長期免耕對不同土層土壤結構與有機碳分布的影響

楊永輝 武繼承 丁晉利 張潔梅 潘曉瑩 何 方

(1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所， 鄭州 450002； 2.農業部作物高效用水原陽科學觀測站， 原陽 453514；3.鄭州師范學院地理與旅游學院， 鄭州 450044)

長期免耕對不同土層土壤結構與有機碳分布的影響

楊永輝1,2武繼承1,2丁晉利3張潔梅1,2潘曉瑩1,2何 方1,2

(1.河南省農業科學院植物營養與資源環境研究所， 鄭州 450002； 2.農業部作物高效用水原陽科學觀測站， 原陽 453514；3.鄭州師范學院地理與旅游學院， 鄭州 450044)

為探明長期翻耕與免耕條件下不同土層深度土壤結構穩定性及其有機碳分布特征，在長期定位試驗中分層(0～10 cm、10～20 cm、…、90～100 cm)采集免耕和常規耕作處理下混合土樣和原狀土樣進行土壤結構與有機碳的測定，結果表明：①隨著土層的加深，0.5～2.0 mm和大于2.0 mm粒級團聚體含量表現為逐漸降低的趨勢，而其他粒級團聚體含量呈增加趨勢。免耕更利于提高大粒級團聚體(>0.5 mm)的含量，且土壤結構的穩定性顯著提高，其作用深度在50 cm以上。②隨著土層的加深，土壤總有機碳和活性有機碳均表現為先增加后降低再趨于穩定的趨勢。免耕處理在0～80 cm土層的土壤總有機碳和活性有機碳均高于常規耕作處理。③隨著土層的加深，不同粒級團聚體總有機碳含量呈降低趨勢，大粒級團聚體中含有較高的有機碳。免耕更利于0～40 cm土層不同粒級團聚體總有機碳含量的提高。隨著土壤團聚體粒級的降低，土壤活性有機碳含量呈降低趨勢。與常規耕作相比，除0.053～0.250 mm粒級團聚體外，免耕提高了0～20 cm土層各粒級團聚體中活性有機碳含量。④隨著土層的加深，各粒級團聚體中有機碳對土壤總有機碳的貢獻率表現為先降低后增加再降低的趨勢。不同粒級團聚體中，大于2.0 mm和小于0.053 mm粒級團聚體有機碳貢獻率在0～100 cm土層均低于其他粒級團聚體。在0～20 cm、30～40 cm和90～100 cm土層，免耕處理各粒級團聚體有機碳累積貢獻率均高于常規耕作。

常規耕作； 免耕； 土壤結構； 土壤有機碳； 有機碳貢獻率

引言

土壤團聚狀況與有機碳含量可作為評價土壤肥力的綜合指標之一[1]，其維持著土壤的生態功能[2]。土壤團聚體作為土壤結構的基本單元，是土壤中各種養分的儲存庫，為土壤中微生物提供了生存環境[3]。

不同的耕作方式對土壤團聚體組成及有機碳的分布影響各異[4-5]，而土壤有機碳與團聚體關系密切[6]，土壤有機碳對土壤團聚體數量及大小分布等產生重要影響[7]，土壤有機碳含量的提高有助于土壤結構形成，增強土壤結構的穩定性[8-9]，穩定的團聚體對有機碳的物理保護可使土壤有機碳減緩或免受礦化分解[10-11]。一旦有機碳含量降低，團聚體的穩定性就會下降[12]，二者相互影響。頻繁的翻耕使土壤結構遭到破壞，土壤有機碳含量下降[13]，而免耕等保護性耕作因減少土壤擾動，降低了土壤有機碳的分解，能顯著提高耕層大團聚體的數量及其穩定性[14]，從而促進土壤有機碳的積累[15-16]和土壤固碳量的增加[17]。有關保護性耕作條件下土壤團聚體組成與有機碳含量的變化研究已很多。但以往研究多偏重于免耕與常規耕作輪耕、免耕與深松輪耕或免耕結合秸稈覆蓋等，且多偏重于耕層以上土層，研究對象多為土壤總有機碳，而對于土壤及不同粒級團聚體中的活性有機碳分布特征，長期耕作與長期持續免耕措施對0～100 cm土層土壤團粒結構、土壤有機碳與活性有機碳、不同粒級團聚體中有機碳與活性有機碳的分布特征及作用深度如何尚不清楚，需要深入研究以確定長期耕作與持續免耕對土壤結構及其有機碳組分和影響因素的作用程度。

本文擬通過研究豫西褐土區常規耕作與持續8 a免耕措施對不同土壤團聚體含量及其分布，土壤團聚體中有機碳組分含量與分布，及其對土壤總有機碳的貢獻率及土壤結構穩定性特征的影響，為闡明長期常規耕作與免耕對土壤剖面結構及有機碳組分的影響及其作用機理提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

試驗在河南省禹州試驗基地(113°03′～113°39′E，33°59′～34°24′N，海拔116.1 m)進行，該地多年平均降水量674.9 mm，其中60%以上降水集中在夏季；土壤類型為褐土，耕層有機質含量12.30 g/kg、全氮含量0.80 g/kg、水解氮含量47.82 mg/kg、速效磷含量6.66 mg/kg、速效鉀含量114.80 mg/kg。研究區為小麥-玉米輪作區。土壤機械組成為：砂粒(0.02～2 mm)占59.1%，粉粒(0.002～0.02 mm)占22.5%，黏粒(0～0.002 mm)占18.4%。

1.2 試驗設計

長期定位試驗于2006年10月中旬小麥播種時開始，耕作措施在每年小麥播種時實施，玉米均為免耕播種。于2014年10月12日在長期定位試驗中選取常規耕作(CK，耕作深度15 cm)和免耕(MG，小麥、玉米播種時均免耕)2個處理進行研究。即分別從定位試驗每個處理的3個重復小區中間位置分層采集0～10 cm、10～20 cm、…、90～100 cm原狀土(測定團粒結構及團聚體中的有機碳含量)及混合土壤樣品(測定土壤有機碳含量)，帶回室內進行分析。開始定位試驗時采用S點法在樣地采集0～100 cm土層混合土壤樣進行土壤總有機碳分析。

1.3 數據處理與分析

1.3.1團聚體分析方法

水穩性團聚體采用濕篩法，稱取風干土樣100 g，將其放置在孔徑2、0.25、0.053 mm組成的自動振蕩套篩的最上層，在室溫條件下用蒸餾水浸潤5 min后，以30次/min的速度和3 cm上下振幅振蕩5 min。篩分結束后，將每層篩上的團聚體沖洗到燒杯中，獲得大于2 mm、0.5～2.0 mm、0.25～0.50 mm 和0.053～0.250 mm的水穩性團聚體，0～0.053 mm團聚體在桶內沉降48 h，棄去上清液后轉移至燒杯中。將燒杯中的團聚體在60℃下干燥稱量。

團聚體對有機碳的貢獻率和某粒級團聚體含量為

(1)

(2)

式中ACC——團聚體對有機碳的貢獻率Caggregate——某粒級團聚體中有機碳含量Acontent——某粒級團聚體含量Csoil——土壤中總有機碳含量Aquality——某粒級團聚體質量Squality——土壤樣品總質量

1.3.2團聚體平均質量直徑和幾何平均直徑

(1)團聚體平均質量直徑(MMD)[18]

(3)

(2)團聚體幾何平均直徑(GMD)[19]

(4)

1.3.3分形維數

根據楊培嶺等[20]提出的土壤顆粒組成分形特征模型

(5)

1.3.4土壤總有機碳和活性有機碳測定

土壤總有機碳測定采用重鎘酸鉀外加熱法[21]，活性有機碳測定采用高錳酸鉀氧化法[22]。

1.4 數據統計方法

各樣地各指標值均為3次重復的算術平均值。分析所得的數據應用統計學及相關的數理統計軟件(SPSS)進行處理。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式對土壤團粒結構分布的影響

常規耕作與免耕處理0～100 cm土層不同粒級土壤團聚體含量如圖1所示。從圖1中可知，隨著土層的加深，0.5～2.0 mm和大于2.0 mm粒級團聚體含量表現為逐漸降低的趨勢，而其他粒級團聚體含量相反。不同粒級團聚體中，在0～30 cm土層，0.5～2.0 mm粒級團聚體含量較其他粒級高，其次為0.053～0.250 mm、0.25～0.50 mm及小于0.053 mm粒級，大于2.0 mm粒級團聚體含量最低，特別是在30 cm以下土層。免耕處理大于2.0 mm粒級團聚體含量明顯大于常規耕作處理，特別是在40 cm以上土層；免耕處理0.5～2.0 mm粒級團聚體含量明顯大于常規耕作處理，特別是在50 cm以上土層。在50 cm以下土層，仍以免耕處理0.25～0.50 mm粒級團聚體含量較常規耕作處理高，而0.053～0.250 mm粒級團聚體含量以常規耕作高于免耕處理。結果表明，免耕更利于提高大粒級團聚體的含量，其作用深度在50 cm土層以上。

圖1 不同粒級土壤團聚體分布特征Fig.1 Distribution characteristics of different sizes aggregates

2.2 不同耕作方式對土壤總有機碳的影響

試驗前、常規耕作與免耕處理0～100 cm土層土壤總有機碳分布特征如圖2所示。從圖2可知，隨著土層的加深，土壤總有機碳表現為0～50 cm土層間的土壤總有機碳下降幅度較大，而50 cm以下土層土壤總有機碳趨于穩定，介于3.0～4.5 g/kg之間。在定位試驗前，0～100 cm土層有機碳含量均低于定位試驗實施后。經過不同耕作措施實施后，土壤不同土層總有機碳含量均有一定的提高，而在70 cm土層以下常規耕作處理土壤總有機碳在定位試驗前后幾乎未發生變化。常規耕作條件下，表層土壤總有機碳含量最高，為9.57 g/kg；免耕條件下，10～20 cm土層的總有機碳含量最高，為12.9 g/kg。在0～80 cm土層，免耕處理的土壤總有機碳均高于常規耕作處理，提高了16.3～39.6個百分點。

圖2 土壤總有機碳分布特征Fig.2 Distribution characteristics of soil total organic carbon

2.3 不同耕作方式對土壤活性有機碳的影響

常規耕作與免耕處理0～100 cm土層土壤活性有機碳分布特征如圖3所示。從圖3中可知，隨著土層的加深，土壤活性有機碳含量表現為先增加再降低而后趨于穩定的趨勢，其中以10～20 cm土層的土壤活性有機碳含量明顯高于其他土層，為1.74 g/kg。40 cm以上土層土壤活性有機碳變化較大，說明該層次土層更易受到外界的影響。在0～80 cm土層，免耕處理的土壤活性有機碳含量高于常規耕作處理，特別是30 cm以上土層。

綜上，長期免耕不僅提高了不同土層土壤總有機碳含量，且其活性有機碳也相應提高，其作用深度為0～80 cm，說明免耕在提高土壤總有機碳的同時，其活性組分也相應提高，從而有利于土壤養分的轉化，促進作物吸收。

圖3 土壤活性有機碳分布特征Fig.3 Distribution characteristics of soil active organic carbon

2.4 不同耕作方式對不同粒級團聚體有機碳的影響

2.4.1不同耕作方式對不同粒級團聚體總有機碳的影響

不同耕作方式0～100 cm土層不同粒級團聚體總有機碳含量如表1所示，由表1可知，隨著土層深度的加深，不同粒級團聚體總有機碳含量呈降低趨勢。在0～40 cm土層，各粒級團聚體總有機碳含量從大到小依次為：大于2 mm、0.5～2.0 mm、0.25～0.50 mm、0～0.053 mm、0.053～0.250 mm，且各粒級中均以免耕處理高于常規耕作處理。而在50～100 cm土層，各粒級團聚體總有機碳含量仍以大于2 mm粒級最高，其次為0.5～2.0 mm粒級團聚體，其他粒級較低，各粒級中均以常規耕作較高。結果表明，大粒級團聚體中含有較高的有機碳，免耕更利于0～40 cm土層不同粒級團聚體總有機碳含量的提高。

表1 常規耕作與免耕0～100 cm土層不同粒級團聚體總有機碳含量Tab.1 Distribution characteristics of total organic carbon of different sizes aggregates of conventional tillage and no-tillage treatments in 0～100 cm soil layers g/kg

注：同列不同小寫字母代表在P<0.05水平上顯著，同行相同粒級團聚體中不同大寫字母代表在P<0.05水平上顯著，下同。

2.4.2不同耕作方式對不同粒級團聚體活性有機碳的影響

不同耕作方式0～100 cm土層各粒級團聚體活性有機碳含量如表2所示。從表2中可知，隨著土層的加深，不同粒級土壤團聚體活性有機碳含量表現為先降低后逐漸增加的趨勢。隨著土壤團聚體粒級的降低，土壤活性有機碳含量呈降低趨勢。在各粒級土壤團聚體中，除0～30 cm和90～100 cm土層中大于2.0 mm粒級團聚體，0～20 cm土層和70～80 cm土層中0.5～2.0 mm粒級團聚體，10～40 cm土層中0.25～0.50 mm粒級團聚體，20～40 cm土層中0.053～0.250 mm粒級團聚體，0～50 cm土層中小于0.053 mm粒級團聚體外，其他土層及粒級團聚體活性有機碳含量均以常規耕作處理高于免耕處理。在20 cm以下土層大于2 mm粒級團聚體活性有機碳含量均高于其他粒級團聚體；小于2 mm土壤團聚體活性有機碳主要集中于0～30 cm和60～100 cm土層。與常規耕作相比，除0.053～0.250 mm粒級團聚體外，免耕利于提高10～20 cm土層各粒級團聚體中活性有機碳含量，而其他土層各粒級土壤團聚體活性有機碳含量表現規律并不一致。

表2 常規耕作與免耕0～100 cm土層不同粒級團聚體活性有機碳含量Tab.2 Distribution characteristics of active organic carbon of different sizes aggregates of conventional tillage and no-tillage treatments in 0～100 cm soil layers g/kg

2.5 各級團聚體對有機碳的貢獻率分析

圖4 不同粒級團聚體有機碳貢獻率Fig.4 Contribution rate of organic carbon in different size aggregates

不同土層不同粒級團聚體中有機碳含量對土壤總有機碳貢獻率如圖4所示，隨著土層的加深，各粒級團聚體中有機碳含量對土壤總有機碳的貢獻率表現為先降后增再降然后增加的趨勢。不同粒級團聚體中，在0～100 cm土層，大于2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率均最低，常規耕作處理為0.8%～5.4%，免耕處理為0.4%～12.5%。常規耕作處理0.5～2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率在0～30 cm土層較其他粒級團聚體高；而免耕處理該粒級團聚體有機碳貢獻率在0～50 cm土層均高于其他粒級團聚體。不同粒級團聚體的有機碳累積貢獻率以常規耕作處理40～50 cm土層較大，其次為免耕90～100 cm土層。在0～50 cm土層，免耕處理0.5～2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率較常規耕作高。在0.25～0.5 mm粒級土壤團聚體中，除40～50 cm土層外，其他土層均以免耕處理的有機碳貢獻率最大。在0.053～0.250 mm粒級團聚體中，除80～90 cm土層外，其他土層均以常規處理的有機碳貢獻率最高。在小于0.053 mm粒級團聚體中，除90～100 cm土層外，其他土層均以常規處理的有機碳貢獻率最高。結果表明，常規耕作條件下，在0～30 cm土層以0.5～2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大，在40～60 cm土層以0.25～0.50 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大；免耕條件下，在0～50 cm土層以0.5～2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大，在50～80 cm土層以0.25～0.50 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大。在0～20 cm、30～40 cm及90～100 cm土層，各粒級團聚體有機碳累積貢獻率均以免耕處理高。

2.6 不同耕作方式對土壤結構穩定性影響

大于0.25 mm水穩性團聚體含量、平均質量直徑、幾何平均直徑及分形維數均能反映土壤結構的穩定性。常規耕作與免耕對不同土壤結構穩定性指標的影響如表3所示，從中可知，隨著土層的加深，常規耕作大于0.25 mm水穩性團聚體含量、平均質量直徑、幾何平均直徑均表現為逐漸降低的趨勢，而分形維數表現為逐漸增大的趨勢。結果表明，常年翻耕的土壤隨著土層的加深，土壤結構穩定性逐漸降低。而免耕處理隨著土層的加深，大于0.25 mm水穩性團聚體含量、平均質量直徑、幾何平均直徑均表現為先增加(20～30 cm)，再降低(30～40 cm)，再增加(40～50 cm)，然后逐漸降低的趨勢(50～100 cm)，而分形維數則相反。與常規耕作相比，免耕有效提高了0～100 cm土層大于0.25 mm水穩性團聚體的含量，且提高了0～60 cm土層的平均質量直徑和幾何平均直徑，降低了0～30 cm和60～100 cm土層土壤團聚體分形維數。說明不同土壤結構穩定性指標間存在一定差異，綜合各評價指標，免耕較常規耕作提高了土壤結構的穩定性，其作用深度在50 cm以上。

表3 常規耕作與免耕對不同土壤結構穩定性指標的影響Tab.3 Effects of conventional tillage and no-tillage on soil structure stability indexes

2.7土壤結構穩定性指標與不同粒級團聚體及有機碳組分相關性分析

平均質量直徑(Mean weight diameter，WMD)、幾何平均直徑(Geometric mean diameter，GMD)及分形維數(Fractal dimension，D)均能夠反映土壤的結構穩定性，其與不同粒級土壤團聚體含量、全土總有機碳含量、活性有機碳含量及不同粒級團聚體總有機碳含量和活性有機碳含量之間存在一定的相關性，如表4所示。從表4中可知，WMD與大于2 mm、0.5～2.0 mm團聚體含量及全土總有機碳含量、活性有機碳含量、不同粒級土壤團聚體總有機碳含量、0.053～0.25 mm土壤團聚體活性有機碳含量呈極顯著正相關(P<0.01)，與0.25～0.5 mm、0.053～0.250 mm和0～0.053 mm團聚體含量呈極顯著負相關(P>0.01)。GMD與WMD和不同粒級團聚體含量及有機碳組分等相關性基本一致。D與WMD、GMD等指標相反。

表4 土壤結構穩定性指標與不同粒級團聚體及有機碳組分相關性分析Tab.4 Correlation analysis among soil structure stability index and different particle sizeaggregates and organic carbon fractions

注：*表示P<0.05，** 表示P<0.01。

3 討論

3.1 長期免耕對土體土壤團粒結構及穩定性的影響

長期不同耕作處理會對表層乃至更深層次土壤結構及其有機碳產生重要影響，且隨著年限的增加，其影響深度更為深遠。李景等[23]研究表明，免耕顯著提高了0～20 cm土層大于2.0 mm團聚體含量，降低了0.053～0.250 mm團聚體含量。張先鳳等[24]也研究表明，長期免耕可使0～10 cm土層粗大團聚體和10～20 cm 土層細大團聚體含量顯著提高。而對于更深土層而言，本研究發現，隨著土層的加深，大于0.5 mm粒級的團聚體含量表現為逐漸降低的趨勢，而其他粒級團聚體含量則呈增加趨勢。免耕更利于提高大于0.5 mm粒級團聚體的含量，且在50 cm以上土層更為顯著。相關研究表明[1，25]，大于0.25 mm大團聚體含量越多，土壤結構越穩定，但其忽略了其它粒級的信息。VAN[18]和MAZURAK[19]分別用平均質量直徑與幾何平均直徑對團聚體進行描述，其能夠準確反映不同粒級土壤團聚體的狀態及土壤結構穩定性。平均質量直徑與幾何平均直徑越大，土壤結構越穩定。幾何分形維數也是評價各項土壤質量指標的重要工具，團聚體分形維數越小，土壤結構越穩定[26-27]。本研究發現，長期免耕顯著提高了大于0.25 mm大團聚體含量、平均質量直徑及幾何平均直徑，降低了分形維數，土壤結構穩定性得到了提高，其作用深度在50 cm土層以上。而高建華等[28]研究結論與之并不一致，這可能與耕作年限或土壤類型有關，需要進一步研究。

3.2 長期免耕對土體土壤有機碳的影響

土壤有機碳是土壤肥力的重要物質基礎，也是土壤質量的核心[29]。頻繁的翻耕土地加劇了土壤有機碳的分解，土壤質量下降[3]。而保護性耕作因減少了土地的翻耕強度，從而降低土壤有機碳的分解，促進土壤有機碳含量的提高。國內外研究表明，免耕條件下僅能提高0～10 cm土層土壤的有機碳[3，15，30]。梁愛珍等[31]研究表明，免耕5 a后才能明顯提高0～30 cm土層有機碳的含量。李景等[23]研究發現，經過13 a免耕覆蓋后，0～10 cm土層土壤有機碳逐漸提高。但對于更深土層而言，本研究發現，長期免耕(8 a)有效地提高了80 cm以上土層的土壤總有機碳和活性有機碳含量，從而有利于改善土體土壤結構，促進水分與養分的傳輸，提高了土壤供給作物水分與養分的能力。這與張國盛等[32]和JACINTHE等[33]研究結果一致。但也有研究顯示，短期免耕[34]或長期免耕[35]會增加土壤容重，影響作物對養分和水分的吸收，這可能與土壤類型有關。

土壤團聚體對土壤固碳和土壤肥力的發揮作用顯著[36-37]。長期免耕會對不同土層不同粒級土壤團聚體中的有機碳產生一定的影響。本研究結果表明，隨著土層深度的加深，不同粒級團聚體有機碳含量呈降低趨勢。不同粒級團聚體中，大粒級團聚體中含有較高的有機碳，這與黃丹丹等[38]研究結果相反，而與張先鳳等[24]研究結果一致，可能是因為大團聚體由微團聚體形成，微團聚體的比表面積大，吸附了更多的有機碳，而大團聚體內部微團聚體中有機碳與微生物相隔絕，從而減緩了有機碳的分解，因此大團聚體中含有較高的有機碳[39]。本研究發現，與常規耕作相比，免耕更利于提高0～40 cm土層不同粒級團聚體有機碳含量。長期耕作改變了土壤有機碳的分布和微生物的生活環境，加快了團聚體中有機碳的分解，導致土壤團聚體中有機碳含量降低[40-42]。而免耕使得土壤結構趨于穩定[43-44]，利于降低微生物的活動，減緩了土壤有機碳的分解速率，土壤固碳能力增強[45]。此外，不同耕作方式對不同粒級土壤團聚體活性有機碳也產生深遠影響。本研究發現，土壤團聚體中活性有機碳存在上(0～40 cm)、下(80～100 cm)土層高，中間(40～80 cm)土層低的現象，這可能是因為上層根系及土壤生物活動頻繁，根系和土壤生物分泌物及其殘體中的活性成分相對較多所致；而下層土壤由于淋溶作用，活性有機碳組分容易隨水分進入下層土壤。此外，更多的活性有機碳集中于大粒級團聚體中，這是因為大團聚體形成過程中包裹并物理保護了更多活性有機碳所致。

3.3 長期免耕對土體土壤團聚體中有機碳貢獻率

土壤中近90%的有機碳位于團聚體內[46]，團聚體中有機碳的含量及其質量決定了各級團聚體對土壤有機碳積累的相對貢獻[47]。表層土壤總有機碳增加的貢獻主要來源于細大團聚體[41]。而對于更深土層而言，本研究發現，隨著土層的加深，大團聚體中的有機碳貢獻率逐漸降低。與常規耕作相比，免耕更利于提高表層、犁底層及底層土壤團聚體有機碳的貢獻率。主要是因為免耕可促進作物根系生物量的提高，降低土壤呼吸強度，并提高土壤團聚體的數量，從而有利于有機碳在土壤中的固持[48]。

4 結論

(1)長期常規耕作的土壤隨著土層的加深，大于0.25 mm的水穩性團聚體含量降低、平均質量直徑和幾何平均直徑變小，土壤結構穩定性逐漸降低。而免耕處理有效提高了0～100 cm土層大于0.25 mm水穩性團聚體的含量，且0～60 cm土層的團聚體平均質量直徑和幾何平均直徑均顯著提高，且降低了0～30 cm和60～100 cm土層土壤的分形維數，提高了土壤結構的穩定性。

(2)隨著土層的加深，常年常規耕作導致土壤總有機碳趨于降低，而免耕處理則表現為先增加再降低的趨勢，且以10～20 cm土層的有機碳含量最高。與常規耕作相比，免耕處理明顯提高了0～80 cm土層的土壤總有機碳含量。作為土壤有機碳中活躍成分——土壤活性有機碳，隨著土層的加深，均表現為先增后降而趨于穩定的趨勢，以10～20 cm土層土壤活性有機碳含量最高。免耕處理明顯提高了0～80 cm土層的土壤活性有機碳含量。與常規耕作相比，除0.053～0.250 mm粒級團聚體外，免耕更利于提高10～20 cm土層中各粒級團聚體中活性有機碳含量。

(3)在不同層次土壤中，大于2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率均最低，其次為小于0.053 mm粒級團聚體，中間粒級團聚體中有機碳貢獻率較大。在常規耕作條件下，在0～30 cm土層以0.5～2.0 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大，而免耕處理中該粒級團聚體有機碳貢獻率的作用深度為0～50 cm；常規耕作處理在40～60 cm土層以0.25～0.50 mm粒級團聚體有機碳貢獻率最大，免耕處理該粒級團聚體有機碳貢獻率的作用深度為50～80 cm土層。在0～20 cm、30～40 cm及90～100 cm土層，各粒級團聚體有機碳累積貢獻率均以免耕處理高。

(4)合理的長期保護性耕作措施能夠提高土壤剖面中的有機碳含量，提高土壤團聚體的穩定性，促進水肥的儲存與轉換，從而有利于提高土壤的生產能力，促進作物的生長。與常規耕作相比，免耕更利于有機碳的提升和土壤結構的改善。

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《中國農業科學》是由農業部主管、中國農業科學院與中國農學會共同主辦的綜合性學術期刊，是中文核心期刊、中國科技核心期刊、中國精品科技期刊、CSCD Q1區期刊、中國權威學術期刊A+期刊、中國最具國際影響力學術期刊，是了解中國農業相關領域科研進展的首選期刊。《中國農業科學》以研究論文、綜述、簡報等形式報道農牧業基礎科學和應用基礎科學最新成果。設有作物遺傳育種·種質資源·分子遺傳學；耕作栽培·生理生化·農業信息技術；植物保護；土壤肥料·節水灌溉·農業生態環境；園藝；食品科學與工程；畜牧·獸醫·資源昆蟲等欄目。讀者對象為國內外農業科研院(所)、大專院校的科研、教學與管理人員。

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EffectsofLong-termNo-tillageonSoilStructureandOrganicCarbonDistributioninDifferentSoilLayers

YANG Yonghui1,2WU Jicheng1,2DING Jinli3ZHANG Jiemei1,2PAN Xiaoying1,2HE Fang1,2

(1.InstituteofPlantNutritionandResourceEnvironment,HenanAcademyofAgriculturalSciences,Zhengzhou450002,China2.YuanyangExperimentalStationofCropWaterUse,MinistryofAgriculture,Yuanyang453514,China3.CollegeofGeographyandTourism,ZhengzhouNormalUniversity,Zhengzhou450044,China)

In order to investigate the stability of soil structure and the distribution characteristics of organic carbon in different soil depths (0～10 cm, 10～20 cm,…, 90～100 cm) under long-term conventional tillage and no-tillage conditions, mixed soil samples and undisturbed soil samples collected from no-tillage and conventional tillage treatments were designed to measure soil structure and soil organic carbon content. The results indicated that with the increase of soil depth, the contents of aggregates with diameter of 0.5～2.0 mm and greater than 2.0 mm were gradually decreased, while other particle agglomerates were increased. No-tillage treatment could improve the large aggregates (greater than 0.5 mm) content, and significantly improve the stability of soil structure, the effect of depth was more than 60 cm. With the increase of soil depth, soil organic carbon and active organic carbon content were increased firstly and then decreased, and then trended to be stable. Soil carbon and active organic carbon of no-tillage treatment in 0～80 cm soil layer were higher than that of conventional tillage. With the increase of soil depth, soil aggregates organic carbon content was decreased, while organic carbon content of large aggregates was higher than other size aggregates. No-tillage was more conducive to increase soil organic carbon content of different size aggregates under 0～40 cm soil depth. With the decrease of soil aggregates, soil active organic carbon content was decreased. Compared with conventional tillage, except 0.053～0.250 mm size aggregate, no-tillage increased active organic carbon content in 0～20 cm soil layer of various aggregates. With the increase of soil depth, the contribution rate of organic carbon to soil total organic carbon in different size fractions showed the trend of decreasing first, then increasing and then decreasing. In different aggregates, contribution rate of organic carbon of aggregates with diameter greater than 2.0 mm and less than 0.053 mm in the 0～100 cm soil layer was lower than those of other size aggregates. In 0～20 cm, 30～40 cm and 90～100 cm soil layers, accumulation contribution rate of different aggregates organic carbon of no-tillage treatment was higher than that of conventional tillage.

conventional tillage; no-tillage; soil structure; soil organic carbon; contribution rate of organic carbon

S152.4; S156

A

1000-1298(2017)09-0173-10

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.09.022

2017-05-03

2017-07-05

國家自然科學基金項目(U1404404)、國家重點研發計劃項目(2017YFD0301102)和河南省農業科學院優秀青年科技基金項目(2016YQ12)

楊永輝(1978—)，男，副研究員，博士，主要從事土壤物理與節水農業研究，E-mail： yangyongh@mails.gucas.ac.cn