東北地理所在長期秸稈還田影響黑土有機質含量及化學組成方面取得進展
對于高強度利用的農田生態系統，秸稈還田被認為是提升土壤有機碳、改善土壤肥力的有效措施。基于全球數據的Meta分析表明，連續12年的秸稈還田后土壤有機碳將達到飽和狀態，因此，要揭示連續秸稈還田條件下土壤有機碳的動態變化規律，需開展長期的田間動態觀測。
黑龍江海倫農田生態系統國家野外科學觀測研究站（以下簡稱“海倫站”）研究人員以海倫站長期監測樣地為研究平臺，通過長期連續監測，揭示了玉米-大豆輪作條件下，長期秸稈還田（15年）期間黑土農田土壤有機碳含量、13C同位素自然豐度，以及土壤有機質化學組成的動態變化規律。研究結果顯示，在連續15年施用化肥和秸稈還田條件下，黑土有機碳含量提升了14.2%；不施肥、單施化肥和化肥+秸稈還田3個處理下，土壤有機碳的δ13C值均逐漸升高，且與玉米殘體的累計碳投入呈顯著正相關；秸稈還田處理顯著提高了土壤活性有機碳組分（包括微生物量碳、水溶性有機碳、輕組有機碳、易氧化有機碳和顆粒有機碳）的含量及其比例；傅里葉變換紅外光譜（FTIR）分析發現，隨著持續地秸稈還田，黑土農田土壤有機質脂族吸收峰的相對強度逐漸增強，而芳香族吸收峰的相對強度逐漸減弱。研究結果表明，玉米-大豆輪作制度下，黑土農田玉米殘體對土壤有機碳的貢獻高于大豆殘體，長期秸稈還田不僅可提高黑土有機碳及其活性組分的含量，還會改變土壤有機質的化學組成，導致其腐質化程度逐漸降低。
圖1 土壤有機碳含量及其與累計碳投入的相關性
（NF：無肥、NPK：化肥、NPKS：化肥+秸稈還田，下同）
圖2 土壤有機碳的δ13C值以及δ13C值與累計玉米碳投入的相關性
圖3 土壤在2920, 1620, 1530 和1159 cm-1處的紅外光譜吸收峰面積
相關研究成果發表在土壤學Top期刊Soil & Tillage Research上, 海倫站郝翔翔高級工程師為第一作者，李祿軍和韓曉增研究員為共同通訊作者。研究得到國家自然科學基金、中國科學院基礎前沿科學研究計劃從0到1原始創新項目、中國科學院戰略性先導科技專項等項目的資助。
論文信息：Xiangxiang Hao, Xiaozeng Han, Shouyu Wang, Lu-Jun Li. Dynamics and composition of soil organic carbon in response to 15 years of straw return in a Mollisol. Soil & Tillage Research, 2022, 215, 105221.
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