草本植物整合策略调控碎屑层有机碳与养分积累

《European Journal of Soil Science》：Straw Incorporation Strategies Regulate Detritusphere Organic Carbon and Nutrient Accumulation

本研究分析不同秸秆管理方式下碎屑层碳释放与积累机制，发现深施秸秆（DI-SI）显著提升土壤养分及有机碳含量，但超过71%秸秆分解阈值后转为碳损失，揭示了碎屑层碳动态的阈值效应。

　　

摘要

秸秆还田是一种广泛采用的农业实践，通过秸秆与土壤之间的相互作用形成的碎屑层在农田土壤中成为养分循环和土壤有机碳（SOC）积累的关键区域。然而，碎屑层长期以来一直被忽视，其与秸秆成分释放及对管理措施响应的关系仍不甚明了。本研究探讨了在四种秸秆管理方式下（秸秆覆盖（SM）、表面混入（SI）、深翻秸秆还田（DP-SI）和深埋秸秆还田（DI-SI）下，秸秆成分释放、养分循环及SOC积累的机制：还田的秸秆依次为碎屑层提供碳源，顺序为纤维素、半纤维素和木质素。一年后，DI-SI和SM处理下的碎屑层中秸秆残留量分别为15.7%和18.0%，其土壤养分和SOC含量也比表层土壤高出24.5%和28.4%。与表层秸秆还田（SM和SI）相比，深层秸秆还田（DP-SI和DI-SI）使碎屑层中的养分有效性、微生物生物量碳和酶活性增加了2至7倍。在碎屑层中，碳源从易分解物质向难分解物质的转变导致了SOC动态的变化，当秸秆分解率达到约71%时，SOC的净积累转为净损失。总之，碎屑层的生化特性与秸秆成分的释放和保留密切相关，而这些特性又受到秸秆还田策略的显著影响。DI-SI处理在碎屑层中保留了更多的秸秆残留物，并显示出显著改善土壤养分循环、酶活性和SOC积累的潜力。

图形摘要

秸秆还田深度通过改变分解速率和基质质量来调节碎屑层中的碳和养分动态。SOC积累在秸秆分解率达到71%之前呈上升趋势，之后由于矿化作用加剧导致SOC损失，这体现了碎屑层内从碳形成向矿化过程的明显转变。

研究亮点

• 秸秆成分的释放形成了碎屑层中的关键区域，增强了养分和酶活性。
• 土壤有机碳（SOC）的积累和损失在秸秆分解率达到约71%时出现转折点。
• 深埋秸秆还田促进了土壤养分和SOC的积累。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。

数据可用性声明

支持本研究结果的数据可应合理要求向通讯作者索取。