J APPL ECOL | 小麦-玉米种植系统中小麦和玉米对土壤有机碳的贡献：田间和实验室研究

导读

秸秆还田被广泛用于改善土壤有机碳（SOC）。然而，C3和C4作物的地上部秸秆和地下根系对土壤有机碳的贡献程度尚不清楚。近日，中国农业大学保护性农业研究团队在Journal of Applied Ecology上发表了“Contribution of wheat and maize to soil organic carbon in a wheat-maize cropping system: a field and laboratory study”。作者采用来自10年田间试验和60天实验室培养的数据，以确定C3（如小麦）和C4（如玉米）作物秸秆和根系对SOC的各自贡献。并且在免耕（NT）条件下，利用小麦-玉米轮作中的13C标记确定其潜在机制。

主要结果

（1）田间试验表明，秸秆还田显著增加了土壤有机碳的积累，来自小麦的土壤有机碳比玉米高126.0%。

（2）在0-20cm土层深度秸秆还田条件下，采用NT增加了来自小麦的SOC，因此累积的SOC储量比犁耕（PT）高17.6%（P<0.05）。

（3）来自实验室培养的数据揭示了以下机制：与PT相比，在NT条件下，与玉米秸秆和根系相比，输入小麦秸秆和根系后，在0-10cm处由于其较低的激发效应使总矿化降低91.8%。

（4）激发效应与碳循环、SOC和总氮（TN）含量相关的酶活性呈负相关（P<0.01）。NT增加了酶活性、SOC和TN含量，从而降低了激发效应，提高了残留碳。

Fig.1. SOC stock and its sources under different tillage and residue managements at 0-20 cm depth. Error bar represents the standard error. Lowercase represents variance analysis for treatments at P<0.05.

Fig.2. The CO2-C derived from basal SOC mineralization in the wheat and maize seasons. Error bar represents the standard error. Lowercase represents variance analysis for treatments at P<0.05.

Fig.3. Basal SOC mineralization without addition (a), total SOC mineralization after residue and root inputs (b), and PE after residue and root inputs of wheat and maize (c). Lowercase represents variance analysis at P<0.05. The solid and dashed lines represent median and mean values, respectively.

Fig.4. Redundancy analysis (RDA) showing the relations hip between soil physio-chemical properties and basal SOC mineralization (soil), PE after inputs of residues (PEresidue) and roots (PEroot). PR, penetration resistance; BD, bulk density; SOC, soil organic carbon; TN, total nitrogen; SOC/TN, C/N ratio; NO3--N, nitrate nitrogen; NH4 -N, ammonium nitrogen; AP, available phosphorus; AK, available potassium, POC, particulate organic carbon; DOC, dissolved organic carbon; LOC, permanganate oxidizable organic carbon; MBC, microbial biomass carbon.

小结

结果表明，小麦对SOC累积的贡献可能大于玉米，考虑到C3作物在SOC累积中的关键作用，可以提高农田的碳增量效率。NT保持了C3作物对上层土壤的SOC固存的益处。

中国农业大学保护性农业研究团队阚正荣为论文第一作者，张海林教授为论文通讯作者。

原文链接：

https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1365-2664.14265

作      者：阚正荣

责任编辑：刘文胜  韩守威

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