长期保护性耕作对坡耕地黑土有机碳组分的影响

朱 勇 ，李建业 ，张程远 ，张兴义 ,※

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土地保护与利用全国重点实验室，哈尔滨 150081）

0 引 言

东北黑土区独特的漫川漫岗地貌以及传统顺坡垄作，导致该地区坡耕地水土流失严重，水土流失面积达到21.87万km2，黑土层以每年2.0～3.0 mm的速度变薄[1]。土壤侵蚀以及耕作导致水稳性大团聚体内部包裹的轻质、细颗粒有机物质暴露加速其矿化流失，导致土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）减少，在漫川漫岗黑土区侵蚀严重的坡耕地SOC质量分数年下降速率高达13.5‰[2]，造成严重的土壤退化，危害了东北黑土区粮食可持续生产。

保护性耕作已成为遏止水土流失，促进退化耕地恢复的重要措施，已纳入了《东北黑土地保护规划纲要(2017—2030年)》，国家为此启动了黑土地保护性耕作国家计划。保护性耕作的显著特征是秸秆覆盖、轮作、少耕和免耕，其目的是通过增加地表覆盖、减少溅蚀、增加土壤入渗和土壤含水率，减少地表径流、增加地表粗糙度和加强表层土壤抗蚀能力[3]，故具有良好的水土保持作用。此外由于秸秆还田增加了有机物料，土壤微生物总量增加，提高了土壤中生物的活跃程度，进而增加了SOC质量分数[4]，改善了土壤结构，具有提升土壤质量的作用。

已有研究发现，保护性耕作不仅改变了SOC质量分数，也对SOC组分产生了重要影响[5]，活性有机碳的敏感性和惰性有机碳的稳定性对于指示侵蚀养分流失与土壤地力提升起到关键作用，长期保护性耕作条件下能表征土壤活力水平的活性SOC质量分数变幅很大[6]。与传统耕作相比，河南省砂壤质潮土2 a免耕处理下小麦生育期的微生物量碳（microbial biomass carbon, MBC）显著提高40.4%[7]（P<0.05）；西南丘陵区紫色土连续7 a保护性耕作下的各土层颗粒有机碳（particulate organic carbon, POC）质量分数均显著提高[8]（P<0.05）；黄土高原14 a保护性耕作0～5和＞5～10 cm土层的轻组有机碳（light fraction organic carbon, LFOC）质量分数分别提高了190.70%和70.27%（P<0.05）[9]；内蒙古栗钙土8 a保护性耕作模式在整个作物生育期可提高14.37%的可溶性有机碳（dissolved organic carbon, DOC）质量分数[10]。保护性耕作对衡量土壤固碳潜力的重要指标的惰性碳的作用也同样显著。陕西黄土6 a保护性耕作可以显著提高0～20 cm土层矿物结合态碳（mineral organic carbon,MOC）4.9%（P<0.05）[11]。长期保护性耕作对于不同土层深度的SOC组分质量分数影响差异也极为显著，在黑土区蔡丽君等研究了保护性耕作对SOC组分的影响，发现实行保护性耕作的＞10～15 cm土层的MBC质量分数比＞15～30 cm的MBC质量分数高16.4%[12]。

目前已有保护性耕作效应研究多基于模拟和田间试验，特别是东北黑土区多以短期效应研究为主，尚不能明确保护性耕作的长期时间效应，经过长期耕作后，SOC质量分数、储量及其碳组分变化特征对于深入理解保护性耕作长期固碳能力具有重要意义，由于土壤碳库是陆地生态系统规模最大的碳库，未来固碳潜力巨大，农业管理措施对其影响显著，特别是长期效应将是“双碳”计划关注的重点，为了进一步深入阐述保护性耕作长期固碳效应，本文建立15 a的土壤耕作长期定位试验，分层测定了100 cm深土层土壤有机碳组分，比较分析了保护性耕作对黑土有机碳及其组分的影响，以期为黑土地保护与可持续利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究地点位于黑龙江省海伦市光荣村中国科学院海伦水土保持监测研究站(47°21'16.95＂N，126°49'56.43＂E)，属东北典型黑土区中部，商品粮核心产区，漫川漫岗水土流失区，研究区光荣村平均坡度为2.55°，平均土壤侵蚀模数4 467 t/(km2.a)，沟壑密度2.27 km/km2，垦殖率80%，坡耕地占90%以上。研究区属于北温带大陆季风气候区，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨，年均气温1.5 °C，年均降水量530 mm，其中65%降水量发生于6-8月，年均有效积温2 450 °C，年日照时间2 600～2 800 h，无霜期120 d。地下水水位埋深20～40 m。土壤为典型黑土，分层明显，黑土层厚度30 cm左右、过渡层厚度40 cm和母质层深度＞2 m。试验前土壤的基本理化性状见表1。

表1 试验前的土壤理化性质（2006年）Table 1 Soil initial physical and chemical properties

1.2 田间长期定位试验

本试验基于2006年建设的5°坡耕地标准径流小区，小区规格20 m×4.5 m，设置免耕保护性耕作(NT)和旋耕传统耕作(CT)两种处理，每个处理3个重复，2007年正式开始试验，2007年和2008种植大豆，2009年种植玉米，2008年到2021年均为大豆—玉米两年轮作制。NT：作物收获后，将秸秆粉碎全量覆盖于地表，第二年春季用人工播种和施肥后，喷施化学除草剂，不进行任何秋整地和中耕作业。CT：秋收后秸秆全部移除，直接旋耕起垄，播种后进行扶垄等中耕作业。

所有小区等量施肥管理：大豆播种同步进行人工点播纯氮肥20.25 kg/hm2、纯磷肥51.75 kg/ hm2、纯钾肥15 kg/hm2，一次完成施肥；5月初玉米播种同步进行人工点播纯氮肥69 kg/hm2，磷肥、纯钾肥和大豆施肥量一致，6月末进行一次拔节期追施纯氮肥69 kg/hm2。

1.3 试验样品的获取

2021年10 月玉米收获后，试验小区坡上、坡中、坡下三点取样，用土钻采集0～5、＞5～10、＞10～15、＞15～20、＞20～40、＞40～60、＞60～80、＞80～100 cm共8层的土壤样品，将采集好的土样，剔除植物凋零物、根系等杂物，塑封袋封装，一部分土样4 °C冰箱保存（鲜样），用于测定微生物量碳和可溶性有机碳；另一部分土样室内风干过筛，用于土壤有机碳、颗粒有机碳、矿物结合态碳和轻组有机碳测定。使用环刀取样测定土壤容重、含水量和孔隙度；取样锹取原状土测定土壤团聚体。

1.4 指标测定

1.4.1 土壤基本物理性质的测定

使用室内环刀法测定土壤容重（bulk density，BD）、土壤含水率（moisture content，MC）、土壤孔隙度（porosity，Ps）和土壤非毛管孔隙度（non-capillary porosity，NCP）[13]。

1.4.2 土壤水稳性团聚体的测定

土壤水稳性团聚体利用土壤团粒分析仪（DIK-2001，日本）湿筛法测定[14]：土壤样品过10 mm孔径，在真空条件下用蒸馏水慢速浸润2～4 min后，移至团聚体分析仪（套筛孔径自上而下为2、1、0.5、0.25 mm和0.053 mm），浸泡8 min，震荡2 min，每分钟循环30次，振动幅度3 cm。最后将各级套筛中土样60 °C烘干测定质量，计算大于0.25 mm团聚体的质量分数（＞0.25 mm aggregate content，WR0.25）和几何平均直径（geometric mean diameter，GMD）[15]。选取土壤大团聚体质量分数和几何平均直径作为土壤团聚体稳定性指标。

1.4.3 土壤碳氮组分的测定

土壤有机碳（soil organic carbon, SOC）质量分数和土壤全氮（total nitrogen, TN）质量分数测定：将土壤前处理，后采用元素分析仪（EA3000）测定[16]。

土壤颗粒有机碳（particulate organic carbon, POC）质量分数和土壤矿物结合态有机碳（mineral organic carbon, MOC）质量分数采用六偏磷酸钠分离法进行分离提取测定[17]：使用六偏磷酸钠处理土壤样品，振荡后过53um筛，冲洗后的筛上土样为POC组分，通过筛的土样为MOC组分，烘干磨细后采用元素分析仪（EA3000）测定；

土壤轻组有机碳（light fraction organic carbon, LFOC）质量分数按照有机质密度，借助重液分离浮选法测定[18]：使用NaI溶液（1.7 g/cm3）重液处理样品，离心处理后过0.45 μm滤膜用以区分轻重组分，用0.01M CaCl2溶液冲洗3次至无色，烘干磨细后采用元素分析仪（EA3000）测定；

土壤可溶性有机碳（dissolved organic carbon, DOC）质量分数测定[19]：先将土水混合样品（土水比1∶5）震荡离心后，过0.45 μm滤膜，最后采用自动有机碳分析仪（型号vario TOC cube，德国Elementar）测定；

土壤微生物量碳（microbial biomass carbon, MBC）质量分数采用氯仿熏蒸-K2SO4浸提法测定[20]：首先将测定样品在真空干燥器中利用氯仿熏蒸，对照组不进行熏蒸处理，再分别用40 ml 0.5 mol/L的K2SO4溶液（水土比1∶4）浸提30 min，用自动有机碳分析仪(型号vario TOC cube，德国Elementar)测定浸提液有机碳浓度。

1.5 数据处理与分析

用Excel 2016进行数据处理和数据分析，用独立样本T检验（Independent Samples t-test）进行数据的差异分析。用SPSS 26.0进行单因素方差分析(ANOVA)、双因素方差分析(Two-way ANOVA)和pearson相关性分析；用 Origin 2022 软件进行部分图型绘制与处理；运用Amos 21进行通径分析，分析耕作方式下土壤物理性质对土壤总有机碳变化的影响。

2 结果与分析

2.1 保护性耕作对SOC质量分数和储量以及全氮和碳氮比的影响

连续实施15 a后，0～5 cm表层土壤中，保护性耕作（NT）的平均SOC质量分数为33.70 g/kg，较CT高29.54%，达到显著差异（P<0.05）；＞5～10 cm表层土壤中，NT的平均SOC质量分数29.50 g/kg，较CT高出22.38%，达到显著差异（P<0.01）；＞10～20和＞20～100 cm土层SOC质量分数差异不显著（P<0.05）；＞10～100 cm土层NT的SOC质量分数虽比0～5和＞5～10 cm土层有所降低，但较CT的平均SOC质量分数有所增加。NT处理SOC质量分数随深度每厘米的下降幅度（0.25 g/kg）高于CT（0.13 g/kg）（图1a）。SOC储量与SOC质量分数显示相似的分布规律，NT相比于CT在0～5和＞5～10 cm土层碳储量明显增加（P<0.05），增幅就分别达到了31.11%和27.34%。除＞15～20 cm土层外，NT处理下SOC储量在各土层均高于CT处理，随着土层加深，NT与CT间的差异逐渐减小（图1b）。说明，保护性耕作（NT）可以显著提高表层SOC质量分数和储量，但对深层SOC质量分数和储量影响较小。

图1 不同耕作方式下土壤碳和氮变化Fig.1 Variation of soil carbon and nitrogen under different tillage modes

连续实施15 a保护性耕作后，0～5 cm表层土壤TN质量分数最高，NT的平均TN质量分数为2.60 g/kg，较CT高53.74%，达到显著差异（P<0.05）；＞5～10 cm表层土壤中，NT的平均TN质量分数2.25 g/kg，较CT高出37.60%，达到显著差异（P<0.05）；＞60～80 cm深层土壤中，NT的平均TN质量分数1.18 g/kg，较CT高出27.91%，达到显著差异（P<0.05）；其他土层TN质量分数差异不显著（P<0.05）；＞10～100 cm土层NT的TN质量分数虽比0～5和＞5～10 cm土层有所降低，但较CT的平均NT质量分数有所增加。NT处理TN质量分数随深度每厘米的下降幅度（0.015 g/kg）高于CT（0.007 g/kg）（图1c）。NT相比于CT在0～5和＞5～10 cm土层土壤C/N显著降低（P<0.05），降幅就分别为7.75%和6.25%。其他土层C/N差异不显著（P<0.05）（图1 d）。说明保护性耕作（NT）可以显著提升0～5、＞5～10和＞60～80 cm土层的TN质量分数，显著降低0～5和＞5～10 cm土层的C/N。

2.2 保护性耕作对SOC组分的影响

在有机碳组分质量分数方面（表2），不同耕作方式与土层交互效应对LFOC质量分数影响极显著（P<0.01），对POC质量分数影响显著(P<0.05)，对MOC、DOC、MBC质量分数影响不显著(P<0.05)（表2）。POC、MOC、LFOC和MBC质量分数随土层增加而显著降低（P<0.05），DOC质量分数随土层增加而显著增加（P<0.05）。相比于CT，NT显著提高了＞5～10和＞40～60 cm土层的POC质量分数(P<0.05)、＞60～80 cm土层的MOC质量分数(P<0.05)、0～5 cm土层的LFOC质量分数(P<0.05)、＞80～100 cm土层的DOC质量分数(P<0.05)、0～5和＞5～10 cm土层的MBC质量分数(P<0.05)，POC质量分数在＞5～10和＞40～60 cm土层的增幅分别为69.85%和192.13%，MOC质量分数在＞60～80 cm土层的增幅为38.71%，LFOC质量分数在0～5 cm土层的增幅为130.81%，DOC质量分数在＞80～100 cm土层的增幅为33.02%，MBC质量分数在0～5和＞5～10 cm土层的增幅分别为85.59%和59.53%。说明，耕作方式和土层的交互效应对不同SOC组分的影响存在差异。

表2 不同耕作方式下土壤碳组分及其占比Table 2 Soil organic carbon contents and their proportions under different tillage modes

秸秆覆盖与土层的交互效应对POC/SOC、MOC/SOC、LFOC/SOC、DOC/SOC和MBC/SOC比值均无显著影响表2）。POC/SOC、LFOC/SOC和MBC/SOC比值随土层增加而显著降低（P<0.05），其比值在0～5 cm土层最大；DOC/SOC比值随土层增加而显著增加（P<0.05），其比值在＞80～100 cm土层最大，在0～5和＞5～10 cm土层最小。不同耕作方式下，NT相较于CT显著提高了＞5～10 cm的POC/SOC比值，显著提高了＞80～100 cm的DOC/SOC比值（P<0.05），显著提高了＞15～20和＞80～100 cm的MBC/SOC比值（P<0.05），并且还显著降低了＞5～10 cm的MOC/SOC比值（P<0.05）。

2.3 土壤有机碳组分之间的相关性

土壤有机碳组分之间具有较高相关性，除DOC外，其余SOC组分都与SOC质量分数有极显著正相关关系（P<0.001），其中MOC与SOC的相关系数最高，高达0.91，其次为MBC、LFOC、POC。并且除DOC外，其他SOC组分之间都有极显著的相关性（P<0.001）。DOC与SOC有极显著的负相关性（P<0.001），并且DOC与POC，LFOC和MOC都呈极显著的负相关（P<0.01），与MBC呈显著负相关（P<0.05）（表3）。

表3 不同碳组分之间的相关性Table 3 Correlation among different carbon components

2.4 土壤结构对于耕作措施的响应及其与SOC组分的相关性

与CT相比，NT处理下0～5 cm土层土壤容重、孔隙度和非毛管孔隙度都没有达到显著差异（P<0.05），含水率为40.9%，相比于CT处理显著高出8.6%（P<0.05）。相比于CT，NT处理0～5 cm的团聚体的GMD值，提高84.67%（P<0.05）（表4）。说明保护性耕作（NT）明显改变土壤结构特征，利于蓄水保墒，增加土壤稳定性与抗蚀能力。

表4 不同耕作措施下各土层的土壤结构状态Table 4 Soil structure of different soil layers under different tillage managements

对于两个耕作处理中土壤0～5、＞5～10、＞10～15、＞15～20和＞20～40 cm土层的碳组分与土壤结构相关性分析结果显示，土壤容重与DOC质量分数呈显著正相关（P<0.05），与POC、LFOC、MOC质量分数呈显著的负相关（P<0.05）；土壤含水率与SOC、LFOC和MOC质量分数呈显著正相关（P<0.05），与DOC质量分数呈显著负相关（P<0.05）；孔隙度对于POC、LFOC、MBC质量分数都有显著的正相关关系（P<0.05），却与DOC质量分数呈显著的负相关（P<0.05）。GMD与土壤MBC质量分数呈现极显著的正相关关系（P<0.001），与土壤SOC、POC、LFOC质量分数呈现极显著的正相关关系（P<0.01），与土壤MOC质量分数呈现出显著的正相关关系（P<0.05）（表5）。说明，土壤结构影响土壤功能，进而会影响SOC组分。

表5 不同碳组分与土壤结构之间的相关性Table 5 Correlation between different carbon components and soil aggregate stability index

3 讨 论

3.1 保护性耕作对于SOC质量分数和储量的影响

本研究中，NT显著提高0～5和＞5～10 cm土层的SOC质量分数和储量，和李景等[21]在黄土高原15 a连续保护性耕作研究一致，郭孟洁等[22]在东北黑土区平地实施16 a保护性耕作模式也得到相似的结果，即0～5 cm土层保护性耕作下的SOC质量分数显著高于传统旋耕，说明NT可以有效提高土壤表层SOC质量分数，其原因主要包括两个方面：首先保护性耕作，增加SOC的外来输入量，为微生物提供可便于腐解的来源，微生物表现活跃，有利于SOC的积累[23]；其次免耕减少人为扰动，避免SOC矿化损失，减少碳损失[24]。NT处理除＞15～20和＞80～100 cm这两个土层外，其他土层平均SOC质量分数均高于CT，说明随着免耕年限的增加，NT处理不仅对于表层土壤SOC会产生影响，对于深层土壤SOC增量也产生了一定影响。保护性耕作出现了SOC逐渐向更深土层的积累效应，但这种深层SOC的增量相比于CT并不显著，可能是由于保护性耕作年限还远不够长，这与闫雷等[25]的论点一致。并且在＞80～100 cm土层中，无论是DOC质量分数还是DOC/SOC，NT都显著高于CT。其原因主要是：NT有效增加了各种生物类群的物种丰富度、群落数量和生物量，进而提高了食物网结构的复杂性及各营养级之间的有效连通性，有效促进了土壤碳固存的可持续性[26]；其次，DOC质量分数随土层深度增加而增加，说明土壤淋溶作用也是影响SOC迁移的重要因素，深层DOC的来源主要包括根系分泌物，微生物和壤中流搬运，但随着土层增加，根系和微生物来源都会减少，说明壤中流搬运的DOC是深层土壤DOC的主要来源[27]。不同来源的DOC通过生物降解和化学降解而进行迁移和转化，现阶段DOC的化学降解大多为光降解研究[28]。NT通过影响水分下渗来影响深层DOC积累，深层对于DOC的光降解能起到显著阻碍作用，深层土壤微生物表现没有土壤表层活跃，所以深层DOC受生物降解作用没有表层频繁，也进一步说明NT处理下土壤淋溶DOC对于深层SOC积累做出了积极贡献。

像POC、MBC这些土壤活性有机碳作为土壤碳组分中最活跃的成分，其对耕作管理措施的反应会更加灵敏。本研究发现，免耕显著提高了表层POC、MBC质量分数。与武均等[29]研究保护性耕作显著提高表层土壤POC质量分数结论一致，说明外源碳输入会促进POC在土壤中的固持，但与其保护性耕作显著提高表层土壤MOC的结论有所差异。MOC作为与矿物表面的相互作用而形成的惰性有机碳，对SOC的贡献大且周转时间长，是土壤SOC稳定性最重要的定量指标[30]。本研究对于表层惰性碳组分MOC提高不显著，可能由于地域和温度差异导致结果的不同，根据WIESMEIER等[31]发现，气候对土壤的固碳能力影响很大。土壤微生物生物量是土壤有机质中最为活跃的组分，其中，MBC是其重要的组成部分，用以表征微生物活体碳库。MBC是土壤中易于利用的养分库以及有机物分解的能量来源，与土壤中碳循环密切相关，本研究中NT显著提高了表层0～10 cm的MBC质量分数，这与孙冰洁等[32]研究保护性耕作表层土壤MBC的积累明显的结果一致。其原因主要是由于秸秆还田，导致土壤中供微生物利用的养分增多，微生物活跃程度高；其次由于免耕减少土壤扰动，微生物群落破坏较小，对于优势菌群的保持具体一定的积极作用。深层的微生物活动没有表层活跃，主要是由于保护性耕作对微生物生物量，包括对微生物多样性和群落结构的影响具有明显的土层效应。相比于表层，深层土壤的外源碳输入量更少，养分质量分数更低，微生物表现不活跃[33]。

3.2 土壤物理性质与碳组分之间的关联及主控因素分析

本研究发现，在东北典型黑土区实验地实行长期保护性耕作对于土壤物理性质有明显改善，其原因主要分为两点：一是秸秆还田显著提高土壤有机质质量分数，有机质对于土壤颗粒的胶结作用增大，利于土壤水稳性大团聚体发育；二是秸秆覆盖免耕能削减雨滴动能以及减少人为扰动，保护土壤团聚结构不被破坏，有利于团聚体的稳定。由于团聚体的复合结构单元能包裹住有机碳，对有机碳形成物理保护，防止其与微生物接触，减缓分解速度[34]，团聚体稳定性对于有机碳的稳定极为重要，因此，GMD对于土壤SOC、POC、MBC、LFOC和MOC质量分数呈显著的正相关。土壤孔隙度和土壤容重的大小可以直接影响到多种SOC组分的质量分数，土壤孔隙度大，说明土壤容重越小，具有良好通气透水性质，能促进微生物活动和凋落物分解，进而促进SOC积累[35]。反之土壤孔隙度越小，土壤容重越大，土壤紧实度越高，越不利于有机碳的形成与积累；非毛管孔隙度对多种碳组分都没有显著相关性，也同样可以说明总孔隙度对于碳组分的影响主要是通过毛管孔隙度完成的。其中DOC主要通过地上径流和土壤大孔隙的优先流组合输出[36]，土壤孔隙度的降低，反而限制了DOC随优先流的运移量，不利于DOC的积累。

根据图2所示，根据不同土层深度的通径分析可知，在0～20 cm土层中，耕作管理效应主要通过GMD来影响土壤POC、LFOC和MBC等活性碳组分，进而影响SOC，说明土壤团聚结构对于活性碳组分的保护，是影响SOC积累的关键因素。

图2 不同土层下土壤有机碳（SOC）的通径分析Fig.2 Path analysis of soil organic carbon (SOC) under different soil layers

且在土壤耕层，SOC的增加主要与MBC相关。说明土壤表层主要受微生物生物量的影响进而影响SOC。耕作管理效应对通过影响NCP，进而影响POC和LFOC质量分数。但NCP对于POC的影响是负面的，对于LFOC的影响是正面的，说明土壤大孔隙越多，与空气接触面积越大，微生物活动越活跃，POC作为供微生物活动、提供能量的主要碳源之一，易被微生物分解，不易积累。但LFOC组分的主要来源是秸秆和作物根系以及根系分泌物，大孔隙增多后，微生物活跃，对于秸秆的转化也会相应增多，加之根际的激发效应[37]，所以LFOC质量分数也会相应增多，利于SOC积累。在＞20～40土层中，耕作管理效应也主要通过团聚体稳定性GMD来影响土壤POC、MBC，进而影响SOC，土壤非毛管孔隙不再受到耕作效应的影响。

3.3 长期保护性耕作的增碳效应

与试验初始时SOC质量分数相比，经过15 a的连续保护性耕作，0～20 cm土层SOC质量分数增长5.76%，年平均增速达0.38%；＞40～60 cm土层SOC质量分数增长29.05%，年平均增速达1.94%。经过15 a的连续传统耕作，0～20 cm土层SOC质量分数降低12.95%，年平均降幅达0.86%；＞20～40 cm土层SOC质量分数降低19.97%，年平均降幅达1.33%。这说明长期保护性耕作不仅仅对于表层SOC影响大，也对于其他土层同样有着一定的影响。

长期保护性耕作的增碳速率也是目前研究人员关注的重要问题，QI等[38]在华南农业大学试验站发现实施保护性耕作（秸秆覆盖免耕、水稻单作）5 a可增加表层40%的SOC质量分数，年增速达到8%。蔡太义等[39]在渭北旱塬地区发现保护性耕作（秸秆覆盖免耕、玉米单作）实施5 a较实施1 a在0～10 cm土层SOC质量分数提高16.6%，年均增速4.15%；保护性耕作实施8 a较实施1 a在0～10 cm土层SOC质量分数提高38.0%，年均增速5.43%；保护性耕作实施10 a较实施1 a在0～10 cm土层SOC质量分数提高66.4%，年均增速7.38%。在10 a间SOC增速不断提高。但王琳等[40]在黄土高原西部旱农区比较实行保护性耕作（秸秆覆盖免耕、春小麦豌豆轮作）发现保护性耕作实施2 a、4 a、6 a、8 a和10 a较保护性耕作实施1 aSOC质量分数分别提高9.5%、13.2%、21.5%、1.1%、2.7%。基于本研究结果，结合上述研究结果分析表明，长期保护性耕作的增碳速率受限于研究区域的气候、土壤、种植方式等因素，呈现出不同的变化趋势，其内在的机制仍需进一步研究。

4 结 论

1）长期保护性耕作相比于传统耕作可以分别显著提高0～5和＞5～10 cm土层的土壤有机碳质量分数（29.54%和22.38%）（P<0.05），碳储量（31.11%和27.34%）（P<0.05），全氮质量分数（53.74%和37.60%）（P<0.05），表层土壤碳氮质量分数提升显著（P<0.05），深层土壤碳氮质量分数变化不显著。

2）长期保护性耕作增加的土壤有机碳主要以＞5～10 cm土层土壤颗粒有机碳（69.85%）、0～5 cm土层的土壤轻组有机碳（130.81%）和0～5、＞5～10 cm土层土壤微生物量碳（85.59%和59.53%）为主，并且对深层土壤有机碳组分也产生一定的积极影响。

3）长期保护性耕作对于土壤团聚体稳定性指标影响显著（P<0.05），并且土壤团聚体稳定性指标对于SOC质量分数提升也起到了关键作用。