保护性耕作下不同区域农田黑土溶解性有机碳荧光特性分析

土壤溶解性有机碳(DOC)组成、含量和周转速率直接影响微生物群落组成及活性,从而影响土壤有机碳的矿化过程。研究不同区域保护性耕作措施对土壤DOC荧光特性的影响,可为科学选择耕作方式提供理论依据。本研究以黑龙江省克山(厚层黑土)和吉林省公主岭(薄层黑土)两区域耕作定位试验农田黑土为研究对象,设置免耕(NT)、免耕+秸秆还田(NR)、深松(ST)和深松+秸秆还田(SR)4个保护性耕作处理,以传统翻耕(CT)、翻耕+秸秆还田(CR)为对照,共6个处理,采用荧光光谱法,分析不同耕作处理下厚层和薄层黑土区0~20 cm土层农田土壤DOC含量、组成及结构特征。结果表明:厚层黑土区,土壤总有机碳(TOC)含量表现为SR>NR>CR>ST>NT>CT,DOC含量为SR>ST>NT>NR>CR>CT,SR处理土壤TOC和DOC含量均最高,与CR相比分别显著增加6.88%和25.61%(P<0.05);薄层黑土区,NR处理土壤TOC和DOC含量均最高,与CR相比,DOC含量显著增加21.30%(P<0.05)。平行因子分析结果将厚层和薄层黑土区DOC均分为3个组分,C1组分为色氨酸类蛋白质,C2组分为类富里酸物质,C3组分为类腐殖质物质。荧光指数分析表明,厚层和薄层黑土区农田黑土均受内外源共同作用。厚层黑土区,SR处理DOC的自生源特性最低,受外源输入影响大,腐殖化系数最高,结构更稳定;薄层黑土区,NR处理DOC的自生源特性最低,微生物贡献率低,主要为外源秸秆输入,结构稳定不易被微生物分解利用。综上,保护性耕作措施对厚层和薄层两区域农田黑土TOC和DOC均具有一定的提升作用,深松秸秆还田措施更有利于厚层黑土TOC与DOC的积累及碳库稳定,免耕秸秆还田更利于薄层黑土有机碳的提升与稳定。

东北风蚀区不同土地利用方式下土壤有机碳组分及其稳定性

探究风蚀区草地、林地和农田土壤有机碳物理组分及其影响机制,可为风蚀区土地的碳固定与科学利用、防风措施制定以及坡耕地农田肥力修复提供科学依据。本研究在黑龙江省齐齐哈尔市梅里斯区风沙土风蚀区选取相邻近的草地、林地和坡长约350 m、坡度约5°的坡耕地农田(自下而上每100 m分别设为下坡段、中坡段和上坡段),研究0~15 cm土层团聚体有机碳和密度分组有机碳的分异。结果表明:风蚀区草地、林地和农田土壤>2 mm团聚体均遭到破坏,<0.053 mm团聚体显著高于其他粒级团聚体;与草地和林地土壤相比,农田各粒级土壤团聚体、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均显著减少。农田上坡段>2 mm团聚体被完全破坏,各粒级团聚体及密度分组有机碳含量均随坡面的上升逐渐下降,重组有机碳占比逐渐减小,轻组有机碳占比逐渐增加。土壤有机碳和速效钾是影响团聚体稳定性、团聚体有机碳含量和密度分组有机碳含量的关键因子,且团聚体有机碳的流失使团聚体稳定性下降。综上,相比草地和林地,东北风蚀区农田土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低,坡耕地随坡段的上升,团聚体有机碳含量、密度分组有机碳含量以及重组有机碳占比均降低。在风蚀区植树、保护与扩大草原面积、增加坡耕地有机物料施用等是稳固和提高土壤碳储量、改善土壤结构、提升土壤质量的有效途径。