张玉铭, 胡春胜**, 陈素英, 王玉英, 李晓欣,董文旭, 刘秀萍, 裴 林, 张 惠

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄 050022; 2.河北省中医药科学院 石家庄 050051; 3.石家庄市栾城区农业技术推广中心 石家庄 051430)

土壤团聚体是土壤结构的基本单元, 是土壤有机碳氮赋存与固持的载体, 其形成及稳定性与土壤有机碳氮密切相关, 对土壤肥力的培育与发挥具有至关重要的作用, 是评价土壤质量的重要指标之一[1-2]。作为土壤养分的储存库和各种土壤微生物的生境,土壤团聚体的数量和大小的分布及其稳定性影响着土壤质量, 良好的土壤结构和稳定的团聚体利于提高土壤孔隙度、改良土壤肥力和降低土壤可蚀性。土壤碳氮是土壤质量和功能的核心, 是土壤肥力的重要物质基础[3-4]。土壤团聚体的形成和有机碳氮含量的提高是两个互相促进的过程: 一方面, 土壤有机碳氮作为土壤团聚体形成的胶结物质, 对土壤团聚体稳定性具有显著影响[5]; 另一方面, 稳定的团聚体能够对赋存于其中的有机碳氮形成有效的保护, 土壤团聚体的物理保护或物理化学保护导致有机碳氮与生物的空间隔绝, 使之避免受到土壤微生物的降解, 是土壤有机碳氮固持的重要机制。

通常大团聚体(>0.25 mm)能够储存更多的有机碳, 但是容易被破坏, 形成微团聚体(<0.25 mm), 微团聚体对有机碳具有较强的物理保护作用, 被认为是碳吸存的主要场所。研究表明, 团聚体中有机碳和全氮含量随粒径减小而增加, 由于粒径越小, 比表面积越大, 表面吸附能力越高, 致使团聚体中碳氮含量随粒径减小而增加。≤0.25 mm团聚体中有机碳主要以稳定的腐殖质碳占优势, 由于其不断积累而总有机碳含量升高; 大团聚体中有机碳则主要以易分解矿化的活性有机碳占优势, 由于活性有机碳分解、矿化而总有机碳含量不断降低, 从而致使<0.25 mm团聚体有机碳含量最高。大团聚体中的有机碳更年轻、更容易矿化; 微团聚体中有机碳大多以高度腐殖化的惰性组分存在。土壤团聚体稳定与更新周转受到耕作与秸秆还田方式的驱动[6-7]。不同的耕作方式及秸秆还田方式可显著影响土壤团聚体数量、稳定性等团聚体特征, 从而对土壤团聚状况及有机碳氮固持产生显著影响。土壤耕作会降低水稳定性大团聚体的含量和有机碳库储量[8], 大量研究表明,≥0.25 mm团聚体对耕作措施敏感, 翻耕破坏土壤大团聚体, 致使团聚体中有机碳暴露, 不仅增加了有机质的输出, 还加剧了土壤温室气体排放。而秸秆还田能增加土壤团聚化过程, 可在一定程度上减少耕作活动对团聚体的破坏作用, 提高土壤大团聚体含量[9], 有效改善土壤团粒结构, 保持团聚体稳定性, 加速土壤中大团聚体上有机碳氮的累积。因此, 提升大团聚体中有机碳和氮含量不仅可以提升土壤肥力水平, 亦可以提升土壤固碳氮能力, 进而减少土壤二氧化碳、氧化亚氮和甲烷的输出, 减少农业生产对环境带来的负面影响。

华北平原是我国重要的粮食主产区之一, 耕地面积占全国耕地总面积的1/4, 主要种植模式是小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)轮作, 全国76%的小麦和29%的玉米产自该区域。由……