田慎重，張玉鳳，邊文范，董 亮，Jiafa Luo，郭洪海

深松和秸稈還田對旋耕農(nóng)田土壤有機碳活性組分的影響

田慎重1，張玉鳳1，邊文范1，董 亮1，Jiafa Luo2，郭洪海1※

（1. 山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部黃淮海平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，山東省環(huán)保肥料工程技術研究中心，濟南 250100；2. Agriculture Research，Ruakura Research Centre，Hamilton 3240，New Zealand）

土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）及其活性組分能夠敏感響應耕作方式變化及有機物輸入。為對比長期旋耕農(nóng)田進行深松后土壤有機碳各活性組分及比例變化，該研究基于連續(xù)7a的旋耕轉變?yōu)樯钏珊徒斩捁芾黹L期定位試驗，對比了旋耕無秸稈還田處理（rotary tillage with straw removal，RT）、旋耕秸稈還田處理（rotary tillage with straw return，RTS）、旋耕轉變?yōu)樯钏蔁o秸稈還田處理（rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal，RT-DT）、旋耕轉變?yōu)樯钏山斩掃€田處理（rotary tillage conversion to subsoiling with straw return，RTS-DTS）下土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）、顆粒有機碳（particulate organic carbon，POC）、易氧化有機碳（readily oxidizable organic carbon，ROC）、微生物生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）、溶解性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）、活性有機碳（labile organic carbon，LOC）在土壤有機碳中比例的變化及各組分間的相互關系。研究結果表明，耕作方式從旋耕轉變?yōu)樯钏珊徒斩掃€田對SOC及其各活性組分均產(chǎn)生顯著影響，耕作方式轉變、秸稈還田及兩者的交互效應是影響SOC及其活性組分的主要因素。秸稈還田顯著提高了RTS處理和RTS-DTS處理的SOC含量，分別比RT和RT-DT處理高6.1%～15.6%和19.1%～32.3%。并且轉變耕作方式后RTS-DTS處理比于RTS處理SOC含量提高16.9%～20.0%。同時，RTS-DTS處理的POC含量比RTS處理高13.6%～53.8%；但RT-DT和RTS-DTS處理的土壤ROC含量較RT和RTS處理都呈下降趨勢，RTS-DTS處理的ROC含量比RTS處理下降4.6%～10%；MBC含量降低23.8%～30.6%。雖然秸稈還田顯著提高了各處理的DOC含量，但RTS轉變?yōu)镽TS-DTS處理后，其3個土層的DOC含量下降了8%～41%。相比于RT和RTS處理，RT-DT和RTS-DTS處理0～30 cm各土層中LOC在SOC中的比例顯著下降。相關性分析結果表明，除POC與ROC之間無顯著性相關關系外，SOC及各組分間均呈顯著（<0.05）或極顯著（<0.01）的相關關系。耕作方式轉變?yōu)樯钏珊徒斩掃€田提高了SOC含量的同時，顯著降低了SOC中的活性有機碳組分，這更有利于SOC的有效積累，促進土壤碳庫的穩(wěn)定固存。

土壤；有機碳；秸稈還田；深松；活性有機碳；旋耕；碳組分

0 引 言

土壤有機碳中的活性組分如顆粒有機碳（particulate organic carbon，POC）、易氧化有機碳（readily oxidizable organic carbon，ROC）、微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）、溶解性有機碳（dissolved organic carbon，DOC）等對田間管理措施的變化響應迅速[1-2]，能夠及時反映土壤有機碳庫總量的微小變化[3]，這些活性雖然只占土壤全碳的一小部分，但受植物、微生物影響強烈、具有一定溶解性且易礦化分解，更有利于植物、微生物利用[4]。在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中，土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）含量的高低只表明其土壤中的有機質(zhì)數(shù)量多少，并不能直接說明其質(zhì)量，尤其是土壤有機質(zhì)的潛在的分解性質(zhì)；而土壤有機碳及其活性組分是土壤中易被分解轉化、活躍程度最高的有機碳組分，這些組分的變化對土壤有機碳及土壤養(yǎng)分的周轉起著重要作用，能更敏感的響應土壤耕作、施肥管理、植物殘體或有機物料還田等農(nóng)業(yè)管理措施變化[5-6]，被認為是土壤有機碳庫及土壤質(zhì)量早期變化的敏感指標之一[3]。

華北平原作為中國的糧食主產(chǎn)區(qū)，常年以小麥、玉米一年兩熟種植為主。旋耕是該地區(qū)主要的耕作方式，但是近年來，由于長期的旋耕導致的耕層淺薄、犁底層上移、土壤質(zhì)量下降等問題嚴重制約了該地區(qū)糧食作物持續(xù)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)[7-9]。而對農(nóng)田進行深松作業(yè)是恢復耕層深度、改善土壤結構、促進作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的有效方法之一[10-12]。因此，目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對長期旋耕農(nóng)田進行周期性深松作業(yè)已經(jīng)被廣泛采用[10]。但這種耕作方式變化必然會對原來穩(wěn)定的耕層結構和微環(huán)境帶來強烈影響，從而影響土壤養(yǎng)分周轉及微生物活性。我們前期的研究結果表明，深松措施可顯著提升SOC含量及有機碳累積速率，具有較大的土壤固碳潛力[13-14]；而將長期旋耕農(nóng)田進行深松能夠顯著提高耕層土壤團聚體穩(wěn)定性及團聚體關聯(lián)碳庫水平，穩(wěn)定的團聚體結構和其關聯(lián)的土壤碳庫大小是決定土壤有機碳水平的重要因素[15]。同時，耕作方式轉變?yōu)樯钏珊筮€能夠顯著降低土壤碳庫活性及土壤碳庫管理指數(shù)，這些前期研究結果證明將長期旋耕農(nóng)田轉變?yōu)樯钏赡軌虼龠M土壤團聚體對SOC的物理保護，降低土壤碳庫活性和碳庫管理指數(shù)，促進土壤碳庫的穩(wěn)定固存[16]。但這種耕作方式變化后土壤有機碳庫中各活性組分變化趨勢如何，目前并無相關報道。耕作方式變化后土壤碳庫活性和碳庫管理指數(shù)的降低進一步說明土壤有機碳庫中的不同活性組分能夠敏感響應耕作措施變化而導致的土壤碳庫變化，而這些有機碳活性組分之間的相互影響也會顯著影響土壤有機碳庫的動態(tài)平衡[4]。因此，本研究通過對比長期旋耕轉變?yōu)樯钏珊笸寥繮OC、ROC、DOC、MBC等活性組分及在有機碳中的比例變化，探討深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田SOC庫中不同活性組分的影響及相互關系，對進一步深入了解深松及耕作方式變化后土壤有機碳庫各活性組分間的響應變化及土壤碳庫周轉具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地位于山東省泰安市（36°09′N，117°09′E）。該地區(qū)位于華北平原南部，四季分明，年平均氣溫12.9 ℃，年均降雨量697 mm。供試土壤為棕壤土，土層深厚。試驗地土壤為棕壤土，含砂粒40%、粉粒44%、黏粒16%。試驗開始時，0～30 cm土層平均土壤容重為1.35 g/cm3，有機碳質(zhì)量分數(shù)為7.19 g/kg，全氮質(zhì)量分數(shù)為1.3 g/kg，全磷質(zhì)量分數(shù)為8.09 g/kg，全鉀質(zhì)量分數(shù)為2.16 g/kg，土壤pH值為7.09。

1.2 試驗設計

本試驗在2002年開始的保護性耕作和秸稈還田長期定位試驗基礎上于2008年將其中的旋耕（RT）處理等分為2個處理，其中一個處理保持原來的旋耕方式不變，另一半處理將耕作方式轉變?yōu)樯钏桑―T），即旋耕-深松處理，深松和秸稈還田長期試驗在此基礎上開展。試驗采用裂區(qū)設計，主區(qū)為2種耕作方式，旋耕（RT）和旋耕-深松處理，副區(qū)為2種秸稈管理方式：無秸稈還田和秸稈還田，共4個處理，分別為旋耕無秸稈還田處理（RT）、旋耕秸稈還田處理（RTS）、旋耕轉變?yōu)樯钏蔁o秸稈還田處理（RT-DT）、旋耕轉變?yōu)樯钏山斩掃€田處理（RTS-DTS），在處理區(qū)內(nèi)進行3次重復。

試驗地采用華北平原典型的小麥-玉米一年兩熟種植模式。每年小麥播種前（10月上旬）進行耕作，旋耕耕深12～15 cm，深松耕深30 cm。小麥播種期一般為每年10月上旬，品種為濟麥22，收獲期在第二年6月上旬；玉米播種為免耕直播，播種期一般為6月中下旬，品種為鄭單958，玉米收獲在當年10月上旬。小麥玉米均采用機械收獲，將秸稈粉碎還田或整株移除。小麥播種前基施N為160 kg/hm2，P2O5為150 kg/hm2，K2O為105 kg/hm2，在小麥拔節(jié)期統(tǒng)一追施N為80 kg/hm2；玉米播種前基施N為120 kg/hm2，P2O5為120 kg/hm2，K2O為100 kg/hm2，在玉米大喇叭口期追施N為120 kg/hm2。

1.3 土壤樣品采集與分析

于2014年、2015年玉米收獲期按0～10、>10～20和>20～30 cm土層分別采集新鮮土壤樣品并按層次充分混勻，用冰盒帶回實驗室。一部分土樣風干后挑出碎石、植物根系殘渣并過2 mm 篩，用以測定SOC、POC、ROC含量；另一部分過2 mm 篩后冷藏，用以測定MBC、DOC。SOC含量測定采用重鉻酸鉀氧化法[17]，POC含量測定采用六偏磷酸納分離法[18]；ROC 采用高錳酸鉀氧化法[19]；DOC采用去離子水浸提法[20]；MBC采用氯仿熏蒸法[21]；本文中的SOC和LOC含量分別以2014年和2015年的平均含量計算。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本文中對不同土壤有機碳活性組分差異來源進行作用力分析，計算耕作方式轉變、秸稈還田及其交互效應對所引起的變異在總變異中所占的比例，作用力由其所產(chǎn)生的平方和占總平方和的百分比表示。本文中數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0進行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan多復極差法進行多重比較，采用Sigma Plot 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田土壤有機碳的影響

由圖1可知，在無秸稈還田條件下，RT-DT處理的SOC含量在0～10和>20～30 cm分別比RT處理降低了6.2%和7.3%，而在>10～20 cm則提高了7.7%；而在秸稈還田條件下，與RTS相比，RTS-DTS處理顯著提高0～10和>10～20 cm土層的SOC含量，分別提高了16.9%和20.0%，但在>20～30 cm，RTS處理和RTS-DTS處理的SOC含量變化無顯著性差異。秸稈還田顯著提高RTS處理和RTS-DTS處理的SOC含量，在3個土層分別比RT和RT-DT處理高6.1%～15.6%和19.1%～32.3%。

2.2 深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田土壤顆粒有機碳含量的影響

由圖2可知，將長期旋耕農(nóng)田轉變?yōu)樯钏珊徒斩掃€田都顯著提高了POC含量。秸稈還田條件下，RTS-DTS處理的0～30 cm土層POC含量顯著高于RTS處理，在0～10、>10～20、>20～30 cm土層其POC含量分別比RTS處理高53.8%、30.7%、13.6%。RTS-DTS和RTS處理顯著提高了各土層的POC含量，如RTS-DTS處理的0～30 cm土層POC含量分別比RT-DT處理高36.8%、24.5%、34.0%。各處理中土壤表層（0～10 cm）的POC含量顯著高于>10～20和>20～30 cm土層。

注：RT為旋耕無秸稈還田處理，RT-DT為旋耕轉變?yōu)樯钏蔁o秸稈還田處理；RTS為旋耕秸稈還田處理，RTS-DTS為旋耕轉變?yōu)樯钏山斩掃€田處理。不同小寫字母表示不同處理間的差異顯著（P <0.05）。下同。

圖2 深松和秸稈還田對土壤顆粒有機碳含量的影響

2.3 深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田土壤易氧化有機碳含量的影響

由圖3可知，旋耕轉變?yōu)樯钏珊?，RT-DT和RTS-DTS處理的土壤ROC含量較RT和RTS處理都呈下降趨勢。無秸稈還田條件下，RT-DT處理0～10、>10～20和>20～30 cm土層的ROC含量較RT處理分別降低了19.9%、13.0%和67.9%；而秸稈還田下，相比于RTS處理，RTS-DTS處理3個土層的ROC含量分別下降了6.6%、10.0%和4.6%。與RT和RT-DT處理相比，RTS和RTS-DTS顯著提高了3個土層的ROC含量。隨著土層的加深，各處理土壤ROC含量呈下降趨勢。

圖3 深松和秸稈還田對土壤易氧化有機碳含量的影響

2.4 深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田土壤微生物量碳含量的影響

與RT和RTS處理相比，RT-DT和RTS-DTS顯著降低了0～10 cm 和>10～20 cm土層的MBC含量（圖4）。在秸稈還田條件下，RTS-DTS處理0～10、>10～20和>20～30 cm土層的MBC含量分別比RTS處理降低23.9%、30.6%、23.8%。

圖4 深松和秸稈還田對土壤微生物量碳含量的影響

2.5 深松和秸稈還田對長期旋耕農(nóng)田土壤可溶性有機碳含量的影響

由圖5可知，RT和RTS處理轉變?yōu)镽T-DT和RTS-DTS處理后，土壤DOC含量發(fā)生了顯著變化。除>10～20 cm土層外，RT-DT和RTS-DTS處理的土壤DOC含量較RT和RTS處理顯著降低。無秸稈還田下，RT-DT處理0～10和>20～30 cm土層的DOC含量比RT處理分別降低了13.4% 和10.1%。在秸稈還田條件下，當RTS轉變?yōu)镽TS-DTS處理后，其3個土層的DOC含量下降了8%～41%。相比于RT和RT-DT處理，RTS和RTS-DTS處理的DOC含量顯著提高。

圖5 深松和秸稈還田對土壤可溶性有機碳含量的影響

2.6 旋耕和旋耕轉深松模式下土壤有機碳中活性組分含量及其比例

通過對比RT和RTS處理轉變?yōu)镽T-DT和RTS-DTS處理前后的LOC含量及其在SOC中比例的變化可以看出（圖6），各土層中RT-DT和RTS-DTS處理的SOC含量顯著高于RT和RTS處理，但各處理SOC中的LOC含量有明顯差異。除>20～30 cm土層外，秸稈還田處理RTS和RTS-DTS的LOC含量要顯著高于RT和RT-DT。從SOC中的活性組分比例變化可知，相比于RT和RTS處理，RT-DT和RTS-DTS處理0～30 cm各土層的LOC/SOC比例顯著下降。

注：LOC為土壤活性有機碳，g?kg-1；SOC為土壤有機碳，g?kg-1。

2.7 耕作方式變化和秸稈還田對不同土壤有機碳活性組分的作用力分析

耕作方式轉變、秸稈還田及兩者的交互效應顯著影響SOC、POC、DOC含量（<0.01，表1），其中耕作因素對SOC含量的作用力為6.5%～30.9%，而秸稈因素達到57.4%～80.7%，兩者的交互效應為0.3%～27.0%；而耕作方式對POC變化的作用力達到23.8%～63.0%，秸稈因素為24.2%～72.4%，兩者的交互效應為2.6%～25.1%；耕作因素對DOC含量影響的作用力在0～10 cm達到了62.4%（<0.01），但在>10～20 cm，影響DOC含量的主要作用力為秸稈還田，達到了93.9%。在0～10和>20～30 cm土層，ROC含量主要受耕作方式、秸稈還田及兩者的交互效應的顯著影響（<0.01），且其作用力大小均為耕作方式>秸稈還田>兩者交互效應，在>10～20 cm土層，耕作和秸稈因素是影響其含量變化的主要作用力（<0.01）。土壤表層（0～10 cm）的MBC含量變化作用力主要來自耕作方式和秸稈還田（<0.01），而在>20～30 cm，其交互效應也達到了極顯著水平（<0.01）。

2.8 旋耕轉變?yōu)樯钏珊笸寥烙袡C碳與各活性有機碳組分間的相關關系

通過分析SOC及其活性組分之間的相互關系可以看出（表2），旋耕轉變?yōu)樯钏珊徒斩掃€田條件下，SOC與POC、ROC、DOC、MBC之間均呈顯著（<0.05）或極顯著（<0.01）的相關關系。土壤POC與ROC（<0.01）、MBC（<0.05），ROC與DOC（<0.01）、MBC（<0.01），DOC與MBC之間均表現(xiàn)出顯著的正相關關系（<0.01）。

表1 深松和秸稈還田對土壤有機碳活性組分影響的作用力分析

注：表中“*”代表<0.05；“**”代表<0.01。下同。

Note: “*” and “**” indicate<0.05 and<0.01, respectively. Same as below.

表2 土壤有機碳與各有機碳活性組分之間的相關分析

3 討 論

在農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，耕作方式和秸稈還田是農(nóng)田土壤有機碳更新周轉的主要驅動因素[22]，土壤耕作加速有機碳礦化分解并影響土壤化學和生物學性質(zhì)，其強度與頻率是影響土壤碳庫周轉的關鍵；而土壤有機碳的活性組分容易受到氣候變化和外界條件改變的影響，在土壤碳循環(huán)和碳固定中起著至關重要的作用[3]。已有研究表明，耕作方式變化會導致土壤活性有機碳及碳庫管理指數(shù)的變化[16,23]，顯著影響土壤碳庫活性，而土壤有機碳中的各活性組分能夠敏感響應這種耕作方式變化[6]。本研究結果表明，耕作方式從旋耕轉變?yōu)樯钏珊?，土壤有機碳中各活性組分表現(xiàn)出明顯差異：土壤POC含量顯著升高，但土壤ROC、MBC和DOC含量呈下降趨勢，說明這些土壤有機碳的活性組分受到耕作方式變化的強烈影響。通過作用力分析表明，耕作、秸稈及兩者的交互效應是影響土壤有機碳活性組分變化的主要因素。POC是土壤中與沙粒（直徑53～2 000m）結合的有機碳部分，并進一步可能結合在土壤團聚體中，是有機質(zhì)中的“慢性”庫，可以作為有機碳長期累積性的指標[24]，容易受到土地利用方式，尤其是耕作的影響[25]。我們前期的研究結果表明，RT和RTS處理轉變?yōu)镽T-DT和RTS-DTS處理后顯著提高了SOC水平；同時顯著提高了土壤大團聚體比例及穩(wěn)定性[15]，穩(wěn)定的大團聚體能夠保護團聚體內(nèi)的POC免受分解[26]，這可能是RT-DT和RTS-DTS提高土壤POC含量的主要原因。本研究中，深松作業(yè)一般主要作用在30 cm左右的土壤，其作業(yè)層以上的耕層土壤相比于旋耕方式擾動較小，更有利于土壤團聚體的結構穩(wěn)定，穩(wěn)定的團聚體結構能夠提高SOC固定并對其中的POC起到物理保護作用；另一方面，土壤POC與SOC含量之間有極顯著的正相關關系（<0.01），說明土壤中的POC一定程度上代表了SOC 的累積程度[14,27]。而RT和RTS處理轉變?yōu)镽T-DT和RTS-DTS處理后，土壤ROC、MBC和DOC含量呈下降趨勢，這可能與耕作方式變化導致土壤結構、水分、微生物、土壤酶等理化性狀發(fā)生了顯著變化有關。雖然土壤MBC和DOC僅占土壤碳庫的1%～4%，卻是土壤有效養(yǎng)分的來源和庫存[28-29]，它參與土壤中有機物質(zhì)的分解和養(yǎng)分循環(huán)轉化[30]。一方面，耕作方式的轉變導致土壤理化性質(zhì)的變化進一步影響了土壤MBC和DOC含量；另一方面，秸稈等大量有機物質(zhì)的還田給土壤微生物提供了足夠的底物從而加速土壤有機碳的礦化，提高了土壤微生物活性，可能使土壤中MBC、DOC含量產(chǎn)生顯著變化[31]。本研究結果表明，當耕作方式從旋耕轉變?yōu)樯钏珊?，土壤MBC和DOC含量顯著下降，說明深松后土壤微環(huán)境的變化可能抑制了土壤微生物對土壤有機碳的分解，更有利于土壤有機碳的穩(wěn)定，促進了RTS-DTS處理土壤有機碳的有效積累。相關性分析結果也表明，土壤MBC和DOC含量顯著影響SOC含量（<0.05），說明土壤POC、ROC、MBC、DOC含量的變化在較大程度上依賴于土壤有機碳庫的分解和固存過程，這也是其作為土壤碳庫早期變化指標的主要原因。另外，土壤POC、ROC、DOC和MBC之間均表現(xiàn)出顯著（<0.05）或極顯著（<0.01）的相關關系，說明這些有機碳活性組分之間的相互影響也會顯著影響土壤有機碳庫分解和固存的動態(tài)平衡，如土壤MBC與POC、ROC、DOC含量均呈顯著的相關關系，說明土壤POC、ROC、DOC變化受微生物數(shù)量和活性的影響較大，進而顯著影響SOC含量[27]。土壤活性有機碳含量越高，土壤有機碳容易被微生物分化，穩(wěn)定性越差[3]。本研究中利用ROC表征土壤中活性有機碳含量（LOC），通過對比耕作方式變化前后土壤有機碳中活性組分比例變化發(fā)現(xiàn)，相比于RT和RTS處理，RT-DT和RTS-DTS處理0～30 cm各土層的SOC中的活性組分比例顯著下降，由于RT-DT和RTS-DTS處理SOC含量較高，兩處理中的LOC含量差異并不大，特別是在RTS和RTS-DTS處理，0～20 cm土壤中的LOC含量并沒有顯著性差異，但RT-DT和RTS-DTS處理的SOC含量更高，說明耕作方式轉變?yōu)樯钏珊箫@著促進了SOC的累積。我們前期研究結果表明，秸稈還田條件下，長期旋耕處理轉變?yōu)樯钏煽娠@著降低土壤碳庫管理指數(shù)[16]。深松后土壤0～10 cm的碳庫活度、碳庫活度指數(shù)以及碳庫管理指數(shù)均有所降低，難氧化有機碳在SOC中占比升高，可能與深松能夠相對保護表層土壤結構的完整性，而對30 cm左右土層擾動更加劇烈，土壤結構破碎及其有機碳庫的消耗也相對較多，使其土壤碳庫活度降低[16,32]。但也有研究結論表明，深松較旋耕可通過提高土壤碳庫活度而提高土壤碳庫管理指數(shù)[33]。本研究中，雖然秸稈還田條件下，RTS和RTS-DTS處理的0～20 cm土層的土壤有機碳活性組分含量并無顯著性差異，但RTS處理的SOC中的活性組分比例顯著高于RTS-DTS處理，說明RTS處理土壤有機碳活性較高，這可能與旋耕對0～20 cm耕層的強烈擾動使土壤團聚體結構破壞，土壤與秸稈得到充分混勻，疏松的土壤環(huán)境更有利于土壤微生物活性，加速了土壤有機碳的礦化分解，提高了土壤有機碳活性組分的釋放有關[34]。有研究表明，秸稈還田條件下，連年深松可促進根系向下伸展，提高下層土壤根茬殘留量，增加土壤表層及 35～50 cm 土層土壤有機碳含量[16]；同時，作物秸稈、根茬等是農(nóng)田土壤有機物的主要來源，為土壤微生物活動提供了充足的碳源，提高了土壤微生物活性，微生物分解的有機物質(zhì)以及秸稈腐解物是土壤有機碳活性組分的主要來源，有助于提高 DOC 和 MBC 的含量[35]。本研究結果也表明，秸稈還田可顯著提高各處理的POC、MBC、DOC等有機碳活性組分含量。通過作用力分析可以看出，秸稈還田是影響土壤有機碳及其各活性組分的主要原因。并且，隨著深松年限增加，土壤有機碳含量也呈逐漸上升趨勢，這說明增加深松年限可一定程度上促進表層土壤有機碳積累，更有利于土壤有機碳的穩(wěn)定固存[33]。連年旋耕后深松顯著影響土壤有機碳及各活性組分變化，其深層差異機制仍需深入研究。

4 結 論

1）深松和秸稈還田顯著影響長期旋耕農(nóng)田土壤有機碳活性組分含量。RTS-DTS處理的POC含量比RTS處理在0～10、>10～20、>20～30 cm土層分別提高53.8%、30.7%、13.6%，比無秸稈還田的RT-DT處理高36.8%、24.5%、34.0%；相比于RTS處理，RTS-DTS處理3個土層的ROC含量分別降低了6.6%、10.0%和4.6%，MBC含量分別降低了23.9%、30.6%、23.8%，DOC含量下降了8%～41%。耕作方式轉變、秸稈還田及兩者的交互效應是影響SOC各活性組分變化的主要作用力。

2）耕作方式轉變和秸稈還田顯著降低了LOC/SOC比例，耕作方式轉變和秸稈還田提高了SOC含量的同時，SOC中的活性有機碳組分比例下降，更有利于SOC的有效積累，促進土壤碳庫的穩(wěn)定性。

3）旋耕轉變?yōu)樯钏珊徒斩掃€田下，SOC含量與POC、ROC、DOC、MBC之間均呈顯著（<0.05）或極顯著（<0.01）的相關關系；除POC與DOC之間無顯著性相關關系外，土壤POC與ROC（<0.01）、MBC（<0.05），ROC與DOC（<0.01）、MBC（<0.01），DOC與MBC之間均表現(xiàn)出顯著的正相關關系（<0.01）。

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Effects of subsoiling and straw return on soil labile organic carbon fractions in continuous rotary tillage cropland

Tian Shenzhong1, Zhang Yufeng1, Bian Wenfan1, Dong Liang1, Jiafa Luo2, Guo Honghai1※

(1.,;,,,250100,; 2.,,3240,)

Soil organic carbon (SOC) and its labile carbon fractions (LOC) including particulate organic carbon (POC), readily oxidized organic carbon (ROC), microbial biomass carbon (MBC), dissolved organic carbon (DOC), can sensitive response to tillage method change and organic matters input. We compared the contents changes of SOC, POC, ROC, MBC, DOC and their correlations, and analyzed change in the proportion of LOC fractions in soil organic carbon (LOC/SOC), based on a 7 years old experiment for tillage method change and straw management including the rotary tillage with straw removal (RT), rotary tillage with straw return (RTS), rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal (RT-DT) and rotary tillage conversion to subsoiling with straw return (RTS-DTS). The results showed that SOC contents in the depths of 0-10 and >10-20 cm under RTS-DTS increased by 16.9% and 20.0% compared with those of RTS treatment, respectively; while there had no significant difference on SOC in the depth of >10-20 cm between RTS-DTS and RTS treatments. Compared with the RT and RT-DT treatments, SOC content was increased 6.1%-15.6% and 19.1%-32.3% by the RTS and RTS-DTS treatments in three soil layers. POC contents increased after rotary tillage conversion to subsoiling awith straw return, its contents under RTS-DTS treatment in the 0-10, >10-20 and >20-30 cm soil depths were high 53.8%, 30.7% and 13.6% than those of the RTS treatment, respectively. POC contents were increased 36.8%, 24.5% and 34.0% by RTS-DTS in comparison to RT-DT. The highest POC content was generally observed at the 0-10 cm soil depth in each treatment. These differences of POC contents were significant affected by soil tillage (23.8%-63.0%), straw management (24.2%-72.4%) and their interaction effect (2.6%-25.1%). Compared with the RTS treatment, whereas, the contents of ROC, MBC and DOC were decreased by RTS-DTS in three soil depths. Soil ROC in the 0-10, >10-20 and >20-30 cmsoil depths under RT-DT treatment were declined 19.9%, 13.0% and 67.9% than those of RT treatment, and their contents under RTS-DTS treatment were declined with 6.6%, 10.0% and 4.6% than those of RTS treatment, respectively. These decreases were significant related with the tillage method change and straw return (<0.05). The straw return increased ROC contents in the 0-30 cm soil layers and the content was decreased with the deepening of soil depth. Compared with the RTS treatment, soil MBC contents in three soil depths were decreased 23.9%, 30.6% and 23.8% by RTS-DTS, respectively. Although soil DOC content was increased after crop straw return, the contents were significant decreased by the tillage method change (<0.05). For example, DOC content was declined 8%-41% by the RTS converting to RTS-DTS. There had significant positive correlations between SOC and POC (=0.87,<0.01), ROC (=0.82,<0.01), DOC (=0.55,<0.05), MBC (=0.68,<0.05). Meanwhile, there were significant positive correlations among soil POC and ROC (=0.75,<0.01), POC and MBC (=0.66,<0.05), ROC and DOC (=0.75,<0.01), ROC and MBC (=0.77,<0.01), DOC and MBC (=0.65,<0.05). The proportions of LOC/SOC were significant decreased by RT-DT and RTS-DTS. Rotary tillage conversion to subsoiling with straw return could increase the SOC and POC content while decrease ROC, MBC, DOC fractions and LOC/SOC proportions, which would advantage to accelerate accumulation and stability for SOC pool.

soils; organic carbon; straw return; subsoiling; labile organic carbon; rotary tillage; carbon fraction

田慎重，張玉鳳，邊文范，董 亮，Jiafa Luo，郭洪海. 深松和秸稈還田對旋耕農(nóng)田土壤有機碳活性組分的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(2)：185－192. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.022 http://www.tcsae.org

Tian Shenzhong, Zhang Yufeng, Bian Wenfan, Dong Liang, Jiafa Luo, Guo Honghai.Effects of subsoiling and straw return on soil labile organic carbon fractions in continuous rotary tillage cropland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(2): 185－192. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.022 http://www.tcsae.org

2019-07-11

2019-12-27

國家自然科學基金（41701337）；山東省重點研發(fā)計劃（2018GNC111017）；公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503121）；山東省農(nóng)業(yè)科學院創(chuàng)新工程（CXGC2018E03）；山東省大科學計劃（2018-001）；“海外泰山學者”建設工程專項經(jīng)費共同資助。

田慎重，博士，副研究員。研究方向為土壤耕作與農(nóng)業(yè)生態(tài)。Email：tiansz1616@163.com

郭洪海，研究員，研究方向為循環(huán)農(nóng)業(yè)。Email：honghaig@163.com.

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.02.022

S343.1

A

1002-6819(2020)-02-0185-08