Effects of Long-term Subsoiling Combined with Straw Returning on Carbon Sequestration Capacity and Inorganic Stability Mechanism of Soil Aggregates

WANGNing, ZHANGRenzheng, LIUZhen, LVJinling, SHENYing, YANGQian, LIGeng, NINGTangyuan

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (28) : 83-93. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0747

Effects of Long-term Subsoiling Combined with Straw Returning on Carbon Sequestration Capacity and Inorganic Stability Mechanism of Soil Aggregates

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Abstract

The effects of long-term tillage and straw returning on soil aggregate carbon sequestration capacity was analyzed, the inorganic stability mechanism of Fe and Al oxides in aggregates was explored, and theoretical basis for selecting appropriate farmland management measures was provided. Four treatments were set up in the experiment including subsoiling with straw returning (STs), subsoiling without straw returning (ST0), no-tillage with straw returning (NTs) and no-tillage without straw returning (NT0). The water-stable aggregates were measured by wet sieve method. Soil organic carbon and aggregate organic carbon were measured by TOC analyzer. Various forms of iron aluminum oxides were measured by colorimetric method. The effect of four treatments on each index was analyzed and compared. The results showed that compared with subsoiling, the mean weight diameter and geometric mean diameter in no-tillage were increased by 18.6% and 6.8%, respectively. Compared with no-tillage, the soil organic carbon of >2, 1-2, 0.5-1, 0.25-0.5 and 0.106-0.25 mm in subsoiling was increased by 27.9%, 28.8%, 16.9%, 11.0% and 5.5%, respectively. The total carbon storage of subsoiling was increased by 11% than that of no-tillage. The total carbon storage of straw returning increased by 11% than that of no straw returning. The content of free iron oxide in the surface soil was increased by 50% than that of other treatments. Compared with no-tillage, the amorphous iron and complex aluminum in subsoiling were increased by 43% and 65%, respectively. Therefore, long-term subsoiling combined with straw returning could effectively improve soil carbon sequestration capacity and inorganic stability of aggregates.

Key words

subsoiling / straw returning / aggregate / carbon reserve / iron and aluminium oxide / soil carbon sequestration capacity / inorganic stability of aggregates

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WANG Ning , ZHANG Renzheng , LIU Zhen , LV Jinling , SHEN Ying , YANG Qian , LI Geng , NING Tangyuan. Effects of Long-term Subsoiling Combined with Straw Returning on Carbon Sequestration Capacity and Inorganic Stability Mechanism of Soil Aggregates. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2024, 40(28): 83-93 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0747

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【目的】研究Bt蛋白与南方主要土壤（砖红壤、赤红壤、红壤和黄壤）的相互作用，探讨不同形态铁铝氧化物对吸附的影响。【方法】采用平衡吸附法研究Bt蛋白在不同土壤上的吸附特征，并用Langmuir方程进行拟合。【结果】Bt蛋白在去游离态铁铝砖红壤和红壤表面吸附曲线为H型，而在其它供试土壤表面的吸附曲线均为L型，可用Langmuir方程拟合；去除络合态铁铝土壤对Bt蛋白吸附量增加，而去除其它形态铁铝氧化物土壤上的吸附量均有不同程度的降低，且游离态铁铝对Bt蛋白吸附的影响最大；Bt蛋白在去除络合态铁铝土壤表面吸附亲和力最大，在去除游离态铁铝的供试土壤表面亲和力最小。【结论】除络合态铁铝外，游离态、非晶形态等铁铝氧化物能促进土壤对Bt蛋白的吸附，这将为Bt蛋白在土壤中环境风险评价提供参考。
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本文引用 [1] 摘要
【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ<sub>v</sub>;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R<sub>0.25</sub>）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R<sub>0.25</sub>、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。
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本文引用 [1] 摘要
【目的】耕作措施对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）具有重要影响。本研究利用团聚体和密度联合分级方法,旨在揭示长期耕作对表层土壤团聚体内密度颗粒组分SOC及TN的影响,为深入理解黄土高原农田土壤碳氮提升机理提供依据。【方法】长期试验位于黄土高原东部边缘地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕无覆盖（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。于2013年7月采集0—10 cm土层样品,首先通过干筛法筛分>2、1—2、0.25—1和2 mm和1 mm粒级团聚体SOC含量提高幅度最大;团聚体TN平均提高了12.2%和24.1%,尤其对2 mm团聚体cPOM和
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本文引用 [1] 摘要
【目的】阐明长期免耕及覆盖措施对渭北旱塬农田土壤团聚体结构和有机碳含量的影响，探索改善区域土壤的适宜耕作措施。【方法】在连续16年的黑垆土田间定位试验中选择传统耕作（CT）、免耕无覆盖（NT）、免耕+秸秆覆盖（NS）、免耕+地膜覆盖（NP）、免耕+秸秆覆盖+地膜覆盖（NSP）等共5种田间管理措施，于2019年10月春玉米收获期采集0—40 cm土层土样，测定容重、团聚体粒级分布及有机碳含量。【结果】（1）免耕及覆盖措施（NT、NP、NS和NSP）影响了黑垆土容重和团聚体粒级分布。免耕及覆盖措施均提高了耕层（0—20 cm）土壤容重，其中0—10 cm土层容重提高7.1%—17.8%，犁底层容重和孔隙度变化与耕层相反。耕层大团聚体比例显著提高、微团聚体比例显著降低，促进耕层微团聚体向大团聚体的转化。各粒级团聚体重量百分比在耕层（0—20 cm）分布为：较大团聚体（0.25—2 mm）&gt;大团聚体（&gt;2 mm）&gt;微团聚体（0.053—0.25 mm）&gt;粉黏粒组分（&lt;0.053 mm），在犁底层（20—40 cm）为较大团聚体和粉黏粒组分显著高于大团聚体和微团聚体。（2）免耕及覆盖措施下有机碳含量随团聚体粒级增大而增加。在0—40 cm土层，NT处理各粒级团聚体有机碳含量均显著低于CT处理，而NS、NSP处理均显著高于CT处理。（3）耕层总有机碳累积以&gt;0.25 mm团聚体有机碳为主，犁底层以粉黏粒组分和较大团聚体有机碳为主。【结论】长期免耕及覆盖措施促进耕层微团聚体向大团聚体转化。与传统耕作相比，免耕和地膜覆盖均降低了耕层各粒级团聚体有机碳含量。而免耕覆盖（NS、NP和NSP）比免耕无覆盖（NT）均增加了各粒级团聚体有机碳含量。免耕结合秸秆覆盖（NS）显著改善土壤容重且对各粒级团聚体有机碳含量提升幅度最大，是最佳处理。
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