【摘 要】
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陇中黄土高原农田土壤急需补充损失的有机碳源,解决土壤碳失汇、肥力低而不稳的问题,秸秆还田在改良土壤特性、促进生态良性循环等方面作用显著。本研究依托布设于甘肃省定西市李家堡镇旱作农业区的不同秸秆还田试验(始于2019年):设置4个还田量水平(0、3500(低量)、7000(中量)、14000kg·hm-2(高量)),共7个处理(CK:秸秆不还田;W1、W2、W4分别对应低量、中量、高量小麦秸秆还田;
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陇中黄土高原农田土壤急需补充损失的有机碳源,解决土壤碳失汇、肥力低而不稳的问题,秸秆还田在改良土壤特性、促进生态良性循环等方面作用显著。本研究依托布设于甘肃省定西市李家堡镇旱作农业区的不同秸秆还田试验(始于2019年):设置4个还田量水平(0、3500(低量)、7000(中量)、14000kg·hm-2(高量)),共7个处理(CK:秸秆不还田;W1、W2、W4分别对应低量、中量、高量小麦秸秆还田;C1、C2、C4分别对应低量、中量、高量玉米秸秆还田),和不同耕作措施长期定位试验(始于2002年):设置四个小麦秸秆还田量水平(3500(低量)、7000(中量)、10500(中高量)、14000 kg·hm-2(高量)),共8个处理(TS1、TS2、TS3、TS4分别对应低量、中量、中高量、高量小麦秸秆还田+传统耕作;NTS1、NTS2、NTS3、NTS4分别对应低量、中量、中高量、高量小麦秸秆覆盖+免耕),通过测定分析土壤团聚体各表征指标和土壤有机碳、活性碳组分、腐殖质组分含量和稳定性指标,探究不同秸秆还田和耕作措施下土壤团聚体分布与稳定性和有机碳各组分变化特征,筛选适宜该区的耕作和秸秆还田模式,为陇中黄土高原地区的增碳固碳潜力提升和可持续发展型农业的构建提供理论和实践依据。研究结论如下:1.在不同秸秆还田量处理下,相较于CK,秸秆还田可不同程度降低机械稳定性和水稳性<0.25 mm粒级,增加≥0.25 mm各粒级团聚体含量,提升稳定指数平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低团聚体破碎率(PAD),尤其在中量玉米秸秆还田时效果最好。秸秆还田提高了土壤有机碳含量,且在0-20 cm土层随着秸秆还田量增加而增加,各活性碳组分(易氧化有机碳(EOC)、微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC))含量也不同程度得到提升。此外,秸秆还田降低了富里酸含量,提高了胡敏酸和胡敏素含量,这表明土壤腐殖质品质和腐殖化程度升高。整体上玉米秸秆较小麦秸秆,中量较高量秸秆还田的各趋势更显著。2.在不同耕作措施下秸秆还田时,免耕+秸秆覆盖较传统耕作+秸秆还田措施对土壤大团聚体含量的增加和稳定性的提升效果更好,对土壤有机碳及其碳组分的提升更显著,尤其在免耕+中量或中高量小麦秸秆覆盖模式下对土壤团聚体改良和促进有机碳稳定性方面更有优势。3.土壤团聚体内有机碳含量随粒级减小而逐渐升高,易氧化有机碳含量随粒级减小呈先升高后降低的趋势,在1-2 mm粒级团聚体其含量最高。玉米秸秆还田和免耕+秸秆覆盖分别显著提高了各粒级团聚体土壤有机碳和易氧化有机碳含量,增强了有机碳组分在团聚体内的聚集能力。4.相关性分析结果表明,水稳性团聚体大团聚体数量、MWD和GMD与土壤有机碳、各活性碳组分和腐殖质稳定性指标均呈极显著正相关,可见土壤有机碳与团聚体间相互促进和稳定的作用关系。综上所述,秸秆深埋还田与免耕秸秆覆盖均可改善土壤团粒结构特性,提升土壤碳含量并促进其活性与稳定性的平衡。本研究认为分别在玉米秸秆还田量为7000 kg·hm-2时,免耕+小麦秸秆还田(还田量7000和10500 kg·hm-2)时最适宜改良土壤团聚体结构和提升土壤固碳潜力。
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