耕作方式與秸稈還田對土壤有機碳及顆粒有機碳的影響

摘要：為探討不同耕作方式與秸稈管理措施相結合對土壤固碳及碳組分的影響，設置深松秸稈還田（STs）、深松秸稈不還田（ST0）、旋耕秸稈還田（RTs）、旋耕秸稈不還田（RT0）4個處理，考察土壤容重、有機碳含量和顆粒有機碳含量。結果表明：深松處理土壤有機碳儲量比旋耕處理增加了10.69%，顆粒有機碳含量增加了41.47%；秸稈還田處理土壤有機碳儲量比秸稈不還田處理增加了27.14%，顆粒有機碳含量增加了17.92%。深松結合秸稈還田有利于土壤有機碳固存。

關鍵詞：耕作方式； 秸稈還田； 土壤有機碳儲量； 顆粒有機碳

中圖分類號：S153.6 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2024）05-0024-03

農田土壤有機碳庫是陸地系統最重要的碳庫之一。土壤有機碳是土壤肥力形成的基礎，影響著土壤質量和作物產量，因此，提高土壤固碳能力對于農業可持續發展具有重要意義[1]。旋耕是傳統的耕作方式之一，可將作物秸稈充分混合進表層土壤中，但只作用于表層土壤，且對土壤擾動較大[2]；深松可在不破壞表層土壤的前提下打破犁底層，改善土壤結構[3]，提高土壤有機碳和顆粒有機碳含量，具有較大的土壤固碳潛力[4]。秸稈還田可以改善土壤的理化性質，提高土壤的養分含量。研究不同耕作方式與秸稈管理措施對土壤有機碳儲量及顆粒有機碳含量的影響，以期為促進土壤有機碳固存提供參考。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗在山東農業大學泰安試驗站（36°09′N，117°09′E）進行。試驗地位于華北平原，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，主要種植冬小麥和夏玉米兩種作物。

1.2試驗設計

試驗于2022年開始，采用裂區設計，主區設深松（深度40 cm）、旋耕（深度15 cm）兩種耕作方式，副區設秸稈全量還田、秸稈不還田兩種水平。設置深松秸稈還田（STs）、深松秸稈不還田（ST0）、旋耕秸稈還田（RTs）、旋耕秸稈不還田（RT0）4個處理，每個處理面積 4 m×15 m，3次重復。供試小麥品種為濟麥22號，播種量為105 kg/hm²。耕前施純氮120 kg/hm²、P2O5 150 kg/hm²、K₂O 105 kg/hm²，拔節期追施純氮120 kg/hm²。

1.3測定指標及方法

1.3.1土壤容重BD 采用環刀法，用環刀（100 cm³）采集各處理0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm土層原狀土樣，3次重復，測定土壤容重。

1.3.2土壤有機碳SOC 在小麥成熟期，采用“S”形5點取樣法，用土鉆采集各處理0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm 土層土樣，自然風干后研磨過60目篩，使用VarioTOC分析儀測定土壤有機碳含量。

1.3.3土壤有機碳儲量SOCs 按照公式計算土壤有機碳儲量。

式中：SOCs 為土壤某一層次的SOC儲量，t/hm²；Ci為i 土壤層次的SOC含量，g/kg；BDi為i 土壤層次的土壤容重，g/cm³；Ti為i 土壤層次的土壤深度，cm。

1.3.4土壤顆粒有機碳 POC 采用濕篩法，將10g風干的土壤分散在30 mL六偏磷酸鈉溶液（5 g/L）中，在搖床上搖動18 h，用蒸餾水沖洗，過53μm篩，將留在篩網上的土樣沖洗到干燥的鋁盒中，烘干后研磨，測定土壤顆粒有機碳含量。

2結果與分析

2.1耕作方式與秸稈還田對土壤容重的影響

不同耕作方式與秸稈管理措施下各土層土壤容重測定結果如圖1所示。

由圖1可以看出，在相同的耕作方式下，秸稈還田處理的土壤容重比不還田顯著降低，深松方式下0～40 cm土層土壤容重降低了2.91%，旋耕方式下降低了9.98%。秸稈還田時，旋耕方式下10～20 cm土層土壤容重顯著低于深松；秸稈不還田時，深松方式下10～40 cm土層土壤容重顯著低于旋耕。

2.2耕作方式與秸稈還田對土壤有機碳含量的影響

不同耕作方式與秸稈管理措施下各土層土壤有機碳含量測定結果如圖2所示。

由圖2可以看出，在相同的耕作方式下，秸稈還田處理的土壤有機碳含量比不還田顯著增加，深松方式下0～40 cm 土層土壤有機碳含量增加了30.52%，旋耕方式下增加了19.18%。秸稈還田時，深松方式下土壤有機碳含量比旋耕增加了8.30%；秸稈不還田時，旋耕方式下0～10 cm土層土壤有機碳含量顯著高于深松，深松方式下20～40 cm土層土壤有機碳含量顯著高于旋耕。

2.3耕作方式與秸稈還田對土壤有機碳儲量的影響

不同耕作方式與秸稈管理措施下各土層土壤有機碳儲量測定結果如圖3所示。

由圖3可以看出，在相同的耕作方式下，秸稈還田處理的土壤有機碳儲量比不還田顯著增加，深松方式下0～40 cm 土層土壤有機碳儲量增加了27.14%，旋耕方式下增加了9.18%。秸稈還田時，深松方式下土壤有機碳儲量比旋耕增加了10.69%；秸稈不還田時，旋耕方式下0～20 cm土層土壤有機碳儲量顯著高于深松，深松方式下20～40 cm土層土壤有機碳儲量顯著高于旋耕。

2.4耕作方式與秸稈還田對土壤顆粒有機碳含量的影響

不同耕作方式與秸稈管理措施下各土層土壤顆粒有機碳含量測定結果如圖4所示。

由圖4可以看出，土壤顆粒有機碳含量隨土層深度的增加逐漸降低。在0～40 cm土層，秸稈還田處理的土壤顆粒有機碳含量顯著提高，比不還田增加了17.92%。秸稈還田時，深松方式下土壤顆粒有機碳含量顯著提高，比旋耕增加了41.47%；秸稈不還田時，深松方式下0～20 cm土層土壤顆粒有機碳含量顯著提高，比旋耕增加了32.00%。

3結論

通過試驗發現：秸稈還田能夠降低土壤容重、增加土壤有機碳儲量和顆粒有機碳含量，深松結合秸稈還田在增加土壤有機碳含量和顆粒有機碳含量方面效果更優，旋耕結合秸稈還田在降低表層土壤容重方面更具優勢；秸稈不還田時，深松可以增加底層土壤有機碳含量。因此，深松結合秸稈還田可以改善土壤理化性質，增加土壤碳儲量，綜合提升土壤的整體質量，有利于促進農業可持續發展。