不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響

李新華，郭洪海，朱振林，董紅云，楊麗萍，張錫金

（1.山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，濟(jì)南 250100； 2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟(jì)南 250100）

不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響

李新華1，郭洪海2※，朱振林1，董紅云1，楊麗萍1，張錫金1

（1.山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，濟(jì)南 250100； 2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，濟(jì)南 250100）

為了探討不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）及活性碳組分的影響，設(shè)置了秸稈不還田（CK）、秸稈直接還田（CS）、秸稈轉(zhuǎn)化為食用菌基質(zhì)，出蘑后菌渣還田（CMS）和秸稈過腹還田（CGS）4種還田模式。通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了不同秸稈還田模式下，土壤有機(jī)碳及活性組分的變化規(guī)律。結(jié)果表明不同秸稈還田模式均提高了土壤有機(jī)碳含量，但不同還田模式下土壤有機(jī)碳含量差異不顯著（P＞0.05），和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加9.0%、23.9%和26.7%。不同秸稈還田模式也提高了土壤活性碳組分含量。在不同秸稈還田模式下，土壤溶解性有機(jī)碳（dissolved organic carbon，DOC）含量表現(xiàn)為CS＞CMS＞CGS＞CK，且不同處理間差異顯著（P＜0.01）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加64.6%、29.4%和8.9%。土壤微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）含量表現(xiàn)為CMS＞CGS＞CS＞CK，且差異顯著（P＜0.05）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤MBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加28.9%、84.7%和59.3%。土壤易氧化態(tài)碳（easily oxidizable carbon，EOC）含量表現(xiàn)為CMS＞CS＞CGS＞CK，且差異顯著（P＜0.01）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤EOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加24.1%、55.7%、和9.3%。不同秸稈還田模式顯著影響土壤活性碳組分在總有機(jī)碳中占的比例，改變土壤有機(jī)碳質(zhì)量。在不同秸稈還田模式下，DOC/TOC表現(xiàn)為CS＞CMS＞CK＞CGS、MBC/TOC表現(xiàn)為CMS＞CGS ＞CS＞CK、EOC/TOC表現(xiàn)為CMS＞CS＞CK＞CGS，且不同處理間均差異顯著（P＜0.01）。從提高土壤質(zhì)量角度，推薦秸稈-菌渣還田模式，在該模式下，土壤MBC/TOC和EOC/TOC均最大，土壤碳素有效性高、易于被微生物利用，有利于作物生長。從提高土壤固碳角度，推薦秸稈過腹還田模式，在該模式下，土壤DOC/TOC最小，且土壤有機(jī)碳含量最高，有利于碳的固定和保存。該研究結(jié)果可為秸稈合理高效利用、改善農(nóng)業(yè)土壤碳庫質(zhì)量提供參考。

秸稈；有機(jī)碳；土壤；還田模式；活性碳組分

0 引言

土壤有機(jī)碳（total organic carbon，TOC）是土壤的重要組成部分，不僅影響土壤的物理、化學(xué)及生物性質(zhì)，在土壤肥力和植物營養(yǎng)中也具有重要作用[1]。但土壤有機(jī)碳的數(shù)量只是一個(gè)礦化分解和合成的平衡結(jié)果，不能很好地反映轉(zhuǎn)化速率和土壤有機(jī)碳質(zhì)量的變化[2]。而土壤中的活性碳組分如可溶性有機(jī)碳（dissolved organic carbon，DOC）、土壤微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）和易氧化態(tài)碳（easily oxidizable carbon，EOC）等指標(biāo)雖然在有機(jī)碳中所占的比例較小，但這些組分對(duì)不同農(nóng)業(yè)管理措施如施肥、秸稈還田及耕作方式等的變化更敏感，因此常被用作評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量及土壤管理的一個(gè)重要指標(biāo)[3-4]。研究土壤有機(jī)碳及其活性組分的變化，有利于揭示農(nóng)業(yè)措施對(duì)土壤有機(jī)碳的影響機(jī)制[5]。

農(nóng)作物秸稈作為物質(zhì)、能量和養(yǎng)分的載體，是一種寶貴的自然資源，秸稈直接還田是當(dāng)今秸稈資源利用的主渠道[2]。研究表明秸稈還田不僅是提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量的主要農(nóng)藝措施之一[6-7]，但也帶來了播種質(zhì)量差、與飼料爭(zhēng)資源、病蟲草害大面積發(fā)生及影響溫室氣體排放等問題[8-9]。秸稈還田后，由于增加了土壤外源有機(jī)物的投入，不僅影響土壤有機(jī)碳的活性和穩(wěn)定性，改變其組成與存在方式[10-11]，并且土壤有機(jī)碳及其活性組分對(duì)不同有機(jī)物料的響應(yīng)也存在較大差異[12-13]。秸稈也可以轉(zhuǎn)化為有機(jī)肥、畜禽糞便、菌渣等不同有機(jī)物料，通過不同途徑再歸還到農(nóng)田。鑒于此，為了確定秸稈合理有效的還田方式，更好的提高土壤質(zhì)量，本研究在黃淮海小麥-玉米一年兩熟制區(qū)域選擇典型研究區(qū)，設(shè)置秸稈不還田、秸稈直接還田、秸稈轉(zhuǎn)化為食用菌基質(zhì)，出蘑后菌渣還田和秸稈過腹還田4種還田模式，開展不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳含量及其活性碳組分影響的研究，以期為秸稈合理高效利用、改善農(nóng)業(yè)土壤碳庫質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所循環(huán)農(nóng)業(yè)研究基地—山東省德州市平原縣張華鎮(zhèn)梨園村，本區(qū)屬東亞暖溫帶亞濕潤大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，雨熱同期，四季分明。年平均氣溫12.1～13.1℃，極端最高氣溫40.9℃，極端最低氣溫—22.8℃。年平均降雨量579.2～633.3 mm。試驗(yàn)田土壤類型為壤土，是典型的黃河沖積平原，耕層土壤厚約20 cm。試驗(yàn)前土壤基本理化性質(zhì)為：有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)17.8 g/kg、TOC 9.56 g/kg、TN 1.04 g/kg、DOC 151.68 mg/kg、MBC 9.38 mg/kg、EOC 0.85 mg/kg、A-P15.58 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2012年10月－2014年10月進(jìn)行。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理，分別為1）秸稈不還田（CK），小麥、玉米收獲后，人工移除秸稈及根系。2）秸稈直接還田（CS），小麥、玉米收獲后，用小型秸稈粉碎機(jī)將秸稈粉碎，然后全部還田；小麥、玉米秸稈的含水率分別為10.6%和11.2%；總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為47.1%和43.3%。3）秸稈過腹還田（CGC），小麥、玉米秸稈收獲后，作為牛的飼料，然后購買牛糞，用塑料薄膜密封、腐熟后還田。牛糞的含水率為80.2%，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為42.7%。4）秸稈轉(zhuǎn)化為食用菌基質(zhì)，出蘑后菌渣還田（CMC），菌渣來自山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食用菌試驗(yàn)示范基地，為栽培雙孢菇之后產(chǎn)生的菌渣，菌渣的含水率為49.8%，總有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為39.8%。菌渣通過堆漚、發(fā)酵、腐熟轉(zhuǎn)化后還田。小麥、玉米季不同處理下具體還田量見表1。小區(qū)面積為7 m×10 m=70 m2，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)。

表1 不同秸稈還田模式下的還田量Table 1 Amount of straw return under different modes kg·hm-2

本區(qū)的種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟制，每年10月中上旬種植冬小麥，6月中上旬種植玉米。供試小麥品種為濟(jì)麥22，玉米品種為鄭丹958。小麥分別于2012年在10月8號(hào)、2013年在10月11號(hào)播種，2013年6月6號(hào)、2014年6月8號(hào)收獲。玉米分別于2013年6月8號(hào)、2014年6月10號(hào)種植，2013年10月6號(hào)、2014 年10月7號(hào)收獲。

不同秸稈還田處理后，小麥、玉米均統(tǒng)一種植，并統(tǒng)一水肥管理。肥料的使用量為優(yōu)化的經(jīng)濟(jì)施肥量，其中小麥季氮、磷、鉀肥（分別為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀）用量折合成純養(yǎng)分N-P2O5-K2O 205-124-135 kg/hm2，N肥一半作為基肥，一半在拔節(jié)期追施，磷和鉀全部作為基肥。玉米季氮、磷、鉀肥（分別為尿素、磷酸二銨、硫酸鉀）用量折合成純養(yǎng)分 N-P2O5-K2O 234-102-190 kg/hm2，全部做底肥。其他田間管理均相同。

1.3 樣品采集與分析

2014年10月玉米收獲時(shí)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)采用“S”型采樣法采集5個(gè)樣點(diǎn)，采集深度為0～20 cm。將每個(gè)樣區(qū)采樣點(diǎn)的土樣混合均勻，采用多點(diǎn)采集方法形成混合樣品。一份揀去植物根系、碎屑等雜物，過2 mm土壤篩，儲(chǔ)藏于4℃冰箱中用于測(cè)定土壤微生物量碳、土壤可溶性有機(jī)碳；另一份風(fēng)干后過0.25 mm篩，用于測(cè)定其他指標(biāo)。

土壤TOC采用重鉻酸鉀高溫氧化法測(cè)定[14]；DOC采用去離子水浸提法測(cè)定[15]；MBC采用氯仿熏蒸－K2SO4浸提法測(cè)定[16]；EOC采用高錳酸鉀氧化法測(cè)定[17]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，Origin7.5進(jìn)行繪圖，SPSS 13.5等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

不同秸稈還田模式下，土壤有機(jī)碳的變化見圖1。

圖1 不同秸稈還田模式下耕層土壤有機(jī)碳含量變化Fig.1 Changes in topsoil organic carbon content under different straw return modes

由圖1可知，不同秸稈還田模式均增加了土壤有機(jī)碳含量，但增加幅度不同。4種處理下，土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為CGS (11.69±0.59) g/kg、CMS (11.35±0.34) g/kg、CS (9.98±0.27) g/kg、CK (9.16±0.15) g/kg。方差分析結(jié)果表明，不同秸稈還田模式下土壤有機(jī)碳含量差異不顯著（P>0.05），這可能與土壤有機(jī)碳對(duì)短期內(nèi)秸稈還田響應(yīng)不敏感有關(guān)[18]。其中在秸稈過腹還田模式中，土壤有機(jī)碳含量增加最多，這是因?yàn)槭┯们菪蠹S便可以增加農(nóng)田土壤有機(jī)碳輸入量，促進(jìn)土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，加速土壤有機(jī)碳積累[19]。同時(shí)，禽畜糞便含有豐富的氮素等養(yǎng)分，可以促進(jìn)作物生長，增加作物根際對(duì)土壤有機(jī)碳庫的輸入[20]。

2.2 不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳不同活性碳組分的影響

不同秸稈還田模式下，土壤活性碳組分的變化見表2。由表可知，和土壤有機(jī)碳含量的變化相同，不同秸稈還田處理下，土壤活性碳組分含量也均增加。

表2 不同秸稈還田模式下，土壤活性碳組分含量Table 2 Fractions of soil active carbon components under different straw return modes

對(duì)于土壤可溶性有機(jī)碳來說，在不同秸稈還田模式下，土壤DOC含量表現(xiàn)為CS>CMS>CGS>CK，且不同還田處理間差異顯著（P<0.01）。和CK相比，在CS、CMS和CGS模式下，土壤DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加64.6%、29.4%和8.9%。秸稈直接還田模式下，土壤DOC含量最高，分別比CS、CGS模式增加11.1%和31.4%。

對(duì)于土壤微生物量碳來說，在不同秸稈還田模式下，土壤MBC含量表現(xiàn)為CMS>CGS>CS>CK，且不同還田處理間差異顯著（P<0.05）。和CK相比，在CS、CMS和CGS模式下，土壤MBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加28.9%、84.7% 和59.3%。其中CMS模式下，土壤MBC質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，均值為153.99 mg/kg，分別比CS、CGS模式增加30.2%和13.7%。這可能與菌渣具有較高的C/N，導(dǎo)致土壤微生物在分解過程中對(duì)碳素進(jìn)行固定，從而增加土壤MBC含量[21]。

對(duì)于土壤易氧化性碳來說，在不同秸稈還田模式下，土壤EOC含量均增加，表現(xiàn)為CMS>CS>CGS>CK，且不同還田處理間差異顯著（P<0.01）。和CK相比，在CS、CMS和CGS模式下，土壤EOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加24.1%、55.7%和9.3%。其中CMS模式下，土壤EOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，均值為3.47 g/kg，分別比CS、CGS模式增加20.4%和29.7%。

2.3 不同秸稈還田模式對(duì)土壤碳質(zhì)量的影響

不同秸稈還田模式下，土壤中活性碳組分與有機(jī)碳的比值見表3。由表可知，在不同秸稈還田模式下，土壤活性碳組分在有機(jī)碳中占的比例變化不同。其中DOC/TOC在不同秸稈還田模式下，表現(xiàn)為CS>CMS> CK>CGS。和CK相比，CS和CMS還田處理均使DOC/TOC提高，而CGS處理則使DOC/TOC降低。方差分析表明，不同秸稈還田模式下，DOC/TOC差異顯著（P<0.01）。說明不同秸稈還田模式，能顯著改變土壤中DOC/TOC的數(shù)值，從而改變土壤質(zhì)量。在CS和CMS還田模式下，DOC/TOC均增加，說明這2種還田處理能提高土壤有機(jī)碳中DOC的占有比例，DOC屬于易移動(dòng)性物質(zhì)，在有機(jī)碳中占有比例高，不利于有機(jī)碳的積累。在CGS還田模式下，DOC/TOC減少，說明土壤有機(jī)碳中DOC占有的比例降低，而DOC是土壤微生物重要的物質(zhì)和能量來源[22]，DOC/TOC比值小不利于土壤有機(jī)碳的礦化，但提高了土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性[23]。

表3 不同秸稈還田模式下土壤活性碳組分的分配比率Table 3 Fractions of soil active carbon in soil total organic carbon under different straw return modes

在不同秸稈還田模式下，MBC/TOC均增加，說明秸稈不論以何種方式還田，均可以改變土壤微生物的種群和數(shù)量，加快非活性有機(jī)碳向活性有機(jī)碳轉(zhuǎn)變，提高了土壤有機(jī)碳的有效性。方差分析表明不同秸稈還田模式下，MBC/TOC差異顯著（P<0.01），說明秸稈還田模式對(duì)MBC/TOC影響顯著。既在不同秸稈還田模式下，非活性有機(jī)碳向活性有機(jī)碳的轉(zhuǎn)變量差異顯著，表現(xiàn)為CMS>CGS>CS>CK。

在不同秸稈還田模式下，EOC/TOC表現(xiàn)為CMS>CS >CK>CGS。和CK相比，CS和CMS還田模式均提高了EOC/TOC。而CGS還田模式則使EOC/TOC降低。方差分析表明不同秸稈還田模式下，EOC/TOC差異顯著（P<0.01），說明不同秸稈還田模式，均能顯著改變土壤中易氧化碳在總有機(jī)碳中所占的比例，從而改變土壤質(zhì)量。

3 討論

3.1 不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳及活性碳組分的影響

在本研究中，秸稈以不同形式還田后，土壤TOC含量均增加。這與田慎重等[24]、王丹丹等[25]、及Li等[26]等的研究結(jié)果相一致。但在不同秸稈還田模式下，土壤TOC含量的增加幅度不同。本研究表明，在秸稈過腹還田模式下，土壤有機(jī)碳含量增加最多，與試驗(yàn)開始前土壤有機(jī)碳含量（均值9.56 g/kg）相比，增加了18.2%，這是因?yàn)榻斩捦ㄟ^畜禽轉(zhuǎn)化為糞便，施加到農(nóng)田后，一方面增加土壤有機(jī)碳輸入量，促進(jìn)土壤中水穩(wěn)性團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成，加速土壤有機(jī)碳積累[19]；另一方面禽畜糞便含有豐富的氮素等養(yǎng)分，可以促進(jìn)作物生長，增加作物對(duì)土壤有機(jī)碳庫的輸入[20-23]。而在秸稈不還田模式下，土壤有機(jī)碳含量比試驗(yàn)開始前減少4.3%，表現(xiàn)為土壤有機(jī)碳庫的虧損。這是由于秸稈被移除，相當(dāng)于僅施加了化學(xué)肥料，而僅施加化學(xué)肥料會(huì)增強(qiáng)土壤有機(jī)質(zhì)分解，從而使TOC含量降低[27]。Paustain等[28]研究也表明，每年至少應(yīng)向土壤歸還秸稈2～4 mg/hm2，才可以維持土壤碳庫的收支平衡。

不同秸稈還田模式不僅增加了土壤有機(jī)碳含量，也改變了土壤活性碳組分含量。在本研究中，不同秸稈還田模式下，土壤DOC、MBC和EOC含量均增加，但增加量不同。這是因?yàn)榻斩挕⑴＜S和菌渣的投入，相當(dāng)于增加了外源有機(jī)物的投入，可為微生物提供充足的碳源，促進(jìn)微生物生長、繁殖，提高土壤微生物活性，而微生物分解的有機(jī)物質(zhì)以及秸稈腐解物是活性碳組分的主要來源，所以土壤中活性碳組分含量均增加[29]。土壤中DOC、MBC和EOC在不同秸稈還田模式下增加量不同，可能與秸稈及其秸稈轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的有機(jī)物料（牛糞和菌渣）組成成分不同，尤其與C/N不同有關(guān)。其中在秸稈直接還田模式下，土壤DOC含量增加最多，比試驗(yàn)開始前土壤DOC含量（151.68 mg/kg）增加52.6%。這可能是秸稈直接還田尤其在玉米季，實(shí)行免耕播種，相當(dāng)于秸稈粉碎后直接覆蓋在地表，降低了土壤表面的徑流，并增加了土壤溫度，從而提高了土壤可溶性碳含量。在秸稈菌渣還田模式下，土壤MBC和EOC含量增加最多，分別比試驗(yàn)前（表2）增加59.2%和46.5%，說明秸稈菌渣還田能顯著提高土壤中MBC和EOC的含量。這是因?yàn)榫哂休^高的C/N，導(dǎo)致土壤微生物分解過程中對(duì)碳素的固定，從而提高了土壤MBC和EOC含量。而在秸稈不還田處理下，土壤DOC、MBC和EOC含量均比試驗(yàn)前降低，這是因?yàn)橛捎诮斩挶灰瞥?，相?dāng)于僅施加了化肥，主要是增加非活性有機(jī)碳的含量[30-31]。

3.2 不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳質(zhì)量的影響

土壤中活性碳組分占有機(jī)碳的比例可在一定程度上反映土壤有機(jī)碳的質(zhì)量和穩(wěn)定程度。該比例越高表示碳素有效性高，易被微生物分解礦化、周轉(zhuǎn)期較短或活性高，比例小則表示土壤有機(jī)碳較穩(wěn)定，不易被生物所利用[32]。本研究表明，不同秸稈還田模式顯著影響土壤活性碳組分在有機(jī)碳中所占的比例，改變了土壤質(zhì)量。這是因?yàn)榻斩?、牛糞和菌渣等外源有機(jī)物料進(jìn)入土壤，腐爛分解后增加了土壤微生物的數(shù)量，提高了微生物的活性，養(yǎng)分進(jìn)入土壤活性碳庫，有助于土壤活性碳庫的積累[24]。

在不同秸稈還田模式下，DOC/TOC表現(xiàn)為CS> CMS>CK>CGS，說明在秸稈直接還田模式下，更有利于提高土壤DOC在總有機(jī)碳中的比例，有利于養(yǎng)分分解供作物利用；但從土壤固碳的角度看，土壤中DOC/TOC數(shù)值大則降低土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性，不利于碳的保存。這可能是因?yàn)榻斩捴苯舆€田尤其在玉米季，實(shí)行免耕播種，相當(dāng)于秸稈粉碎后直接覆蓋在地表，降低了土壤表面的徑流，并增加了土壤溫度[33]，有利于提高土壤DOC含量。在秸稈-菌渣還田模式中，MBC/TOC和EOC/TOC均最大，說明秸稈-菌渣還田模式更有利提高土壤MBC和EOC在有機(jī)碳中的比例，這與王義祥等[34]的研究結(jié)果相一致。在該模式下，土壤有機(jī)碳的含量也較高（圖1），這是因?yàn)槭秤镁杏袡C(jī)質(zhì)含量高，具有較高的C/N，導(dǎo)致土壤微生物在分解過程中對(duì)碳素進(jìn)行固定，從而增加了土壤微生物量碳含量[21]，并且菌絲在生產(chǎn)過程中分泌的一些生物活性物質(zhì)，能夠分解復(fù)雜的有機(jī)物，從而有利于土壤活性碳組分的積累[35]。可見在秸稈-菌渣還田模式下，有利于提高土壤微生物的活性，從而增加土壤有機(jī)碳的積累，并且提高了土壤碳素的有效性、氧化穩(wěn)定性，有利于提高農(nóng)田土壤有機(jī)碳質(zhì)量。

4 結(jié)論

1）不同秸稈還田模式均能增加土壤有機(jī)碳含量，且增加量不同，但不同秸稈還田模式處理下，土壤有機(jī)碳含量差異不顯著（P>0.05）。4種處理下，土壤有機(jī)碳含量表現(xiàn)為出蘑后菌渣還田CGS>秸稈過腹還田CMS>秸稈還田CS>秸稈不還田CK。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤有機(jī)碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加9.0%、23.9%和27.6%。

2）不同秸稈還田模式也提高了土壤活性碳組分含量。在不同秸稈還田模式下，土壤DOC含量表現(xiàn)為CS>CMS>CGS>CK，且不同處理間差異顯著（P<0.01）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤DOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別增加了64.6%、29.4%和8.9%。土壤MBC含量表現(xiàn)為CMS>CGS>CS>CK，且差異顯著（P<0.05）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下，土壤MBC含量分別增加28.9%、84.7%和59.3%。土壤EOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)表現(xiàn)為CMS>CS>CGS>CK，且不同處理間差異顯著（P<0.01）。和CK相比，CS、CMS和CGS處理下分別增加24.1%、55.7%和9.3%。

3）不同秸稈還田模式顯著影響土壤活性碳組分在有機(jī)碳中占有比例，改變土壤有機(jī)碳質(zhì)量。在不同秸稈還田模式下，DOC/TOC表現(xiàn)為CS>CMS>CK>CGS；MBC/TOC表現(xiàn)為CMS>CGS>CS>CK；EOC/TOC表現(xiàn)為CMS>CS> CK>CGS，且不同處理間差異顯著（P<0.01）。

4）從提高土壤質(zhì)量看，在秸稈-菌渣還田模式下，MBC/TOC和EOC/TOC最大，有利于提高土壤微生物活性，也能一定程度的增加土壤有機(jī)碳積累，從而提高土壤碳素的有效性、氧化穩(wěn)定性，有利于改善農(nóng)田土壤有機(jī)碳質(zhì)量。從提高土壤固碳量來看，在秸稈過腹還田模式下，DOC/TOC最小，且土壤有機(jī)碳含量最高，土壤有機(jī)碳穩(wěn)定性高，有利于土壤有機(jī)碳的積累和保存。

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Effects of different straw return modes on contents of soil organic carbon and fractions of soil active carbon

Li Xinhua1, Guo Honghai2※, Zhu Zhenlin1, Dong Hongyun1, Yang Liping1, Zhang Xijin1
(1. Shandong Institute of Agricultural Sustainable Development, Ji’nan 250100, China; 2. Institute of Resource and Environment, SAAS, Ji’nan 250100, China)

To assess the effects of different straw return modes on the content of soil organic carbon and the fraction of soil active carbon, we investigated 4 different straw return modes, non-straw return (CK), direct straw return (CS), straw return after mushroom cultivation (CMS), and straw return after livestock digestion (CGS) using field plot experiment. The results showed that different straw return modes all increased the content of soil organic carbon, but the increases in soil organic carbon content by different straw return modes did not exhibit significant difference (P>0.05). The increases in soil organic carbon content were found in the order of CGS > CMS > CS > CK. In comparison to CK mode, the contents of soil organic carbon with CS, CMS and CGS modes increased by 9.0%, 23.9% and 26.7%, respectively. In addition, different straw return modes all improved the content of soil active carbon. Under different straw return modes, the contents of dissolved organic carbon (DOC) were in the order of CS > CMS > CGS > CK, and significant differences were observed among different return modes (P<0.01). Compared to CK mode, the contents of DOC in the treatments of CS, CMS and CGS increased by 64.6%, 29.4% and 8.9%, respectively. The contents of microbial biomass carbon (MBC) followed the order of CMS > CGS > CS > CK, and their differences were significant (P<0.05). The contents of MBC in the treatments of CS, CMS and CGS increased by 28.9%, 84.7%, and 59.3%, respectively, compared to the CK treatment. Similarly, the contents of soil easily oxidizable carbon (EOC) were in the order of CMS > CS > CGS > CK, and their differences were significant (P<0.01). Compared to CK mode, the contents of EOC in the treatments of CS, CMS and CGS increased by 24.1%, 55.7%and 9.3%, respectively. Straw return modes also significantly affected the fraction of soil active carbon in the soil total organic carbon (TOC) and changed the quality of soil organic carbon. Under different straw return modes, the ratios of DOC/TOC, MBC/TOC and EOC/TOC were in the orders of CS > CMS > CK > CGS, CMS > CGS > CS > CK and CMS > CS > CK > CGS, respectively. From the perspective of improving soil quality, CMS is the recommended mode, which has the greatest ratios of MBC/TOC and EOC/TOC, as well as a higher soil carbon effectiveness that facilitates the carbon utilization by the microorganisms, thus benefiting the growth of crops. On the other hand, from the perspective of soil carbon sequestration, CGS is the recommended mode, which has the lowest fraction of DOC/TOC and the highest content of soil organic carbon, thus facilitating the carbon sequestration. The results of the study can provide the basic data for the rational and efficient utilization of straw, as well as the improvement of the quality of agricultural soil carbon pool.

straw; organic carbon; soils; straw return mode; fraction of soil active carbon

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.018

S158.5

A

1002-6819(2016)-09-0130-06

李新華，郭洪海，朱振林，董紅云，楊麗萍，張錫金. 不同秸稈還田模式對(duì)土壤有機(jī)碳及其活性組分的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32(9)：130－135.

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.018 http://www.tcsae.org

Li Xinhua, Guo Honghai, Zhu Zhenlin, Dong Hongyun, Yang Liping, Zhang Xijin. Effects of different straw return modes on contents of soil organic carbon and fractions of soil active carbon[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(9): 130－135. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.09.018 http://www.tcsae.org

2015-10-29

2016-02-24

“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B07-1）。

李新華，女，山東曹縣人，博士，副研究員，主要從事環(huán)境生態(tài)與生物地球化學(xué)研究。濟(jì)南 山東省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究所，250100。Email：xinhuali_2008@163.com

※通信作者：郭洪海，男，山東單縣人，研究員，主要從事循環(huán)農(nóng)業(yè)研究。濟(jì)南 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，250100。Email：honghaig@163.com