濱海鹽堿地綠肥粉壟耕作耦合對土壤有機碳積累及組分的影響

收稿日期：2024-07-15

基金項目：江蘇省碳達峰碳中和科技創新專項資金項目（BE2022304）

作者簡介：洪立洲（1968-），男，江蘇鹽城人，本科，研究員，主要從事土壤肥料與鹽土農業工程研究。（E-mail）ychonglz@163.com

摘要：為了明確綠肥粉壟耕作耦合對改良鹽堿地的作用，本研究采用田間試驗探索了濱海鹽堿地綠肥粉壟耕作耦合對土壤有機碳積累及組分的影響。小區試驗設置了6個處理：裸地+免耕（CK），裸地+常規耕作15cm深（T1），裸地+粉壟耕作30cm深（T2），種植苕子并離田+常規耕作15cm深（T3），種植苕子并還田+常規耕作翻壓15cm深（T4），種植苕子并還田+粉壟耕作30cm深（T5）。通過采集種植一季玉米后0～20cm土壤樣品，測定了土壤樣品基本理化性狀，分析了水穩性團聚體、團聚體有機碳的變化，土壤有機碳積累及組分的變化特征。結果表明，與CK相比，種植綠肥并翻壓可顯著促進鹽堿地土壤有機碳的積累，提高土壤有機碳含量，改善土壤有機碳組成。與CK相比，T5處理土壤容重明顯降低，土壤堿解氮含量、有機質含量、有機碳含量及有機碳儲量均顯著提高，其中，土壤有機碳含量提高幅度達到32.9%；土壤可溶性有機碳含量、易氧化有機碳含量、微生物生物量碳含量顯著提高；＞2.000mm、0.251～2.000mm粒級土壤團聚體重量百分數提高，而0.050～0.250mm、＜0.050mm粒級土壤團聚體重量百分數降低。T5處理提高了水穩性團聚體中有機碳含量及團聚體中有機碳貢獻率。由此可見綠肥粉壟耕作耦合可以顯著提高濱海鹽堿地土壤有機碳及活性組分含量，有效提升土壤水穩性大團聚體比例以及土壤團聚體中有機碳含量及其有機碳貢獻率。因此，該耕作方式在濱海鹽堿地上推廣應用，可促進土壤有機碳的積累，從而達到改善濱海鹽堿地土壤碳封存，提高濱海鹽堿地土壤耕地質量的目的。

關鍵詞：濱海鹽堿地；綠肥粉壟耕作耦合；有機碳；土壤團聚體

中圖分類號：S156.4文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2025）01-0061-07

Effectsofgreenmanureandsmashridgingcouplingonsoilorganiccarbonaccumulationandcompositionincoastalsalinealkaliland

HONGLizhou¹，XINGJincheng¹，QIAOGanqun²，LIUChong¹，ZHANGZhenhua¹，YUKai¹，DONGJing¹，ZHUXiaomei¹，CHENHuanyu¹，WANGTong³

（1.InstituteofAgriculturalSciencesintheCoastalDistrictofJiangsuProvince，Yancheng224002，China；2.YanchengAgriculturalWaterConservancyDevelopmentInvestmentGroupCo.，Ltd.，Yancheng224002，China；3.CentralLaboratory，JiangsuAcademyofAgriculturalSciences，Nanjing210095，China）

Abstract：Inordertoclarifytheroleofgreenmanureandsmashridgingcouplinginimprovingsaline-alkalisoil，afieldexperimentwasconductedtoinvestigatetheeffectsofgreenmanureandsmashridgingcouplingonsoilorganiccarbonaccumulationandcompositioninthecoastalsaline-alkalisoil.Sixtreatmentsweresetup：bareland+notillage（CK），bareland+conventionaltillage15cm（T1），bareland+smashridgingtillage30cm（T2），plantinghairyvetchandremovingthemfromthefield+conventionaltillage15cm（T3），plantinghairyvetchandreturningthemtothefield+conventionaltillage15cm（T4），plantinghairyvetchandreturningthemtothefield+smashridgingtillage30cm（T5）.Thebasicphysicalandchemicalpropertiesweredeterminedbycollectingsoilsamplesfrom0-20cmsoillayerafterplantingoneseasonofcorn.Thewaterstableaggregates，andchangesinaggregateorganiccarbonandcharacteristicsofsoilorganiccarbonaccumulationandcompositionwereanalyzed.TheresultsshowedthatcomparedwiththeCK，plantinghairyvetchandturningovercouldsignificantlypromotetheaccumulationoforganiccarbon，increasesoilorganiccarboncontent，andimprovesoilorganiccarboncompositioninsaline-alkalisoil.ComparedwiththeCK，thesoilbulkdensityofT5treatmentwassignificantlyreduced，andsoilalkalinenitrogencontent，organicmattercontent，organiccarboncontentandorganiccarbonstorageweresignificantlyincreased.Amongthem，thesoilorganiccarboncontentwasincreasedby32.9%.Soilsolubleorganiccarboncontent，readilyoxidizableorganiccarboncontentandmicrobialbiomasscarboncontentweresignificantlyincreased.Moreover，theweightpercentageofgt;2.000mmand0.251-2.000mmsoilaggregatesincreased，whiletheweightpercentageof0.050-0.250mmandlt;0.050mmsoilaggregatesdecreased.T5treatmentincreasedthecontentoforganiccarboninwater-stableaggregatesandthecontributionrateoforganiccarboninaggregates.Itcanbeseenthatthecouplingofgreenmanureandsmashridgingtillagecansignificantlyincreasethecontentofsoilorganiccarbonandactivecomponentsincoastalsaline-alkaliland，effectivelyincreasetheproportionofsoilwater-stablemacroaggregatesandthecontentoforganiccarboninsoilaggregatesandthecontributionrateoforganiccarbon.Therefore，thepromotionandapplicationofthistillagemethodincoastalsaline-alkalilandcanpromotetheaccumulationofsoilorganiccarbon，soastoimprovethesoilcarbonsequestrationincoastalsaline-alkalilandandenhancethequalityofcultivatedland.

Keywords：coastalsaline-alkaliland;greenmanureandsmashridgingcoupling;organiccarbon;soilaggregates

中國蘇北濱海鹽堿地面積廣，海涂面積占全國海涂面積的1/4以上。由于自然因素和人為因素，鹽堿地面積仍在不斷擴大，因此，濱海鹽堿地便成了重要的后備土地資源^[1]。濱海鹽堿地土壤鹽分含量較高、養分含量較低以及物理結構較差，難以維持作物正常生長發育需要。綠肥含有15%～20%的有機物，種植綠肥并翻壓還田可顯著提高有機物進入土壤并形成有機質的速率。綠肥翻壓還田后，在土壤微生物的代謝作用下形成腐殖質，大量腐殖質的形成可有效提高土壤養分之間的轉化速率，有效促進土壤有機質的礦化分解，土壤大團聚體結構也隨之形成，土壤保肥供肥能力顯著增強^[2-3]。

苕子是一種傳統的綠肥作物，為豆科野豌豆屬草本植物，具有生長迅速、繁殖能力強、耐旱耐寒等特點，適宜在較為惡劣的鹽堿地上種植，被譽為“鹽堿地的綠化利器”。相關研究結果表明，在鹽堿地種植苕子并耕翻入土，鹽堿土壤的物理性狀能得到顯著改善，土壤有機質、全氮、有效磷和速效鉀含量均得到顯著提升^[4]。

粉壟耕作技術是一種新型的耕作方法。該方法主要利用特殊機械垂直螺旋型鉆頭，按照土壤組成特點、作物種植需求，將不同深度的土壤旋磨粉碎并自然懸浮成壟，一次作業即可完成深耕松土與整地等工序，可有效改善不同類型土壤耕層物理結構，進而促進作物生長^[5]。研究發現，粉壟耕作改良鹽堿地具有顯著優勢。粉壟耕作改善了鹽堿地土壤的物理結構，土壤大團聚體結構比例增加，土壤鹽分得以有效調控，進而土壤表層鹽分含量顯著下降，使作物可以正常生長，農作物產量和經濟效益得以提高^[6]。

綠肥粉壟耦合是利用粉壟耕作技術將綠肥翻壓還田，同時深耕松土，使土壤膨松成壟的新型種植模式。該模式可耦合綠肥固氮、固碳特性及粉壟耕作改善土壤物理結構的雙重效應，從而使耕作層土壤的各級活性物質，尤其是有機碳得到有效運移，土壤耕作潛力顯著提高，耕地質量有效提升^[7]。

土壤有機碳含量是土壤質量及肥力的核心要素，能夠表征土壤質量及變化趨勢。土壤有機碳組分眾多，這些組分在土壤中的功能和作用各不相同，對土壤肥力和生態系統功能有著重要影響。其中，土壤可溶性有機碳（DOC）、易氧化有機碳（EOC）和微生物生物量碳（MBC）可以在較短時間內敏感地反映出土壤碳的變化，因此，常作為改善土壤質量以及維護土壤碳平衡的主要表征指標^[8-9]。目前，有關綠肥粉壟耦合耕作的研究還不多，尤其是鹽堿地上綠肥粉壟耦合耕作對土壤有機碳組分的影響還鮮有報道，因此，本試驗以苕子為綠肥，在蘇北濱海鹽堿地上進行粉壟耕作處理，研究綠肥粉壟耦合對土壤有機碳積累及組分的影響，以期為提升蘇北濱海鹽堿地土壤碳“匯”能力，實現碳中和，提高濱海鹽堿地土壤質量提供理論依據和技術支撐。

1材料與方法

1.1試驗材料與耕作方法

以苕子種子作為供試材料。常規耕作處理采用拖拉機帶犁耕翻，耕作深度為15cm，翻耕后采用旋耕機打碎大土塊后進行播種；粉壟耕作處理采用粉壟機械進行田間作業，粉壟機械使用立式螺旋形旋削刀具入土30cm深，一次性全耕層切割粉碎土壤，深耕松土，使之膨松成壟，成壟后直接播種。

1.2試驗地點及試驗設計

試驗地點位于江蘇省沿海灘涂農業工程技術研究中心（地理位置32°59′N，120°49′E）。試驗共設置6個處理：裸地+免耕作為對照（CK），裸地+常規耕作15cm深（T1），裸地+粉壟耕作30cm深（T2），種植苕子并離田+常規耕作15cm深（T3），種植苕子并還田+常規耕作翻壓15cm深（T4），種植苕子并還田+粉壟耕作30cm深（T5）。每個處理重復3次，小區面積為9m×8m，試驗小區隨機區組排列。供試土壤為輕質沙壤土，土壤基本理化性質見表1。

苕子在2022年12月上旬播種。采用條播方式，苕子播種量為：60kg/hm2。2023年5月15日將苕子按不同處理分別進行離田、常規耕作翻壓和粉壟耕作翻壓，2023年5月19日種植玉米。2023年11月19日玉米收獲后，采用S形五點取樣法采集每個試驗小區0～20cm表層土壤樣品。為防止土壤樣品被攪動及擠壓，采集后的土壤樣品直接分成直徑5cm左右的土塊，并剔除植物殘渣，以備后續用于各項指標的測定。

1.3測定項目和方法

采用環刀法測定土壤容重，重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定土壤有機質含量，堿解-擴散法測定土壤堿解氮含量。此外，土壤速效磷含量和有效鉀含量采用朱小梅等^[10]的方法測定。土壤有機碳（SOC）含量、易氧化有機碳（EOC）含量、可溶性有機碳（DOC）含量、微生物生物量碳（MBC）含量測定采用張穗粒等^[11]的方法。土壤水穩性團聚體測定采用濕篩法：采集土壤樣品，依據紋理掰成邊長約2cm的土塊，稱取50g土壤樣品至土壤團粒分析儀，土壤粒級分為4個層次，即＞2.000mm、0.251～2.000mm、0.050～0.250mm、＜0.050mm^[12]，團聚體有機碳對土壤有機碳的貢獻率計算采用白怡婧等^[13]的方法。

1.4數據分析

土壤總有機碳儲量通過下式計算：

SOCS=C×BD×D×10^-2

式中：SOCS為總有機碳儲量（kg/m²）；C為土壤中有機碳含量（g/kg）；BD為土壤容重（g/cm³）；D為土壤深度（cm）^[14]。

運用SPSS22.0軟件進行數據處理、統計及相關性分析，應用Duncan’s法進行多重性比較。

2結果與分析

2.1綠肥粉壟耕作耦合對濱海鹽堿地土壤容重和養分含量的影響

從表2可以看出，與CK相比，綠肥粉壟耕作耦合（T5）處理土壤容重下降了10.4%，堿解氮含量提高了6.4%，有機質含量提高了32.9%。與T4處理相比，T5處理土壤堿解氮含量、有機質含量、有機碳含量和有機碳儲量顯著提高。與T4處理相比，T5處理土壤堿解氮含量提高了1.9%，有機質含量提高了12.5%。在裸地上進行免耕作業（CK）、常規耕作（T1）、粉壟耕作（T2），處理間土壤有機碳含量及有機碳儲量無顯著差異；而種植苕子并翻壓（T4和T5），土壤有機碳含量及有機碳儲量顯著提高。與CK相比，T4處理土壤有機碳含量、土壤有機碳儲量分別提高了18.2%、10.4%，T5處理土壤有機碳含量、土壤有機碳儲量提高了32.9%、24.5%?？梢?，綠肥粉壟耕作耦合可較大幅度提高濱海鹽堿地土壤有機碳含量及有機碳儲量。

2.2綠肥粉壟耕作耦合對濱海鹽堿地土壤有機碳組分的影響

由圖1A所示，綠肥粉壟耕作耦合處理（T5）土壤DOC含量顯著高于其他處理。CK以及T1、T2、T3處理土壤DOC含量差異不顯著；T4處理土壤DOC含量比CK提高了31.6%；T5處理土壤DOC含量比CK提高了43.1%。由圖1B所示，與其他處理相比，綠肥粉壟耕作耦合處理（T5）可顯著提高土壤EOC含量。與CK相比，T1處理土壤EOC含量變化不顯著，T2處理土壤EOC含量顯著高于CK；T4處理土壤EOC含量比CK提高了76.6%；T5處理土壤EOC含量比CK提高了97.7%。由圖1C所示，CK以及T1、T2處理土壤MBC含量差異不顯著；種植苕子并進行翻壓，MBC含量開始提高，T4處理土壤MBC含量比CK提高了12.7%，T5處理土壤MBC含量比CK提高了14.5%。

2.3綠肥粉壟耕作耦合對鹽堿地土壤水穩性團聚體組成的影響

由圖2所示，與CK相比，在濱海鹽堿地裸地上進行常規耕作（T1）、粉壟耕作（T2），土壤中的gt;2.000mm、0.251～2.000mm粒級土壤團聚體重量百分數提高，0.050～0.250mm、＜0.050mm粒級的團聚體重量百分數降低；T4處理下，＞2.000mm粒級土壤團聚體重量百分數比CK處理提高130.3%，＜0.050mm粒級土壤團聚體重量百分數比CK處理降低29.9%；T5處理，＞2.000mm粒級土壤團聚體重量百分數比CK提高156.1%，但是＜0.050mm粒級土壤團聚體重量百分數比CK降低36.6%。由此可見，T5處理鹽堿地土壤水穩性團聚體組成顯著優于T4處理。因此，綠肥粉壟耕作耦合有助于濱海鹽堿地土壤大團聚體結構的改善。

2.4綠肥粉壟耕作耦合對濱海鹽堿地土壤不同粒級團聚體中有機碳含量的影響

由圖3所示，種植苕子可提高濱海鹽堿地土壤水穩性團聚體中有機碳含量，與CK以及T1、T2處理相比，種植苕子還田常規耕作（T4）、種植苕子還田粉壟耕作（T5）可進一步提高水穩性團聚體中有機碳含量，其中，T5處理效果最好。T5處理下，＞2.000mm、0.251～2.000mm、0.050～0.250mm、＜0.050mm團聚體中有機碳含量較對照分別提高了13.7%、12.1%、9.6%、9.8%?？梢?，綠肥粉壟耕作耦合能明顯增加各粒徑團聚體中有機碳含量，尤其是大團聚體中有機碳含量。

2.5綠肥粉壟耕作耦合對濱海鹽堿地土壤各粒級水穩性團聚體中有機碳貢獻率的影響

由圖4所示，CK以及T1、T2處理間土壤各粒級水穩性團聚體中有機碳貢獻率差異不明顯。T4處理，＞2.000mm、0.251～2.000mm團聚體中有機碳貢獻率為19.2%、30.1%；T5處理，＞2.000mm、0.251～2.000mm團聚體中有機碳貢獻率達到20.4%、30.6%。可見，綠肥粉壟耕作耦合處理提高了濱海鹽堿地土壤大團聚體中有機碳的貢獻率，尤其是0.251～2.000mm團聚體中土壤有機碳的貢獻率。

3討論

中國江蘇蘇北濱海鹽堿地資源豐富，總面積約為6.87×10⁵hm²，占中國灘涂鹽堿地總面積的1/4以上。但鹽堿地土壤鹽分含量高、養分含量低，尤其是有機質含量低，土壤物理結構較差，大粒徑團聚體比例少，不能滿足農作物正常生長發育要求^[15-16]。

土壤有機碳（SOC）是反映土壤質量的重要指標之一。一方面，因為SOC具有膠體特性，所以土壤中大量SOC的存在能夠顯著改變微量元素的吸附特性，吸附較多的陽離子。這種特性可以保持土壤養分，為作物生長提供必要的營養元素。另一方面，SOC可通過與無機物（尤其是納米級的鐵鋁氧化物）相互作用，形成了有機無機復合體，改善土壤的物理性質，如滲透性、腐蝕性和親水性等。以上兩方面的積極作用顯示出SOC在土壤養分循環和保持農業生產能力中的重要地位^[17]。土壤有機碳包括易氧化有機碳（EOC）、微生物生物量碳（MBC）和可溶性有機碳（DOC）等組分，這些組分在土壤中的周轉速度快，對土地利用方式、施肥和耕作方式等外部環境的變化相應更為敏感，已經成為土壤、環境、生態等學科領域研究的焦點之一^[18]。

前人研究結果表明，沿海灘涂種植綠肥并翻壓還田可明顯改善灘涂土壤養分狀況，顯著增加土壤碳存儲，尤其是土壤碳庫的活性組分。這主要是因為綠肥翻壓還田后可通過腐解釋放大量有機物成為優質有機肥源，土壤有機養分庫容增加，速效養分吸納能力得以提高^[17，19]。

與傳統耕作方式相比，粉壟耕作可一次性完成深耕松土和整地等工序，簡化了耕作程序，提高了作業效率。粉壟耕作有利于破除犁底層并改善深層土壤結構，從而提高耕層土壤孔隙度和孔隙連續性，而且，粉壟耕作使得土壤松散，土壤顆粒光滑細小，排列結構更為緊密，土壤大粒徑團聚體比例提高，土壤團聚體的穩定性更強^[6，20]。綠肥粉壟耕作耦合處理下，粉壟耕作拓展了土壤中養分、水分、氧氣、微生物等的物理空間，綠肥翻壓還田為土壤提供了大量有機質，保證了作物養分的供應^[21]。張維理等^[22]研究結果表明，綠肥作物紫云英粉壟耕作還田后，能快速形成土壤有效有機質，并礦化釋放礦質養分，促進土壤腐殖質降解和再生，利于土壤團聚體結構的形成和土壤質量的提升，本研究結果與其較為一致。綠肥粉壟耕作耦合處理使得土壤容重降低，堿解氮含量、有機質含量、有機碳含量及有機碳儲量均顯著提高，土壤有機碳含量提高幅度達32.9%。

DOC、EOC、MBC的組成與變化代表了土壤有機碳分解和養分釋放的潛力^[23]。本研究發現，綠肥粉壟耕作耦合處理下，土壤DOC、EOC、MBC含量顯著高于CK以及T1、T2處理。原因在于，DOC、EOC等有機碳組分主要由植物根系、莖稈等殘體以及細菌、真菌等微生物及其代謝產物組成。綠肥翻壓還田給土壤提供較多的植物殘體，從而為土壤微生物生長提供更多速效養分，進一步刺激了微生物對植株殘體的分解，MBC含量也隨之提高，為土壤有機碳的產生提供保證^[24]。

土壤團聚體是由礦物顆粒和有機物質結合形成，具有不同尺度的多孔結構，對土壤有機碳具有保護作用^[25-27]。土壤團聚體通過物理隔離等閉蓄機制，提高土壤有機碳的穩定性，從而提高了土壤避免通過礦化和淋溶等途徑丟失碳的能力^[28-29]。本研究通過綠肥粉壟耕作耦合，土壤＞2.000mm、0.251～2.000mm粒級土壤團聚體質量占比提高，0.050～0.250mm、＜0.050mm粒級團聚體質量占比降低。這主要是因為粉壟耕作具有良好的土壤碎裂性、土壤松散性高、機械鉆橫向擾動土壤的優勢^[30]。而大團聚體是土壤有機碳的固存庫，與大團聚體結合的有機碳還有助于維持土壤團聚體的穩定性^[31]。本研究中，綠肥粉壟耕作耦合處理提高了水穩性團聚體中有機碳含量及團聚體中有機碳貢獻率，大粒徑團聚體中有機碳含量及有機碳貢獻率更高。＞2.000mm、0.251～2.000mm團聚體有機碳含量較對照分別提高了13.7%、12.1%，有機碳貢獻率達到20.4%、30.6%。

4結論

本研究以濱海鹽堿地為土壤資源，充分耦合綠肥固碳特性及粉壟耕作促進土壤有機碳的轉化效應，以促進土壤有機碳積累為切入點，研究了綠肥粉壟耕作耦合對土壤有機碳積累及組分的影響，以期充分發揮綠肥粉壟耕作耦合在濱海鹽堿地改良中的潛在優勢。與其他研究相比，本研究更具有地域性和針對性。研究結果顯示，綠肥粉壟耕作耦合顯著提高了濱海鹽堿地土壤有機碳及活性組分含量，有效提升了土壤水穩性大團聚體比例和土壤團聚體有機碳含量及貢獻率。該耕作方式有利于濱海鹽堿地土壤有機碳的積累，提高濱海鹽堿地土壤耕地質量。

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（責任編輯：黃克玲）