减氮覆膜下土壤有机碳组分含量的变化特征

王楚涵，刘菲，高健永，张慧芳，谢英荷，曹寒冰,2，谢钧宇,2

减氮覆膜下土壤有机碳组分含量的变化特征

王楚涵1，刘菲1，高健永1，张慧芳1，谢英荷1，曹寒冰1,2，谢钧宇1,2

1山西农业大学资源环境学院，山西太谷 030801；2土壤环境与养分资源山西省重点实验室，太原 030031

【目的】明确长期优化施肥（减施氮肥）和减氮覆膜下土壤有机碳（SOC）与各组分有机碳含量特征及其对冬小麦籽粒产量的贡献，以期为黄土高原旱地土壤培肥和作物增产提供科学依据。【方法】依托山西省洪洞县7年定位试验，采集0—20 cm土层原状土样，利用连续物理分组方法进行分组，结合冗余分析，研究不同农田管理措施下冬小麦籽粒产量、SOC以及颗粒有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、轻组颗粒有机碳（Light-POC）和重组颗粒有机碳（Heavy-POC）含量特征，明确SOC含量与各组分有机碳含量的关系，量化其对冬小麦籽粒产量的贡献。试验共设农户施肥（FP）、测控施肥（MF）、垄膜沟播（RF）和平膜穴播（FH）4个处理。【结果】分析不同管理措施下冬小麦籽粒产量和SOC含量发现，FP处理的冬小麦平均产量最低，为3 070 kg·hm-2，与FP相比，MF在减少氮肥用量的情况下并未造成小麦减产，而RF和FH可进一步显著提高小麦籽粒产量，增幅分别达到27.0%和46.4%；与试验初始（2012年）土壤相比，经连续7年采用不同管理措施后SOC含量均显著提高，提高幅度从小到大依次为11.8%（MF）、22.4%（RF）、25.5%（FP）和36.1%（FH），即MF对试验地石灰性褐土SOC提升作用最小，但结合地膜覆盖会显著提升其培肥土壤的效果，FH对SOC含量提升的效果最佳。进一步分析不同处理下SOC组分的差异发现，与FP和MF相比，两种减氮覆膜措施不同程度提高了POC和Light-POC含量及Light-POC在SOC中的分配比例。结合SOC及其各组分有机碳含量与冬小麦籽粒产量的冗余分析、敏感性指数分析和SOC与各组分有机碳含量的相关性分析发现，各有机碳组分均以POC对小麦产量的贡献最大（达71.0%）并对SOC含量的变化和农田管理措施的响应最为敏感。因此，平膜穴播对作物产量和土壤肥力的提高主要是通过提高土壤有机碳中POC含量得以实现的。【结论】在减氮优化施肥的基础上进行平膜穴播，有利于提高黄土高原南部旱地褐土区土壤有机碳和活性有机碳含量，实现冬小麦可持续增产。

减氮覆膜；作物产量；土壤有机碳；颗粒有机碳；平膜穴播

0 引言

【研究意义】全球旱地约占陆地面积的40%，旱地农业养育着世界1/3的人口[1-2]，为满足日益增长人口的粮食需求，探索并应用合理的农田管理措施以提高旱地农业生产力对保障全球粮食安全有重要意义。黄土高原旱地是我国重要的耕地资源，受土壤养分供应能力差和降水不足等因素制约[3-4]，使该地区成为国内粮食增产潜力和土壤肥力提升空间最大的区域。近年来，优化施肥、地膜覆盖等农田管理措施对黄土高原旱地作物增产起了关键作用，也将影响土壤肥力的变化。作为判断土壤肥力重要的指标，土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）是土壤质量和功能的核心。但是，SOC由于其化学组成的非均一性分为不同的有机碳组分，而不同组分对土壤管理措施的反应差异很大[5]。一般认为，SOC分为活性组分和惰性组分两类。前者直接作用于植物养分的供应，对农田管理措施的响应更为敏感；后者在土壤中很难被微生物分解和矿化，反映了SOC的固存[6-7]。为快速判断农田管理措施对土壤肥力的影响，不同SOC组分的研究成为当前研究的热点。因此，利用田间长期试验明确基于优化施肥的地膜覆盖下SOC组分含量特征及其对作物产量的贡献，对旱地农业可持续增产有重要的理论意义与实践价值[8]。【前人研究进展】合理施肥对作物高产稳产及SOC含量提升有重要影响。我国多点长期定位施肥试验表明，连续30年施用化肥，除黑土SOC含量每10年缓慢下降0.6 g·kg-1外，其余区域SOC含量每10年均提高0.8—1.5 g·kg-1左右[9]。但在生产实践中，农户为了追求作物高产而未考虑作物养分需求和土壤养分供应能力，造成黄土高原旱地小麦种植区普遍存在化肥过量施用现象，有50%以上农户氮肥施用过量[10]。为解决氮肥过量造成的氮肥利用率下降和肥料氮素损失等问题，相关研究基于作物目标产量和土壤养分平衡建立了适用于旱地的测土施肥技术[11]，但此类工作更多关注减施氮肥对作物产量、氮肥利用率和土壤硝态氮残留的影响[12-13]，忽视了其对SOC尤其是SOC组分的影响。覆膜栽培是旱地小麦增产的又一项重要措施，其对SOC的影响有两个方面，一方面，覆膜提高了土壤温度和水分，促进作物地下和地上部生长，增加了还田生物量和根系分泌物，使SOC含量提升[14]；另一方面，适宜的生长环境改善了微生物的生长条件，促进微生物新陈代谢，加速SOC的分解[15]。此外，有机碳和C/N存在正反馈机制，覆膜作物增产必定是以大量氮肥的投入为前提，而长期施肥会导致土壤中的C/N比下降，加速SOC的分解，从而进一步降低C/N值。大量相关研究发现地膜覆盖对旱地SOC含量有显著的促进作用[16]，也有研究发现地膜覆盖对SOC含量无影响[17]，但在陕西黑垆土4年定位试验和人为土5年的定位试验均发现地膜覆盖会显著降低SOC及活性有机碳含量[18-19]。由此可见，地膜覆盖下SOC含量的变化存在差异。那么，对农户过量施肥而进行优化施肥，再结合地膜覆盖对SOC会有何影响呢？【本研究切入点】因此，针对目前关于优化施肥（主要是减施氮肥）的研究更多关注作物对肥料氮的吸收利用和土壤硝态氮残留，较少评价其对土壤肥力的影响；研究地膜覆盖对土壤肥力影响的较多，但结果不尽相同，且地膜覆盖结合减施氮肥是否有利于旱地土壤肥力提升还尚不清楚。【拟解决的关键问题】本研究依托山西省洪洞县典型旱地连续7年的田间定位试验，分析不同农田管理措施（农户施肥、减氮优化施肥及减氮覆膜）下小麦产量、SOC含量和各组分有机碳含量的差异，明确不同组分有机碳含量与SOC的关系，并量化其对小麦产量的贡献，以期为该地区作物增产和土壤培肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

定位试验地位于山西省洪洞县刘家垣镇东梁村（36°22′N，111°35′E，海拔648 m），地处黄土高原东南部，是典型的旱作农业区，属温带大陆性季风气候，年均气温为12.6℃，年均日照时数为2 419 h左右，全年无霜期为180—210 d，年均降水约500 mm，其中70%左右集中在6—9月。该区农业主要依靠自然降水，冬小麦是当地的主要粮食作物，耕作模式以冬小麦—夏休闲为主，每年9月下旬或10月初开始播种，次年6月上旬收获。该区土壤类型为壤质石灰性褐土，试验初始的土壤基本化学性状见表1。

表1 2012年播前耕层土壤基本化学性状

1.2 试验设计

试验起始于2012年，共设有4个处理：（1）农户施肥（farmer’s practice fertilization，FP），其施肥量为随机走访调查试验地所在村30个农户的平均值，采用常规种植模式；（2）测控施肥（monitoring fertilization，MF），其施肥量基于目标产量的养分需求量和土壤养分丰缺情况确定[20]，采用常规种植模式；（3）垄膜沟播（monitoring fertilization plus ridge mulching-furrow planting，RF），其施肥量同测控施肥一致，在小麦生育期进行垄膜沟播种植；（4）平膜穴播（monitoring fertilization plus whole field filming, FH），其施肥量同测控施肥一致，在小麦生育期全地面平铺地膜，并在膜上覆土。各处理的具体种植模式和施肥量见表2。每个处理重复4次，采用随机区组排列，每个小区面积为360 m2。供试小麦品种为晋麦47，播种量为150 kg·hm-2，播种时间为每年的10月初，收获时间为次年6月初。试验施用的氮肥、磷肥和钾肥分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O511%）和氯化钾（含K2O 60%），均作底肥均匀施入土壤，翻入耕层后耙平。小麦整个生育期不灌溉，生育期中的其他田间管理同当地种植习惯保持一致。

1.3 样品采集与测定

试验初始土壤样品于2012年9月小麦播种前一周，按“S”形线路采集0—20 cm土层土壤样品，用于分析土壤基本性质。其中，土壤硝态氮采用CaCl2浸提，流动分析仪测定；土壤速效磷采用NaHCO3浸提，分光光度计测定；土壤速效钾采用NH4OAc浸提，火焰光度计测定；土壤pH采用蒸馏水（水土比2.5﹕1）浸提，pH计测定；土壤有机碳、全氮采用元素分析仪测定。

于2019年6月小麦收获前一天，在每个小区内用定制环刀（直径10 cm，高10 cm）采集0—20 cm土层原状土3点，带回实验室后沿自然结构掰开，人工去除植物残体等杂物，过2 mm筛，在阴凉通风处风干后，用于各有机碳组分的筛分与测定。采用DEGRYZE等[21]提出的连续物理分组方法筛分各有机碳组分，具体过程如下（图1）。

第一步：颗粒有机碳（particulate organic carbon，POC）和矿质结合态有机碳（mineral organic carbon, MOC）采用粒径分组法分离。称取过2 mm筛风干土样20.0 g于塑料瓶，加5 g·L-1六偏磷酸钠溶液30 mL，振荡15 h后将土和分散溶液置于0.053 mm筛上，用清水冲洗直至滤液澄清，分别收集筛上物质和筛下物质，于60℃烘干后将土样磨细过0.15 mm筛，用元素分析仪测定筛上和筛下物质的有机碳含量，结果即为POC和MOC浓度。

表2 不同处理的种植模式及养分用量

不同处理养分用量为连续7年（2012—2019年）的平均施肥量

The application rate of nutrients under different treatments is the average amount from 2012 to 2019

图1 土壤有机质分组流程

第二步：轻组颗粒有机碳（light particulate organic carbon，Light-POC）和重组颗粒有机碳（heavy particulate organic carbon，Heavy-POC）采用密度分组法分离。称取第一步所得的筛上物质5.0 g于50 mL离心管中，加入20 mL比重为1.8 g·cm-3的溴化锌溶液。振荡60 min（200 times/min）后离心15 min（3 000 r/min）。将混合液倒入0.45 μm的微孔滤膜过滤。再次向离心管中加入10—20 mL溴化锌溶液，按同样步骤分离、离心（重复3次）。收集滤膜上的物质和离心管中的物质分别转移到铝盒中，60℃烘干至恒重。用元素分析仪测定滤膜上和离心管中物质的有机碳含量，结果即为Light-POC和Heavy-POC浓度。

另外，在试验期间每年的小麦收获期，各小区随机采集5个3 m×4 m样方小麦，样品脱粒称籽粒的风干重，并取200 g左右烘干测定含水量，以烘干重计产。

1.4 计算公式

POC分配比例（%）=POC质量（g）/土样总质量（g）×100 （1）

MOC分配比例（%）=1-POC分配比例（%） （2）

Light-POC分配比例（%）=Light-POC质量（g）/分离土质量（g）×POC分配比例（%）×100 （3）

Heavy-POC分配比例（%）=Heavy-POC质量（g）/分离土质量（g）×POC分配比例（%）×100 （4）

POC、MOC、Light-POC、Heavy-POC含量（SOCcontent）：

SOCcontent（g·kg-1）=各组分有机碳浓度（g·kg-1）×各组分分配比例（%）[19]（5）

各有机碳组分的敏感性指数（SI）用以下公式计算得到：

SI（%）=（C-CFP）/CFP×100[22]（6）

式中，C为除农户施肥处理（FP）以外各处理土壤有机碳及各组分有机碳含量（g·kg-1），CFP为农户施肥处理（FP）下土壤有机碳及各组分有机碳含量（g·kg-1）。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010进行数据的整理与计算，用DPS 7.05进行统计分析，应用最小显著差异法（LSD）进行不同处理间的多重比较，用Canoco 5进行冗余分析，用Origin 2018作图。

2 结果

2.1 小麦籽粒产量

不同处理下冬小麦籽粒产量存在显著差异（图2）。分析连续7年各处理的冬小麦籽粒产量发现，农户施肥（FP）的小麦产量介于1 466—4 350 kg·hm-2、平均为3 070 kg·hm-2；测控施肥（MF）的小麦产量介于1 358—4 614 kg·hm-2、平均为3 174 kg·hm-2；垄膜沟播（RF）的小麦产量介于1 826—5 583 kg·hm-2、平均为3 900 kg·hm-2；平膜穴播（FH）的小麦产量介于2 438—6 310 kg·hm-2、平均为4 495 kg·hm-2。与FP相比，MF处理在减施氮肥的情况下并不影响小麦产量，而基于测控施肥的覆膜措施，即RF和FH处理均可显著提高小麦产量，分别提高了27.0%和46.4%。可见，在减施氮肥的基础上，增加地膜覆盖可显著提高小麦产量，且平膜穴播的增产效果最好。

2.2 土壤有机碳含量

分析试验初始（2012年）土壤及经连续7年实施不同管理措施后的各处理土壤有机碳（SOC）含量发现，初始土壤及FP、MF、RF和FH处理后土壤的SOC含量分别为8.4、10.5、9.4、10.3和11.4 g·kg-1（图3）。不同管理措施的SOC含量存在显著差异，但与试验初期相比，均显著提高了SOC含量，提高幅度从小到大依次为11.8%（MF）、22.4%（RF）、25.5%（FP）和36.1%（FH）。可见，虽然测控施肥对试验地石灰性褐土SOC提升作用小于农户施肥，但结合地膜覆盖会显著提升其培肥土壤的效果，平膜穴播对SOC含量提升的效果最佳。

盒子里的实线和虚线；盒子下边和上边缘线；盒子外的棒分别代表了数据的中位数和平均数；25%和75%分位数；最小值和最大值（n=28）。不同小写字母表示不同处理间达5%显著水平（P＜0.05）。下同

图3 不同处理土壤有机碳含量

2.3 各组分土壤有机碳含量

分析不同处理颗粒有机碳（POC）、矿质结合态有机碳（MOC）、轻组颗粒有机碳（Light-POC）和重组颗粒有机碳（Heavy-POC）含量，以理解不同措施提高SOC含量的机制。就初次筛分获得的POC和MOC而言，同FP相比，MF处理显著降低了POC含量，降幅为9.7%，而FH处理显著提高了POC含量，增幅为8.8%。同MF相比，RF和FH处理均显著提高了POC含量，增幅分别为13.6%和20.4%（图4-A）。同FP相比，MF和RF处理均显著降低了MOC含量，降幅分别为14.3%和15.0%（图4-B）。同FP相比，FH处理显著提高了Light-POC含量，增幅为7.5%。且FH较MF处理亦显著提高了Light-POC含量，增幅为7.5%（图4-C）。同FP相比，RF和FH处理显著降低了Heavy-POC含量，降幅分别为59.1%和18.8%。同MF相比，RF处理亦显著降低了Heavy-POC含量，降幅为32.1%（图4-D）。可见，在仅施化肥条件下，农户施肥较减施氮肥对SOC的提升作用主要体现在提高了POC和MOC含量，对Light-POC和Heavy-POC的提升效果不明显，而与单施化肥相比，两种减氮覆膜措施不同程度提高了POC和Light-POC含量，同时降低了MOC和Heavy-POC含量。

图4 不同处理土壤颗粒有机碳（POC）（A）、矿质结合态有机碳（MOC）（B）、轻组颗粒有机碳（Light-POC）（C）和重组颗粒有机碳（Heavy-POC）（D）含量

2.4 土壤各组分有机碳含量占SOC含量的比例

以各组分有机碳含量占SOC含量的比例来评价土壤肥力高低（图5）。各处理下，以MOC组分占比最多，达52.1%—55.3%，其次是Light-POC组分，占比为38.3%—42.8%，而Heavy-POC组分占比最少，仅为4.7%—6.4%。同FP处理相比，MF处理显著降低了MOC含量占SOC含量的比例，降幅为5.8%；MF、RF和FH处理均显著提高了Light-POC含量占SOC含量的比例，增幅分别为8.6%、9.1%和11.7%；但是，RF和FH处理均显著降低了Heavy-POC含量占SOC含量的比例，降幅分别为26.6%和25.0%。同MF处理相比，RF和FH处理均显著降低了Heavy-POC含量占SOC含量的比例，降幅分别为25.4%和23.8%。可见，基于减施氮肥的地膜覆盖提高Light- POC含量（图4）的同时提高了Light-POC在SOC中的分配比例。

不同小写字母表示同一有机碳组分在不同处理间达5%显著水平（P＜0.05）

2.5 土壤有机碳含量和各组分有机碳含量对小麦产量的贡献

为明确对小麦产量贡献最大的有机碳组分，以SOC含量和各组分有机碳含量作为影响小麦产量的因素进行冗余分析（图6）。结果表明，影响小麦产量的因子是POC、SOC、Light-POC，其单独解释率分别为71.0%、66.6%、61.3%（＜0.01）。而Heavy-POC和MOC含量对小麦产量无显著影响，其解释率分别为9.8%和0.4%。由此可见，POC含量对小麦产量的贡献最大。

图6 土壤有机碳含量和各组分有机碳含量对小麦产量的贡献

2.6 土壤有机碳和各组分有机碳含量的关系及敏感性指数

分析SOC与各组分有机碳含量的相关性（图7）和敏感性指数（sensitivity index, SI）（图8）以揭示POC组分对小麦产量贡献机制。线性回归表明SOC含量与POC和Light-POC含量呈显著正相关（＜0.05），而与MOC和Heavy-POC含量无关。回归方程斜率以POC组分最高（0.3）。另外，用SI来表示各组分有机碳对减氮覆膜处理的敏感程度。土壤各组分有机碳SI的变化范围分别为-9.7%—8.8%（POC）、-15.0%—-6.6%（MOC）、0.1%—7.3%（Light-POC）、-40.6%—-12.5%（Heavy-POC）和-10.9%—8.4%（SOC）。总体表现为以POC组分的SI值最高，而Heavy-POC组分的SI值最低。

综上所言，本研究所在区域的石灰性褐土上，以POC组分对SOC含量的变化及减氮覆膜处理最为敏感。据此，可推断在减施氮肥的基础上进行地膜覆盖，通过提高POC组分含量而提高SOC含量，进而提高了冬小麦产量。

**表示在P＜0.05水平下显著相关

图8 不同处理土壤有机碳和各组分有机碳的敏感性指数（%）

3 讨论

3.1 减氮覆膜对土壤有机碳含量的影响

旱地土壤养分供应能力差，与作物增产的实际需求形成了尖锐的矛盾。因此提高土壤有机碳（SOC）含量是培肥该地区土壤、提高作物产量的重要途径。但在目前生产中，施入土壤中的有机肥数量非常有限，反而施用大量氮肥成了提高和维持作物产量的主要措施，甚至一些农民过量施肥[10]。大量氮肥施入到旱地土壤中，除了提高作物产量外，也会增加作物的生物量和归还到土壤中的有机物量，进而影响到SOC的累积，但研究结果不尽相同[9, 23]。造成长期施用化肥引起SOC提升存在正负效应差异的原因可能是因为试验初始土壤SOC水平不同，当SOC低于平衡点，施用化肥就能提高SOC含量[24]。本研究中试验初始SOC含量为8.4 g·kg-1，在农户施肥连续7年每年投入150 kg N·hm-2后，SOC提升到10.5 g·kg-1（图3），说明试验地所在地区SOC仍有提升空间。但是在农户施肥处理每年投入150 kg N·hm-2条件下，小麦年平均产量为3 070 kg·hm-2（图2），对应的氮素吸收量仅为86.0 kg N·hm-2左右（100 kg籽粒吸氮量以2.8 kg计[11]），过量的氮肥投入难免会造成小麦收获后土壤硝态氮大量残留及其在夏季休闲期的淋溶损失[13]。我们前期研究结果表明，采用测控施肥技术可在降低氮肥用量的同时保证作物不减产，显著降低肥料氮素的损失，并且本研究中发现测控施肥同样可提高SOC含量，由试验初始的8.4 g·kg-1提高到9.4 g·kg-1（图3）。因此，在旱地小麦生产中，采用测控施肥技术不仅可有效避免过量施氮引起的肥料氮损失，而且从土壤肥力提升角度来讲也有重要意义。

解决了养分限制的问题，降水量少且分布不均对旱地小麦产量的限制更加凸显，覆膜栽培因其蓄水保墒等功能，在黄土高原旱地被广泛采用。本研究结果表明，两种减氮覆膜（测控施肥结合垄膜沟播和平膜穴播）措施对小麦产量的进一步提升有显著作用，平膜穴播增产效果最好（图2），并且无论与试验初始土壤比，还是与农户施肥和测控施肥相比，两种减氮覆膜措施均不同程度提高SOC含量，同样是平膜穴播提升幅度最大（图3）。这与王淑颖等[25]的研究结果一致。地膜覆盖之所以能够显著提高SOC含量，一方面可能是因为地膜覆盖改善了土壤结构，增加了土壤水稳性大团聚体的数量和稳定性[26]，进而固存了更多的有机碳；另一方面是因为覆膜条件下作物产量显著提高（图2），相应增加了根系残茬还田量，即SOC投入量，进而提高了SOC含量[27]。

3.2 减氮覆膜对土壤活性有机碳含量的影响

土壤颗粒有机碳（POC）主要由未分解或半分解的动植物残体和根系残茬组成，在土壤中周转速度较快，属于土壤活性有机碳库[28]。本研究结果表明，同农户施肥相比，测控施肥显著降低了POC含量，平膜穴播显著提高了POC含量；同测控施肥相比，垄膜沟播和平膜穴播均显著提高了POC含量（图4-A）。本课题组前期试验结果表明，2015年土壤POC含量为1.3—2.8 g·kg-1[27]，而本试验测定2019年土壤POC含量为3.1—3.7 g·kg-1，由此说明经过长期减氮覆膜处理土壤POC含量呈增加趋势，相较于农户施肥，测控施肥增加相对缓慢，而基于测控施肥的地膜覆盖对POC含量增幅明显。地膜覆盖改善了土壤水热条件，提高作物地上部生物量，进而影响POC含量，但研究结果不尽一致[27,29]。结果之间的差异可能是由于作物种植体系不同造成的。本试验小麦种植时间为当年9月到次年6月，而付鑫等[29]种植玉米为当年4—9月，充分利用当地降雨集中优势使微生物活动旺盛，进而导致对POC的分解速率加快。

此外，本研究结果显示，POC含量对小麦产量贡献最大，高达71.0%（图6）。这与佟小刚[30]在黑土、黑垆土和灰漠土上的研究结果一致。作物产量是衡量农田土壤肥力变化的最佳指标。POC属于活性有机碳，是其他有机碳库的直接来源，因此，POC含量的增加带动了其他碳库的增加。而且，本研究中POC含量的变化对SOC含量提升起主要作用（图7），它决定着土壤有机碳库的大小，因此，POC含量的增加明显促进了SOC含量的提高，从而提升作物产量。与本研究结果相同，戴伊莎等[31]也通过相关分析发现，在活性有机碳中，POC含量与SOC含量、作物产量呈极显著正相关（＜0.01）。结合本试验得出的敏感性指数（SI）值，发现POC组分可作为对农田管理措施响应的早期敏感性指标。LAN[22]也发现POC组分的SI值最高，认为POC组分最能反映石灰性土壤有机碳含量的动态变化特征。

土壤轻组颗粒有机碳（Light-POC）主要包括相对新鲜的、最初结构没有遭到破坏的植物根系、秸秆残茬和容易被微生物分解的碳水化合物等物质，周转速率较快[32]。本研究结果发现，同农户施肥相比，平膜穴播显著提高了Light-POC含量（图4-C）。这与多数研究结果一致，刘杰等[33]在黄绵土13年定位试验中报道，覆膜处理显著提高了Light-POC含量。但也有研究表明地膜覆盖显著降低了Light-POC含量。张倩[34]在甘肃8年定位试验中发现，同不覆膜处理相比，覆膜处理显著降低了黑垆土Light-POC含量，降幅达26.3%。Light-POC含量受有机物输入量与分解量的共同影响，因此研究结果之间的差异可能与秸秆还田的数量有关。本试验小麦收获后秸秆全部粉碎翻压还田，而张倩[34]的试验中秸秆未还田，有机物质的输入量较少，故造成了Light-POC含量的降低。而地膜覆盖之所以能够提高Light-POC含量，可能是因为地膜覆盖改善了土壤水热条件，有利于作物根系的生长，增加了凋落物数量，故促进了Light-POC含量的累积。

3.3 减氮覆膜对土壤惰性有机碳含量的影响

矿质结合态有机碳（MOC）指土壤中的细颗粒通过配位体交换作用吸附的有机质，大多被限于土壤矿物表面，在土壤中周转周期较长，对SOC固存起着重要作用[35]。本研究结果发现，同农户施肥相比，测控施肥和垄膜沟播均显著降低了MOC含量（图4-B）。MOC受黏土矿物、气候变化、微生物输入分解量和氮肥施用量等多方面影响[5]，关于氮肥施用对MOC含量的影响，前人的研究结果并不一致[28, 36]。仅从氮肥施用角度推测本试验MOC含量降低的原因可能是添加到土壤中的氮肥能与凋落物结合形成更难分解的酚类物质，而本试验减量施氮减少了能够直接与土壤黏粒相结合的微生物和作物根系分泌物[37-38]，进而对MOC的积累产生负效应。

重组颗粒有机碳（Heavy-POC）主要成分为有机-矿质复合的有机质，相较于轻组颗粒有机碳，其分解程度更高，周转速率较慢，一定程度上反映了土壤有机碳的稳定性[39]。本研究结果表明，与农户施肥相比，垄膜沟播和平膜穴播均显著降低了Heavy-POC含量；同测控施肥相比，垄膜沟播亦显著降低了Heavy-POC含量（图4-D）。但是，MA等[40]在甘肃10年定位试验发现覆膜处理显著提高了Heavy-POC储量。而WANG等[41]和张倩[34]分别通过3年和8年定位试验发现覆膜处理对Heavy-POC含量无显著影响。土壤有机碳的周转受到诸如土壤类型、气候条件、作物种植体系等因素的影响[42]，由此造成了研究结果之间的差异。本试验中Heavy-POC含量降低可能因为地膜覆盖大幅度提高了作物籽粒产量（图2），进而增加了作物根系残茬的还田量，为微生物的活动提供了充足的能源物质，且适宜的水热环境为微生物的生命活动创造了有利条件。本课题组通过前期研究发现，黄土高原旱地麦田土壤上采用地膜覆盖栽培技术，主要通过提高惰性有机碳库的矿化量及其温度敏感性造成了土壤有机碳的损失[43]，进而导致Heavy-POC含量降低。

4 结论

在农户过量施肥的基础上进行减氮优化后，即测控施肥，降低了氮肥用量并不影响小麦产量，且对石灰性旱地褐土的SOC提升同样有积极的贡献。

减施氮肥结合地膜覆盖，即减氮覆膜，可进一步提高旱地小麦产量和SOC含量，其对有机碳的提升作用体现在提高了POC含量、Light-POC含量及其在SOC中的分配比例，且以平膜穴播种效果最好。另外，POC组分可作为对农田管理措施响应的早期敏感性指标，对作物产量和SOC含量的提升贡献最大，也是试验地所在区域采用平膜穴播提高作物产量和培肥土壤的重要机制。

[1] STEWART B A, LIANG W L. Strategies for increasing the capture, storage, and utilization of precipitation in semiarid regions. Journal of Integrative Agriculture, 2015, 14(8): 1500-1510. doi:10.1016/S2095- 3119(15)61096-6.

[2] SCHLAEPFER D R, BRADFORD J B, LAUENROTH W K, MUNSON S M, TIETJEN B, HALL S A, WILSON S D, DUNIWAY M C, JIA G S, PYKE D A, LKHAGVA A, JAMIYANSHARAV K. Climate change reduces extent of temperate drylands and intensifies drought in deep soils. Nature Communications, 2017, 8: 14196. doi:10.1038/ncomms14196.

[3] 刘长安. 施肥、覆膜和耕作方式对半干旱黄土高原地区作物产量和土壤质量的影响[D]. 兰州: 兰州大学, 2009.

LIU C A. Effects of fertilization, mulch and tillage on crop yields and soil quality in the semi-arid loess plateau of China[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2009. (in Chinese)

[4] 王朝辉. 粮食作物养分管理与农业绿色发展. 中国农业科学, 2018, 51(14): 2719-2721.

WANG Z H. Nutrient management of grain crops and green agricultural development. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(14): 2719-2721. (in Chinese)

[5] ROCCI K S, LAVALLEE J M, STEWART C E, COTRUFO M F. Soil organic carbon response to global environmental change depends on its distribution between mineral-associated and particulate organic matter: A meta-analysis. The Science of the Total Environment, 2021, 793: 148569. doi:10.1016/j.scitotenv.2021.148569.

[6] 郑凤君, 王雪, 李生平, 刘晓彤, 刘志平, 卢晋晶, 武雪萍, 席吉龙, 张建诚, 李永山. 免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应. 中国农业科学, 2021, 54(3): 596-607. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.013.

ZHENG F J, WANG X, LI S P, LIU X T, LIU Z P, LU J J, WU X P, XI J L, ZHANG J C, LI Y S. Synergistic effects of soil moisture, aggregate stability and organic carbon distribution on wheat yield under no-tillage practice. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(3): 596-607. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.03.013. (in Chinese)

[7] 徐梦, 徐丽君, 程淑兰, 方华军, 卢明珠, 于光夏, 杨艳, 耿静, 曹子铖, 李玉娜. 人工草地土壤有机碳组分与微生物群落对施氮补水的响应. 中国农业科学, 2020, 53(13): 2678-2690.

XU M, XU L J, CHENG S L, FANG H J, LU M Z, YU G X, YANG Y, GENG J, CAO Z C, LI Y N. Responses of soil organic carbon fractionation and microbial community to nitrogen and water addition in artificial grassland. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(13): 2678-2690. (in Chinese)

[8] 李廷亮, 谢英荷, 高志强, 洪坚平, 孟丽霞, 马红梅, 孟会生, 贾俊香. 黄土高原旱地小麦覆膜增产与氮肥增效分析. 中国农业科学, 2018, 51(14): 2735-2746. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.14.011.

LI T L, XIE Y H, GAO Z Q, HONG J P, MENG L X, MA H M, MENG H S, JIA J X. Analysis on yield increasing and nitrogen efficiency enhancing of winter wheat under film mulching cultivation in the loess plateau. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(14): 2735-2746. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2018.14.011. (in Chinese)

[9] 张淑香, 张文菊, 沈仁芳, 徐明岗. 我国典型农田长期施肥土壤肥力变化与研究展望. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(6): 1389-1393. doi:10.11674/zwyf.2015.0602.

ZHANG S X, ZHANG W J, SHEN R F, XU M G. Variation of soil quality in typical farmlands in China under long-term fertilization and research expedition. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1389-1393. doi:10.11674/zwyf.2015.0602 (in Chinese)

[10] 曹寒冰, 王朝辉, 赵护兵, 马小龙, 佘旭, 张璐, 蒲岳建, 杨珍珍, 吕辉, 师渊超, 杜明叶. 基于产量的渭北旱地小麦施肥评价及减肥潜力分析. 中国农业科学, 2017, 50(14): 2758-2768. doi:10.3864/j. issn.0578-1752.2017.14.012.

CAO H B, WANG Z H, ZHAO H B, MA X L, SHE X, ZHANG L, PU Y J, YANG Z Z, LÜ H, SHI Y C, DU M Y. Yield based evaluation on fertilizer application and analysis of its reduction potential in Weibei dryland wheat production. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(14): 2758-2768. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2017.14.012. (in Chinese)

[11] 曹寒冰, 王朝辉, 师渊超, 杜明叶, 雷小青, 张文忠, 张璐, 蒲岳建. 渭北旱地冬小麦监控施氮技术的优化. 中国农业科学, 2014, 47(19): 3826-3838. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2014.19.011.

CAO H B, WANG Z H, SHI Y C, DU M Y, LEI X Q, ZHANG W Z, ZHANG L, PU Y J. Optimization of nitrogen fertilizer recommendation technology based on soil test for winter wheat on Weibei dryland. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(19): 3826-3838. doi:10.3864/ j.issn.0578-1752.2014.19.011. (in Chinese)

[12] 邓丽娟, 焦小强. 氮管理对冬小麦产量和品质影响的整合分析. 中国农业科学, 2021, 54(11): 2355-2365. doi:10.3864/j.issn.0578-1752. 2021.11.009

DENG L J, JIAO X Q. A meta-analysis of effects of nitrogen management on winter wheat yield and quality. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(11): 2355-2365. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021. 11.009. (in Chinese)

[13] ZHOU J Y, GU B J, SCHLESINGER W H, JU X T. Significant accumulation of nitrate in Chinese semi-humid croplands. Scientific Reports, 2016, 6: 25088. doi:10.1038/srep25088.

[14] MO F, HAN J, WEN X X, WANG X K, LI P F, VINAY N, JIA Z K, XIONG Y C, LIAO Y C. Quantifying regional effects of plastic mulch on soil nitrogen pools, cycles, and fluxes in rain-fed agroecosystems of the Loess Plateau. Land Degradation & Development, 2020, 31(13): 1675-1687. doi:10.1002/ldr.3548.

[15] LUO L C, WANG Z H, HUANG M, HUI X L, WANG S, ZHAO Y, HE H X, ZHANG X, DIAO C P, CAO H B, MA Q X, LIU J S. Plastic film mulch increased winter wheat grain yield but reduced its protein content in dryland of northwest China. Field Crops Research, 2018, 218: 69-77. doi:10.1016/j.fcr.2018.01.005.

[16] YU Y X, ZHANG Y X, XIAO M, ZHAO C Y, YAO H Y. A meta-analysis of film mulching cultivation effects on soil organic carbon and soil greenhouse gas fluxes. Catena, 2021, 206: 105483. doi:10.1016/j.catena.2021.105483.

[17] 李小刚, 李凤民. 旱作地膜覆盖农田土壤有机碳平衡及氮循环特征. 中国农业科学, 2015, 48(23): 4630-4638. doi:10.3864/j.issn. 0578-1752.2015.23.004.

LI X G, LI F M. Soil organic carbon balance and nitrogen cycling in plastic film mulched croplands in rainfed farming systems. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(23): 4630-4638. doi:10.3864/j.issn.0578- 1752.2015.23.004. (in Chinese)

[18] LUO S S, ZHU L, LIU J L, BU L D, YUE S C, SHEN Y F, LI S Q. Sensitivity of soil organic carbon stocks and fractions to soil surface mulching in semiarid farmland. European Journal of Soil Biology, 2015, 67: 35-42. doi:10.1016/j.ejsobi.2015.01.004.

[19] 李利利, 王朝辉, 王西娜, 张文伟, 李小涵, 李生秀. 不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响. 植物营养与肥料学报, 2009, 15(2): 478-483. doi:10.3321/j.issn: 1008-505X. 2009.02.034.

LI L L, WANG Z H, WANG X N, ZHANG W W, LI X H, LI S X. Effects of soil-surface mulching on organic carbon, inorganic carbon and light fraction organic carbon in dryland soil. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 15(2): 478-483. doi:10.3321/j.issn: 1008- 505X.2009.02.034. (in Chinese)

[20] 刘凯, 谢英荷, 李廷亮, 马红梅, 张奇茹, 姜丽伟, 曹静, 邵靖琳. 减氮覆膜对黄土旱塬小麦产量及养分吸收利用的影响. 中国农业科学, 2021, 54(12): 2595-2607. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021. 12.010.

LIU K, XIE Y H, LI T L, MA H M, ZHANG Q R, JIANG L W, CAO J, SHAO J L. Effects of nitrogen reduction and film mulching on wheat yield and nutrient absorption and utilization in loess plateau. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(12): 2595-2607. doi:10.3864/ j.issn.0578-1752.2021.12.010. (in Chinese)

[21] DEGRYZE S, SIX J, PAUSTIAN K, MORRIS S J, PAUL E A, MERCKX R. Soil organic carbon pool changes following land-use conversions. Global Change Biology, 2004, 10(7): 1120-1132. doi:10. 1111/j.1529-8817.2003.00786.x.

[22] LAN J C. Responses of soil organic carbon components and their sensitivity to Karst rocky desertification control measures in Southwest China. Journal of Soils and Sediments, 2021, 21(2): 978-989. doi:10.1007/s11368-020-02840-8.

[23] LI Z Q, LI D D, MA L, YU Y Y, ZHAO B Z, ZHANG J B. Effects of straw management and nitrogen application rate on soil organic matter fractions and microbial properties in North China Plain. Journal of Soils and Sediments, 2019, 19(2): 618-628. doi:10.1007/s11368- 018-2102-4.

[24] 孟磊, 丁维新, 蔡祖聪, 钦绳武. 长期定量施肥对土壤有机碳储量和土壤呼吸影响. 地球科学进展, 2005, 20(6): 687-692. doi:10. 3321/j.issn: 1001-8166.2005.06.013.

MENG L, DING W X, CAI Z C, QIN S W. Storage of soil organic c and soil respiration as effected by long-term quantitative fertilization. Advances in Earth Science, 2005, 20(6): 687-692. doi:10.3321/j.issn: 1001-8166.2005.06.013. (in Chinese)

[25] 王淑颖, 李小红, 程娜, 付时丰, 李双异, 孙良杰, 安婷婷, 汪景宽. 地膜覆盖与施肥对秸秆碳氮在土壤中固存的影响. 中国农业科学, 2021, 54(2): 345-356. doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.02.010.

WANG S Y, LI X H, CHENG N, FU S F, LI S Y, SUN L J, AN T T, WANG J K. Effects of plastic film mulching and fertilization on the sequestration of carbon and nitrogen from straw in soil. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(2): 345-356. doi:10.3864/j.issn.0578- 1752.2021.02.010. (in Chinese)

[26] 付鑫, 王俊, 刘全全, 李蓉蓉. 秸秆和地膜覆盖对旱作玉米田土壤团聚体及有机碳的影响. 土壤通报, 2016, 47(2): 405-413. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2016.02.23.

FU X, WANG J, LIU Q Q, LI R R. Effect of straw and plastic film mulching on aggregate size distribution and organic carbon contents in a rainfed corn field. Chinese Journal of Soil Science, 2016, 47(2): 405-413. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2016.02.23. (in Chinese)

[27] 李顺, 李廷亮, 方玲, 何冰, 焦欢, 李彦. 施肥覆膜对旱地小麦产量形成及土壤有机碳组分的影响. 应用与环境生物学报, 2019, 25(3): 603-610. doi:10.19675/j.cnki.1006-687x.2019.01045.

LI S, LI T L, FANG L, HE B, JIAO H, LI Y. Effects of fertilization and plastic film mulching on yield formation and soil carbon pool of dry land wheat. Chinese Journal of Applied and Environmental Biology, 2019, 25(3): 603-610. doi:10.19675/j.cnki.1006-687x.2019. 01045. (in Chinese)

[28] CHEN Y, LIU X, HOU Y H, ZHOU S R, ZHU B. Particulate organic carbon is more vulnerable to nitrogen addition than mineral-associated organic carbon in soil of an alpine meadow. Plant and Soil, 2021, 458(1): 93-103. doi:10.1007/s11104-019-04279-4.

[29] 付鑫, 王俊, 赵丹丹. 地膜覆盖对黄土高原旱作春玉米田土壤碳氮组分的影响. 水土保持学报, 2017, 31(3): 239-243. doi:10.13870/j. cnki.stbcxb.2017.03.040.

FU X, WANG J, ZHAO D D. Effects of plastic film mulching on soil carbon and nitrogen fractions in a dryland spring maize field on the loess plateau. Journal of Soil and Water Conservation, 2017, 31(3): 239-243. doi:10.13870/j.cnki.stbcxb.2017.03.040. (in Chinese)

[30] 佟小刚. 长期施肥下我国典型农田土壤有机碳库变化特征[D]. 北京: 中国农业科学院, 2008.

TONG X G. Change characteristics of soil organic carbon pools in typical cropland of China under long-term fertilization[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2008. (in Chinese)

[31] 戴伊莎, 贾会娟, 熊瑛, 刘帮艳, 成欣, 王龙昌. 保护性耕作措施对西南旱地玉米田土壤有机碳、氮组分及玉米产量的影响. 干旱地区农业研究, 2021, 39(3): 82-90. doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2021. 03.10.

DAI Y S, JIA H J, XIONG Y, LIU B Y, CHENG X, WANG L C. Impact of conservation tillage measures on maize yield, soil organic carbon and nitrogen components of maize field in rain-fed region in southwest China. Agricultural Research in the Arid Areas, 2021, 39(3): 82-90. doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2021.03.10. (in Chinese)

[32] RAZA S, MIAO N, WANG P Z, JU X T, CHEN Z J, ZHOU J B, KUZYAKOV Y. Dramatic loss of inorganic carbon by nitrogen- induced soil acidification in Chinese croplands. Global Change Biology, 2020, 26(6): 3738-3751. doi:10.1111/gcb.15101.

[33] 刘杰, 李玲玲, 谢军红, 邓超超, 彭正凯, Yeboah Stephen, Lamptey Shirley. 连续14年保护性耕作对土壤总有机碳和轻组有机碳的影响. 干旱地区农业研究, 2017, 35(1): 8-13. doi:10.7606/j.issn.1000- 7601.2017.01.02

LIU J, LI L L, XIE J H, DENG C C, PENG Z K, STEPHEN Y, SHIRLEY L. Soil total organic carbon and its light fractions in response to 14 years of conservation tillage. Agricultural Research in the Arid Areas, 2017, 35(1): 8-13. doi:10.7606/j.issn.1000-7601. 2017.01.02. (in Chinese)

[34] 张倩. 长期地膜覆盖和秸秆还田对土壤有机碳周转的影响[D]. 兰州: 兰州大学, 2019.

ZHANG Q. Effects of long-term plastic film mulching and straw incorporation on soil organic carbon turnover[D]. Lanzhou: Lanzhou University, 2019. (in Chinese)

[35] 蔡岸冬, 张文菊, 杨品品, 韩天富, 徐明岗. 基于Meta-Analysis研究施肥对中国农田土壤有机碳及其组分的影响. 中国农业科学, 2015, 48(15): 2995-3004.

CAI A D, ZHANG W J, YANG P P, HAN T F, XU M G. Effect degree of fertilization practices on soil organic carbon and fraction of croplands in China-based on meta-analysis. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(15): 2995-3004. (in Chinese)

[36] 张世汉, 武均, 张仁陟, 蔡立群, 齐鹏, 张军. 施氮对陇中黄土高原旱作农田土壤颗粒态有机碳的影响. 水土保持研究, 2019, 26(6): 7-11. doi:10.13869/j.cnki.rswc.2019.06.002.

ZHANG S H, WU J, ZHANG R Z, CAI L Q, QI P, ZHANG J. Effects of different nitrogen addition levels on soil particulate organic carbon in dry farmland of central Gansu Province on the loess plateau. Research of Soil and Water Conservation, 2019, 26(6): 7-11. doi:10.13869/j.cnki.rswc.2019.06.002. (in Chinese)

[37] JANSSENS I A, LUYSSAERT S. Nitrogen’s carbon bonus. Nature Geoscience, 2009, 2(5): 318-319. doi:10.1038/ngeo505.

[38] 樊廷录, 王淑英, 周广业, 丁宁平. 长期施肥下黑垆土有机碳变化特征及碳库组分差异. 中国农业科学, 2013, 46(2): 300-309.

FAN T L, WANG S Y, ZHOU G Y, DING N P. Effects of long-term fertilizer application on soil organic carbon change and fraction in cumulic haplustoll of loess plateau in China. Scientia Agricultura Sinica, 2013, 46(2): 300-309. (in Chinese)

[39] 魏云敏. 火干扰对兴安落叶松林土壤理化性质和有机碳组分的影响[D]. 哈尔滨: 东北林业大学, 2015.

WEI Y M. Effects of fire disturbance on soil properies and soil organic carbon components in aforest[D]. Harbin: Northeast Forestry University, 2015. (in Chinese)

[40] MA Q J, ZHANG Q, NIU J B, XIAO G L. Plastic-film mulch cropping increases mineral-associated organic carbon accumulation in maize cropped soils as revealed by natural13C/12C ratio signature. Geoderma, 2020, 370: 114350. doi:10.1016/j.geoderma.2020.114350.

[41] WANG Y P, LI X G, FU T T, WANG L, TURNER N C, SIDDIQUE K H M, LI F M. Multi-site assessment of the effects of plastic-film mulch on the soil organic carbon balance in semiarid areas of China. Agricultural and Forest Meteorology, 2016, 228/229: 42-51. doi:10. 1016/j.agrformet.2016.06.016.

[42] 丁雪丽, 韩晓增, 乔云发, 李禄军, 李娜, 宋显军. 农田土壤有机碳固存的主要影响因子及其稳定机制. 土壤通报, 2012, 43(3): 737-744. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2012.03.039.

DING X L, HAN X Z, QIAO Y F, LI L J, LI N, SONG X J. Sequestration of organic carbon in cultivated soils: Main factors and their stabilization mechanisms. Chinese Journal of Soil Science, 2012, 43(3): 737-744. doi:10.19336/j.cnki.trtb.2012.03.039. (in Chinese)

[43] 曹寒冰, 谢钧宇, 刘菲, 高健永, 王楚涵, 王仁杰, 谢英荷, 李廷亮. 地膜覆盖麦田土壤有机碳矿化特征及其温度敏感性. 中国农业科学, 2021, 54(21): 4611-4622.

CAO H B, XIE J Y, LIU F, GAO J Y, WANG C H, WANG R J, XIE Y H, LI T L. Mineralization characteristics of soil organic carbon and its temperature sensitivity in wheat field under film mulching. Scientia Agricultura Sinica, 2021, 54(21): 4611-4622. (in Chinese)

The Variation Characteristics of Soil Organic Carbon Component Content Under Nitrogen Reduction and Film Mulching

WANG ChuHan1, LIU Fei1, GAO JianYong1, ZHANG HuiFang1, XIE YingHe1, CAO HanBing1, 2, XIE JunYu1, 2

1College of Resources and Environment, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2Key Laboratory of Soil Environment and Nutrient Resources of Shanxi Province, Taiyuan 030031

【Objective】The aim of this study was to clarify the effects of long-term optimized fertilization (nitrogen reduction) and nitrogen reduction plus film mulching on the characteristics of soil organic carbon (SOC) and its components content, and their contribution to winter wheat grain yield, so as to provide the theoretical support for dryland fertility and crop productivity in the Loess Plateau.【Method】Based on a 7-year location experiment, the undisturbed soil samples from 0-20 cm under different management measures were collected. The variation characteristics of winter wheat grain yield, SOC and its components content were explored, including particulate organic carbon (POC), mineral organic carbon (MOC), light-particulate organic carbon (Light-POC) and heavy-particulate organic carbon (Heavy-POC), and the relationship between SOC and its component content as well as their quantity contribution to the winter wheat grain yield were clarified. The organic carbon components were grouped by continuous physical grouping method, and their contribution for wheat yield was analyzed by redundancy analysis. The experiment set four treatments, including farmer’s practice fertilization (FP), monitoring fertilization (MF), monitoring fertilization plus ridge mulching-furrow planting (RF), and monitoring fertilization plus whole field filming (FH).【Result】The average yield of winter wheat was the lowest under FP treatment, which was 3 070 kg·hm-2. Compared with FP, the wheat yield under MF showed no significant difference, while wheat grain yield under RF and FH could achieve a significant increase by 27.0% and 46.4%, respectively; compared with the initial year of the experiment (2012), the SOC content showed a significant increase under different management measures during seven consecutive years, and the increase rate from low to high was 11.8% (MF), 22.4% (RF), 25.5% (FP), and 36.1% (FH), respectively. The improvement of SOC under MF was the slowest in calcareous cinnamon soil, when MF combining with plastic film mulching showed a significant improvement. The observed SOC components under different treatments showed, compared with FP and MF, RF and FH significantly increased the content of POC, Light-POC and the proportion of Light-POC in SOC. Based on the cooperation of the redundancy analysis, sensitivity index analysis and correlation analysis between SOC and its component, POC contributed the most to the improvement of wheat yield (up to 71.0%) and was the most sensitive to SOC content change and different management measures. Therefore, the improvement of crop yield and soil fertility by FH was mainly achieved by increasing POC content in soil organic carbon.【Conclusion】The monitoring fertilization plus whole field filming treatment was benefit to increase soil organic carbon and active organic carbon content in the cinnamon soil in the southeastern of the Loess Plateau, and achieve a sustainable increase in winter wheat yield.

nitrogen reduction plus film mulching; grain yield; soil organic carbon; particulate organic carbon; monitoring fertilization plus whole field filming

10.3864/j.issn.0578-1752.2022.19.008

2021-08-20；

2021-12-27

省部共建有机旱作农业国家重点实验室资助研发课题（202105D121008-1-13）、山西省基础研究计划（20210302124153）、国家自然科学基金（41807102，U1710255-3）、山西省研究生教育创新项目（2021Y339）、国家重点研发计划（2018YFD0200401）、山西省土壤环境与养分资源重点实验室开放基金（2019003，2020001）、山西农业大学科技创新基金（青年科技创新）（2019004）、山西农业大学科技创新基金（博士科研启动）（2020BQ50）

王楚涵，E-mail：2437364983@qq.com。通信作者曹寒冰，E-mail：caohanbing119@163.com。通信作者谢钧宇，E-mail：xjy890621@163.com

（责任编辑 李云霞）