西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响

张赛，王龙昌，杜娟，赵琳璐，陈娇，石超，黄召存，熊瑛，贾会娟

(西南大学农学与生物科技学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，南方山地农业教育部工程研究中心，重庆 400716)



西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响

张赛，王龙昌*，杜娟，赵琳璐，陈娇，石超，黄召存，熊瑛，贾会娟

(西南大学农学与生物科技学院，三峡库区生态环境教育部重点实验室，南方山地农业教育部工程研究中心，重庆 400716)

摘要：为了探讨西南“旱三熟”(小麦/玉米/大豆)套作种植模式下农田土壤团聚体的分布特征及有机碳含量变化情况，进而估算该模式下的土壤固碳潜力，在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(traditional tillage，T)和传统耕作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching，TS)2种处理下的土壤团聚体进行筛分和测定。结果表明，3种作物种植下的>2 mm粒径与2~0.25 mm粒径团聚体含量此消彼长，存在显著的负相关关系(r=-0.985，P<0.05)。土壤团聚体结构对不同作物的响应不同，水稳性大团聚体(>0.25 mm粒径)含量在小麦和大豆种植后高达90%左右，玉米种植后约为80%，说明种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。2~0.25 mm粒径团聚体的有机碳含量最高，而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大，有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。秸秆覆盖显著提高了0~5 cm和5~10 cm土层的本土及各个粒径中的有机碳含量，且5~10 cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。通过估算固碳潜力发现，玉米条带的土壤固碳潜力显著大于小麦-大豆条带，在耕作处理保持一致的情况下，土壤团聚体有机碳含量对农作物的响应不同。因此，在西南“旱三熟”地区，农田土壤团聚体分布特征和不同粒径有机碳含量受到耕作措施和种植作物的双重影响，土壤固碳潜力主要由水稳性大团聚体的固碳能力决定，水稳性大团聚体更易受到耕作措施和种植作物的影响，在实践中通过秸秆还田提高土壤固碳外，合理安排农作物也有助于提高土壤的固碳能力。

关键词：“旱三熟”； 秸秆覆盖；土壤团聚体；土壤有机碳；固碳潜力

小麦(Triticumaestivum)/玉米(Zeamays)/大豆(Glycinemax)套作模式作为中国南方近几年发展的一种旱地新型高效多熟套作模式，有效实现了土地的用养结合和养分互补[1]，但对于该模式下土壤团聚体特征研究较少。土壤团聚体是土壤结构的基本单元，是土壤中物质循环和能量流动的场所，其数量和质量直接影响土壤肥力和质量[2]。生物及其有机体有利于土壤结构的形成，同时土壤结构对土壤有机碳的变化也有较大的调控作用[3]。在全球气候变化的背景下，开展不同种植模式下的土壤固碳减排的相关研究显得越来越重要，因为表土中将近90%的土壤有机碳位于团聚体内[4]，主要发生在土壤表层的农业生产活动时时刻刻影响着土壤团聚体有机碳的形成和转化。土壤团聚体中的有机碳含量是土壤有机碳平衡和矿化速率的微观表现，在土壤肥力和土壤碳汇中具有双重意义[5]，对保障粮食安全和减缓温室效应带来长远的影响。近几十年来，国内外土壤研究者对土壤团聚体的形成机制、影响因素及其与农业管理措施之间的关系做了大量研究[6-7]。有研究表明作物类型和根系属性在不同程度上影响土壤团聚体的形成[8-9]。近20年，有关土壤团聚体和有机碳之间的相互关系的研究不断加强[10]。土壤团聚体的物理保护导致的生物与有机碳空间隔离是土壤有机碳的主要稳定机制之一，不同粒径团聚体的有机碳含量不同并且存在不同的碳饱和值[11]。在西南旱三熟地区不同作物是如何影响土壤团聚体的结构和质量，从而影响土壤有机碳含量？本研究以西南紫色土丘陵区小麦/玉米/大豆三熟复种轮作模式为研究对象，从作物类型和耕作措施2个角度分析团聚体的组成结构、分布特征及有机碳含量，探讨不同作物在传统耕作与秸秆覆盖下对旱作农田土壤团聚体的影响，估算本土(未分级)和各粒径团聚体土壤的固碳潜力，为该模式下土壤固碳减排提供理论基础和参考价值。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验地位于重庆市北碚区西南大学教学实验农场，29°51′ N，106°27′ E，海拔244 m，属亚热带季风湿润气候，年均太阳总辐射量87108 kJ/cm2，年均总日照时数1276.7 h，多年平均气温18℃，≥10℃年积温5979.5℃，夏季最高气温达40℃左右，无霜期达359 d，多年平均降雨量1133.7 mm，春、夏、秋、冬降雨量分别为全年的25%，41%，28%，6%，年蒸发量1181.1 mm，伏旱发生频率达93%。试验地土壤为旱地紫色土，坡度较缓，地力相对均匀。试验前按五点法取0~20 cm土层土样进行土壤基本理化性质分析，其中土壤容重1.21 g/cm3，pH值为6.47，土壤有机质28.00 g/kg，全氮1.68 g/kg，全磷1.46 g/kg，全钾34.54 g/kg，速效磷18.13 mg/kg，速效钾270.23 mg/kg，碱解氮35.23 mg/kg。试验地于2007年开始进行保护性耕作研究，每年的耕作处理保持一致，但作物套作模式不同，最初的3年分别采用“小麦/玉米/红薯(Pachyrhizuserosus)”、“马铃薯(Solanumtuberosum)/玉米/甘薯(Dioscoreaesculenta)”套作模式，从2010年开始采用“小麦/玉米/大豆”套作模式。

1.2试验设计

试验设置2个处理，传统耕作(traditional tillage，T)和传统耕作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching，TS)。TS具体操作为在传统耕作下分别于小麦和玉米收获后将其秸秆人工截成10 cm左右，整个试验期均匀覆盖于小区内，每小区覆盖秸秆42.7 kg(折合24000 kg/hm2)。每个小区的面积为8.0 m×3.6 m，均分四厢，每厢两个条带。田间管理措施同常规。供试作物小麦为糯麦一号，播种量90 kg/hm2，玉米为西单一号，移栽密度88933 株/hm2，大豆为渝豆一号，播种量115 kg/hm2。小麦采取撬窝点播，每条带3行，每行17窝，各处理均施过磷酸钙390 kg/hm2(含P2O514%)、尿素152 kg/hm2(含N 46.67%，全文同)，作为基肥在播种的同时施入。玉米生育期各处理均施复合肥148 kg/hm2(含N 30%、P2O55%、K2O 5%，全文同)，尿素74 kg/hm2，作为基肥在移栽玉米时施入。玉米采用育苗移栽，每条带两行，每行8窝，每窝2株，总计每小区128株。大豆实行撬窝点播，每条带3行，每行12窝，各处理均施复合肥300 kg/hm2。

“小麦/玉米/大豆”三熟复种轮作模式周期为1年：小麦11月中旬种植，5月中旬收获；玉米3月下旬育苗4月初移栽，8月初收获；大豆5月中旬种植，10月下旬收获。其中大豆播种在原先种植小麦的条带，该条带被命名为小麦-大豆条带，简称w-s条带。种植玉米的条带在玉米移栽前和收获后均空闲，被命名为空地-玉米-空地条带，简称k-c-k条带。本研究先按照小麦、玉米、大豆3种作物分析土壤团聚体及有机碳含量对不同作物的响应，再从整体上以w-s条带和k-c-k条带分析传统耕作和传统耕作+秸秆覆盖不同耕作方式下土壤团聚体及有机碳的年际变化量并估算土壤固碳潜力。试验时间为2012-04-04到2013-04-25。

1.3样品采集

按照五点法(即先确定对角线的中点为中心取样点，再在对角线上选择4个与中心点距离相等的点作为样点)分别于小麦、玉米和大豆播种前和收获后采集不同作物种植条带0~5 cm、5~10 cm土层的土壤样品，试验结束后按照五点法采集0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm土层的土壤样品，重复3次，总共81个土样。在采集和运输过程中尽量减少对土样的扰动，以免破坏土壤团聚体结构。土样带回实验室后按照自然裂痕轻轻掰成10~12 mm直径的小样块，混匀，风干，室温下保存。

1.4指标测定

团聚体分级采用湿筛法[12]。称取100 g风干土样置于铝盒中，从边缘缓缓加入10 mL去离子水后放在4℃冰箱中平衡过夜。将回湿后的土样在去离子水中浸泡5 min，然后置于2，0.25和0.053 mm的套筛上，在水中手动振荡2 min，幅度3 cm，振动过程中保证最顶部的筛子不能露出水面。振荡后将留在各级筛子上的土壤无损的洗入铝盒，60℃下烘干后称重。其中>0.25 mm粒径的团聚体为水稳性大团聚体，<0.25 mm粒径的团聚体为水稳性微团聚体[13]。大团聚体结合态是相对不稳定的活性碳组分，而微团聚体属于形成年代较老，性质较稳定的惰性碳组分[14]。土壤团聚体平均重量直径(mean weight diameter，MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter，GMD)、土壤团聚体有机碳贡献的计算详见参考文献[10]。

将分级后的土样按不同粒径粉碎后过0.25 mm筛子，未分级的本土样按照四分法粉碎过0.25 mm筛，用岛津TOC分析仪测定本土和不同粒径土壤团聚体的有机碳含量，后者乘以各自所占土壤百分比得出各团聚体碳含量。经测定本试验地的土壤pH值低于6.5，偏酸性，无机碳含量忽略不计，全碳即为有机碳含量。

1.5数据分析

所有数据处理均在SPSS 13.0和Excel 2003中进行。

土壤固碳量估算公式[15]：土壤碳密度DSOC=SOC×BD×H×10

式中，DSOC为土壤碳密度(t C/hm2)；SOC为土壤有机碳含量(g C/kg)；BD为耕层土壤容重(g/cm3)；H为土层深度，取20 cm。

土壤固碳潜力=土壤碳库的饱和水平-土壤碳密度

土壤碳库的饱和水平采用王成己等[16]、郑聚锋等[17]的估算方法，即在现有的农田管理及耕作措施下土壤当前有机碳水平与秸秆还田的保护性耕作下有机碳的平均值的差距，认定是农田土壤固碳的理论饱和限。

团聚体质量分数为各粒径土壤质量占总土壤质量的百分比。

有机碳贡献=各粒径土壤有机碳含量×相对应的质量分数/本土有机碳含量[6,18]

团聚体质量分数变化率=(年末团聚体质量分数-年初团聚体质量分数)/年初团聚体质量分数

土壤有机碳含量变化率=(年末土壤有机碳含量-年初土壤有机碳含量)/年初土壤有机碳含量

2结果与分析

2.1不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体结构和有机碳含量的影响

2.1.1不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体结构的影响从团聚体的质量分数来看，小麦、玉米和大豆种植后土壤团聚体结构发生了变化(图1)。其中作为C3作物的小麦和大豆种植带差异不大，在0~5 cm和5~10 cm土层表现出一致的规律：>2 mm团聚体质量分数在70%以上，2~0.25 mm团聚体质量分数均小于20%，其余粒径下的团聚体质量分数在5%以下。而玉米缩小了各粒径团聚体质量百分比的差距，从大到小粒径(>2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和<0.053 mm)的团聚体质量分数依次为58.09%，24.62%，8.63%和8.67%。水稳性大团聚体(>0.25 mm粒径)含量在小麦和大豆种植后高达90%左右，玉米种植后约为80%。显著性检验结果显示，水稳性大团聚体含量达到了显著水平(P<0.05)，大小排序依次为小麦、大豆和玉米；小麦和大豆种植带的土壤水稳性微团聚体含量差异不显著，且显著地低于玉米种植带，因此种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。>2 mm粒径团聚体含量因传统耕作和秸秆覆盖不同处理而异，在小麦和大豆条带秸秆覆盖减少了>2 mm粒径的团聚体含量。说明耕作处理对土壤团聚体的影响还受到作物的影响。通过相关分析， >2 mm粒径与2~0.25 mm粒径的团聚体含量此消彼长，存在显著的负相关关系(r=-0.991，P<0.05)，从图2可以看出3种作物的水稳性大团聚体之间呈线性函数关系。

图1　土壤团聚体不同粒径的质量分数对农作物和耕作措施的响应Fig.1　Response of soil aggregate mass fraction in different particle size of crops and tillage measures　不同字母表示作物间差异显著(P<0.05)。The different lowercase letters mean significant difference among crops (P<0.05).

2.1.2不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体碳含量的影响从团聚体有机碳含量角度分析，秸秆覆盖显著提高了土壤0~5 cm和5~10 cm土层的土壤本土及各个粒径中的有机碳含量(表1)。土壤本土和不同粒径有机碳表现一致的土壤表聚现象，0~5 cm土层中的有机碳含量均高于5~10 cm土层。在2个处理下本土有机碳含量在0~5 cm土层达到了显著性差异(P<0.05)，大小排序依次为玉米、小麦和大豆，而在5~10 cm土层秸秆覆盖处理仍然呈现类似的规律，传统耕作处理下3种作物种植带土壤本土有机碳含量差异不显著。团聚体分级后各粒径团聚体有机碳含量大小排序依然为玉米、小麦和大豆。因>2 mm粒径的团聚体质量分数最高，故本土有机碳含量与>2 mm粒径团聚体有机碳含量接近，该粒径团聚体的有机碳贡献最大。2~0.25 mm粒径团聚体的有机碳含量最高，而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大。说明有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。玉米带土壤有机碳含量和不同粒径团聚体有机碳含量均显著高于小麦带和大豆带，这可能跟玉米根系生物量较大有关。

图2　>2 mm与2~0.25 mm土壤团聚体粒径含量的关系Fig.2　Relationship of the content of soil water-stableaggregates in >2 mm and 2-0.25 mm

表1　土壤团聚体有机碳含量对农作物和耕作措施的响应

注：同列不同字母表示作物间差异显著(P<0.05)。

Note: The different lowercase letters in same column mean significant difference among crops (P<0.05).

综上分析，土壤团聚体结构与碳含量分别受到了作物类型、耕作措施和土层的多重影响，表2列出了三因素方差分析的结果。从中不难看出，作物类型对土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径以及本土和各粒径团聚体碳含量的影响均达到了显著水平，除了GMD外耕作措施对其余指标的影响也达到了显著水平，土层对>2 mm的大团聚体和<0.053 mm的小团聚体的影响不显著。>2 mm的大团聚体不受3个因素的交互影响，只受到作物类型和耕作措施的单方面影响。说明不同作物和秸秆覆盖同时影响了土壤团聚体的结构和碳含量，而两个因素的交互作用对>2 mm的团聚体没有影响。

本研究中传统耕作下本土有机碳变化量(y)与2~0.25 mm的团聚体有机碳变化量(x)存在显著的正相关关系，r=0.982，P<0.05。曲线拟合表现为线性关系，方程式为y=0.865x-1.162(R2=0.964，P<0.05，n=8)，说明了在目前的种植模式下传统耕作中的土壤有机碳还有很大的增长潜力，其团聚体有机碳暂时不受本土有机碳含量的增长限制。但是在秸秆覆盖处理下二者表现为抛物线函数关系(y=-1.979x2+1.259x+1.605，R2=1.000，P<0.01，n=8)。

2.2不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体年际变化的影响

2.2.1土壤团聚体分布特征经过一年的不同耕作方式处理后，w-s条带和k-c-k条带土壤团聚体结构的变化见图3。在w-s条带(图3A)，>2 mm粒径团聚体含量增加，其他粒径团聚体均减少，且增减幅度只在0~5 cm土层表现一致性，不同处理的影响不显著。在k-c-k条带(图3B)，秸秆覆盖显著增加了0~5 cm土层>2 mm粒径团聚体，但是表层水稳性大团聚体却减少。在5~10 cm土层，秸秆覆盖增加了水稳性大团聚体的含量。

表2　作物类型、耕作措施和土层对土壤团聚体结构及碳含量的三因素方差分析

C:作物类型 Crops;T:耕作措施Treatments;S:土层Soil layer.

图3　土壤团聚体质量分数变化率Fig.3　Change rate of soil aggregate mass fractionA：小麦-大豆条带(w-s条带) Wheat-soybean belt，B：空地-玉米-空地条带(k-c-k条带) Bare space-corn-bare space belt.下同 The same below.

2.2.2土壤团聚体有机碳含量变化土壤本土和团聚体有机碳含量的变化见图4。在w-s条带(图4A)，本土有机碳含量的变化率均为正值，说明传统耕作和秸秆覆盖有助于本土有机碳含量的增加。与对照相比，秸秆覆盖显著增加了水稳性大团聚体有机碳含量，且增加了各土层本土及不同粒径的土壤有机碳含量，对5~10 cm土层有机碳增加幅度略大。表明5~10 cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。在k-c-k条带(图4B)，与w-s条带相似，秸秆覆盖亦有助于增加水稳性大团聚体有机碳含量。但是本土有机碳含量仅在秸秆覆盖的0~5 cm土层增加，其余均减少。与对照相比，秸秆覆盖可以减轻土壤本土有机碳和不同粒径有机碳含量降低的趋势。结果表明在耕作处理保持一致的情况下，土壤团聚体有机碳变化对农作物的响应不同。

传统耕作方式下土壤有机碳含量发生了较大幅度的变化(不同条带趋势相反)，土壤有机碳含量增加是因为此时土壤有机碳未达到饱和状态，而传统耕作方式之所以增加了土壤有机碳，是因为作物收获后残留的根系等有机质增加了土壤中碳的输入，土壤有机碳表现出较明显的增长，特别是5~10 cm土层，增加了10%左右，正是5~10 cm处的作物根系量最多导致；秸秆覆盖下土壤有机碳含量年初的基数较高，其变化幅度没有传统耕作下的明显。传统耕作方式下小麦-大豆条带和玉米条带土壤有机碳含量变化趋势相反，可能是因为在长期的不同作物种植下，不同条带的土壤固碳现状和固碳潜力不一致，小麦-大豆条带每年耕作2次，玉米条带只耕作1次，玉米条带因为较少的耕作可能更早地表现出土壤碳饱和。

图4　土壤团聚体有机碳含量变化率Fig.4　Change rate of soil aggregate organic carbon content

2.3不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体碳饱和值的影响

图5　土壤本土及不同粒径团聚体的固碳潜力Fig.5　The potential of soil carbon sequestration of initialsoil and aggregates with different particle sizes

假设秸秆还田的保护性耕作是固定和稳定农田土壤有机碳的最优方式[19]，初步估算农田土壤固碳的理论饱和限值，即秸秆覆盖与传统耕作下有机碳储量的差值。从图5中可以看出k-c-k条带的土壤固碳潜力显著大于w-s条带，w-s条带中本土有机碳储量在2631.27 t C/hm2的现有基础上还有341.96 t C/hm2的增加空间，而k-c-k条带中本土有机碳固碳现状为2427.37 t C/hm2，固碳潜力高达852.98 t C/hm2。结果表明通过秸秆还田提高土壤固碳潜力外，合理安排农作物也有助于提高土壤的固碳能力。土壤固碳潜力主要由水稳性大团聚体的固碳能力决定，图5显示，>0.25 mm粒径团聚体有机碳储量还有大约一倍的上升空间，因此水稳性大团聚体更易受到耕作措施和种植作物的影响，水稳性大团聚体的有机碳活性较大，更新周期较短。

3讨论

3.1土壤团聚体结构的影响因素

以往研究表明，保护性耕作措施有利于恢复土壤表层的结构稳定，增加水稳性大团聚体及其结构稳定性，改善土壤结构[19]，频繁的耕作使大团聚体的下降最为明显[20]。最近有研究认为单独的耕作和不足量秸秆残留不会影响土壤有机碳含量，少耕亦没有提高土壤团聚体碳的物理保护能力[21]。本研究中耕作措施对土壤团聚体的影响显著，秸秆覆盖显著增加了水稳性大团聚体有机碳含量，且增加了各土层本土及不同粒径的土壤有机碳含量，其中5~10 cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大，说明足量的秸秆覆盖在保护性耕作中是有利于土壤团聚体有机碳含量增加的。

水稳性大团聚体含量在3种作物中的大小排序依次为小麦、大豆和玉米；小麦和大豆种植带的土壤水稳性微团聚体含量显著地低于玉米种植带，所以说种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。这跟以往的研究结论一致，作物类型和根系属性在不同程度上影响土壤团聚体的形成[8-9,22]，不同作物根系分泌物组成和根际微生物的种类不同导致其对土壤水稳性团聚体稳定性的效果不同[23]。

根据团聚体胚胎发育模型，将团聚体分为两个等级，其中>0.25 mm粒径的团聚体为水稳性大团聚体，<0.25 mm粒径的团聚体为水稳性微团聚体。大团聚体结合态是相对不稳定的活性碳组分，而微团聚体属于形成年代较老，性质较稳定的惰性碳组分。本研究初步分析表明，在西南紫色土丘陵地区小麦、玉米和大豆对土壤团聚体稳定的影响不同，种植玉米增强了土壤团聚体碳的稳定性。而在土壤团聚体年际变化分析中，秸秆覆盖增加了玉米条带在5~10 cm土层水稳性大团聚体的含量，大团聚体是形成微团聚体的前提，说明秸秆覆盖措施有助于土壤团聚体结构的稳定性。

3.2土壤团聚体对土壤有机碳的影响

研究认为有机碳的团聚体物理保护在有机碳积累中有重要的意义[24]，团聚体保护能力或容量是土壤固碳的自然潜力的物理基础[25]。免耕相比传统耕作来说增强了土壤团聚体的物理保护碳含量[26]，且免耕与高输入的作物种植系统相结合时更有利于土壤固碳，前者降低了土壤有机碳的矿化作用，后者主要从土壤碳的输入角度提高了土壤碳含量[27]。本研究中玉米种植带比小麦-大豆种植带具有更高的输入，玉米带土壤碳明显高于小麦-大豆带。有学者在对水稻土的研究中发现新碳主要分配在2~0.2 mm粗团聚体中，且团聚体的保护作用存在饱和限，团聚体保护的碳不会随着本土碳含量的增加而持续增加[28]。本研究中传统耕作下本土有机碳变化量与2~0.25 mm的团聚体有机碳变化量存在显著的正相关关系，曲线拟合表现为线性关系，说明了在目前的种植模式下传统耕作中的土壤有机碳还有很大的增长潜力，其团聚体有机碳暂时不受本土有机碳含量的增长限制。但是在秸秆覆盖处理下二者表现为抛物线函数关系，进一步验证了团聚体碳含量存在理论饱和限值。

4结论

在西南“旱三熟”种植模式下，不同农作物对土壤团聚体的分布特征影响不同，小麦、大豆种植带的土壤水稳性大团聚体含量达90%以上，而玉米带只有80%，且玉米种植带的土壤不同粒径团聚体含量差距明显小于小麦和大豆种植带，说明种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成，进而促进土壤有机碳的稳定。2~0.25 mm粒径团聚体的有机碳含量最高，而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大，有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。秸秆覆盖显著提高了0~5 cm和5~10 cm土层的本土及各个粒径中的有机碳含量，且5~10 cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。土壤固碳潜力的估算结果表明玉米条带的固碳潜力显著高于小麦-大豆条带，充分说明了土壤固碳潜力受到耕作措施和作物类型的双重影响。因此，在西南“旱三熟”地区，除了加大秸秆覆盖面积提高土壤固碳外，将玉米纳入到种植模式中将有利于土壤的固碳作用。

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*Effects of different crops and straw mulching on soil aggregate and carbon sequestration potential in the dryland, triple cropping systems of Southwest China

ZHANG Sai, WANG Long-Chang*, DU Juan, ZHAO Lin-Lu, CHEN Jiao, SHI Chao, HUANG Zhao-Cun, XIONG Ying, JIA Hui-Juan

CollegeofAgronomyandBiotechnology,SouthwestUniversity,KeyLaboratoryofEco-environmentsinThreeGorgesReservoirRegion,MinistryofEducation,EngineeringResearchCenterofSouthUplandAgriculture,MinistryofEducation,Chongqing400716,China

Abstract:A study has been undertaken in experimental field sat Southwest University in Beibei, Chongqing, in order to explore changes in soil aggregate distribution and organic carbon content, and to estimate soil carbonsequestration potential, in southwest China farmland that uses the triple cropping system (wheat/corn/soybean). There were two treatments: traditional tillage (T) and T plus straw mulching (TS). There was a significantly negative correlation between >2 mm and 2-0.25 mm aggregate contents (r=0.985,P<0.05) during the planting periods of the three crops. The responses of soil aggregates to the different crops varied. In the wheat and soybean belts, the content of water-stable aggregates (>0.25 mm) was as high as 90% of total soil, while it was approximately 80% in the corn belt, indicating that corn performance was beneficial to the formation of soil water-stable micro-aggregates. Straw mulching significantly increased soil organic carbon content and particle size at the 0-5 cm and 5-10 cm soil layers. Increases in organic carbon content at the 5-10 cm soil layer were especially notable. Soil carbon sequestration potential was greater in the corn than in the wheat and soybean belts. The study shows that the distribution of soil aggregates and of organic carbon content in soil particles with different sizes were influenced by both tillage measures and crops. In conclusion, the selection of crops and straw mulching will play important roles in promoting soil carbon sequestration in the dryland, triple cropping systems of southwest China.

Key words:triple cropping in dryland; straw mulching; soil aggregate; soil organic carbon; soil carbon sequestration potential

*通信作者Corresponding author. E-mail:wanglc2003@163.com

作者简介：张赛(1987-)，女，山西运城人，博士。E-mail:532875132@qq.com

基金项目：国家自然科学基金(31271673)和公益性行业(农业)科研专项(201503127)资助。

*收稿日期：2015-05-28；改回日期：2015-08-24

DOI：10.11686/cyxb2015272

http://cyxb.lzu.edu.cn

张赛，王龙昌，杜娟，赵琳璐，陈娇，石超，黄召存，熊瑛，贾会娟. 西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响. 草业学报, 2016, 25(1): 98-107.

ZHANG Sai, WANG Long-Chang, DU Juan, ZHAO Lin-Lu, CHEN Jiao, SHI Chao, HUANG Zhao-Cun, XIONG Ying, JIA Hui-Juan. Effects of different crops and straw mulching on soil aggregate and carbon sequestration potential in the dryland, triple cropping systems of Southwest China. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(1): 98-107.