覆蓋方式對旱作小麥田土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

付鑫，王俊，趙丹丹

（西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127）

覆蓋方式對旱作小麥田土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

付鑫，王俊，趙丹丹

（西北大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院，陜西西安710127）

依托中國科學(xué)院長武黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)實(shí)驗(yàn)站的長期覆蓋試驗(yàn)，分析研究秸稈覆蓋和地膜覆蓋對黃土高原旱作冬小麥田土壤團(tuán)聚體分布和團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響，共包括4種處理：無覆蓋（CK）、全年9 000 kg·hm－2秸稈覆蓋（M9000）、全年4 500 kg·hm－2秸稈覆蓋（M4500）和全年地膜覆蓋（PM）。結(jié)果表明：（1）與CK處理相比，M9000處理土壤總有機(jī)碳含量提高8.1%（P＜0.05），M4500和PM處理較CK處理無顯著差異。（2）M9000、M4500處理＞0.25mm團(tuán)聚體含量較CK處理分別提高6.6%、4.1%，PM處理降低1.7%。（3）與CK處理相比，M9000處理平均重量直徑（MWD）值提高9.2%，PM處理降低14.8%；M9000處理幾何平均直徑（GMD）提高13.0%，PM處理降低15.7%（P＜0.05）。（4）土壤總有機(jī)碳與＞0.25mm團(tuán)聚體含量、MWD和GMD值呈顯著正相關(guān)。（5）各處理中，＞5 mm和＜0.25mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量較高；M9000處理可不同程度地提高各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量，PM處理作用不明顯；土壤有機(jī)碳主要儲存在機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體中，且＞5 mm團(tuán)聚體對總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率最大，M9000、M4500處理可提高＞0.25mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率。（6）各處理土壤總有機(jī)碳與＞5mm和＜0.25mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體中有機(jī)碳呈極顯著正相關(guān)。因此，長期秸稈覆蓋不僅可以提升團(tuán)聚體水平和穩(wěn)定性，還可增加團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，有利于土壤有機(jī)碳的固定。該區(qū)全年9 000 kg·hm－2秸稈覆蓋處理效果最好。

覆蓋方式；旱作小麥田；土壤團(tuán)聚體；有機(jī)碳

團(tuán)聚體是維持土壤質(zhì)量的物質(zhì)基礎(chǔ)［1－2］，是土壤有機(jī)質(zhì)分解轉(zhuǎn)化、腐殖質(zhì)形成及有機(jī)碳儲存的主要場所，其數(shù)量、大小及排列方式直接影響土壤物理狀態(tài)、肥力和質(zhì)量［3］。土壤總有機(jī)碳（TOC）是土壤的重要組成部分，在土壤的肥力保持和農(nóng)作物增產(chǎn)等方面有重要的作用，它的累積與分解也對全球碳平衡起著重要作用［4］。土壤中約90%的有機(jī)碳儲存在團(tuán)聚體中，土壤各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量在土壤肥力和土壤碳匯中具有雙重意義。團(tuán)聚體有機(jī)碳的穩(wěn)定性受人為管理措施的影響，是土壤中可調(diào)控的一類物質(zhì)。黃土高原作為我國重要的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，因受其氣候、地理位置、地形地貌、土壤結(jié)構(gòu)等多種因素的影響，已成為我國乃至世界生態(tài)環(huán)境最為脆弱的地區(qū)之一［5］。近年來，秸稈覆蓋和地膜覆蓋因其良好的蓄水穩(wěn)溫保墑增產(chǎn)效應(yīng)在該區(qū)應(yīng)用廣泛［6］，覆蓋措施對土壤的固碳效應(yīng)也越來越引起關(guān)注。關(guān)于不同覆蓋方式對土壤團(tuán)聚體含量、穩(wěn)定性和土壤養(yǎng)分間的關(guān)系研究很多，鞏文峰等［7］研究表明傳統(tǒng)耕作下的秸稈還田和地膜覆蓋對于土壤表層中土壤團(tuán)粒的形成具有促進(jìn)作用；蔡立群、李涵等［8－9］發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)耕作下秸稈覆蓋可提高大團(tuán)聚體含量和團(tuán)聚體穩(wěn)定率；王勇、陳文超等［1，10］的研究結(jié)果則表明，秸稈覆蓋還田進(jìn)一步提高了各土壤層次上TOC和所有級別團(tuán)聚體的有機(jī)碳含量及大團(tuán)聚體的形成與穩(wěn)定。但關(guān)于不同覆蓋方式對團(tuán)聚體分布特征及團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響鮮見報(bào)道，尤其是針對黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)田的相關(guān)研究更少。

為探明施行地表覆蓋措施后對土壤團(tuán)聚體及其有機(jī)碳的影響，本研究以陜西省長武縣黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站內(nèi)2008年布設(shè)的覆蓋試驗(yàn)地為平臺，對試區(qū)2014年冬小麥田收獲期的土壤表層團(tuán)聚體含量、穩(wěn)定性和團(tuán)聚體有機(jī)碳進(jìn)行測定，探討不同覆蓋措施對土壤結(jié)構(gòu)、土壤固碳效應(yīng)的影響機(jī)制，為地表覆蓋耕作技術(shù)的推廣應(yīng)用提供科學(xué)理論支撐。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在陜西省長武縣黃土高原農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗(yàn)站（107°44′E，35°12′N）進(jìn)行，地處黃土高原中南部渭北旱塬上，屬暖溫帶半干旱、半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，是我國典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)。該區(qū)年平均氣溫9.2℃，年日照時(shí)數(shù)2 230 h，多年平均降水量為584.1 mm，海拔1 220 m，塬面平坦，為典型的黃土高原溝壑地貌。土壤屬粘壤質(zhì)黑壚土，土體疏松，土層深厚，布設(shè)試驗(yàn)前0～20 cm土層平均土壤總有機(jī)碳含量為7.90 g·kg－1，全氮0.80 g·kg－1，堿解氮46.67 mg·kg－1，速效磷5.34 mg·kg－1，速效鉀187.80 mg· kg－1，pH為8.4。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

冬小麥覆蓋種植試驗(yàn)開始于2008年，設(shè)4個(gè)處理，分別為冬小麥全年無覆蓋處理（CK）、全年覆蓋秸稈9 000 kg·hm－2處理（M9000）、全年覆蓋秸稈4 500 kg·hm－2處理（M4500）和全年地膜覆蓋處理（PM），各處理重復(fù)3次，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積66.7 m2，隨機(jī)區(qū)組排列。區(qū)／組間距分別為0.5 m／1 m，四周保護(hù)帶寬1m。

供試冬小麥品種為‘長武－134’，每年9月下旬播種，次年6月下旬收獲后麥田休閑，一年一熟。播種前清除上年覆蓋的秸稈或地膜，并用圓盤耙機(jī)松土蓄墑后播種，小麥秸稈和地膜覆蓋均在播種后立即進(jìn)行。每個(gè)小區(qū)在播種前施基肥N 135 kg·hm－2、P2O590 kg·hm－2。覆蓋秸稈時(shí)將當(dāng)年收獲后小麥秸稈剪至10～15 cm長，均勻表覆于各處理小區(qū)，其中秸稈覆蓋M9000處理厚度約為5～10 cm，M4500處理約為3～5 cm。實(shí)驗(yàn)在旱地進(jìn)行，作物生長完全依靠自然降水，無灌溉，人工除草。

1.3 樣品采集和測定方法

本試驗(yàn)于2014年7月小麥?zhǔn)崭詈?，用土鏟按“S”型在每小區(qū)采取5個(gè)點(diǎn)的0～10 cm土層土樣，剝除土塊外面直接與土鏟接觸而變形的土壤。將5個(gè)點(diǎn)的土壤樣品混合為一個(gè)樣品，用硬質(zhì)塑料盒裝好帶回實(shí)驗(yàn)室，以免破壞團(tuán)聚體。待樣品達(dá)到土壤塑限后用手輕輕將大土塊沿自然脆弱帶分成直徑小于1 cm的土塊，在實(shí)驗(yàn)室條件下風(fēng)干后，去除植物殘?bào)w和石塊備用。采用干篩法測定土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量：將孔徑分別為5、2、1、0.5、0.25 mm的土篩按孔徑由大到小疊放成一組套篩，稱取200 g風(fēng)干土樣放置于土篩上，將套篩放置震動篩分機(jī)上震動10min，稱量每層土篩上的土壤重量，并計(jì)算其重量比例。采用EA3000元素分析儀測定TOC及干篩法所得各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，具體如下：稱量3 g過2mm篩的土壤樣品，用1 mol·L－1HCl去除土壤中的無機(jī)碳，然后用蒸餾水清洗3次，在60℃下烘干至恒重，過0.15mm篩上機(jī)測定有機(jī)碳含量。

土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性采用平均重量直徑（mean weight diameter，MWD）和幾何平均直徑（geometric mean diameter，GMD）表示：

式中，Xi是i級團(tuán)聚體直徑的中值；Wi為第i個(gè)篩子上團(tuán)聚體重量百分比［5］。其中，＞5mm篩上的團(tuán)聚體平均直徑采用7.5 mm，篩子的孔徑≥0.25 mm（不包括＜0.25 mm級別團(tuán)聚體）。

各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳對土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率（%）通過下式計(jì)算：某級別團(tuán)聚體有機(jī)碳對總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率＝該級團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量×該級團(tuán)聚體的含量（%）／土壤總有機(jī)碳含量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

采用EXCEL 2010處理數(shù)據(jù)并制圖，SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋方式下TOC含量

圖1為不同覆蓋方式下土壤有機(jī)碳含量分布情況，由該圖可以看出不同覆蓋方式對土壤表層TOC含量有顯著影響。TOC含量大小順序?yàn)镸9000＞M4500＞PM＞CK，M9000處理有機(jī)碳含量較CK處理提高8.1%（P＜0.05），而M4500和PM處理與CK差異不顯著。與CK處理相比，M9000處理有利于土壤表層TOC的積累，M4500和PM處理對TOC含量影響不明顯。

2.2 不同覆蓋方式下土壤團(tuán)聚體組成和穩(wěn)定性

2.2.1 不同覆蓋方式下土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體分布特征土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體是具有一定抵抗機(jī)械破壞能力的團(tuán)聚體，是表征土壤結(jié)構(gòu)狀況及其特征的一個(gè)重要指標(biāo)。表1是不同覆蓋方式對土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體組成的影響情況。由表1可以看出各處理土壤經(jīng)過干篩后，＞0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量變化區(qū)間是83.37%～90.42%，表明各處理機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體均以＞0.25 mm土壤大團(tuán)聚體為主，其中＞5 mm土壤團(tuán)聚體的含量最高，變化區(qū)間為29.94%～40.63%，0.5～0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量最少（最多也不超過11%）。在土壤表層中＞0.25 mm土壤團(tuán)聚體含量大小為M9000＞M4500＞CK＞PM，M9000和M4500處理較CK處理大團(tuán)聚體含量分別提高6.6%、4.1%，PM處理降低1.7%。與CK處理相比，M9000處理＞5 mm、5～2mm和2～1 mm團(tuán)聚體含量分別提高6.9%、25.5%和18.2%，0.5～0.25 mm團(tuán)聚體含量降低25.6%；M4500處理5～2 mm、2～1 mm和1～0.5 mm團(tuán)聚體含量分別提高了6.2%、15.9%和12.7%；PM處理＞5 mm團(tuán)聚體含量降低21.3%，5～2 mm、2～1 mm、1～0.5 mm和0.5～0.25 mm團(tuán)聚體含量分別提高8.4%、10.1%、18.4%和20.4%。由此可以看出與無覆蓋處理相比，秸稈覆蓋處理可以促進(jìn)團(tuán)聚體由較小級別向較大級別團(tuán)聚體團(tuán)聚轉(zhuǎn)化，而地膜覆蓋處理對土壤團(tuán)聚體的團(tuán)聚作用不明顯。

圖1 不同覆蓋方式下TOC含量Fig.1 Soil organic carbon contents under different mulching measures

2.2.2 覆蓋方式對土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的影響土壤團(tuán)聚體平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是反映土壤團(tuán)聚體大小整體狀況及穩(wěn)定性的常用指標(biāo)，MWD和GMD值越大，表示團(tuán)聚體的團(tuán)聚度越高［11］。本文應(yīng)用＞0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體MWD和GMD值作為評價(jià)土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性的參數(shù)。由圖2可知，不同覆蓋方式的MWD值表現(xiàn)為：M9000＞M4500＞CK＞PM，其中M9000處理MWD值較CK處理顯著提高9.2%（P＜0.05），PM處理顯著降低14.8%（P＜0.05），M4500處理較CK處理差異不顯著；GMD值表現(xiàn)出與MWD相同的變化特征，M9000處理GMD值較CK處理顯著提高13.0%，PM處理顯著降低15.7%，M4500處理較CK處理差異不顯著。

2.2.3 土壤TOC與土壤團(tuán)聚體指標(biāo)的相關(guān)性有機(jī)碳是形成土壤團(tuán)聚體的重要膠結(jié)劑，因此土壤TOC含量與團(tuán)聚體的形成和團(tuán)聚體的穩(wěn)定性密切相關(guān)。由圖3可知，土壤TOC與＞0.25mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量、MWD值、GMD值呈顯著正相關(guān)。

表1 不同覆蓋方式下土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的分布Table 1 Distribution of soil mechanical－stable aggregate under different mulching measures

圖2 不同覆蓋方式下土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性指數(shù)Fig.2 The mean weight diameter（MWD）and geometric mean diameter（GMD）under different mulching measures

圖3 土壤團(tuán)聚體指標(biāo)與土壤TOC含量相關(guān)性分析Fig 3 Correlations between aggregates index and TOC content

2.3 不同覆蓋方式下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳分布和貢獻(xiàn)率

2.3.1 不同覆蓋方式下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的含量和分布圖4為不同覆蓋方式各級別機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量，可見＜0.25 mm微團(tuán)聚體內(nèi)有機(jī)碳含量最高，＞5 mm團(tuán)聚體次之，5～2、2～1、1～0.5mm和0.5～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量較小。不同覆蓋方式下各級別團(tuán)聚體有機(jī)碳含量發(fā)生了明顯變化。與CK處理相比，M9000處理顯著提高了各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量，級別由大到小分別提高了10.0%、4.0%、6.8%、8.4%、3.9%和18.1%，其中＜0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量提高幅度最大；M4500處理有利于5～2 mm、1～0.5 mm和＜0.25 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量的提高，提高幅度分別為6.6%、5.9%和2.8%，PM處理雖有利于1～0.5mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量的提高，但＜0.25 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量有降低趨勢。因此，秸稈覆蓋對土壤各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳的積累有不同程度的提高，且秸稈覆蓋量越大效果越明顯，地膜覆蓋對團(tuán)聚體中有機(jī)碳的影響作用較差。

2.3.2 不同覆蓋方式下各級別團(tuán)聚體對土壤TOC的貢獻(xiàn)率從表2中看出，團(tuán)聚體中有機(jī)碳貢獻(xiàn)率與團(tuán)聚體各級別含量分布規(guī)律一致，＞5 mm的最高，0.5～0.25mm的最低。在土壤表層中大團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率變化范圍為82.88%～88.77%，80%以上的有機(jī)碳保存在＞0.25 mm土壤機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體中，表明土壤總有機(jī)碳主要儲存在大團(tuán)聚體中。在同一處理方式的大團(tuán)聚體中，以＞5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最高，變化范圍為31.00%～42.69%，以0.5～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最低，變化范圍為6.50%～10.11%，其余級別在10%～15%之間。與CK處理相比，M9000和M4500處理提高了＞0.25 mm的土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體對總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率（P＜0.05），其中M9000處理可提高＞5 mm、5～2mm和2～1 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，M4500處理可提高5～2mm、2～1mm和1～0.5mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，PM處理＞5 mm團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率降低，但有利于5～2mm、2～1mm、1～0.5mm和0.5～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率的提高。

2.3.3 土壤TOC和團(tuán)聚體有機(jī)碳相關(guān)關(guān)系的變化

圖5列出了土壤TOC含量與團(tuán)聚體有機(jī)碳含量之間的相關(guān)分析結(jié)果?？梢钥闯觯寥繲OC與＞5 mm、＜0.25 mm級別團(tuán)聚體有機(jī)碳含量呈極顯著的正相關(guān)（P＜0.01），與其它級別團(tuán)聚體有機(jī)碳含量相關(guān)性不高（P＞0.05）。

圖4 不同覆蓋方式土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳含量Fig.4 Soil organic carbon content of soil aggregates under different mulching measures

表2 不同級別機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體有機(jī)碳對土壤總有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率／%Table 2 The contribution of mechanical－stable aggregates organic carbon to soil total organic carbon

3 討論

3.1 覆蓋方式對土壤TOC的影響

土壤有機(jī)碳的含量取決于土壤原有有機(jī)碳的礦化和外援有機(jī)物質(zhì)的輸入（作物殘茬、落葉、雜草、根系分泌物、有機(jī)肥料等），作物秸稈含有較為豐富的有機(jī)成分和營養(yǎng)元素，有利于土壤新鮮有機(jī)質(zhì)的補(bǔ)充［12］。本研究結(jié)果表明，秸稈和地膜覆蓋措施實(shí)施6年后對土壤有機(jī)碳產(chǎn)生了顯著影響。與無覆蓋處理相比，兩種秸稈覆蓋處理均能不同程度地提高土壤有機(jī)碳含量，且秸稈覆蓋量越高提高土壤有機(jī)碳的效果越顯著。其原因除了秸稈覆蓋處理下秸稈分解增加了土壤表層有機(jī)物質(zhì)的輸入量外，同時(shí)秸稈覆蓋可降低土壤表層的風(fēng)速，使水分和熱量交換降低，提高土壤含水量，這些作用能夠提高土壤微生物種類和活性，使得更多不穩(wěn)定碳得以固定［2］。地膜覆蓋的增溫保水作用加速了土壤有機(jī)質(zhì)的礦化，但地膜覆蓋后減少了雨水對土壤的直接擊打，使得土壤變得疏松，微生物活動旺盛，從而促進(jìn)了土壤活性有機(jī)碳的固定［6，13］，所以地膜覆蓋處理較無覆蓋處理土壤有機(jī)碳變化不明顯。

圖5 土壤TOC與團(tuán)聚體有機(jī)碳的相關(guān)關(guān)系Fig.5 Correlations between TOC and soil organic carbon in aggregates

3.2 覆蓋方式對土壤團(tuán)聚體分布及穩(wěn)定性的影響

土壤結(jié)構(gòu)與土壤質(zhì)量關(guān)系密切，良好的土壤結(jié)構(gòu)不僅要有各級別團(tuán)聚體的分布，還應(yīng)保證團(tuán)聚體具有一定的穩(wěn)定性［14］。本研究各處理中，以＞5 mm團(tuán)聚體含量最高，且各級別土壤團(tuán)聚體含量總體上無明顯的變化規(guī)律，與鄭子成、何淑勤等［15－16］得出在不同土地利用方式下土壤團(tuán)聚體含量隨著團(tuán)聚體級別的減小呈遞減的變化趨勢不同，這可能是因?yàn)楹Y分的團(tuán)聚體級別不同和試驗(yàn)地土壤類型不同所致。

Six等［17］認(rèn)為＞0.25 mm團(tuán)聚體是土壤中理想的結(jié)構(gòu)體其含量可用來反映土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣。平均重量直徑（MWD）和幾何平均直徑（GMD）是反映土壤團(tuán)聚體分布狀況的常用指標(biāo)，其值越大表明團(tuán)聚度越好［17］。武均等［3］研究表明秸稈覆蓋還田和地膜覆蓋可增大0～30 cm各土層機(jī)械穩(wěn)定性和水穩(wěn)性團(tuán)聚體含量（＞0.25 mm），平均重量直徑和幾何平均直徑值。鞏文峰等［7］研究表明，秸稈還田有利于0～5 cm土壤表層團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，而地膜覆蓋對于5～10 cm土層土壤團(tuán)粒的形成具有促進(jìn)作用。廖萍等［18］研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋和地膜覆蓋均可以降低土壤容重，增加土壤的孔隙度，改善土壤的通透性，且地膜覆蓋在改善土壤物理性狀方面優(yōu)于秸稈覆蓋。本試驗(yàn)研究結(jié)果中，兩種不同秸稈覆蓋量處理可不同程度提高土壤表層＞0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量，提升團(tuán)聚體穩(wěn)定性，且覆蓋量越大效果越顯著；而地膜覆蓋處理不利于土壤表層大團(tuán)聚體含量的增加且降低了土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，該結(jié)果與張仁陟等［19］的早前報(bào)道相似。其原因一是因?yàn)樾迈r秸稈中由于含有較高含量的易分解性有機(jī)質(zhì)，覆蓋在土壤表層后在微生物的作用下，易生成較多的多糖類物質(zhì)，可迅速促進(jìn)土壤中團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成［4］；二是秸稈覆蓋可有效地緩解雨滴對土壤的打擊力，削弱了雨滴對土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的破壞，防止“結(jié)皮”現(xiàn)象出現(xiàn)［3，20］。而地表覆蓋地膜后土壤溫度增加，土壤有機(jī)質(zhì)的礦化速率加快，且沒有外來有機(jī)物質(zhì)的輸入，使得土壤團(tuán)聚體的膠結(jié)物質(zhì)減少，因此地膜覆蓋不利于土壤團(tuán)聚作用。

＞0.25 mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體含量、MWD和GMD值與土壤有機(jī)碳關(guān)系密切，隨著有機(jī)碳含量的增加，大團(tuán)聚體含量和穩(wěn)定性也會增加，表明土壤有機(jī)碳影響土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定性，對機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體含量和穩(wěn)定性的提升有正激發(fā)效應(yīng)，這與大部分研究結(jié)果一致［5，21－22］。

3.3 覆蓋方式對土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的影響

對于土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳的固定和保護(hù)機(jī)制已成為土壤碳循環(huán)的研究熱點(diǎn)。Jastrow等［23］利用13C示蹤法證實(shí)了微團(tuán)聚體中有機(jī)碳比大團(tuán)聚體中的有機(jī)碳形成時(shí)間早，大團(tuán)聚體比微團(tuán)聚體含更多的有機(jī)碳。張賽等［24］研究得出2～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高。李輝信等［25］研究表明團(tuán)聚體級別從＞3 mm至0.05～0.25 mm，團(tuán)聚體顆粒愈小有機(jī)碳含量愈高，以0.05～0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最高，＜0.05 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量最低。在本研究中，各處理中均以＞5 mm和＜0.25 mm團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量最高。國內(nèi)外一些保護(hù)性耕作試驗(yàn)已經(jīng)表明，秸稈覆蓋不僅能夠提供豐富土壤碳的來源，提高土壤有機(jī)碳含量，還有助于土壤大團(tuán)聚體含量及其穩(wěn)定性的提高，提高土壤各級團(tuán)聚體中C、N、P的含量，提高土壤的固碳能力［5，26－27］。陳文超等［1］等研究表明秸稈還田處理中，除2～1 mm級別外，各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量均有不同程度的提升作用。本研究結(jié)果顯示，與無覆蓋處理相比，連續(xù)覆蓋6年秸稈后，土壤各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量普遍提高，且覆蓋量越大效果越明顯，即秸稈覆蓋為土壤提供的外源性有機(jī)質(zhì)可以作為微團(tuán)聚體聚合成較大級別團(tuán)聚體的暫時(shí)性膠結(jié)物質(zhì)，從而提高大級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量，但由于土壤生物的利用以及有機(jī)質(zhì)腐殖化過程，大級別團(tuán)聚體會破碎成小團(tuán)聚體以及微團(tuán)聚體，有機(jī)碳也會向小級別團(tuán)聚體中流轉(zhuǎn)，也在一定程度上增加了土壤總有機(jī)碳含量［1，5，27］，而地膜覆蓋外源性有機(jī)物質(zhì)輸入量較少，各級別團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量變化不明顯。表層土壤大部分有機(jī)碳存儲于＞0.25mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體中，其中＞5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最大，說明團(tuán)聚體對有機(jī)碳的物理保護(hù)主要通過大團(tuán)聚體來實(shí)現(xiàn)，這與姜學(xué)兵、何淑勤等［4，16］研究結(jié)果一致。由本文上述分析得出，在土壤表層＞5mm和＜0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳含量高于其它級別團(tuán)聚體，即各處理土壤有機(jī)碳在該級別團(tuán)聚體中的分布較多，故與土壤總有機(jī)碳應(yīng)有較好的相關(guān)性。相關(guān)分析結(jié)果表明，土壤總有機(jī)碳與＞5 mm和＜0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳之間具有顯著的相關(guān)性，該結(jié)果驗(yàn)證了上述分析，因此該粒徑團(tuán)聚體有機(jī)碳能夠作為指示土壤總有機(jī)碳的變化的指標(biāo)。本研究結(jié)果證明，秸稈覆蓋處理明顯提高了土壤大團(tuán)聚體中有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，降低了微團(tuán)聚體中有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，其原因主要是秸稈覆蓋促進(jìn)了微團(tuán)聚體向大團(tuán)聚體轉(zhuǎn)化，因秸稈覆蓋提高了土壤各級別團(tuán)聚體的碳含量，因此團(tuán)聚體有機(jī)碳含量的提高不是大團(tuán)聚體貢獻(xiàn)率的提高的主要原因，這與郝翔翔等［27］研究結(jié)果不一致。

4 結(jié)論

與無覆蓋處理相比，連續(xù)6年實(shí)施秸稈和地膜覆蓋對黃土高原旱作冬小麥田土壤機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體的組成、穩(wěn)定性以及有機(jī)碳在各級別團(tuán)聚體中的累積與流轉(zhuǎn)過程均產(chǎn)生了影響。秸稈覆蓋的耕作措施顯著改善了土壤結(jié)構(gòu)，提高了＞0.25 mm團(tuán)聚體在機(jī)械穩(wěn)定性大團(tuán)聚體中所占的比例，進(jìn)而提高了團(tuán)聚體團(tuán)聚度，有利于土壤結(jié)構(gòu)的良性發(fā)展，且秸稈覆蓋量越大效果越明顯，地膜覆蓋不利于土壤大團(tuán)聚體的形成及穩(wěn)定性的提高。而在土壤有機(jī)碳的提升方面，實(shí)施秸稈覆蓋處理下土壤總有機(jī)碳及各粒徑團(tuán)聚體中有機(jī)碳含量得到不同程度的提高，有利于土壤中碳儲量的增加，提高了＞0.25 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳的貢獻(xiàn)率，且M9000處理效果更顯著，地膜覆蓋作用不明顯。表層土壤大部分有機(jī)碳存儲于＞0.25mm機(jī)械穩(wěn)定性團(tuán)聚體中，其中＞5 mm團(tuán)聚體有機(jī)碳貢獻(xiàn)率最大，團(tuán)聚體對有機(jī)碳的物理保護(hù)主要通過大團(tuán)聚體來實(shí)現(xiàn)。

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Effects of different mulching treatments on the soil organic carbon content in soil aggregates in a rainfed wheat field

FU Xin，WANG Jun，ZHAO Dan-dan
（College of Urban and Environment Science，Northwest University，Xi’an，Shaanxi 710127，China）

To investigate the effects of different mulching treatments on soil aggregate distribution and the content of soil organic carbon in soil aggregates four mulching measures were conducted including CK（without mulching treatment），M9000（straw mulching at a rate of9 000 kg·hm－2），M4500（straw mulching at rate of4 500 kg·hm－2），and PM（plastic film mulching）in a rainfed winter wheat field on Loess Plateau.The results showed that compared with CK，soil total organic carbon（TOC）content by M9000was increased by 8.1%（P＜0.05）.TOC content by M4500and PM had no significant differences.Compared with the CK treatment，soil mechanical-stable macroaggregates content became increased by 6.6%and 4.1%by M9000and M4500treatments，respectively.PM treatment macroaggregates content was significantly decreased by 2.5%compared with CK.Compared with CK，the soil mean weight diameter（MWD）by M9000treatment was increased by 9.2%，and was decreased by 14.8%by PM treatment.The soil geometric mean diameter（GMD）by M9000treatment was increased by 13.0%，and became decreased by 15.7%（P＜0.05）by PM treatment.TOC has close relationships with soil macroaggregate content，MWD and GMD.TOC could increase mechanical-stable aggregates and enhance the stability.Additionally，TOC was mainly concentrated in aggregates with the agglomeration＞5 mm and＜0.25mm size.M9000treatment could improve the organic carbon of all the mechanical-stable aggregates size at different degrees，but PM treatment had no effects.Soil organic carbon was mainly stored in the mechanical-stable macroaggregate.＞5 mm size aggregate contribution is the largest within the total soil organic carbons.M9000and M4500treatmentscould improve the contribution rate of the＞0.25 mm size aggregates.Furthermore，there was a significant positive correlation between TOC and＞5mm，＜0.25mm aggregates organic carbon，indicating that＞5mm and＜0.25mm aggregates could be used as a proxy for measuring changes in soil organic carbon.Therefore，straw mulching could not only enhance the aggregate content and stability，but also increase the organic carbon content in aggregate，which is beneficial for soil carbon sequestration with an optimal treatment rate at9 000 kg·hm－2.

mulching measures；rainfed wheat field；soil aggregate；organic carbon

S152.4

A

1000-7601（2016）06-0163-07

10.7606／j.issn.1000-7601.2016.06.25

2015-12-29

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31270484，31570440）；西北大學(xué)研究生自主創(chuàng)新項(xiàng)目（YZZ13006）

付鑫（1990—），女，河北邢臺人，博士研究生，主要從事旱作農(nóng)田土壤固碳和理化性質(zhì)的研究。E-mail：fuxinxin1215＠163.com。

王俊（1974—），男，河南虞城人，教授，主要從事旱作農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)管理方面研究。E-mail：wangj＠nwu.edu，cn。