基于东北黑土地的秸秆还田对土壤固碳能力影响研究*

腾 云，庞博园，刘新晶，刘深勇

（1．东北农业大学，黑龙江 哈尔滨 150030；2.黑龙江生态工程职业学院，黑龙江 哈尔滨150028；3.黑龙江农垦职业学院，黑龙江 哈尔滨 150025）

应对全球气候变化、推进全球可持续发展，日益成为世界共识。习近平主席在第七十五届联合国大会上宣布，中国力争于2030年前达到碳达峰，于2060年前实现碳中和。我国农业农村温室气体排放占全国的15%。实施耕地保护增强耕地碳汇能力，促进碳中和效应提升得到我国政府和学界的普遍关注。

农田是地球主要碳库之一，农田土壤碳库大约占陆地土壤碳库近10%[1]，提升农田土壤固碳能力，对农业碳中和有重要意义。秸秆还田是农作物收获后将其秸秆直接粉碎到耕地或者在外面进行腐熟后再施入耕地中的有效手段。大力推广秸秆综合利用技术，减少了化肥投入量，增加了粮食产量，促进了农业绿色发展[2-3]。土壤团聚体是有机碳固定的主要载体，其稳定性决定着有机碳固定的效果，秸秆还田是影响土壤团聚体结构的主要外来影响方式和农田碳输入的主要途径，秸秆还田不仅能够吸收空气中的二氧化碳，而且能够固定土壤中的有机碳，对农业碳中和产生重要影响[4-6]。

基于此，选择东北黑土地为研究对象，探寻秸秆还田对土壤固碳能力及作物生长发育的影响机理，为提升农业碳中和效应提供有益参考。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

试验时间从2019年5月到2020年10月。试验地点选择辽宁省海城市黑土种植基地，主要种植小麦、玉米等农作物。试验地土壤类型为黑土地，气候类型为温带季风气候，每年降雨量集中在6-8月，平均降雨量为720mm左右。农田有机质含量在3.5%左右，土壤的pH值在7.1左右。

1.2 试验材料和方法

（1）试验材料。小麦选择沈阳农业大学选育的米808号品种，亩产在400公斤左右。玉米选择黑龙江省农科院玉米研究所选育的龙高L2品种，亩产在1000公斤左右。

（2）小麦和玉米的种植。设置3个秸秆还田处理方式：处理1玉米、小麦秸秆全还田处理；处理2玉米秸秆还田（小麦秸秆不还田）；处理3小麦秸秆还田（玉米秸秆不还田）；对照组玉米、小麦秸秆不还田。在种植小麦和玉米时要施足底肥，其他田间管理条件要做到一致。

（3）试剂与仪器。试剂为0.136mol/L的重铬酸钾-硫酸标准溶液、0.2mol/L的硫酸亚铁标准溶液和邻啡罗啉指示剂。仪器为分析天平、硬质试管、油浴锅、铁丝笼（消煮时插试管用）、温度计、滴定管、三角瓶、量筒、角匙、吸水纸、滴瓶、试管夹和试剂瓶等[7]。

1.3 样品采集和测量

（1）土壤容重。从试验区内随机选择5个点对土壤进程容重进行取样测量，采用环刀法，每10cm作为取样层，依次测量土壤中0-40cm的容重。

（2）土壤有机碳含量。取土法如上，运用重铬酸钾法测定土壤有机碳含量。重铬酸钾法测定步骤：称取样品滴加重铬酸钾-硫酸溶液，加热至煮沸，冷却后滴加邻啡罗啉指示剂和硫酸亚铁溶液，溶液由浅绿色突变为棕红色即为终点[7]。测定原理是用过量的重铬酸钾-硫酸溶液，氧化土壤有机质中的碳，剩余重铬酸钾用硫酸亚铁标准溶液滴定，根据消耗重铬酸钾量可以计算出有机碳量[7]。

1.4 数据处理方式

数据采用SPSS 22.0软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤容重的影响

不同秸秆还田方式对土壤容重影响如表1所示。从数据看出，在0-40cm深度土层内，随取土层深度增加，土壤容重增加。3种处理秸秆还田方式能够降低0-30cm土层深度内的土壤容重，但在30-40cm土层深度影响并不显著。在3种秸秆还田方式中，处理1对秸秆还田后土壤容重的降低效果最为显著。

表1 秸秆还田对土壤容重影响

2.2 对土壤固碳能力的影响

不同秸秆还田方式对土壤固碳能力影响如表2所示。数据表明：在0-10cm土层深度内，处理1和3两种方式土壤固碳能力最高，均超过6g.kg-1，显著高于对照。10-20cm土层深度内，表现为处理1秸秆还田方式土壤固碳能力最高，但与处理2固碳能力无显著性差异。在20-30cm土层深度内，表现为处理1固碳能力为最强。在30-40cm土层深度，3种不同秸秆还田方式和对照之间固碳能力无显著性差异。

表2 秸秆还田对土壤固碳能力影响

2.3 对小麦和玉米生长发育影响

对小麦和玉米出苗率影响。4月25日播种玉米，待5月份玉米全部发芽后，对玉米出芽率进行观察。9月25日播种小麦，待10月份小麦全部发芽后，对小麦出芽率进行观察。秸秆还田对小麦、玉米出苗率的影响如图1所示，处理1小麦出苗率为92.7%，玉米出苗率为91.3%，分别比对照减少0.75%和1.76%；处理2玉米出苗率为92.6%，比对照减少0.36%；处理3小麦出苗率为92.3%，比对照组减少1.18%。由此可见，秸秆还田后与未还田地块相比，小麦和玉米出苗率下降非常少，对小麦和玉米出苗率不会造成影响。

图1 秸秆还田对小麦、玉米出苗率的影响

对小麦和玉米产量影响如图2所示。秸秆还田处理1小麦平均亩产量为428.3公斤，玉米平均亩产量为1147.3公斤，分别比对照增产5.76%和5.45%；秸秆还田处理2玉米平均亩产量为1128.7公斤，比对照增产了3.74%；秸秆还田处理3小麦平均亩产量为426.3公斤，比对照高5.28%。由此可见，秸秆还田能够促进小麦和玉米增产，增产幅度在3%-6%之间，效果很明显。

图2 秸秆还田对小麦、玉米产量的影响

3 分析与讨论

3.1 秸秆还田对土壤固碳能力影响

本试验结果显示，三种不同秸秆还田处理方式，在0-30cm土层深度内，能够降低土壤容重，处理1方式对土壤容重降低效果最为显著，显著高于对照处理；30-40cm土层深度与对照相比无显著影响。在土壤固碳能力方面，处理1秸秆还田方式对土壤固碳能力增强效果最为显著，显著高于对照处理，0-40cm土层深度固碳能力则与对照相比无显著影响。

3.2 秸秆还田对小麦、玉米影响

本试验结果显示，与秸秆未还田处理方式相比，秸秆还田处理方式均可提升小麦和玉米产量。在秸秆还田后，能够显著改善土壤结构，补充土壤有机质含量，从而提升农作物产量。玉米和小麦两季秸秆还田方式的产量高于单季秸秆还田模式，在玉米秸秆还田后，能够在小麦越冬前和小麦返青后快速腐烂，从而使小麦在生长季节能够得到充足的养分，达到小麦增产的目的。三种不同方式秸秆还田后，对冬小麦和夏玉米出苗和生长不但未产生负面影响，而且还增加了产量。

4 结论

本文通过研究秸秆还田三种不同方式对土壤固碳能力、小麦和玉米的出苗和生长的影响得出以下结论：第一，秸秆还田方式能够降低土壤容重，增加土壤有机碳含量，增加土壤固碳效果，其中双季秸秆还田效果最佳；第二，秸秆还田使小麦和玉米出苗率有所下降，但下降幅度很小且出苗率未对产量产生影响；第三，秸秆还田能增加小麦和玉米产量，其中双季秸秆还田方式对小麦和玉米亩产量增加较为明显。