李婧妤，李倩，武雪萍，吳會(huì)軍，宋霄君，張永清，劉曉彤，丁維婷，張孟妮，鄭鳳君

（1山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西臨汾 041000；2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048）

0 引言

【研究意義】土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫(kù)[1]，土壤碳庫(kù)對(duì)全球陸地碳循環(huán)產(chǎn)生巨大影響[2]。耕作措施會(huì)改變土壤物理性質(zhì)，影響有機(jī)碳分解和轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響有機(jī)碳儲(chǔ)量。許多研究表明，保護(hù)性耕作技術(shù)能夠增加有機(jī)碳含量，增強(qiáng)土壤固碳效應(yīng)[3]。但是土壤固碳潛力受到土壤質(zhì)地、耕作方式、種植制度等多種因素影響[4]，開展耕作方式對(duì)不同區(qū)域土壤物理性質(zhì)的對(duì)比聯(lián)網(wǎng)研究，有助于理解不同耕作對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量影響的差異，為今后保護(hù)性耕作技術(shù)的推廣提供依據(jù)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】秸稈輸入和有機(jī)碳礦化分解是影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的兩個(gè)因素。與傳統(tǒng)耕作相比，免耕秸稈覆蓋可以提高表層土壤有機(jī)碳含量[5-6]，但秸稈輸入不能完全解釋不同區(qū)域、不同耕作方式下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量差異。土壤容重、緊實(shí)度、孔隙度、持水能力等物理指標(biāo)也是影響有機(jī)碳儲(chǔ)量的重要因素[7-8]。目前關(guān)于保護(hù)性耕作下土壤容重、孔隙度、持水能力等物理性質(zhì)的變化，其試驗(yàn)結(jié)果并不一致。孫國(guó)峰等[9]發(fā)現(xiàn)，免耕處理下0—10 cm土層土壤容重顯著降低，土壤孔隙度提高，持水能力提高。羅珠珠等[10]研究發(fā)現(xiàn)免耕處理下土壤容重和緊實(shí)度增加，而孔隙度和持水能力減小。劉孝義等[11]發(fā)現(xiàn)保護(hù)性耕作能夠提高土壤總孔隙度，提高土壤持水能力。大量研究結(jié)果認(rèn)為有機(jī)碳含量與容重及緊實(shí)度呈正相關(guān)，與孔隙度呈負(fù)相關(guān)；傳統(tǒng)耕作降低了土壤容重，增加了孔隙度，通氣性增加，微生物活性提高，加快了土壤有機(jī)碳分解，降低有機(jī)碳儲(chǔ)量[12-15]；GAO等[16]認(rèn)為土壤有機(jī)碳含量與孔隙度呈正相關(guān)，保護(hù)性耕作通過(guò)降低土壤容重、提高孔隙度數(shù)量和團(tuán)聚體穩(wěn)定性增加有機(jī)碳儲(chǔ)量。由此可見，不同區(qū)域農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，耕作對(duì)有機(jī)碳的影響及其驅(qū)動(dòng)因素還不明晰?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】現(xiàn)有的研究多集中于單一試驗(yàn)點(diǎn)，不同區(qū)域、不同耕作方式下土壤物理性質(zhì)及其與有機(jī)碳之間的關(guān)系尚不清楚。本研究借助4個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)開展聯(lián)網(wǎng)研究，試驗(yàn)結(jié)果結(jié)論具有普適意義?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本試驗(yàn)借助吉林公主嶺（GZL）、山西壽陽(yáng)（SSY）、河北廊坊（HLF）和山西臨汾（SLF）4個(gè)長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)的農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，探討不同區(qū)域耕作對(duì)有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響及其驅(qū)動(dòng)因素，為評(píng)價(jià)保護(hù)性耕作對(duì)不同區(qū)域農(nóng)田土壤的固碳效應(yīng)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)選取吉林公主嶺、山西壽陽(yáng)、河北廊坊、山西臨汾4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，地處我國(guó)東北與華北地區(qū)，是我國(guó)保護(hù)性耕作推廣應(yīng)用的重要區(qū)域，各試驗(yàn)點(diǎn)基本信息如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)田間管理按照當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行，但秸稈還田量和施肥量不同。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，選取傳統(tǒng)耕作（CT）、免耕（NT）作為供試處理，每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)。傳統(tǒng)耕作（CT），收獲后，將作物秸稈（吉林公主嶺和山西壽陽(yáng)的玉米秸稈、河北廊坊的小麥和玉米秸稈、山西臨汾的小麥秸稈）從田間移除，利用旋耕機(jī)、播種機(jī)等農(nóng)用機(jī)械進(jìn)行耕地和播種，播種前撒施化肥；免耕（NT），將收獲后的作物秸稈還田，利用免耕播種機(jī)播種，同時(shí)在播種行側(cè)，深施化肥。土壤采樣，2017年，作物收獲后，利用多點(diǎn)混合取樣法，在4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)小區(qū)用土鉆取0—10、10—20、20—40、40—60和60—80 cm土壤樣品，選用挖剖面法采集環(huán)刀樣，所有土樣裝入聚乙烯樣袋中，帶回室內(nèi)分析測(cè)定。

表1 4個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)基本信息Table 1 Basic of the four experimental site

1.3 指標(biāo)測(cè)定及數(shù)據(jù)處理

土壤緊實(shí)度：利用緊實(shí)度儀（SC900型）于2017年8—9月在田間小區(qū)測(cè)定0—45 cm土層緊實(shí)度，土壤緊實(shí)度儀隨土壤深度的變化自動(dòng)計(jì)數(shù)，每隔2.5 cm讀取一個(gè)數(shù)值，水平間距10 cm，9次重復(fù)。

土壤容重：環(huán)刀法。將環(huán)刀樣品置于烘箱，105 ℃下烘8 h，拿出后置于干燥器，冷卻稱重。

土壤機(jī)械組成：采用吸管法進(jìn)行測(cè)定，土壤粒徑分級(jí)采用《美國(guó)制土壤顆粒分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》。

土壤總孔隙度（%）=（1-土壤容重/土壤密度）×100；土壤密度為 2.65 g·cm-3。

土壤有機(jī)碳：vario MACRO cube CHN 元素分析儀。將風(fēng)干后的土壤樣品過(guò)0.15 mm篩，用1 mol·L-1的鹽酸去除碳酸鹽后烘干，上機(jī)測(cè)定。

土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量采用等質(zhì)量土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量法計(jì)算：

式中，MSOC為土壤機(jī)碳儲(chǔ)量(t·hm-2),Msoil為單位面積土壤質(zhì)量（t·hm-2）；SOC 為土壤有機(jī)碳含量（g·kg-1）；S為土壤面積（m2）；Bd為土壤容重（g·cm-3）；H為土層厚度（m）；Hadd為要達(dá)到等質(zhì)量土壤需要另加的亞表層土壤深度（m）。

根據(jù)公式可以得到不同耕作處理下土壤質(zhì)量。以不同處理下土壤質(zhì)量最大值作為統(tǒng)一的土壤質(zhì)量。然后采用式（3）計(jì)算其他耕作處理方式下達(dá)到同質(zhì)量的土壤需要另加的土壤深度。

式中，Msoil,equiv為較大的單位面積土壤質(zhì)量（t·hm-2）；Msoil,surface為較小的單位面積土壤質(zhì)量（t·hm-2）；Bdsurface為較小土壤容重（g·cm-3）。

土壤水分特征曲線測(cè)定方法：采用環(huán)刀法在每個(gè)采樣點(diǎn)分層取4個(gè)重復(fù)樣，帶回實(shí)驗(yàn)室，將其中一個(gè)環(huán)刀土樣烘干（105 ℃）稱重測(cè)定土壤含水量，并計(jì)算土壤容重，其余環(huán)刀土樣沙箱法和壓力膜法測(cè)定土壤水分特征曲線。

利用Van-Genuchten模型（簡(jiǎn)稱 VG模型）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，獲得土壤水分特征曲線。

式中，θ為體積含水量（cm3·cm-3）；h為土壤水吸力（Pa）；θr為殘留含水量（cm3·cm-3）；θs為飽和含水量（cm3·cm-3）；α、n和m是方程參數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，Sigmaplot14.0制作圖表，數(shù)據(jù)測(cè)定結(jié)果均以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。利用 SAS 9.1軟件進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）和雙因素方差分析（two-way ANOVA），用LSD方法對(duì)不同處理之間進(jìn)行多重比較,單個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)兩個(gè)處理間進(jìn)行t檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2 結(jié)果

2.1 不同耕作方式對(duì)土壤物理性質(zhì)的影響

2.1.1 土壤容重與孔隙度 不同耕作處理影響土壤容重，但影響程度在4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)存在差異（表2）。公主嶺NT處理的土壤容重值較CT處理增加了12.1%左右，差異顯著（P＜0.05）；壽陽(yáng) NT處理的土壤容重顯著低于CT處理（P＜0.05），降低了8.2%；廊坊和臨汾CT與NT處理土壤容重差異不顯著（P＞0.05）。相比于土壤容重，土壤總孔度變化趨勢(shì)相反。公主嶺CT處理土壤孔隙度大于NT處理，差異顯著（P＜0.05）；壽陽(yáng)NT處理土壤孔隙度為49.4%，與CT處理間差異顯著（P＜0.05）；廊坊和臨汾CT和NT處理間差異不顯著（P＞0.05）。

2.1.2 土壤緊實(shí)度 4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同耕作處理對(duì)土壤緊實(shí)度的影響存在差異（圖 1）。公主嶺整個(gè)土壤剖面NT處理土壤緊實(shí)度均不同程度地高于CT處理；0—5 cm表土層，壽陽(yáng)、廊坊、臨汾試驗(yàn)點(diǎn)不同耕作處理土壤緊實(shí)度差異不顯著（P＞0.05）；5—25 cm，壽陽(yáng)和臨汾試驗(yàn)點(diǎn) NT處理土壤緊實(shí)度顯著高于 CT處理（P＜0.05），廊坊 NT處理土壤緊實(shí)度高于 CT處理，差異不顯著（P＞0.05）；25—45 cm，壽陽(yáng)土壤緊實(shí)度 CT＞NT（P＜0.05），廊坊與臨汾試驗(yàn)點(diǎn)土壤緊實(shí)度處理間差異不顯著（P＞0.05）。

圖1 不同耕作處理下土壤緊實(shí)度Fig. 1 Penetrometer resistance under different tillage

表2 不同耕作處理下0—10 cm土層容重和孔隙度Table 2 Soil bulk density and total porosity in 0-10 cm depth under different tillage

2.1.3 土壤水分特征曲線 Van-Genuchten模型對(duì)各試驗(yàn)點(diǎn)不同耕作處理曲線擬合的參數(shù)結(jié)果如表3所示，各試驗(yàn)點(diǎn)的擬合參數(shù)θs、θr、α、n差異很大，相同試驗(yàn)點(diǎn)的土壤變化不顯著，飽和含水量θs在 27.2—39.1之間，n值在 1.2—1.5之間，α值在0.01—0.06之間，殘余含水量θr隨試驗(yàn)點(diǎn)的變化顯著。通過(guò)4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)兩種耕作處理下土壤水分特征曲線發(fā)現(xiàn)（圖2）：與CT相比，公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)0和10 kPa NT下土壤體積含水量分別顯著提高了40.4%、30.1%（P＜0.05），350和500 kPa處理間差異不顯著，分別提高了 3.8%、4.7%；臨汾試驗(yàn)點(diǎn)0和10 kPa NT下土壤體積含水量較CT分別降低了7.1%、5.5%，差異不顯著（P＞0.05），350和500 kPa土壤體積含水量分別提高了2.9%、8.9%；廊坊試驗(yàn)點(diǎn)10、350、500 kPa下NT較CT相比，土壤體積含水量分別提高了 0.6%、5.6%、2.6%，但處理間差異不顯著（P＞0.05）；與CT相比，壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)0、10、500 kPa下NT處理的土壤體積含水量分別降低了6.4%、4.3%、5.9%，350 kPa下提高了2.1%。

圖2 不同耕作處理下土壤持水曲線Fig. 2 Soil water retention curve under different tillage methods

表3 不同耕作下土壤水分特征曲線Van-Genuchten模型參數(shù)擬合值Table 3 Fitting value of water characteristic curve parameters of Van-Genuchten

2.2 不同耕作方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

圖3 不同耕作處理下土壤有機(jī)碳含量Fig. 3 Soil organic carbon contents under different tillage

2.2.1 土壤有機(jī)碳含量 兩種耕作處理下土壤有機(jī)碳含量隨土層加深而下降，下降趨勢(shì)漸緩。4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同耕作處理下土壤有機(jī)碳含量存在差異（圖3）：公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)不同土層NT處理土壤有機(jī)碳含量均顯著高于 CT處理（P＜0.05）；壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)免耕顯著提高了0—40 cm土層土壤有機(jī)碳含量（P＞0.05），40 cm以下土層有機(jī)碳含量CT處理＞NT處理；臨汾NT處理提高土壤0—10 cm耕作層的碳含量，10—20 cm有機(jī)碳含量CT＞NT，40 cm以下土層有機(jī)碳含量的處理間差異不顯著（P＞0.05）；與其他試驗(yàn)點(diǎn)相比，廊坊不同處理下土壤有機(jī)碳含量差異顯著（P＜0.05），NT處理的土壤有機(jī)碳含量?jī)H僅在0—10 cm土壤表層高于CT處理。

2.2.2 土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量 根據(jù)雙因素方差分析發(fā)現(xiàn)，耕作方式對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量具有極顯著影響（P＜0.01），試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量具有顯著影響（P＜0.05），土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量受地點(diǎn)和耕作方式交互作用影響較?。≒＞0.05）。表4表明，耕作方式對(duì)不同試驗(yàn)點(diǎn) 0—80 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量影響不同，與CT相比，NT增加了4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)表層農(nóng)田土壤的有機(jī)碳儲(chǔ)量。其中，公主嶺試驗(yàn)點(diǎn) 0—10、10—20 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量和0—80 cm土層有機(jī)碳總儲(chǔ)量 NT顯著高于 CT處理（P＜0.05），分別提高了 45.4%、58.5%、7.2%；壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn) 0—10、10—20 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量 NT較 CT分別提高了11.9%、9.2%，但0—80 cm土層總有機(jī)碳儲(chǔ)量下降了26.8%；廊坊試驗(yàn)點(diǎn)0—10 cm土層NT處理有機(jī)碳儲(chǔ)量比CT處理提高了23.1%，0—80 cm土層NT處理有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著小于CT處理，降低了31.3%；臨汾試驗(yàn)點(diǎn)0—10 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量NT較CT增加了27.2% ，其他各土層和0—80 cm土層有機(jī)碳總儲(chǔ)量均下降，其中總儲(chǔ)量降低了23.5%，差異顯著（P＜0.05）。

2.3 氣候因子、土壤因子與有機(jī)碳的相關(guān)性

4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)長(zhǎng)期不同耕作措施下，氣候因子、土壤因子與有機(jī)碳儲(chǔ)量之間存在相關(guān)關(guān)系（表 5）。土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量與飽和含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與年均溫、年降水量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），與緊實(shí)度呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05），但與容重、黏粒含量、粉粒含量、砂粒含量無(wú)顯著相關(guān)性。同時(shí)，飽和含水量與年降水、容重具有極顯著相關(guān)性（P＜0.01），緊實(shí)度與粉粒含量、砂粒含量具有極顯著相關(guān)性（P＜0.01）。

表4 不同耕作處理下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量Table 4 Soil organic carbon storage under different tillage

表5 氣候因子、土壤因子與土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的Pearson相關(guān)系數(shù)Table 5 Correlation coefficients between climate factors、soil factors and soil organic carbon

3 討論

3.1 保護(hù)性耕作下土壤物理性質(zhì)的變化

土壤容重、緊實(shí)度、持水性能是土壤物理性質(zhì)的重要指標(biāo)，各區(qū)域土壤類型、耕作年限、耕作機(jī)械不同，導(dǎo)致不同耕作下土壤物理性質(zhì)具有區(qū)域性差異。眾多研究者對(duì)不同區(qū)域保護(hù)性耕作下土壤物理性質(zhì)的研究結(jié)果存在分歧，許多研究者發(fā)現(xiàn)免耕處理下土壤容重和緊實(shí)度增大、孔隙度減少，土壤含水量低[17-19]；也有研究發(fā)現(xiàn)免耕處理下0—10 cm土層土壤容重顯著降低，土壤孔隙度提高，土壤含水量提高[9]；而侯雪坤[20]認(rèn)為免耕與傳統(tǒng)耕作下土壤容重、孔隙度無(wú)顯著差異，而與土壤質(zhì)地、種植制度等有關(guān)。本研究中免耕處理下，廊坊試驗(yàn)點(diǎn)土壤容重與緊實(shí)度高于傳統(tǒng)耕作，這可能是由于該試驗(yàn)點(diǎn)為一年兩熟的種植制度，傳統(tǒng)耕作下頻繁的機(jī)械擾動(dòng)降低了土壤容重，而免耕對(duì)土壤擾動(dòng)比較小，同時(shí)播種機(jī)械對(duì)土壤具有壓實(shí)作用，造成表層容重值的提高和緊實(shí)度的增加，但對(duì)深層土壤影響較小。公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)0—80 cm土壤剖面容重和緊實(shí)度免耕顯著大于傳統(tǒng)耕作，分析其原因可能是黑土黏粒含量較高，受耕作播種機(jī)械影響大，免耕處理下播種機(jī)機(jī)械的壓實(shí)作業(yè)導(dǎo)致土壤緊實(shí)度進(jìn)一步增加、孔隙度減少，土壤容重顯著增大，而傳統(tǒng)耕作以大機(jī)械翻耕作業(yè)為主，土壤疏松多孔，進(jìn)而降低了土壤容重和緊實(shí)度，這與王恩姮等[21]的結(jié)果一致；臨汾和壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)主要是人工操作，試驗(yàn)小區(qū)機(jī)械壓實(shí)作用小，同時(shí)免耕增加秸稈還田，增加土壤有機(jī)碳，土壤動(dòng)物、微生物增多，對(duì)土壤具有疏松作用，再加上冬季土壤凍融疏松作用，因此免耕下表層土壤容重低于傳統(tǒng)耕作。

土壤顆粒組成決定土壤孔隙結(jié)構(gòu)，而孔隙結(jié)構(gòu)影響土壤水分運(yùn)動(dòng)[22]。公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)0—500 kPa吸力下土壤體積含水量都較大，這可能是由于黏質(zhì)黑土保水性能比較好[23]；而廊坊試驗(yàn)點(diǎn)0—50 kPa吸力下孔隙釋水性較強(qiáng)，一定吸力以后平緩，這有可能是由于砂質(zhì)潮土含沙量多，保水性能差造成的。本試驗(yàn)中，不同試驗(yàn)點(diǎn)各處理下土壤含水量在低吸力階段沒(méi)有顯著差異,10—350 kPa中高吸力段,免耕處理下土壤持水能力高于傳統(tǒng)耕作,這是由于保護(hù)性耕作土壤的持水性能較傳統(tǒng)耕作土壤顯著提高，一是秸稈還田帶來(lái)有機(jī)質(zhì)的增加，改善土壤內(nèi)部的水熱條件；二是耕作活動(dòng)影響土壤的孔隙分布和團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)；三是免耕秸稈還田覆蓋減少了土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，增加土壤有效持水量，因此，免耕土壤持水能力高于傳統(tǒng)耕作[24-25]。

3.2 保護(hù)性耕作下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化

保護(hù)性耕作能促進(jìn)土壤有機(jī)碳積累。BAKER等[26]發(fā)現(xiàn)耕作方式對(duì)土壤有機(jī)碳的影響主要集中在 0—30 cm土層；而胡寧等[27]發(fā)現(xiàn)免耕提高5—15 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量，這主要是由于不同區(qū)域翻耕深度、土壤類型、地理?xiàng)l件等造成的，說(shuō)明保護(hù)性耕作對(duì)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響因區(qū)域不同而差異顯著。土壤有機(jī)碳含量由秸稈還田量、有機(jī)碳分解速率等因素決定，不同區(qū)域耕作下土壤物理性質(zhì)的變化是影響有機(jī)碳分解轉(zhuǎn)化的重要因素[28-29]。公主嶺試驗(yàn)點(diǎn)0—80 cm土層土壤總有機(jī)碳儲(chǔ)量免耕高于傳統(tǒng)耕作，可能是由于表層積累的碳的淋溶和搬運(yùn)，導(dǎo)致亞表層碳的輸入性增加，而免耕秸稈覆蓋提高了土壤的導(dǎo)水性能和生物活性，因此有利于土壤有機(jī)質(zhì)向亞表層淋溶和遷移[30-33]。廊坊和臨汾試驗(yàn)點(diǎn) 0—10 cm表層免耕處理土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量高于傳統(tǒng)耕作，一是由于秸稈還田增加碳輸入量，土壤表層碳含量增加；二是由于秸稈覆蓋降低了土壤水分蒸發(fā)，土壤持水能力提高，減少了因風(fēng)蝕水蝕造成的碳損失[34]；三是由于免耕改變了土壤的物理性狀，土壤容重增加，孔隙度較小，不利于微生物活動(dòng)，降低了有機(jī)碳的分解速率[35-37]。而傳統(tǒng)耕作對(duì)土壤擾動(dòng)較大，土壤通氣性增強(qiáng)，土壤有機(jī)碳分解比較快[12]。免耕對(duì)土壤擾動(dòng)比較小，秸稈僅覆蓋在地表，深層土壤基本無(wú)秸稈輸入，因此免耕顯著降低了10 cm以下土層有機(jī)碳儲(chǔ)量；壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)免耕處理提高了 0—40 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量，這主要是由于該區(qū)域土壤質(zhì)地為砂壤土，土壤顆粒間孔隙度比較大，造成有機(jī)質(zhì)向下層遷移和淋溶，因此免耕在增加壽陽(yáng)試驗(yàn)點(diǎn)表層碳儲(chǔ)量的同時(shí)增加了20—40 cm土層有機(jī)碳儲(chǔ)量。

3.3 區(qū)域氣候因素及土壤物理性質(zhì)對(duì)有機(jī)碳儲(chǔ)量的影響

土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量受氣候因子和土壤性質(zhì)等因子影響顯著。STRONG等[38]認(rèn)為土壤總孔隙度與土壤有機(jī)碳具有正相關(guān)性；而祖元?jiǎng)偟萚39]研究了東北黑土發(fā)現(xiàn)，土壤容重與有機(jī)碳呈正相關(guān)關(guān)系，總孔隙度與土壤有機(jī)碳含量呈顯著負(fù)相關(guān)。王玉玨等[40]研究發(fā)現(xiàn)土壤有機(jī)碳、總氮含量與年均溫、年降水有顯著正相關(guān)關(guān)系，與砂土含量、土壤容重有顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究表明，土壤有機(jī)碳與飽和含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而與年均溫、年降水、緊實(shí)度具有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，有機(jī)碳儲(chǔ)量受氣候因子、持水能力、緊實(shí)度的影響顯著。保護(hù)性耕作提高土壤持水能力、增加有機(jī)碳儲(chǔ)量主要原因：一是保護(hù)性耕作增加了土壤覆蓋，裸露面積減少，土壤有機(jī)碳礦化少；另一方面，保護(hù)性耕作通過(guò)減少對(duì)土壤的擾動(dòng)，降低了土壤水分蒸發(fā)，減少了因風(fēng)蝕和水蝕造成的有機(jī)碳損失。因此，保護(hù)性耕作可以不同程度地增加有機(jī)碳儲(chǔ)量。

4 結(jié)論

4.1 免耕對(duì)土壤容重和緊實(shí)度影響存在區(qū)域性差異。免耕提高了黏質(zhì)黑土（公主嶺）和砂質(zhì)潮土（廊坊）土壤容重和緊實(shí)度，降低了粉砂壤質(zhì)黃土（臨汾）和砂壤質(zhì)褐土（壽陽(yáng)）土壤容重。

4.2 與傳統(tǒng)耕作相比，免耕顯著提高 4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)0—10 cm表層有機(jī)碳儲(chǔ)量。其中黏質(zhì)黑土（公主嶺）有機(jī)碳儲(chǔ)量提高了 45.4%，砂壤質(zhì)褐土（壽陽(yáng)）有機(jī)碳儲(chǔ)量提高了 11.9%，砂質(zhì)潮土（廊坊）有機(jī)碳儲(chǔ)量提高了 23.1%，粉砂壤質(zhì)黃土（臨汾）有機(jī)碳儲(chǔ)量提高了27.2%。

4.3 耕作對(duì)0—80 cm土層不同區(qū)域的有機(jī)碳總儲(chǔ)量影響存在顯著性差異。其中免耕下黏質(zhì)黑土（公主嶺）有機(jī)碳儲(chǔ)量顯著提高了7.2%，砂壤質(zhì)褐土（壽陽(yáng)）、砂質(zhì)潮土（廊坊）、粉砂壤質(zhì)黃土（臨汾）有機(jī)碳儲(chǔ)量分別降低了26.8%、31.3%、23.5%。

4.4 4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同耕作處理下土壤體積含水量在低吸力階段沒(méi)有顯著差異，10—350 kPa中高吸力段，免耕處理下土壤持水能力高于傳統(tǒng)耕作。

4.5 長(zhǎng)期耕作可以通過(guò)調(diào)節(jié)土壤持水能力和緊實(shí)度影響土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量，但影響程度存在區(qū)域性差異?？傮w來(lái)說(shuō)，免耕是提高表層土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的重要措施。

致謝：感謝劉恩科研究員，盧昌艾研究員在土壤樣品采集中的支持幫助！