阴山北麓旱作农田不同农作模式的固碳机制及调控途径

The difference between zero-tillage and conventional tillage and the patterns in lower water and soil erision and depositing carbon will be examined in the project, to solve the problems such as lower soil organic matter, shallow tillage soil and lower water and fertilizer conserving abilities. The trials will be in the field applying different tillage methods, different soil coverage and crop rotations. The measuring indexes are soil moisture, soil temperature, soil microbal amounts, soil enzymes and soil respiration, and the soil carbon indexes. Furthermore, the Century model on soil carbon to illustrate the affected factors, combining the regional soil and climate data to 30 typical sites. The projet will put forward regulations and measures to increase the soil carbon in the areas and give technical supporting to the sustainable development of local agriculture.

针对阴山北麓土壤有机质含量低、土壤耕层变浅、蓄水保肥能力下降等问题，依托阴山北麓的典型区域连续10年的旱作保护性耕作农田，研究不同土壤覆盖措施、耕作方式和轮作方式下，土壤水分、温度、微生物量、酶活性和土壤呼吸的差异，重点研究耕层土壤轻组有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、易氧化碳、可矿化碳含量，明确免耕和传统耕翻耕层土壤有机碳含量的差异，探究适宜的抑蒸减蚀、固碳减排的耕作模式；监测阴山北麓30个典型农田有机碳变化，结合区域土壤和气候资源数据，建立土壤有机碳影响因素的函数，建立农田土壤碳库循环century模型，揭示阴山北麓旱作农田土壤增碳机制及其调控途径，为生态脆弱区农业可持续发展提供理论依据和技术支撑。

本项目研究了不同土壤覆盖措施、耕作方式和轮作方式下，土壤水分、温度、微生物量、酶活性和土壤呼吸的差异，重点研究耕层土壤轻组有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、易氧化碳、可矿化碳含量变化。研究结果如下：（1）GC和DC均能明显提高燕麦不同生育时期土壤呼吸速率，且GC土壤呼吸速率最高，达32.71%。GC土壤有机碳显著于CT。燕麦产量表现为GC＞DC＞CT，且GC 和DC 比CT 显著提高了40.00%和25.00%。燕麦留茬可以提高土壤呼吸速率，增加土壤有机碳含量，具有显著的增产效应。（2）随着土壤有机碳含量的增加土壤酶活性也随之增加，土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶活性和有机碳为不同耕作方式大于传统耕作，其中深松较传统耕作分别提高1.30倍、4.63倍、2.41倍和1.32倍；不同耕作方式产量较传统耕作显著提高，最高提高92.18%；土壤有机碳含量与4种酶活性呈极显著正相关，相关系数为r=0.463、r=0.568、r=0.493、r=0.483。因此，浅松、浅旋和深松在旱作农田条件下有利于土壤有机碳含量的积累、产量和土壤酶活性的提高。（3）轮作处理能明显降低表层土的有机碳矿化的散失，保持土壤碳汇能力；S3和S4显著提高土壤微生物量碳的含量，且S4的微生物量碳在全生育旺期最高。土壤细菌群落分析表明S4与其他轮作处理差异显著。芽孢杆菌在S5和S8处理中含量最大。轮作显著增加了变形菌门含量丰富度。在苜蓿前种植燕麦可增加微生物的物种多样性，与连作苜蓿相比可提高固氮细菌的数量。土壤理化因子对真菌活性影响较大，对细菌影响较弱，而不同作物轮作对细菌及真菌的影响作用都非常大。S3和S4这两种模式可以有效增加土壤碳汇能力。（4）模型模拟表明，土壤可溶性有机碳（ROC）和土壤微生物量碳（MBC）能更好地反映土壤有机碳的变化情况。深松处理下的土壤有机碳表现良好。土壤有机碳随土壤养分变化趋势一致；且其中免耕留高茬全覆盖处理下较高。