我国西南地区长期免耕农田对土壤碳截存影响研究

免耕是目前世界范围内大力推广和应用的一种农作制度，具有明显的经济和环境效益。在当今气候变暖的背景下，通过免耕管理增加农田土壤碳截存从而减缓大气CO2浓度升高正成为各国政府和科学家关注的焦点。但我国在这方面的研究还比较欠缺，国外虽有大量报道，但主要集中在免耕旱田方面，对免耕水田及水旱轮作农田的研究还少见报道。本项目以在我国最早推广自然免耕技术的西南地区为平台，以该地区长达20年的免耕水旱轮作农田和冬水田为研究对象，以传统耕作为对比，采用静态箱和质量平衡法，研究免耕对农田土壤碳源/汇作用的影响；采用深层次土壤样品采集和等质量计算方法，研究免耕对土壤固碳能力的影响；通过室内分析，研究免耕对土壤有机碳组分及其分层比的影响；通过原位监测，研究土壤理化性质与碳截存之间的关系。通过该研究的开展，阐明西南地区免耕农田土壤碳截存潜力及其内在机制，为增加土壤的固碳能力提供理论依据。

本研究以冬水田平作（DP）、垄作免耕（LM）、垄作翻耕（LF）和水旱轮作（SH）四种耕作制度为研究对象，通过采集0-60 cm深度的土壤样品，探讨了不同耕作制度对土壤有机碳（SOC）及其活性组分的影响、水旱轮作下SOC及其活性组分的季节变化规律，并利用有机碳库分层比（CSR）来表征和评价土壤质量。主要研究结果如下：.1、耕作方式对SOC及组分的影响.在0-60 cm的深度范围内，不同耕作方式下SOC含量及储量均为LM> DP> LF> SH，LM处理的SOC含量及储量极显著高于其它四种处理；.土壤微生物生物量碳（SMBC）含量为LM> SH> LF> DP，与其它3种耕作方式相比，长期垄作免耕能够增加SMBC含量；.不同耕作方式对土壤活性有机碳（ROC）以及土壤水溶性有机碳（DOC）没有明显影响；.耕作方式对颗粒态有机碳（POC）的影响主要产生在土壤表层，但对整个土壤深度的POC没有显著影响；.在土壤总有机碳中，重组有机碳占明显优势，约占土壤总有机碳的69.56-95.66%，自由轻组有机碳次之，约为5.03-26.43%，闭合组分中的有机碳最低，仅为1.37-4.93%。不同耕作方式下自由轻组及闭合轻组有机碳的平均含量均为LM> DP> LF> SH，表现为免耕农作高于翻耕农作。.2、土壤SOC及活性组分含量的季节动态变化.（1）SOC、ROC、MBC和POC含量具有相似的季节变化特征，表现为在油菜生长初期及末期高于生长中期，且四者的含量均在生长末期达到最高； DOC含量的季节变化模态为单峰型，在植物生长中期达到最高；轻组有机碳（LFOC）含量的季节变化则表现在在油菜生长中期显著高于生长初期（p< 0.05）；.（2）SOC及ROC含量主要取决于地下5 cm处温度、土壤全氮含量及pH值，MBC含量的主要影响因子为地下5 cm处温度、根系生物量及根系C、N含量，DOC含量主要受土壤水分含量的限制；POC含量主要受土壤全氮含量及pH值的影响；根系生物量及根系C、N含量则是影响土壤LFOC含量主要因子。.3、以CSR值等于2作为土壤质量退化或改善的界限，传统耕作DP和SH处理均导致土壤质量发生退化（CSR值分别为1.54和1.92），而长期的免耕和起垄则有效的改善了土壤质量（LM和LF处理的CSR值分别为2.65和2.14）。