不同轮耕模式对豫北农田土壤固碳及碳库管理指数的影响*

朱长伟, 陈 琛, 牛润芝, 李 洋, 姜桂英, 杨 锦, 申凤敏, 刘 芳,刘世亮

(河南农业大学资源与环境学院 郑州 450002)

土壤碳库作为陆地生态系统中最大的碳库, 在全球碳循环中占有重要地位。与草地、森林等自然生态系统相比, 农田生态系统碳储量受人类活动的影响更为明显, 其任何微小的变化可能都会引起土壤有机碳储量和动态平衡的改变, 进而对大气CO浓度产生剧烈影响。在农业生产中, 耕作措施作为影响土壤有机碳含量及储量的重要因素之一,受到人们的广泛关注。传统的秸秆移除以及频繁的耕作导致了土壤有机碳储量的迅速衰减, 引起土壤肥力的退化以及土地生产力的下降, 严重威胁着国家的粮食安全。因此, 正确认识合理耕作措施对农田土壤有机碳固定的增加效应, 是保持农业生态系统可持续发展的必要条件。

耕作措施是影响农田生态系统碳循环的主要因素, 不同耕作措施对土壤扰动程度和作用强度的差异, 改变了土壤的理化及生物性状, 进而影响土壤的固碳能力。前人研究表明, 浅耕或免耕会导致有机碳在土壤表层的积累, 改变了SOC库的分布格局, 影响整个剖面的碳库储量, 同时也有利于提高0～10 cm土层有机碳库质量和碳库管理指数。王新建等研究表明, 相较于传统耕作, 保护性耕作措施更有利于碳的固定, 能不同程度地提高土壤有机碳和易氧化有机碳的含量, 且秸秆覆盖更有利于提高土壤的碳库水平及土壤碳库管理指数。Li等也发现,实施保护性耕作并采用秸秆还田能显著增加0～30 cm土层的碳储量, 其增幅达27%～29%。且张琦等的研究也发现, 3年一深松能够增加 0～40 cm土层的易氧化有机碳含量, 有助于活化土壤碳库, 提高土壤碳库管理指数, 进而增强土壤碳库的循环能力。但保护性耕作措施对土壤有机碳含量的影响主要表现在土壤的表层, 对深层土壤的影响较小。而轮耕措施不仅能均衡土壤养分在上下土层间的分布, 避免养分富集化, 创建良好的土壤结构; 还能改善土壤的透气性, 有利于易氧化的小分子有机化合物的生成, 提高土壤中易氧化有机碳含量。吕薇等的研究也表明, 相较于免耕, 免耕、深松和翻耕组合的轮耕方式能够有效地协调0～60 cm中各土层的有机碳含量, 使其整体呈增加趋势, 且轮耕模式也可以通过增加土壤总有机碳含量、提高土壤有机碳活度来增加土壤碳库管理指数, 提升土壤质量。

总之, 现有研究大多集中在表层土壤, 而忽视日益退化并限制作物产量的深层土壤对耕作措施的响应, 且对耕作措施的研究大都局限于单一耕作, 还缺乏较为系统的关于轮耕制度下土壤有机碳变化的研究, 而不同耕作管理措施下潮土有机碳积累的长期效应是亟待明确的问题。本研究通过研究3种耕作措施组合的轮耕制度下0～50 cm土层土壤总有机碳含量、碳储量及碳库管理指数, 阐明土壤耕作对土壤固碳效应的影响, 为豫北小麦(Triticum aestivum)-玉米(Zea mays)两熟区农田土壤碳库管理及建立合理的耕作制度提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016年10月—2020年6月在河南省原阳县河南农业大学科教园区(35°19′N, 113°50′E)进行, 该地区地属暖温带大陆性季风气候,年平均气温14.5 ℃,年降雨量615 mm,年日照时数2324 h, 全年无霜期227 d。试验地的土壤类型是典型的砂质潮土, 试验前0～20 cm土层土壤的基本理化性质为: 有机质含量17.3 g·kg, 全氮含量1.0 g·kg, 碱解氮含量71.3 g·kg, 有效磷含量21.6 mg·kg, 速效钾含量108.0 mg·kg, pH 7.2。

1.2 试验设计

本研究为大田小区试验, 前茬作物秸秆全量还田, 玉米季免耕。以3年为一个周期, 在小麦季采用5种轮耕模式, 具体处理为: 1)连续旋耕(RT-RT-RT)、2)深耕-旋耕-旋耕(DT-RT-RT)、3)深耕-旋耕-浅旋耕(DT-RT-SRT)、4)深耕-浅旋耕-浅旋耕(DT-SRTSRT)和5)深耕-浅旋耕-旋耕(DT-SRT-RT)。每个处理3次重复, 共15个小区, 小区面积为16 m×6.2 m=99.2 m。其中旋耕的操作为: 玉米收获后, 秸秆灭茬粉碎1～2遍, 旋耕机整地2遍, 深度13～15 cm, 常规播种小麦; 深耕的操作为: 玉米收获后, 秸秆灭茬粉碎1～2遍, 铧式犁耕翻1遍, 深度28～30 cm, 旋耕机整地2遍, 深度15～18 cm; 浅旋耕的操作为: 玉米收获后, 秸秆灭茬粉碎1～2遍, 浅旋整地2遍, 深度5～8 cm。

小麦品种是‘郑麦369’, 播量232.5 kg·hm; 基肥施用N∶PO∶KO=20∶16∶16的小麦专用肥750 kg·hm(含N 150 kg·hm, PO120 kg·hm, KO 120 kg·hm),返青期追肥尿素150 kg·hm(N 69 kg·hm)。

1.3 样品采集与测定

在2019年6月(一个轮耕周期后)和2020年6月(一个轮耕周期+深耕)小麦收获后进行田间取样。按照“S”型路线, 采用多点分层取样法, 分别使用环刀和土钻采取5个土层(0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm、40～50 cm)的土壤样品。环刀中的土样直接进行土壤容重的测定, 土钻所取土壤样品风干后过0.25 mm筛, 进行土壤总有机碳和易氧化有机碳的测定。其中土壤总有机碳采用重铬酸钾外加热容量法, 易氧化有机碳采用333 mmol·LKMnO浸提-比色法, 稳态碳即为土壤总有机碳与易氧化有机碳的差值。

1.4 有机碳储量计算

单位体积或单位面积的土壤碳储量计算依赖于土壤质量, 而耕作措施改变了土壤容重, 导致同等深度不同处理下的土壤质量不同, 为减少由耕作改变土壤容重进而带来的偏差, 故本文参考Ellert和Bettany的计算, 采取等质量方法计算土壤有机碳储量。等质量土壤有机碳储量(Mg·hm, 1 Mg=1000 kg)指各层土壤有机碳储量与增加土壤质量中有机碳储量之和, 用公式表示为:

式中: M为等质量土壤有机碳储量(Mg·hm); i=1、2、3、4时, 分别表示 0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm和30～40 cm土壤层次; M为已确定的相等土壤质量,即j=1、2、3、4, 分别为0～10 cm、0～20 cm、0～30 cm和0～40 cm不同耕作处理下最大的土壤质量, 其相应的n取值分别为1、2、3、4; M为各层次的土壤质量(Mg·hm); c为各层次土壤有机碳含量(g·kg换算为 kg·Mg); c为增加土壤的有机碳含量(kg·Mg); ρ为各层次土壤容重(g·cm换算为Mg·m); T为各层次土壤厚度(m); 10 000为面积单位m换算为 hm的系数; 0.001为质量单位kg换算为Mg的系数。

1.5 碳库管理指数计算

土壤碳库管理指数综合研究对象和参考土壤的有机碳、易氧化有机碳和稳态碳的动态变化, 可以作为评价土壤碳库变化的灵敏指标。参照 Blair和O’rourke等的计算方法:

本试验以RT-RT-RT的土壤为参照土壤。

1.6 数据分析

采用Microsoft Excel 2007录入与整理数据, 采用SPSS 22.0统计分析软件对数据进行方差及相关性(P＜0.05)分析, 使用Origin Pro 8.5作图。

2 结果与分析

2.1 不同耕作措施对土壤容重的影响

如图1所示, 在2019年和2020年小麦季, 各轮耕处理土壤容重均随土层深度的增加而增加, 不同处理随耕作年限和耕作措施的不同表现出一定的差异。2019年, 0～10 cm土层, DT-RT-RT和DT-RTSRT的容重最高, 为1.39 g·cm, 而各轮耕处理与连年旋耕(RT-RT-RT)相比差异并不显著; 10～30 cm土层, 相较于RT-RT-RT, DT-RT-RT、DT-SRT-RT处理能够显著降低土壤容重(P＜0.05), 分别降低2.9%和2.5%; 30～40 cm土层, DT-RT-SRT处理土壤容重最低, 为1.57 g·cm。2020年, 与RT-RT-RT相比, 各轮耕处理均能显著降低0～40 cm土层中的土壤容重(P＜0.05), 其中在0～20 cm土层, DT-RT-RT处理土壤容重最小, 降低8.7%; 40～50 cm土层, 各处理间差异并不显著。总体来说, 2019年, DT-RT-RT和DTSRT-RT处理能够显著降低10～30 cm土层中的土壤容重; 而在2020年, 则表现为各轮耕处理均能显著降低0～40 cm土层中的土壤容重。

图1 2019年和2020年不同轮耕处理下不同土层土壤容重Fig.1 Soil bulk densities in different soil layers under different rotation tillage treatments in 2019 and 2020

2.2 不同耕作措施对土壤总有机碳含量的影响

如图2所示, 两年间各处理土壤总有机碳含量(SOC)整体上变化不明显, 但各处理SOC含量均随土层深度的加深呈下降趋势, 不同处理随耕作年限和耕作措施的不同表现出一定的差异。2019年, 与RT-RT-RT相比, 0～20 cm土层, DT-SRT-SRT处理能够显著提高SOC含量(P＜0.05), 增长率为10.1%～23.2%; 20～40 cm土层, 则表现为DT-SRT-RT处理SOC含量显著高于RT-RT-RT处理(P＜0.05), 为6.29 g·kg。2020年, 0～10 cm土 层, DT-SRT-SRT处 理SOC含量最高, 为11.54 g·kg; 10～40 cm土层, 相较于RT-RT-RT处理, 总体上各轮耕处理均能提高SOC含量, 其中DT-SRT-RT处理的增加效果最为显著, 增长率为10%～21.5%; 40～50 cm土层, 各处理间SOC含量差异并不显著。

图2 2019年和2020年不同轮耕处理下不同土层土壤总有机碳Fig.2 Soil organic carbon contents in different soil layers under different rotation tillage treatments in 2019 and 2020

2.3 不同耕作措施对土壤易氧化有机碳和稳态有机碳含量的影响

如图3所示, 两年间各处理土壤易氧化有机碳(LOC)(图3a)及稳态有机碳(NLOC)(图3b)含量均随土层深度的增加呈下降趋势, 不同处理随耕作年限和耕作措施的不同表现出一定的差异。2019年, 相较于RT-RT-RT, DT-RT-SRT、DT-SRT-SRT和DTSRT-RT处理均能显著增加0～20 cm土层土壤LOC含量(P＜0.05), 最高增长了5.1%; 而NLOC含量则在DT-SRT-SRT处理中最高, 最高为8.20 g·kg。20～40 cm土层, 土壤LOC、NLOC含量则表现为DT-RTRT和DT-SRT-RT处理显著高于RT-RT-RT。2020年,相较于RT-RT-RT, 0～10 cm土层, DT-SRT-SRT和DT-SRT-RT处理显著提高了土壤LOC含量, 最高增长7%, DT-SRT-SRT处理NLOC含量最高, 最高为8.30 g·kg; 10～40 cm土 层, 各轮耕处理均能提高LOC和NLOC含量, 其中DT-SRT-RT处理对NLOC含量的增加效果最为显著, 增长率为13.5%～26.4%;40～50 cm土层, 各处理间土壤LOC、NLOC含量差异并不显著。

图3 2019年和2020年不同轮耕处理下不同土层土壤易氧化有机碳(a)及稳态有机碳(b)Fig.3 Soil liable organic carbon (a) and non-liable organic carbon (b) contents in different soil layers under different rotation tillage treatments in 2019 and 2020

2.4 不同耕作措施对土壤易氧化有机碳及稳态有机碳占总有机碳比例的影响

如图4所示, 两年间土壤易氧化有机碳/总有机碳(LOC/SOC)(图4a)和稳态有机碳/总有机碳(NLOC/SOC)(图4b)值在表层土壤中差异不大, 而在深层土中差异较为显著。2019年, 0～40 cm土层, RTRT-RT处理LOC/SOC值最高, 最高为34.3%, 且在0～10 cm和30～40 cm土层显著高于各轮耕处理(P＜0.05); 而相应的NLOC/SOC值均表现为RT-RTRT处理最低, 且NLOC/SOC值随土层的加深呈增长趋势, 0～40 cm土层, 各轮耕处理均能显著增加NLOC/SOC的值(P＜0.05), 其中DT-SRT-RT处理的增加效果最为显著, 增长率为1.1%～7.5%。2020年,0～10 cm土层, DT-SRT-RT处理的LOC/SOC值最高,为29.2%, 而10～40 cm土层, 同样表现为RT-RT-RT处理最高, 且在20～30 cm土层显著高于各轮耕处理(P＜0.05); 而10～30 cm土 层, DT-SRT-RT处 理 的NLOC/SOC值显著高于其他处理(P＜0.05), 相较于RT-RT-RT处理最高增长4.4%; 40～50 cm土层, 各处理间LOC/SOC及NLOC/SOC值均无显著差异。总的来说, 相较于RT-RT-RT处理, 各轮耕处理降低了LOC/SOC的值, 但提高了NLOC/SOC的值, 尤其是20～40 cm土层。

图4 2019年和2020年不同轮耕处理下易氧化有机碳(a)及稳态有机碳(b)占总有机碳的比例Fig.4 Proportions of liable organic carbon (a) and non-liable organic carbon (b) to total organic carbon in different soil layers under different rotation tillage treatments in 2019 and 2020

2.5 土壤各指标间的三因素方差分析

如表1所示, 三因素方差分析结果表明, 轮耕年份、土层深度和耕作模式及其相互间的交互作用均极显著影响土壤容重以及LOC含量(P＜0.01);SOC、LOC/SOC和NLOC/SOC受到轮耕年份、土层深度和耕作模式3种单一因素的极显著影响(P＜0.01); 而NLOC含量只受土层深度和耕作模式及其交互作用和轮耕年份、土层深度交互作用的极显著影响(P＜0.01), 并不受轮耕年份的影响。

表1 小麦轮耕时期、土层深度和耕作模式三因素下土壤容重、总有机碳、易氧化有机碳、稳态有机碳及其比例的方差分析Table 1 Variance analysis of soil bulk densities and contents of organic carbon content, liable organic carbon and non-liable organic carbon and their proportions under three factors of wheat rotation period, soil depth and farming mode

2.6 不同耕作措施对土壤有机碳储量的影响

在2019年和2020年, 分别选择0～10 cm、0～20 cm、0～30 cm和0～40 cm土层的最大土壤质量, 将其作为M(j=1、2、3、4), 计算出各耕作措施下的等质量土壤有机碳储量(表2)。2019年, 各土壤深度RTRT-RT的有机碳储量均为最低, 各轮耕处理均能显著增加0～40 cm土层的有机碳储量(P＜0.05); 且0～30 cm土层有机碳储量均表现为DT-SRT-SRT处理最高, 分别为16.21 Mg·hm、28.62 Mg·hm和36.64 Mg·hm; 而在0～40 cm土层中的有机碳储量则表现为DT-SRT-RT处理最高, 相较于RT-RT-RT处理增长12.8%。2020年, 0～10 cm土层, DT-SRT-SRT处理的有机碳储量最高, 为14.79 Mg·hm; 不同轮耕处理下土壤有机碳储量的增加量因土层深度而不同, 其中0～20 cm、0～30 cm和0～40 cm土层以DT-SRTRT的增加量最为显著, 分别增加11.65 Mg·hm、10.16 Mg·hm和7.33 Mg·hm; 0～40 cm土 层, DTSRT-RT处理的有机碳储量最高, 其次为DT-SRTSRT, 分别较RT-RT-RT增长9.7%和7.1%。

表2 不同耕作措施下不同土层等质量土壤有机碳储量Table 2 Soil organic carbon stock on equivalent soil mass basis of different soil layers under different tillage treatments

2.7 不同耕作措施对土壤碳库管理指数的影响

本研究将连续旋耕(RT-RT-RT)处理下的土壤设定为参考土壤, 对不同轮耕措施下不同层次的CPMI进行计算分析。由表3可知, 2019年, 0～40 cm土层,碳库活度(A)和活度指数(AI)均以RT-RT-RT处理最高, 但在0～30 cm土层中各处理间差异并不显著,只在30～40 cm土层中, RT-RT-RT处理显著高于各轮耕处理(P＜0.05); 而碳库指数(CPI)则表现为RTRT-RT处理最低, 在20～40 cm土层, DT-SRT-RT处理的CPI显著高于RT-RT-RT(P＜0.05), 分别提高21.0%和22.8%; 但对于CPMI值, 除0～10 cm土层各处理间无显著差异外, DT-SRT-RT处理相较于RT-RT-RT显著降低了20～40 cm土层的CPMI (P＜0.05),最高降低4.3%, 40～50 cm土层, 则表现为DT-SRTRT处理CPMI最高, 为103.36。2020年, 0～10 cm土层, 各处理的A和AI无显著差异, 而在10～40 cm土层, 处理间同一土壤深度的A和AI的变化趋势相似,均以RT-RT-RT处理最高; 0～40 cm土层, 总体上各轮耕处理的CPI、CPMI值均大于RT-RT-RT处理,其中DT-SRT-SRT和DT-SRT-RT处理对CPI提高效果达到显著水平(P＜0.05), 且除10～20 cm土层外, DTSRT-RT处理的CPMI值显著高于其他处理(P＜0.05),相较于RT-RT-RT最高提高8.5%。

表3 不同耕作措施下不同土层的土壤碳库管理指数Table 3 Soil carbon pool management indexes (CPMI) of different soil layers under different tillage treatments

3 讨论

3.1 轮耕模式对土壤容重、有机碳的影响

有机碳不仅是土壤养分的主要来源, 同时也是衡量土壤肥力的重要指标, 其在对土壤理化性质的改良、作物养分的供应及生长发育等方面起着重要作用, 而土壤容重则是土壤重要的物理性质之一,影响着作物根系的生长和发育。研究表明, 不同耕作措施的机械作用力使土壤分散、破碎以及混合的程度存在较大差异, 直接或间接地影响着土壤容重及其有机碳的含量。Reicosky等研究指出, 深翻措施疏松了土壤, 显著降低土壤容重, 但频繁的翻耕会降低有机碳含量, 造成碳的大量损失。而轮耕措施不仅能疏松土壤, 降低土壤容重, 提高土壤孔隙度,改善土壤构造和通气性, 还能够有效地增加犁底层以下土壤有机质的含量。侯贤清等研究也指出,3年轮耕处理较传统耕作能够增加土壤有机碳含量,且对表层影响较大。本研究表明, 2019年, DT-RTRT和DT-SRT-RT处理能够显著降低10～30 cm土层中的土壤容重, 这是因为轮耕模式能够疏松土壤, 提高了土壤的透气性, 进而降低了土壤容重; 而2020年, 各轮耕处理均能显著降低0～40 cm土层中的土壤容重。这可能是因为轮耕一个周期后, 再一次的深耕进一步打破了土壤的犁底层, 疏松了土壤,同时还有利于作物根系的下扎, 而根系的生长又促进了土壤的疏松, 从而降低了土壤容重。试验期内,0～20 cm土层, DT-SRT-SRT处理的土壤总有机碳、易氧化有机碳及稳态有机碳含量相对较高; 而相较于RT-RT-RT处理, DT-SRT-RT处理则能显著提高0～40 cm土层中的土壤总有机碳、易氧化有机碳和稳态有机碳含量。这主要是因为不同轮耕方式对土壤及其环境造成的影响不同所导致的, 一方面深耕之后连续两年的浅旋耕对土壤的扰动小, 秸秆近乎覆盖于地表, 增加了表层(0～20 cm)土壤有机物的输入, 提高了有机碳的含量; 另一方面轮耕模式下秸秆经翻耕后与土壤混合, 改善了土壤的紧实度, 同时为土壤微生物提供了舒适的生长环境, 促使微生物活性迅速增加, 促进秸秆等有机物的分解矿化, 增加了相应土层有机质的输入, 进而增加0～40 cm土层土壤各有机碳的含量。相较于RT-RT-RT处理, 各轮耕处理降低了LOC/SOC的值, 但提高了NLOC/SOC,尤其是20～40 cm土层表现最为显著, 这表明轮耕处理减少了土壤总有机碳中易氧化的有机碳的含量,增加了稳态有机碳的比例, 有利于土壤有机碳的存储。

3.2 轮耕模式对土壤有机碳储量的影响

考虑到不同耕作处理之间土壤容重的变异性,通过将特定土层中单位面积的土壤质量标准化来精确量化土壤有机碳储量, 而减少由耕作改变土壤容重进而带来的偏差, 采取等质量方法计算土壤有机碳储量。研究表明, 浅耕会使有机碳积累在土壤的表层, 而深耕则能显著提高深层土壤的有机碳含量, 但是单一的耕作措施并不能明显改变耕层土壤中总有机碳的储量。杨敏芳等研究发现, 与无秸秆添加相比, 秸秆还田处理显著增加了土壤有机质的投入从而提高土壤总有机碳含量。万小楠等的研究也表明, 相较于不还田, 秸秆还田处理提高了土壤的固碳速率, 更有利于温室气体减排。而作物秸秆在土壤中的翻埋深度取决于土壤耕作深度, 这直接影响着有机碳含量在土层中的垂直分布, 从而影响着土壤碳的固定。本研究表明, DT-SRT-SRT处理的土壤有机碳储量在0～20 cm土层中最高, 这是因为连续两年的条旋耕处理减少了土壤的扰动频率,可以有效地减少土壤有机碳的损失, 同时玉米秸秆主要覆盖在地表, 造成了土壤有机碳的富集, 进而提高表层土壤中的碳储量。试验期内, 各轮耕处理均能提高0～40 cm土层土壤有机碳储量, 但随着土层深度的加深, 土层间土壤容重以及有机碳含量的不同,导致各轮耕处理下土壤有机碳储量的增加量有所不同, 表现为不同土层中土壤有机碳储量的差异。2019年, 轮耕一周期之后, 0～30 cm土层中有机碳储量DT-SRT-SRT处理最高, 但当土层加深至40 cm土层时, DT-SRT-RT处理的有机碳储量高于DT-SRTSRT处理; 同样2020年, DT-SRT-RT处理在0～20 cm、0～30 cm和0～40 cm土层有机碳储量的增加量最为显著, 因此试验期内, DT-SRT-RT处理0～40 cm土层的有机碳储量最高, 表现出明显的固碳优势。这与杨思存等的研究结果一致。这是因为深耕操作改变了耕层土壤有机碳的分布特征, 同时使玉米秸秆翻埋到了耕层以下, 增加了深层土壤中的碳投入, 而之后耕作深度的差异, 减少了碳的矿化, 增加了相应耕作深度土壤有机碳的稳定性, 进而提高农田生态系统的碳储量。

3.3 轮耕模式对土壤碳库管理指数的影响

土壤碳库管理指数(CPMI)是指能够系统、敏感地反映和监测土壤有机碳变化的一种指标, 它结合了外在条件影响下土壤碳库和碳库活度两方面的指标, 能够很好地反映出外界条件对土壤有机碳数量及质量的影响, 从而全面、动态地评价外界条件对土壤有机质性质的影响。吕瑞珍等的短期研究表明, 翻耕处理有助于提高0～10 cm土层中的各项碳库指标, 降低10～40 cm土层碳库活度和碳库活度指数; 而张霞等在渭北旱塬的长期定位试验研究表明, 轮耕模式有助于改良各层次土壤的性能, 长期提升秸秆腐化系数, 增加土壤碳库管理指数, 促进有机碳的循环。本研究表明, 2019年, RT-RT-RT处理的碳库活度和活度指数在0～40 cm土层中最高, DTSRT-RT处理显著增加了20～40 cm土层中的碳库指数, 降低土壤碳库管理指数。这是因为传统耕作连续旋耕处理(RT-RT-RT)土壤受到扰动的频率小, 矿化程度弱, 从而提高了土壤的碳库活度; DT-SRT-RT处理轮耕一周期后, 相较于RT-RT-RT显著提高了0～40 cm土层土壤稳态碳的含量(图3 b), 降低了土壤碳库活度以及活度指数值(表3), 而土壤碳库管理指数的大小主要决定于活度指数及碳度指数。2020年, 各轮耕处理的碳库指数、土壤碳库管理指数值均大于RT-RT-RT处理, 其中DT-SRT-SRT和DTSRT-RT处理显著提高了碳库指数值, 且除10～20 cm土层外, DT-SRT-RT处理的土壤碳库管理指数值显著高于其他处理, 这是因为新一轮的深耕处理形成了疏松的土壤环境, 再加上秸秆的输入, 有利于形成激发效应, 促进秸秆的腐解, 增加了土壤总有机碳的含量, 提高了碳库指数, 进而增加了相应耕作土层的碳库管理指数。

4 结论

1)在本试验期内, 深耕-条旋耕-旋耕处理相对连续旋耕显著增加10～40 cm土层土壤总有机碳、易氧化有机碳及稳态有机碳含量, 降低10～30 cm土层土壤容重。各轮耕处理降低了土壤易氧化有机碳/总有机碳的值, 但提高了稳态有机碳/总有机碳值, 尤其是20～40 cm土层。同时, 各轮耕处理均能提高0～40 cm土层土壤有机碳储量, 其中0～40 cm土层, 深耕-条旋耕-旋耕处理的有机碳储量最高。

2)随耕作年限的不同土壤碳库管理指数不同。2019年, 深耕-条旋耕-旋耕处理降低了活度指数, 碳库管理指数相对较低。2020年, 深耕-条旋耕-条旋耕和深耕-条旋耕-旋耕处理相对于连续旋耕显著提高了0～40 cm土层中的碳库指数和碳库管理指数。

综上所述, 深耕-条旋耕-旋耕处理能够显著提高0～40 cm土层土壤有机碳储量, 具有明显的固碳效应。但不同耕作年限下的有关耕作措施对土壤固碳效应的影响有待进一步研究。