土壤有机碳作为陆地生态系统中最为庞大的有机碳储库，其含量的变化在土壤碳固定功能中具有关键的作用[7]。覆膜对耕层土壤有机碳的影响可以通过土壤有机碳各组分的变化特征来表征。土壤有机碳的物理分组主要以密度（轻组和重组有机碳）、颗粒（颗粒态和矿物结合态有机碳）和团聚体（大团聚体和小团聚体有机碳）进行划分[8]。化学分组根据物质组成（腐殖质―富里酸、胡敏素、胡敏酸）及化学溶剂（易氧化有机碳、酸水解有机碳等）来划分[9]。生物分组有机碳中的微生物量碳作为土壤活性有机碳库的关键组成部分，尽管占比极其微小，却是土壤养分的重要来源[10]。而土壤酶作为生物催化剂，在土壤生态系统物质转化过程中发挥着关键作用，其活性直接反映了土壤微生物代谢活动的强弱[11]。研究[12]表明，采用地膜覆盖与有机无机肥处理，土壤有机碳含量与水分利用效率等指标均有所增加。叶子壮[13]以黄土高原旱地冬小麦作为研究对象，发现连续5年覆膜栽培冬小麦可改善土壤的通透性和养分状况，有效降低土壤脲酶活性，提升土壤氮磷养分以及微生物活性。万平兴[14]研究发现，地膜覆盖后不稳定碳的损失重新塑造了微生物类群并降低了微生物碳代谢功能。另有研究[15]发现，平膜穴播可提高小麦土壤大团聚体和微团聚体内的颗粒有机碳含量、矿质结合态有机碳含量。垄沟地膜覆盖还田处理较大地提升了土壤碳素的总量，有效增加了土壤的固碳能力[16]。Guo等[17]研究发现，环境变化对土壤有机碳的影响存在明显差异。由此可见，地膜覆盖可减少土壤水分蒸发，提高土壤碳利用效率，增加土壤有机碳。要凯等[18]研究表明，沟垄覆膜栽培可不同程度提高马铃薯连作田土壤过氧化氢酶、脲酶及碱性磷酸酶的活性。连续覆膜4年后，苹果根际土壤中β-1,4-木糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶的活性显著增高，而3种酶酶活性的增加能够显著促进土壤中有机碳含量，并提高土壤中有机质的转化，从而促进了土壤的碳循环[19]。
当前研究主要集中于地膜覆盖对作物生长发育、光合特性及土壤物理性状方面的影响，对于谷子覆膜下的不同播种方式引起的土壤有机碳代谢及其相关酶活性变化方面仍鲜有报道。为此，本研究采用膜上和膜侧播种，深入探究不同覆膜播种方式对谷子耕层土壤有机碳组分及其酶活性的影响，对于优化谷子种植模式、提升土壤肥力以及实现农业可持续发展有重要意义，为谷子高产、高效栽培以及土壤碳库管理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况及试验材料
试验于2024年5-10月在山西省忻州市山西农业大学（山西省农业科学院）玉米研究所（38°42′N，112°73′ E）试验基地进行。试验点海拔700~800 m，属于温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季温暖湿润，年均降水量400~450 mm，降水集中在夏季，年均气温8~10 ℃，土壤类型以褐土为主。播前20 d取基础土样，0~20 cm土层土壤肥力为：有机质19.06 g/kg、全氮0.91 g/kg、全磷0.75 g/kg、全钾5.89 g/kg、速效磷24.26 mg/kg、速效钾184.68 mg/kg、碱解氮65.87 mg/kg。
供试谷子品种为晋谷21号，该品种穗型为筒型，抗旱性强，抗谷瘟病，高抗谷锈病。
1.2 试验设计
试验采用随机区组设计，设3个处理，分别为：膜上播种（A1）、膜侧播种（A2）和裸地播种（A0），每个处理重复3次，共9个小区，各小区面积为72 m2（8 m×9 m），随机排列。按照常规播前旋耕施肥（腐熟农家肥30 000 kg/hm2）。地膜覆盖播种深度5 cm、裸地播种6 cm。播种量2.25 kg/hm2。行距40 cm，株距4 cm，每穴9粒。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 样品采集与处理
于成熟期清除地表杂物，按“S”形（6点采样）分别将取土器垂直压入0~20 cm（B1）和20~40 cm（B2）土壤，取出取土器。将采集到的土样一部分装入自封袋，一部分迅速放入干冰箱内速冻，然后带回实验室放于-80 ℃冰箱内保存，用于后续土壤有机碳组分及酶活性的测定。
1.3.2 有机碳组分含量
采用土壤密度分组的方法[20]测定轻组有机碳（light fraction organic carbon，LFOC）和重组有机碳含量（heavy fraction organic carbon，HFOC）；采用六偏磷酸钠分离法[21]测定颗粒态有机碳（particulate organic carbon，POC）及矿物结合态有机碳含量（mineral-associated organic carbon，MAOC）；采用重铬酸钾外加热法[22]测定土壤大团聚体有机碳（macro-aggregate organic carbon，MA-OC）（粒径>0.25 mm）和微团聚体（粒径<0.25 mm）有机碳（micro-aggregate organic carbon，MI-OC）含量。采用重铬酸钾氧化容量法测定腐殖质（humus，HUMUS），采用焦磷酸钠―氢氧化钠提取法测定HUMUS组分——胡敏酸（humic acid，HA）、富里酸（fulvic acid，FA）和胡敏素（humin，HM）[23]。采用高锰酸钾氧化法[24]进行土壤易氧化有机碳（readily oxidizable organic carbon，ROC）的定量分析；采用两步酸解法[25]测定土壤惰性有机碳（non-labile organic carbon，NLOC）含量。采用氯仿熏蒸法[26]测定土壤微生物量碳（microbial biomass carbon，MBC）含量。
1.3.3 酶活性
采用比色法[27]测定脲酶和蔗糖酶活性。纤维二糖水解酶活性测定：称取土样，依次加入甲苯、醋酸缓冲溶液和对硝基苯纤维二糖苷溶液，混匀后水浴，煮沸，放置室温冷却，离心后取上清液，于吸光值400 nm下测定。β-木糖苷酶活性测定：称取土样，依次加入甲苯、磷酸盐缓冲溶液和对硝基苯酚-β-D-木糖苷溶液，混匀后水浴，煮沸，放置室温冷却，吸取上清液，加入氢氧化钠溶液，于400 nm下测定吸光值。α-葡萄糖苷酶活性测定：称取土样，依次加入甲苯、磷酸缓冲溶液和对-硝基苯-α-D吡喃葡萄糖苷溶液，混匀后水浴，煮沸，放置室温冷却，离心取上清液，于400 nm下测定吸光值。采用比色法测定几丁质酶活性。
1.4 数据处理
运用Excel处理试验数据，Origin 2025绘制图表，SPSS软件进行方差分析与多重比较。所得结果均为平均值。
2 结果与分析
2.1 覆膜下的不同播种方式对土壤有机碳组分含量的影响
2.1.1 对土壤LFOC和HFOC含量的影响
由图1可知，随土层深度的增加，LFOC和HFOC含量在不同土层均表现出显著降低趋势。B1土层中，A0、A1和A2处理下LFOC含量与B2土层相比依次高36.94%、19.95%和43.19%，HFOC含量与B2土层相比依次提高11.16%、52.03%和5.86%。同一土层不同处理间，在B1土层，A2处理LFOC含量分别较A0和A1处理显著提高166.53%和136.82%，HFOC含量较A0和A1处理显著提高235.06%和28.72%；B2土层，A2处理LFOC含量分别较A0和A1处理显著提高154.89%和98.38%，HFOC含量分别较A0和A1处理显著提高251.84%和84.87%。综上，覆膜可提高土壤LFOC和HFOC含量，且以膜侧播种效果最佳。
图1
图1
覆膜下的不同播种方式对不同土层中土壤LFOC和HFOC含量的影响
不同大写字母表示不同土层间在P < 0.05水平上的差异显著，不同小写字母表示各土层不同处理间在P < 0.05水平上的差异显著。下同。
Fig.1
Effects of different seeding methods under mulching on the content of LFOC and HFOC in different soil layers
Different uppercase letters indicate significant differences among soil layers at P < 0.05 level, different lowercase letters indicate significant differences among treatments within each soil layer at P < 0.05 level. The same below.
2.1.2 对土壤POC和MAOC含量的影响
由图2可见，随土层深度的增加，POC和MAOC含量均呈降低趋势，且POC含量在不同土层间的差异达到显著水平。B1土层中，A0、A1和A2处理的POC含量较B2土层分别高35.01%、36.21%和28.50%；MAOC含量方面，A0、A1和A2处理较B2土层分别高61.85%、3.18%和7.65%。同一土层不同处理间，在B1土层中，A2处理POC含量分别较A0和A1处理显著提高28.96%和37.07%，MAOC含量分别较A0和A1处理显著提高465.37%和42.17%；B2土层中，A2处理POC含量分别较A0和A1处理显著提高35.49%和45.30%，A2处理MAOC含量分别较A0和A1处理显著提高750.00%和36.26%。综上，覆膜处理可有效提高土壤POC和MAOC含量，其中以膜侧播种的提升效果最为显著。
图2
图2
覆膜下的不同播种方式对不同土层中POC和MAOC含量的影响
Fig.2
Effects of different seeding methods under mulching on the content of POC and MAOC in different soil layers
2.1.3 对土壤MA-OC和MI-OC含量的影响
随土层深度的增加，土壤MA-OC和MI-OC含量均表现出显著降低趋势（图3）。B1土层中，A0、A1和A2处理下MA-OC含量与B2土层相比依次升高47.57%、36.77%和17.44%，A0、A1和A2处理MI-OC含量与B2土层相比依次升高19.16%、16.14%和10.76%，升高幅度小于MA-OC含量。同一土层不同处理间，B1土层中，A2处理MA-OC含量分别较A0和A1处理显著提高59.74%和32.99%，MI-OC含量分别较A0和A1处理显著降低27.20%和12.38%，MA-OC含量在3个处理间差异显著，而在A1和A2之间则差异不显著；B2土层中，A2处理MA-OC含量分别较A0和A1处理显著提高100.74%和54.89%，MI-OC含量则分别较A0和A1处理降低18.23%和9.53%。综上，覆膜可适当提高土壤MA-OC含量而降低MI-OC含量，且以膜侧播种效果最佳。
图3
图3
覆膜下的不同播种方式对不同土层中MA-OC和MI-OC含量的影响
Fig.3
Effects of different seeding methods under mulching on the content of MA-OC and MI-OC in different soil layers
2.1.4 对土壤HUMUS组分含量的影响
由图4可知，随土层深度的增加，HA、FA、HM和HUMUS含量均表现出显著降低趋势。B1土层中，A0、A1和A2处理下HA含量与B2土层相比依次高34.56%、42.19%和61.73%，FA含量与B2土层相比依次高42.11%、13.91%和13.97%，HM含量与B2土层相比依次高5.55%、6.66%和5.45%，HUMUS含量与B2相比依次高2.36%、7.76%和6.16%。同一土层不同处理间，在B1土层中，A2处理HA含量分别较A0和A1处理显著提高76.76%和44.40%，FA含量分别较A0和A1处理显著提高91.36%和19.08%，HM含量分别较A0和A1处理显著提高19.05%和5.63%，HUMUS含量分别较A0和A1处理显著提高14.66%和4.38%；B2土层中，A2处理HA含量分别较A0和A1处理显著提高47.27%和26.56%，FA含量分别较A0和A1处理显著提高138.60%和18.26%，HM含量分别较A0和A1处理显著提高19.35%和6.86%，HUMUS含量分别较A0和A1处理显著提高10.51%和6.00%，FA和HM含量3个处理间差异显著，HA和HUMUS含量差异不显著。综上，覆膜可提高腐殖质组分含量，同样膜侧播种效果最佳。
图4
图4
覆膜下的不同播种方式对不同土层HUMUS组分含量的影响
Fig.4
Effects of different seeding methods under mulching on HUMUS content in different soil layers
2.1.5 对土壤NLOC和ROC含量的影响
由图5可知，随土层深度的增加，NLOC和ROC含量均呈现出显著降低趋势。B1土层中，A0、A1和A2处理下NLOC含量与B2土层相比依次高6.38%、8.18%和6.46%，ROC含量与B2土层相比依次高2.90%、2.86%和1.37%。同一土层不同处理间，在B1土层中，A2处理NLOC含量分别较A0和A1处理显著提高23.81%和8.56%，ROC含量分别较A0和A1处理显著提高4.23%和2.78%；B2土层中，A2处理NLOC含量分别较A0和A1处理显著提高23.63%和10.66%，ROC含量分别较A0和A1处理显著提高5.80%和4.29%。
图5
图5
覆膜下的不同播种方式对不同土层NLOC和ROC含量的影响
Fig.5
Effects of different seeding methods under mulching on the content of NLOC and ROC in different soil layers
2.1.6 对土壤MBC含量的影响
由图6可知，随着土层深度的增加，MBC含量表现出显著降低趋势。B1土层中，A0、A1和A2处理MBC含量与B2土层相比依次高14.26%、15.81%和9.37%。同一土层不同处理间，在B1土层中，A2处理MBC含量分别较A0和A1处理提高12.22%和3.62%；B2土层中，A2处理MBC含量分别较A0和A1处理显著提高17.21%和9.66%。
图6
图6
覆膜下的不同播种方式对不同土层MBC的影响
Fig.6
Effects of different seeding methods under mulching on the content of MBC in different soil layers
2.2 覆膜下的不同播种方式对土壤酶活性的影响
2.2.1 对土壤脲酶和蔗糖酶活性的影响
由图7可知，随土层深度的增加，脲酶和蔗糖酶活性均表现出显著降低趋势。在B1土层中，A0、A1和A2处理的脲酶活性与B2土层对应处理相比，分别提升了46.21%、63.28%和11.21%；蔗糖酶活性相较于B2土层对应处理依次提高了15.36%、45.21%和17.44%。同一土层内不同处理的对比结果显示，在B1土层中，A2处理脲酶活性分别较A0和A1处理显著提高33.91%和8.02%，蔗糖酶活性分别较A0和A1处理显著提高31.54%和2.17%；B2土层中，A2处理脲酶活性分别较A0和A1处理提高76.04%和58.60%，蔗糖酶活性分别较A0和A1处理显著提高29.21%和26.33%。
图7
图7
覆膜下的不同播种方式对不同土层脲酶和蔗糖酶活性的影响
Fig.7
Effects of different seeding methods under mulching on the activities of urease and sucrase in different soil layers
2.2.2 对土壤纤维二糖水解酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和几丁质酶活性的影响
由图8可知，随土层深度的增加，4种酶活性均表现出显著升高趋势。B2土层A0、A1和A2处理下纤维二糖水解酶活性与B1土层各处理相比依次升高8.14%、12.91%和24.46%，β-木糖苷酶活性与B1土层各处理相比依次提高14.19%、10.93%和7.67%，α-葡萄糖苷酶活性与B1土层各处理相比依次提高18.26%、8.05%和4.26%，几丁质酶活性与B1土层各处理相比依次提高6.37%、6.92%和5.88%。
图8
图8
覆膜下的不同播种方式对不同土层纤维二糖水解酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和几丁质酶活性的影响
Fig.8
Effects of different seeding methods under mulching on the activities of cellobiohydrolase, β-xylosidase, α-glucosidase and chitinase in different soil layers
同一土层不同处理间，B1土层中，纤维二糖水解酶在3个处理间无差异，α-葡萄糖苷酶和几丁质酶活性在A0和A1处理间无显著性差异，而A2处理则显著高于其余2个处理，β-木糖苷酶在3个处理间差异显著。B2土层中，纤维二糖水解酶、β-木糖苷酶活性在3个处理间达显著水平，A2处理下的纤维二糖水解酶活性分别较A0和A1处理显著提高22.26%和12.78%，β-木糖苷酶活性分别较A0和A1处理显著提高33.71%和10.23%；α-葡萄糖苷酶和几丁质酶活性在A0和A1处理间未达到显著性差异，但是A2处理显著高于其他2个处理。说明覆膜可以显著提高深层土壤酶活性，且膜侧播种效果最佳。
2.3 土壤碳组分与酶活性的相关性分析
从图9可以看出，多数碳组分（LFOC、HFOC、POC等）与酶活性（脲酶、蔗糖酶等）呈显著正相关，说明碳组分含量的提升通常伴随酶活性的增强；而MI-OC与部分碳组分（LFOC、HFOC、MAOC、FA、HM和NLOC）及相关酶（除脲酶和蔗糖酶无相关性外）呈不同程度的负相关；此外，不同碳组分间（如LFOC与HFOC、POC等）也普遍存在极显著正相关性，体现出不同碳库积累的同步性。此外，β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶等水解酶之间也普遍呈正相关，反映出土壤酶系功能的协同性。
图9
图9
有机碳组分与酶活性的相关分析
“*”: P < 0.05; “**”: P < 0.01; “***”: P < 0.001.
Fig.9
Correlation analysis of organic carbon components and enzyme activities
3 讨论
植被根系分泌物和微生物及其衍生物等是土壤中有机碳的主要来源。不同深度的土层有机碳含量差异很大，表层有机碳丰富且活跃，深层有机碳含量虽低但稳定[28]。本研究结果表明，在0~20 cm（B1）土层土壤各组分有机碳含量相较于20~40 cm（B2）土层均有所提高，原因可能是表层土壤易于吸收动植物残体和肥料中的有机成分，且微生物数量增加，使得土壤有机碳积累，而B2土层距离地表较远，不易输入有机物质，微生物数量少且土壤含氧量低，微生物缺氧而快速消耗土壤中原有的有机碳等养分，土壤有机碳积累不足，该结果与田圣陶等[29]对草地土壤有机碳含量的研究结果一致。LFOC由处于分解阶段的动植物残体组成，POC则由未完全分解的植物碎片和微生物组成[30]，两者作为土壤有机碳的活性成分，周转速度较快，而HFOC和MAOC结构复杂，周转缓慢，其含量的高低在一定程度上表征土壤有机碳的稳定情况，在固碳方面起关键作用[31]。大团聚体则由微小的土壤颗粒有机质与无机胶体通过粘结形成。本研究结果显示，膜侧播种（A2）的LFOC、HFOC、POC和MAOC含量均为最高，原因可能是膜侧播种可以保持地膜的完整性，而完整地膜可以通过维持土壤水热环境的稳定性，来延长微生物的活动周期，进而促进作物根系的发育及碳源输入，降低了POC的损失，减缓有机碳矿化分解，利于易分解碳向稳定性碳进行转化[32]。同时POC含量在A0处理中高于A1处理，原因可能为A1处理完全覆盖了土壤，土壤通气性降低，微生物活动受到抑制，POC的生成和积累减少。试验中MI-OC含量变化与MA-OC的变化趋势相反，A2处理能显著增加大团聚体中有机碳含量，其原因可能是MA-OC通常与根系分泌物和地表残茬有关，A2处理可促进根系生长，促进大团聚体的形成，这与杨佳霖[33]对地膜覆盖下旱作农田土壤碳库的研究结果一致；对于MI-OC来说，A0处理下的有机碳含量更高，覆膜措施降低MI-OC含量，可能是由于A0处理导致土壤结构更易被破坏，大团聚体分解为更多微团聚体，该结果与刘秀等[34]对北方旱地土壤有机碳的研究结果相似。
土壤中的HUMUS反映了土壤环境的变化，HA、FA和HM是土壤HUMUS的重要组成部分[35]。本研究结果表明，A2处理显著增加了HUMUS、NLOC和ROC的含量，可能是由于A2处理通过增加土壤的水分和热量，促进了微生物的活动，进而促进了微生物对有机物分解和转化，形成了更多的HUMUS。与A0和A1处理相比，A2处理在2个土层中的HA、FA和HM含量均更高，原因可能是由于A2处理下的HUMUS含量高，而HA含量在HUMUS总量中占有较高比例[36]，故HA含量升高；由于HA和FA在土壤腐殖质中可以相互转化，则FA含量的变化趋势与HA一致[37]；HM属于稳定有机碳组分，与土壤矿物质结合最为紧密，难以被微生物分解，A2处理可改善水热条件，促使活性的有机碳组分向稳定的HUMUS转化，因而HM含量升高。NLOC同样作为土壤有机碳中的稳定成分，在A2处理下含量最高，其原因与HM相似。ROC属于活性碳组分，A2处理下ROC含量最高，这可能因为A2处理为部分裸露，能够进行更好的气体交换，避免膜下土壤过湿或氧气不足等问题，从而维持更适宜的微生物活动环境。土壤中细菌、真菌等微生物体内的碳含量构成了MBC，A2处理使MBC含量增加，可能是由于A2处理改善了温度和水分条件，其环境适宜微生物的增殖，土壤微生物活动较活跃，微生物数量及其体内的碳总量上升，从而提高土壤中MBC含量。
土壤酶在土壤养分如碳、氮、磷等循环过程中具有重要作用[38]。有研究[39]发现，覆膜处理（含膜侧种植）的多酚氧化酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和脲酶活性均显著高于裸地处理，本研究结果与其一致。另有研究[40]表明，免耕、深松等搭配覆膜的耕作模式，根际土壤中β-纤维二糖苷酶和β-木糖苷酶活性均翻倍提高。孙文泰等[41]研究发现，覆膜2年可显著提高β-1,4-木糖苷酶、β-1,4-葡萄糖苷酶和纤维二糖水解酶活性，有助于土壤有机碳储量提高。本试验结果显示，覆膜可以显著提高纤维二糖水解酶、β-木糖苷酶、α-葡萄糖苷酶和几丁质酶的活性，且以A2处理效果最佳，原因之一可能是膜侧布局使得土壤的水热条件更加稳定，从而避免了极端环境对酶结构的破坏，满足了酶促反应的需求。原因之二则是改善了作物的生长状况，增加了根系残体和碳氮底物的供给，通过诱导效应激发了微生物合成相应的酶。然而本研究结果仅是初步结果，后续需要扩大试验地范围，提升研究结果的准确性，还可深入研究不同播种方式与其他管理措施比如施肥、灌溉等相结合对土壤有机碳组分的协同作用，筛选出更高效的种植方式。
4 结论
随着土层加深，大部分有机碳组分（LFOC、HFOC、POC等）含量及脲酶活性、蔗糖酶活性、MBC含量显著降低，而纤维二糖水解酶等部分水解酶活性则显著升高。覆膜处理可有效改善土壤碳库结构与酶活性，其中膜侧播种效果最优，能显著提升各土层重要有机碳组分含量，同时增强脲酶、蔗糖酶及各类水解酶活性，降低小团聚体有机碳含量。
参考文献
不同覆盖方式对旱地冬小麦土壤水热及光合特性的影响
秸秆覆盖对玉米农田土壤有机碳及其组分的影响
Effects of different soil amendments application on soil aggregate stability and soil consistency under wetting and drying altered planting system
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Roles of biochar-derived dissolved organic matter in soil amendment and environmental remediation: a critical review
Combined ditch buried straw return technology in a ridge-furrow plastic film mulch system: implications for crop yield and soil organic matter dynamics
Effects of three cropland afforestation practices on the vertical distribution of soil organic carbon pools and nutrients in eastern China
沟垄覆膜对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响
DOI:10.3724/SP.J.1006.2019.94007
[本文引用: 1]
以当地主栽品种“新大坪”为试验材料, 采用大田定位试验, 研究了平畦不覆膜(CK)、平畦覆膜(T1)、全膜垄播(T2)、全膜沟播(T3)、半膜垄播(T4)、半膜沟播(T5) 6种栽培模式对连作马铃薯土壤酶活性、理化性状及产量的影响。结果表明, 沟垄覆膜栽培可不同程度提高马铃薯连作田土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶的活性, 其中T2对3种酶活性的提高效果最为显著; 沟垄覆膜可降低土壤pH, 从而改善马铃薯根际土壤的理化性状, 且以T2对土壤化学性质的改善最为明显, 沟垄覆膜可不同程度提高土壤电导率; 此外, 沟垄覆膜栽培还可以显著提高马铃薯块茎的产量, 其中T2增产幅度最高可达75%。本研究以期为半干旱地区马铃薯连作障碍的克服及提高马铃薯产量提供理论依据。
Impact of typical land use type on the stability and content of carbon and nitrogen of soil aggregates in western Hubei
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长期耕作对薄层黑土有机碳储量及其组分的影响
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土壤有机碳(SOC)对维持土壤肥力和农业可持续发展具有重要作用。为探究长期耕作对黑土区旱作农田土壤有机碳储量(SOCS)及其组分的影响,本研究基于39年的耕作试验,比较了不同耕作方式(旋耕起垄、免耕、深松、翻耕)对0～40 cm土层SOCS、活性有机碳组分和微生物残体碳(MNC)含量的影响。结果表明:与旋耕起垄相比,免耕处理显著增加了0～20 cm土层SOCS、SOC、可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和MNC含量;深松和翻耕处理在0～20和20～40 cm土层中显著增加了SOCS、SOC和EOC含量,并在20～40 cm土层增加了MBC含量。此外,翻耕处理20～40 cm土层中DOC、颗粒有机碳和MNC含量显著高于其他处理。深松和翻耕处理相较于旋耕起垄和免耕处理,显著降低了0～20和20～40 cm土层中MNC对SOC的贡献率。结构方程模型表明,通过提升土壤团聚体平均重量直径、田间持水量和全磷含量,增强β-葡萄糖苷酶、淀粉酶和木质素过氧化物酶活性,能促进MNC的积累。深翻促进了0～40 cm土层SOC、活性有机碳和MNC的均匀分布,更有利于黑土区农田SOC的固定。
Long-term fertilization and manuring effects on the nexus between sulphur distribution and SOC in an Inceptisol over five decades under a finger millet-maize cropping system
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PMID:38684820
[本文引用: 1]
Our investigation revealed that alterations in sulphur (S) pools are predominantly governed by soil organic carbon (SOC), soil nitrogen (N), microbial biomass, and soil enzyme activities in sandy clay loam (Vertic Ustropept) soil. We employed ten sets of nutrient management techniques, ranging from suboptimal (50% RDF) to super-optimal doses (150% RDF), including NPK + Zn, NP, N alone, S-free NPK fertilizers, NPK + FYM, and control treatments, to examine the interrelation of S with SOC characteristics. Fourier-transform infrared (FT-IR) spectroscopy was utilized to analyze the functional groups present in SOC characterization across four treatments: 100% NPK, 150% NPK, NPK + FYM, and absolute control plots. Principal component analysis (PCA) was then applied to assess 29 minimal datasets, aiming to pinpoint specific soil characteristics influencing S transformation. In an Inceptisol, the application of fertilizers (100% RDF) in conjunction with 10 t ha of FYM resulted in an increase of S pools from the surface to the subsurface stratum (OS > HSS > SO-S > WSS), along with an increase in soil N and SOC. FT-IR spectroscopy identified cellulose and thiocyanate functional groups in all four plots, with a pronounced presence of carbohydrate-protein polyphenol, sulfoxide (S=O), and nitrate groups specifically observed in the INM plot. The PCA findings indicated that the primary factors influencing soil quality and crop productivity (r of 0.69) are SOC, SMBC, SMBN, SMBS, and the enzyme activity of URE, DHA, and AS. According to the study, the combined application of fertilizer and FYM (10 t ha) together exert a positive impact on sulphur transformation, SOC accumulation, and maize yield in sandy clay loam soil.© 2024. The Author(s).
