

Abstract:A study has been undertaken in experimental field sat Southwest University in Beibei, Chongqing, in order to explore changes in soil aggregate distribution and organic carbon content, and to estimate soil carbonsequestration potential, in southwest China farmland that uses the triple cropping system (wheat/corn/soybean). There were two treatments: traditional tillage (T) and T plus straw mulching (TS). There was a significantly negative correlation between >2 mm and 2-0.25 mm aggregate contents (r=0.985,P<0.05) during the planting periods of the three crops. The responses of soil aggregates to the different crops varied. In the wheat and soybean belts, the content of water-stable aggregates (>0.25 mm) was as high as 90% of total soil, while it was approximately 80% in the corn belt, indicating that corn performance was beneficial to the formation of soil water-stable micro-aggregates. Straw mulching significantly increased soil organic carbon content and particle size at the 0-5 cm and 5-10 cm soil layers. Increases in organic carbon content at the 5-10 cm soil layer were especially notable. Soil carbon sequestration potential was greater in the corn than in the wheat and soybean belts. The study shows that the distribution of soil aggregates and of organic carbon content in soil particles with different sizes were influenced by both tillage measures and crops. In conclusion, the selection of crops and straw mulching will play important roles in promoting soil carbon sequestration in the dryland, triple cropping systems of southwest China.

Key words:triple cropping in dryland; straw mulching; soil aggregate; soil organic carbon; soil carbon sequestration potential

*通信作者Corresponding author. E-mail:wanglc2003@163.com

作者簡介：張賽(1987-)，女，山西運城人，博士。E-mail:532875132@qq.com

基金項目：國家自然科學基金(31271673)和公益性行業(農業)科研專項(201503127)資助。

*收稿日期：2015-05-28；改回日期：2015-08-24

DOI：10.11686/cyxb2015272

http://cyxb.lzu.edu.cn

張賽，王龍昌，杜娟，趙琳璐，陳嬌，石超，黃召存，熊瑛，賈會娟. 西南“旱三熟”區不同作物和秸稈覆蓋對土壤團聚體及固碳潛力的影響. 草業學報, 2016, 25(1): 98-107.

ZHANG Sai, WANG Long-Chang, DU Juan, ZHAO Lin-Lu, CHEN Jiao, SHI Chao, HUANG Zhao-Cun, XIONG Ying, JIA Hui-Juan. Effects of different crops and straw mulching on soil aggregate and carbon sequestration potential in the dryland, triple cropping systems of Southwest China. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(1): 98-107.