免耕不同秸秆覆盖量对土壤酶活性及土壤有机碳含量的影响

免耕秸秆覆盖的耕作模式能够影响土壤微生物生物量和活性,增加土壤有机质含量,是提高土壤综合生态效益的保护性耕作核心措施之一。为探究免耕结合不同秸秆覆盖量下土壤酶活性变化及调控机制,本研究依托中国科学院沈阳应用生态研究所保护性耕作研发基地进行田间试验,以传统耕作(翻耕+无秸秆覆盖,CT)为对照,研究免耕结合无(免耕+无秸秆覆盖,NT0)、低量(免耕+1/3秸秆覆盖,NT1/3)、中量(免耕+2/3秸秆覆盖,NT2/3)、高量(免耕+全量秸秆覆盖,NT3/3)秸秆覆盖处理下不同土层(0~5、5~10、10~20 cm)的土壤酶活性、微生物生物量和有机碳含量变化。结果表明,免耕结合秸秆覆盖主要影响了表层0~5 cm土壤酶活性。与CT相比,免耕结合秸秆覆盖显著影响纤维二糖酶(CB)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)和过氧化物酶(PER)活性。免耕结合低量(NT1/3)和高量(NT3/3)秸秆覆盖处理下的CB活性显著高于CT处理1.24倍和1.53倍。所有免耕处理下NAG活性显著高于CT处理78.1%~124.4%,且NAG活性有随不同秸秆覆盖量由低到高呈上升趋势(NT1/3NT2/3>NT3/3)。免耕结合秸秆覆盖对5~10 cm和10~20 cm土壤酶活性影响很小。研究还发现,土壤酶活性受土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、硝态氮(NO_(3)~--N)、pH以及含水量等理化因素的影响,同时还受微生物生物量以及微生物群落组成的显著影响。与CT相比,NT3/3能够使0~5 cm土层中总体酶活性、SOC含量和微生物熵分别提高了60.5%、35.6%和21.6%。土壤总体酶活性与SOC和微生物熵均呈显著正相关关系,说明微生物酶活性的增加更有利于SOC积累。免耕结合高量秸秆覆盖(NT3/3)处理下微生物可利用性碳源更充足,更有利于土壤微生物活性增加,进而促进SOC固存。

长期免耕和秸秆覆盖量对黑土碳氮含量及碳氮循环相关酶活性的影响

为探究免耕条件下不同秸秆覆盖量对黑土碳氮含量及酶活性的影响,寻找既能满足土壤碳氮积累需求,又能使经济效益最大化的秸秆覆盖量,本研究依托始建于2007年的东北黑土区保护性耕作长期定位试验平台,于2020年5月春播前对传统耕作(对照,CT)、免耕+无秸秆覆盖(NT0)、免耕+33%秸秆覆盖(NT_(33))、免耕+67%秸秆覆盖(NT_(67))和免耕+100%秸秆覆盖(NT_(100))处理下土壤碳氮含量、土壤酶活性及经济效益进行分析。结果表明:1)与CT相比,NT0的土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量没有显著变化,但提高了土壤有机质抗分解性,降低了可溶性有机氮(DON)和铵态氮等可利用养分含量。与NT0相比,免耕秸秆覆盖显著增加了0~10 cm土层SOC含量,且随着覆盖量的增加而增加,此外NT_(67)和NT_(100)还显著提高了SOC储量,有机质积累效果好。不同秸秆覆盖量对0~10 cm土层土壤氮的影响不同,NT_(33)显著提高了DON含量及其占TN的比例;NT_(67)显著提高了DON含量;NT_(100)显著提高了TN含量。2)与CT相比,NT0显著降低了0~10 cm土层过氧化物酶(POD)活性。与NT0相比,NT_(33)显著提高了0~10 cm土层β-葡萄糖苷酶(βG)、纤维二糖酶(CB)、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(NAG)、多酚氧化酶(PPO)和POD活性,NT_(67)仅提高了CB、NAG和POD活性,但二者均缓解了微生物养分氮限制;NT_(100)则显著提高了10~20 cm土层PPO活性。3)NT_(33)的秸秆碳转化效率显著高于NT_(100),其经济收益也最高。综上,免耕33%秸秆覆盖处理既能促进养分循环,提高秸秆利用效率,提升黑土质量,又能最大限度保证农民收入,是本试验条件下的最佳组合。

免耕不同秸秆覆盖量对黑土微生物群落及其残留物的影响

为探究免耕和不同秸秆覆盖量下土壤微生物群落组成及残留物的变化规律,依托中国东北黑土区的玉米保护性耕作长期平台(始建于2007年),以传统耕作(翻耕+无秸秆还田)为对照(CT),对免耕结合不同秸秆覆盖量[免耕+无秸秆还田(NT0)、免耕+1/3秸秆覆盖还田(NT1/3)、免耕+2/3秸秆覆盖还田(NT2/3)和免耕+全量秸秆覆盖还田(NT3/3)]下不同土层(0~5、5~10、10~20 cm)土壤理化性质、磷脂脂肪酸和氨基糖的变化特征进行分析。结果表明:与CT相比,免耕无秸秆还田处理(NT0)对土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)、含水量、微生物群落及其残留物等均无显著影响;免耕结合秸秆覆盖还田主要影响了土壤表层各指标,与CT相比,0~5 cm土层中NT1/3、NT2/3、NT3/3处理SOC含量分别显著提高了27.2%、34.1%、35.6%,NT2/3和NT3/3处理磷脂脂肪酸含量分别显著提高了39.2%和65.0%,NT3/3处理氨基糖含量(微生物残留物)显著提高了47.2%;免耕不同秸秆覆盖量的土壤理化性质和微生物群落差异随土壤深度增加而减小,5~20 cm土层中几乎无显著差异。SOC、TN、DOC、DON和含水量是影响微生物群落组成和残留物积累的重要因素;相关性分析表明,活体微生物生物量与残留物尤其真菌残留物具有正相关关系。综上,不同秸秆覆盖量处理均能不同程度促进SOC的积累;当秸秆量充足时,建议选择免耕+全量秸秆覆盖的耕作方式,最有利于土壤微生物生物量、微生物残留物和SOC的增加;当秸秆量不足时,可选用免耕+2/3秸秆覆盖还田的方式,可提高土壤微生物生物量和SOC含量。本研究对指导东北黑土区农田生态系统秸秆管理及促进农业可持续发展具有重要意义。