耕作措施對土壤有機碳和活性有機碳的影響分析

胡娜 李廣

（甘肅農業大學，甘肅 蘭州 730070）

在傳統農業向現代化農業轉型發展的過程中，土地整治越來越受重視。土地整治的主要目的是改善土壤質量并形成固碳，通過人為措施影響土壤碳庫，為農作物生長提供更有利的環境，從而達到優化土地利用和促進農業增效的目的。

1 研究背景及現狀

1.1 研究背景

農田土壤在陸地生態系統中占有重要地位，雖然受人為干擾較為嚴重，但也可在短時間內完成碳庫調節，對全球碳循環有直接影響。土壤有機質對作物生長影響較大，但實際僅在土壤總質量中占據較小部分。土壤活性有機碳則是指土壤中容易分解的有機碳，對環境變化較為敏感，具有移動快、易氧化、易分解和易礦化等特點。通常將土壤中的活性有機碳稱為植物的養分庫，可以起到維持土壤結構穩定、為植物供給養分等作用。我國旱區耕地面積較大，但在傳統的粗放式農業發展模式下，資源掠奪現象十分嚴重，進而引發了水土流失和土地荒漠化等問題。目前已經有超過80%的農田受到土壤侵蝕，有機碳及生產力水平不斷下降。耕作措施作為土壤有機碳水平的重要影響因素，可以采取合理的翻耕方式，加快有機碳的形成，為植物生長提供養分的同時減少溫室氣體排放。因此，目前相關課題的研究逐漸受到了關注［1］。

1.2 相關研究現狀

從現有研究成果來看，保護性耕作措施對于增加土壤中有機質含量有顯著效果，相比于常規耕作方法，能夠增加土壤表層生物活性，促進有機碳含量的提升，從而增加土壤團聚體的穩定性和水穩定性。比如，已經有學者對秸稈覆蓋影響土壤容重和孔隙度等方面的機制展開研究，證明秸稈覆蓋能夠抑制地表水分流失，改善土壤通透性，優化肥力條件。土壤是碳和其他營養元素的主要存儲空間和交換空間，有機碳含量僅次于海洋。但目前的研究主要集中于土壤有機碳和活性有機碳測定等方面，在農業生產過程中能夠借鑒的經驗較少，需要結合實際農業生產環境，研究耕種措施對土壤有機碳和活性有機碳的影響，從而為實際生產活動提供更多有價值的參考［2］。

2 試驗研究方法

2.1 試驗區概況

本次研究的試驗區位于甘肅省定西市安定區鳳翔鎮安家坡村，該試驗區屬于黃土高原地貌，處于溫帶半干旱區，平均海拔2 000 m，年平均降雨量385 mm，年均氣溫6.4℃，無霜期為140 d。試驗區以黃綿土為主，耕層容重為1.26 g/cm3。土壤中全氮含量為0.61 g/kg，土壤有機碳含量為6.21 g/kg。

2.2 試驗方法

在本次試驗中，選取定西市的常種純小麥“定西42號”作為供試品種，在自然狀態下種植。試驗前首先調查了解當地的種植模式和施肥經驗，根據了解到的情況，將試驗地面積設計為24 m2，采用人工播種方式，播種量為187.5 kg/hm2，行間距設置為25 cm，將過磷酸二銨和尿素作為基肥，其中過磷酸二銨施用量為150.0 kg/hm2，尿素施用量為62.5 kg/hm2。在試驗過程中共設計1個對照組和3個試驗組，其中對照組采用傳統耕作方式（T組）。3個試驗組分別為傳統耕作+秸稈覆蓋方式（TS組）、免耕方式（NT組）、免耕+秸稈覆蓋方式（NTS組）。每個處理重復進行3次，共計12個小區。分別在播種前、分蘗期、拔節期、開花期和成熟期，在田間按對角線方向隨機選取3個采樣點，鉆取1～10 cm、10～20 cm、20～40 cm的土壤樣品各1份封裝于袋中，帶回實驗室進行去石頭、去根系處理，經過風干后過0.15 mm篩，然后測定樣品有機碳和活性有機碳含量。

2.3 測量及數據處理方法

分別采取以下方法對土壤樣品中的總有機碳含量和活性有機碳含量進行測定。總有機碳采用重鉻酸鉀氧化外加熱方法進行測定，在外加熱條件下，采用重鉻酸鉀—硫酸溶液對土壤有機質進行氧化，剩余的重鉻酸鉀采用標準硫酸亞鐵滴定，根據重鉻酸鉀消耗量計算總有機碳含量?；钚杂袡C碳采用高錳酸鉀氧化方法進行測定，稱取15 mg土壤樣品，放置于離心管中，向離心管中加入20 mL濃度分別為33、167、333 mmol/L的高錳酸鉀溶液，振蕩1 h后，在2 000 r/min條件下進行離心處理，經過5 min后將上清液用離子水稀釋，使用分光光度計對吸收后的樣品進行測定，并與不加土壤的空白組對比，通過對比吸光度之差，計算高錳酸鉀的濃度變化。然后對活性有機碳含量進行計算，在3個濃度條件下計算出的活性有機碳含量分別為高活性、中活性、活性有機碳含量。

在庫管理指數計算方面，則利用下列公式進行計算：①碳庫指數=土壤有機碳含量/參考農田土壤有機碳含量；②碳庫活度=活性有機碳×100/穩態碳；③穩態碳=土壤有機碳-活性有機碳。④碳庫活度指數=碳庫活度/參考土壤碳庫活度；⑤碳庫管理指數=碳庫指數×碳庫活度指數×100。在上述試驗數據計算和整理過程中，主要采用SPSS13.0統計分析軟件，并利用Excel制作圖表。分別進行單因素方差分析，根據Duncan法采用0.05顯著水平檢驗不同耕作措施的影響顯著性。

3 結果與分析

3.1 對土壤有機碳的影響

在上述試驗過程中，土壤各層的有機碳和活性有機碳含量均為NTS組＞TS組＞NT組＞T組。而且保護性耕作的有機碳土層分布情況為1～10 cm＞10～20 cm＞20～30 cm，活性有機碳的部分情況為1～10 cm＞20～30 cm＞10～20 cm。通過對相關指數進行計算和統計可知，保護性耕作的碳庫管理指數明顯高于傳統耕作模式的碳庫管理指數，且在保護性耕作中，NTS組的碳庫管理指數最高。土壤中的有機碳含量反映的是碳循環和土壤質量水平，其穩定性和轉化率可以作為評價農業生產可持續發展的指標。采取試驗組中的免耕和覆蓋措施，能夠提高土壤表層的有機碳含量，相當于發揮著碳截獲功能。農業耕作土壤的有機碳特征受長期耕作和施肥等方面的影響，改善農業耕作管理措施，不僅能夠改善土壤有機碳含量水平和穩定性，而且能夠減少碳凈排放量。特別是在本次試驗過程中1～10 cm土層的土壤有機碳含量明顯高于傳統耕作方式。在3種保護性耕作方式中，秸稈免耕處理的有機碳增加效果最為顯著，這是由于免耕和秸稈覆蓋措施都能減小因土壤耕作產生的碳損失量，抑制土壤在耕作過程中的碳釋放過程，起到土壤碳固化的作用。

另外，傳統處理方式下的表層以下土壤不斷暴露，在干濕交替情況下，土壤中的有機碳積累條件發生改變。部分地上作物被收走后，更會加快傳統土壤中有機碳含量的下降。在覆蓋秸稈的情況下，雖然也對土壤進行翻耕，但作物收獲后有還田的秸稈，可以對土壤中的有機碳進行補充。免耕方式的優勢在于可以增加有機碳含量，減少土壤擾動，抑制土壤有機碳轉化，從而有利于土壤中有機碳的積累。對于不同處理來說，3個土層中的有機碳含量高低順序是一致的，這也有研究結果可以互相驗證，主要是由于有機碳在土壤中移動較快，某一土層中的有機碳含量較高，其他土層也會較高。3個土層中含量最高的都是免耕和秸稈覆蓋處理組，這種方式能夠明顯增加地表有機質輸入，形成表聚作用。而且免耕方式有利于土壤中水分和養分的積累，能夠為農作物生長提供一個良好的環境。

3.2 對活性有機碳的影響

從耕作措施對土壤中活性有機碳的影響情況來看，本次試驗分別測定了高活性、中活性、活性有機碳含量。首先從對照組與試驗組的對比情況來看，傳統耕作方式下，由于土壤頻繁受到擾動，潛在微生物出現碳裸露情況，活性有機碳被礦化而損失。相比之下，由于秸稈覆蓋措施能夠增加土壤團聚體保護作用，補充碳源，可以增強土壤碳庫周轉速率，提高土壤中的易氧化有機碳比例。免耕措施則是通過減少土壤擾動，降低活性有機碳轉化，從而提升土壤中的活性有機碳含量。本次研究結果也表明，不同耕作措施對于土壤中的活性有機碳含量影響較大，實際上不同耕作方式的差別在于有機物質的投入、土壤耕作頻率等。土壤表層的活性有機碳含量與有機碳含量變化基本趨于一致，而且比有機碳含量變化更快，說明活性有機碳對土壤條件的反應更加敏感。在3種保護性耕作方式下，土壤各分層機構中的活性有機碳含量均高于傳統耕作方式，同樣在1～10 cm土層中差距最為明顯。除了上述原因外，傳統耕作方式還會對土壤結構造成一定程度的破壞，導致土壤受到風蝕或水力侵蝕，進而導致土壤中的活性有機碳含量減少。在免耕+秸稈覆蓋方式下，土壤中的活性有機碳含量最高，說明秸稈還田能夠提供大量活性有機質，而且改善了土壤通氣狀況，有利于土壤微生物活動。相比之下，秸稈覆蓋方式比免耕方式對提升活性有機碳含量的貢獻率更高。

4 結語

采用保護性耕作方式能夠改善土壤環境條件，提升土壤中的有機碳和活性有機碳含量，比傳統耕作方式更有利于植物生長。通過本次試驗研究，可以更好地認識保護性耕作措施對于改善土壤條件和提高有機碳含量的效果，從而推廣保護性耕作措施，提高農業生產水平。