秸秆粉碎和焚烧还田对石灰性紫色土耕层土壤孔隙和有机碳的影响

王越，况福虹，马胜兰，王艳强，李兰，唐家良，朱波

（1.中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所，成都 610041；2.四川农业大学资源学院，成都 611130）

川中丘陵紫色土区是四川乃至长江上游最重要也是最有潜力的农业生产区。石灰性紫色土的风化成土作用和养分循环速度快，磷钾及部分微量元素含量丰富，但有机质和全氮含量低，土层浅薄，结构水稳性弱，土壤富含母质碎屑，容蓄水量少，渗透率低，其下为透水性差的基岩，因而由地表径流和壤中流引起的土壤坡面侵蚀严重，这些土壤特征不利于该区的农业可持续发展。作物秸秆富含有机质、氮、磷、钾及微量元素，还田后可有效补充土壤养分并增加土壤有机碳储量，减少因化肥过量引起的土壤酸化、板结和硝酸盐淋洗等问题，同时有利于促进土壤团粒结构形成，增强土壤保水保肥性能，并提高作物产量。因此，秸秆还田是当地经济有效的减缓水土流失和促进农业副产物循环利用的主要方式。

秸秆焚烧时的高温一定程度上有利于灭杀秸秆和土壤中的病菌，且该方法操作简单，适合川中丘陵区机械化程度低且劳动力不足的情况，曾是区内农户首选的秸秆还田方式。由于秸秆焚烧排放大量温室气体及气溶胶颗粒，易引发雾霾，威胁交通安全及人身健康，四川省陆续出台了相关文件禁止秸秆焚烧。随着小型机械在四川丘陵区农业应用上的逐渐推广，秸秆粉碎还田更大比例的取代了焚烧还田。然而，农户在选择秸秆还田方式时更看重操作便捷程度和对农业生产本身的影响，并不会过多考虑还田方式对土壤和环境的长期影响，因此区内秸秆禁烧有屡禁不止和反弹的趋势。由于不同秸秆还田方式下的秸秆处理方法不同，可能对土壤孔隙和有机碳产生不同影响。土壤有机碳是土壤有机质水平的化学度量，与土壤肥力水平有密切关系。土壤孔隙尤其是控制优先流的大孔隙特征直接影响水分及养分在土壤中的运移特征，进而影响土壤保水保肥能力，与土壤养分固持及抗侵蚀有密切关系，因此土壤孔隙分布情况和变化与土壤有机碳浓度和储量存在密切关系。目前，国际上对大孔隙没有统一定义，多依照孔隙功能、孔隙中的水状态、毛管势情况等划分。CT扫描技术能在基本不扰动土壤原有结构的基础上获取土壤大孔隙构成和分布特征，可以更真实地描述土壤原有孔隙特征，因此广大学者也将CT扫描能识别的孔隙定义为大孔隙。

为了解秸秆还田方式对川中丘陵紫色土地区旱地耕层土壤孔隙和有机碳的影响，本研究从区域农业绿色可持续发展和农业废弃物循环利用的角度出发，针对石灰性紫色土有机质含量较低、土层浅薄、抗侵蚀能力弱等问题，通过长期定位试验，结合CT扫描技术，分析川中丘陵区秸秆粉碎还田及焚烧还田对耕层土壤孔隙特征及有机碳的影响，旨在为当地秸秆循环利用对土壤的影响方面的研究提供基础数据，为探明适合川中丘陵紫色土地区农业绿色发展的秸秆还田方式提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验站（105°27'E，31°16'N）位于四川盆地中部偏北的盐亭县林山乡，区内以中深丘陵地貌为主，地势北高南低，海拔400～600 m，属亚热带季风气候，春早夏热秋雨冬暖，2005—2020年平均降水量934 mm，平均气温16.6℃，平均无霜期294 d。

1.2 试验设计

试验地为川中丘陵区耕种熟化旱地，于2005年建成并设置处理，2006年开始进行长期定位观测，持续至今。试验选择冬小麦-夏玉米轮作体系中秸秆不还田（RMW）、秸秆粉碎还田（RMW）和秸秆焚烧还田（RMW）3个处理进行研究，每个处理设置3个平行，单个小区面积为5 m×10 m。供试土壤为石灰性紫色土，长期定位试验开始前，对该样地背景和基本理化性质进行调查和取样分析，样地耕层土壤平均容重、土壤总孔隙度和pH值分别为（1.58±0.02）g·cm、（40.27±0.91）%和8.38±0.17；耕层土壤砂粒、粉粒、黏粒和洗失量分别为（24.49±4.01）%、（45.03±1.21）%、（21.73±3.99）%和（8.76±0.88）%，有机质、全氮、全磷和全钾含量分别为（10.31±1.30）、（0.71±0.13）、（0.70±0.06）g·kg和（22.48±0.75）g·kg，碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为（52.61±9.24）、（2.82±1.33）mg·kg和（83.37±22.62）mg·kg。RMW和RMW处理秸秆还田量为大田常规种植模式（区域内为冬小麦-夏玉米轮作体系，施肥和农业管理措施与试验样地一致）平均秸秆产量的50%。秸秆粉碎还田处理在当季作物种植前，将前茬作物秸秆截成10～15 cm小段，均匀撒在小区地表；秸秆焚烧还田处理将小区内作物秸秆就地晾干焚烧，然后将焚烧产物在小区地表均匀扒散；对所有小区旋耕整地，耕作深度为15～20 cm。

冬小麦于每年10月下旬播种，次年5月中旬收获，种植前翻地，所有肥料用作基肥（与当地农户种植习惯保持一致），小麦种植当日一次性撒施并播种，然后翻耕覆盖肥料和种子，冬小麦季化肥氮（以N计）、磷（以PO计）、钾（以KO计）水平分别为130、72 kg·hm和36 kg·hm；夏玉米于每年5月下旬播种，9月中旬收获，种植前翻地，施肥分为两次，播种期穴施基肥，拔节期撒施追肥，氮肥的基肥和追肥比例为3∶2，磷、钾肥在基肥期一次性施用，夏玉米季氮（化肥氮+秸秆氮，以N计）、磷（以PO计）、钾（以KO计）肥水平分别为150、72 kg·hm和36 kg·hm。试验基肥均使用碳酸氢铵（含N量17%），追肥使用尿素（含N量46.7%），磷肥为过磷酸钙（含PO量12%），钾肥为氯化钾（含KO量60%）。冬小麦种植季使用前茬夏玉米秸秆还田，秸秆粉碎还田输入氮量约（30.2±8.9）kg·hm，夏玉米种植季使用前茬冬小麦秸秆还田，秸秆粉碎还田输入氮量约（9.0±2.0）kg·hm。

1.3 测定指标与方法

本研究从2006年开始取样，每年夏玉米收获前用土钻按照反S型采集8～10钻耕作层土壤，混合为1个土样，土样风干研磨过筛。有机碳浓度用重铬酸钾-外加热法（2016年前）及元素分析仪（2016年至今，Vario EL cube，德国Elementar）测定，所有土壤样品（含标样）上机前均用稀盐酸（盐酸和水体积比为1∶9）进行前处理，以去除无机碳干扰。试验区内石灰性紫色土总有机碳测定方法对比结果见表1，两种方法数据结果在标准值2倍标准误差范围内，测试结果具有可比性。本研究用2006年和2020年夏玉米收获期土壤结果对比耕层土壤有机碳经过15 a差异还田后的整体变化。夏玉米收获前，用环刀法测定土壤容重及总孔隙度，同时使用直径4 cm、高5 cm的PVC管采集原状土柱，利用计算机断层扫描技术（Phoenix Nanotom Smicro-CT scanner）扫描原状土柱测定土壤大孔隙特征参数，扫描参数设置如下：电压100 kV，电流100μA，时间间隔1 250 ms，分辨率25 μm，每个原状土柱采集2 000幅扫描图像。

表1 不同方法测定土壤标准物质（ASA-10）有机碳含量结果对比Table 1 Comparison of the results of different methods for determining the organic carbon content of soil standard samples（ASA-10）

1.4 数据处理与统计分析

本研究使用CT-Program软件将扫描投影信号转换为灰度图像，利用岩心孔隙网络模型对灰度图像进行增强、降噪及二值化处理（目标物质灰度值255标记，其余物质灰度值0标记），然后进行3D影像重建并提取大孔隙数量、体积、形态及连通性等特征参数。

本研究根据CT扫描仪的分辨率将＞25μm的孔隙定义为大孔隙，基于孔隙等效直径的扫描结果，3个处理识别出的孔隙直径均＞100μm，即当量孔径为25～100μm的孔隙数量为0，因此将大孔隙划分为100～500、500～1 000μm和＞1 000μm3个部分进行分析。

孔隙形态由孔隙形状因子、喉道形状因子及喉道截面积共同表征。形状因子表征孔隙/喉道近圆度，其值越大表示孔隙/喉道形状越接近圆形，越有利于水分和溶质在土壤中运移，相反则利于水分和养分固持。喉道是孔隙与孔隙之间相对狭窄的部位，喉道截面积越大越利于水分和溶质的运移。

孔隙连通性主要由孔隙配位数表征，指连接每一个孔隙的喉道数量，通常以统计结果的平均值表示，其值越大表示孔隙间的连通性越好，越利于气体扩散及物质交换。

本研究中的相关公式如下：

不同处理不同当量孔径孔隙大孔隙度：

式中：M为不同处理不同当量孔径孔隙大孔隙度，%；V为该处理该当量孔径孔隙体积，μm；V为该处理大孔隙体积，μm；M表示该处理大孔隙度，%。

耕层土壤有机碳储量：

式中：为耕层土壤有机碳储量，kg；为土层厚度，m；为试验小区面积，m；为耕层土壤容重，g·cm；为耕层土壤有机碳浓度，g·kg。

试验数据使用Excel 2016软件整理分析，使用SPSS 20.0软件进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和秩相关分析（Spearman相关分析），并用最小显著差异法（LSD）对结果进行多重比较，采用Origin 2018软件绘图。

2 结果与分析

2.1 秸秆还田方式对耕层土壤孔隙的影响

2.1.1 秸秆还田方式对耕层土壤容重、总孔隙度和大孔隙度的影响

长期秸秆还田有利于降低耕层土壤容重，提高土壤总孔隙度（表2）。RMW和RMW耕层土壤容重较RMW分别低11.7%和20.0%，土壤总孔隙度分别高14.1%和24.5%。RMW和RMW耕层土壤总孔隙度和土壤容重无显著差异，但二者大孔隙度表现不同：RMW和RMW耕层土壤大孔隙度分别是RMW的0.5倍和1.4倍，RMW耕层土壤大孔隙度是RMW的2.7倍。RMW耕层土壤总孔隙度较RMW增加、大孔隙度降低，说明RMW耕层土壤总孔隙度增加主要依靠当量孔径＜25μm孔隙的增加，即长期秸秆粉碎还田有利于促进耕层土壤当量孔径＜25μm的孔隙发育。

表2 秸秆还田方式对耕层土壤容重、总孔隙度和大孔隙度的影响Table 2 Effects of straw returning method on total porosity，bulk density and macroporosity in cultivated layer of soil

2.1.2 秸秆还田方式对耕层土壤不同当量孔径孔隙数量及大小的影响

长期秸秆粉碎还田和焚烧还田时，耕层土壤大孔隙尤其是当量孔径为100～500μm的大孔隙数量大幅减少（图1a）。RMW和RMW大孔隙总数量较RMW分别少49 198个和49 117个，100～500μm孔隙数量较RMW分别少51 069个和49 579个，但RMW和RMW100～500μm孔隙的孔隙度均为0.9%，RMW100～500μm孔隙的孔隙度为0.6%，说明长期秸秆粉碎还田使耕层土壤100～500μm平均孔隙直径增大，长期秸秆焚烧还田耕层土壤100～500μm平均孔隙直径较秸秆粉碎还田处理小。

RMW500～1 000μm孔隙数量是RMW的2.5倍，RMW500～1 000μm孔隙数量和RMW相当，RMW500～1 000μm孔隙的孔隙度分别为RMW和RMW的3.3倍和2.6倍，说明长期秸秆粉碎还田条件下，耕层土壤500～1 000μm孔隙数量增多、体积增大。

RMW当量孔径＞1 000μm孔隙数量和RMW相当，RMW＞1 000μm孔隙数量是RMW的1.6倍，RMW、RMW和RMW＞1 000μm孔隙的孔隙度分别为11.6%、3.5%和17.2%（图1b），说明长期秸秆焚烧还田有利于增加耕层土壤＞1 000μm孔隙数量，秸秆粉碎还田条件下耕层土壤＞1 000μm平均孔隙直径趋小。

图1 不同处理耕层土壤大孔隙数量及孔隙度Figure 1 The number and porosity of macropores in cultivated soil under different treatments

2.1.3 秸秆还田方式对耕层土壤孔隙配比及分布的影响

长期秸秆粉碎还田和焚烧还田均有助于调节耕层土壤不同当量孔径孔隙比例，优化耕层土壤大小孔隙配比，且长期秸秆粉碎还田处理耕层土壤不同当量孔径孔隙数量占比（不同孔径孔隙数量占大孔隙总数量比例）和体积占比（不同孔径孔隙体积占大孔隙总体积比例）均较长期焚烧还田处理合理。不同当量孔径孔隙占比结果显示（图2），3个处理孔隙数量均以当量孔径100～500μm孔隙为主，500～1 000μm孔隙数量次之，＞1 000μm孔隙数量最少，RMW、RMW和RMW不同孔径孔隙数量比（比值顺序为小孔径到大孔径）分别为109∶2∶1、45∶4∶1和31∶1∶1。体积上3个处理均以当量孔径＞1 000μm孔隙为主，RMW、RMW和RMW不同孔径孔隙体积比（比值顺序为小孔径到大孔径）为1∶1∶12、1∶3∶4和1∶1∶25。

图2 不同处理耕层土壤大孔隙占比Figure 2 Proportion of macropores in cultivated layer of soil under different treatments

原状土柱三维复原图和截面图可直观展示原状土壤孔隙位置及孔隙分布状况（图3）。RMW原状土柱中有多处明显的大孔隙集中分布点，RMW原状土柱孔隙分布较RMW更均匀但仍能观察到大孔隙集中分布点，RMW大孔隙均匀分布于土柱各个部位。可见长期秸秆粉碎还田和焚烧还田均能有效改善耕层土壤大孔隙集中分布的现象，但长期秸秆粉碎还田改善效果更好。

图3 不同处理原状土柱三维复原图及三维截面图Figure 3 3Drestoration and 3Dcross-section of undisturbed soil column under different treatments

2.1.4 秸秆还田方式对耕层土壤孔隙形态、连通性的影响

如表3所示，RMW与RMW的平均孔隙形状因子较RMW分别低0.11和0.06，平均喉道截面形状因子均低0.05，平均喉道截面积分别低0.09μm和0.02μm，耕层土壤保水保肥能力为RMW＞RMW＞RMW。平 均 配 位 数 为RMW＞RMW＞RMW，可见RMW孔隙间连通性略差，RMW耕层土壤大孔隙更利于孔隙间的物质交换及气体扩散。

表3 不同处理耕层土壤孔隙形态及连通性参数Table 3 Pore morphology and connectivity parameters in cultivated layer of soil under different treatments

2.2 秸秆还田方式对耕层土壤有机碳的影响

不同处理耕层土壤有机碳浓度和储量变化如图4所示，试验初期（2006年）各处理耕层土壤有机碳浓度差异不显著，耕层土壤有机碳平均浓度为RMW（5.38 g·kg）＞RMW（5.14 g·kg）＞RMW（4.67 g·kg）。连续还田15 a后（2020年），RMW和RMW之间耕层土壤有机碳浓度仍无显著差异，但二者均显著低于RMW。RMW、RMW和RMW耕层土壤有机碳浓度较2006年分别增加16.3%、58.9%和15.6%，只有RMW增长幅度达到显著水平。2020年耕层土壤有机碳浓度为RMW（7.42 g·kg）＞RMW（6.22 g·kg）＞RMW（5.97 g·kg）。

图4 秸秆还田方式对耕层土壤有机碳浓度及储量的影响Figure 4 Effects of straw returning method on soil organic carbon concentration and storage in cultivated layer of soil

耕层土壤有机碳储量变化趋势与有机碳浓度变化趋势略有不同。2006年耕层土壤有机碳储量为RMW（64.34 kg）＞RMW（61.66 kg）＞RMW（54.46 kg），各处理间耕层土壤有机碳储量无显著差异。2020年耕层土壤有机碳储量为RMW（71.30 kg）＞RMW（64.82 kg）＞RMW（53.98 kg），RMW和RMW耕层土壤有机碳储量无显著差异，但均显著高于RMW。RMW2020耕层土壤有机碳储量较2006年增加5.1%，RMW增加30.9%，RMW减少了16.1%。

2.3 土壤孔隙与有机碳的关系

有机碳与孔隙特征间的Spearman相关系数见表4。土壤有机碳浓度与平均孔隙形状因子和平均喉截道面积、大孔隙总数量之间存在极显著负相关关系；不同当量孔径孔隙数量对有机碳浓度影响表现不同，有机碳浓度与100～500μm孔隙数量呈极显著负相关关系，与500～1 000μm孔隙数量呈极显著正相关关系，与＞1 000μm孔隙数量无显著相关关系；平均配位数与有机碳浓度无显著相关关系。

表4 土壤有机碳与孔隙特征相关性Table 4 Correlation between soil organic carbon and pore characteristics

排除土壤容重和土壤有机碳浓度交互作用，耕层土壤有机碳储量与耕层土壤容重、有机碳浓度均呈极显著正相关关系。耕层土壤100～500μm孔隙的大孔隙度与土壤容重呈极显著正相关关系，与土壤总孔隙度呈极显著负相关关系。

3 讨论

3.1 秸秆还田方式对耕层土壤孔隙的影响

本研究结果表明，长期秸秆粉碎还田和焚烧还田条件下，耕层土壤孔隙趋于向更大孔隙发育，其中100～500μm孔隙数量减少明显，这与耿玉辉、DEXTER等的试验结果一致。两种还田方式均显著增加了耕层土壤总孔隙度、降低了土壤容重，这与SASAL等、WUEST、ZHANG等的研究结果一致。因为粉碎的秸秆在腐化和分解过程中，有利于促进土壤颗粒细化，加强土壤微粒团聚作用，增加土壤大粒径微团聚体数量，进而增加土壤孔隙度及有机质含量，有机质增加能促进微生物活性，微生物菌丝能加强土壤矿物颗粒黏结，促进土壤孔隙向更大孔隙发育。此外，有机质长链分子能够束缚矿物颗粒，促进土壤团聚体发育。但是，NEARY等的结果与本试验相反，即秸秆焚烧增加土壤容重。这主要是因为高温减少土壤胶结物，阻碍土壤微粒团聚，同时秸秆焚烧富集的灰分堵塞部分孔隙降低了土壤孔隙度，从而导致土壤容重增加；且秸秆燃烧产生挥发性气体覆盖在土壤颗粒上，增强了土壤疏水性、坡面径流及土壤侵蚀，破坏土壤结构。KENNARD等发现火烧会引起土壤颗粒物的沉降从而导致土壤容重增加。田国成的试验则表明秸秆焚烧对土壤容重无显著影响。试验结果的差异可能是由于不同地域与环境条件下秸秆焚烧的温度、强度、持续时间和焚烧范围等差异造成。

张敏等发现高强度火烧会破坏土壤结构，中低强度火烧对土壤微团聚体破坏程度较小。部分学者的研究也显示轻度热作用可改善土壤结构，促进团粒结构的形成，增加土壤总孔隙度。秸秆焚烧过程可能产生少量具有大量有机大分子物质以及发达孔隙结构的黑炭，有助于土壤形成大团聚体，增加土壤孔隙度及降低容重。秸秆焚烧过程中，土壤温度短时上升、水分骤减，易使土壤产生较大的裂隙状孔隙，这也可能导致土壤孔隙度增加及容重降低。MATAIX等发现火烧历史（距最近一次发生火烧的时间）越短的土壤疏水性持续时间越长，且疏水性的增加会使土壤湿润延迟，减缓孔隙中因水分侵入导致的气压积累及能量释放，进而增加土壤团聚体稳定性。本试验小区面积和秸秆量有限，单次秸秆焚烧持续时间较短，火焰温度相对较低，焚烧对土壤结构破坏较小。本研究条件下，秸秆每年5月和10月还田，但该区域强降雨集中在6—9月，5月和10月发生强降雨的概率较小，秸秆焚烧还田处理因疏水性增加而导致的土壤团聚体稳定性增加可能部分抵消土壤因渗透率降低引起的土壤侵蚀。

两种秸秆还田方式均能改善耕层土壤孔隙特征。长期秸秆粉碎还田处理使耕层土壤孔隙特征更有利于保持水分，但孔隙连通性略差；长期秸秆焚烧还田处理由于存在较大裂隙，耕层土壤孔隙连通性较好，有利于气体扩散及孔隙间物质交换，但可能不利于养分固持。

3.2 秸秆粉碎还田和焚烧还田对土壤有机碳的影响

本研究表明，秸秆还田方式能显著影响耕层土壤有机碳变化，秸秆粉碎还田显著提升了耕层土壤有机碳浓度及储量，这与前人研究结果一致。秸秆焚烧还田耕层土壤有机碳储量降低，有机碳的浓度略有增长，但增幅不显著，与前人结果略有不同。秸秆施入土壤后部分秸秆碳以微生物残体或代谢物形式进入土壤各有机碳库，同时可为微生物活动提供充足物质基础，促进土壤微生物对土壤原有机质的分解，因此秸秆粉碎还田有利于增加耕层土壤有机碳含量。秸秆焚烧产生的热辐射使秸秆中大部分含碳物质在进入土壤前就被分解损失，同时造成真菌、细菌、放线菌等土壤微生物死亡，显著降低土壤微生物数量并造成土壤酶失活，进而影响土壤有机碳分解与循环，因此多数研究表明秸秆焚烧还田显著降低耕层土壤有机碳含量。本研究中秸秆焚烧导致耕层土壤有机碳储量下降和有机碳浓度升高。这可能是因为耕层土壤有机碳浓度增量较小，而土壤容重降低幅度较大，最终导致耕层土壤有机碳储量下降。耕层土壤有机碳浓度上升则与还田年限、焚烧火焰强度和温度、微生物恢复状况等因素有关。

研究表明，短期火烧后土壤有机碳浓度会减小，长期火烧由于灰渣与土壤混合、木炭形成及生物矿化速率降低，而使土壤有机质浓度有所增加，轻度燃烧有利于增加土壤有机质浓度，中高强度的燃烧则会显著降低土壤有机质浓度。秸秆焚烧在杀死土壤微生物的同时也创造了新的利于微生物繁殖的条件，促进了残留微生物的繁殖及新微生物的发育，一定程度上可以弥补因高温导致的微生物数量减少，具体恢复情况则因焚烧强度、地表植被情况、气候等不同而有差异，慢的可以长达数十年，快的几个月便能恢复到与焚烧前相当的水平。

长期秸秆粉碎还田有利于耕层土壤有机碳固存，而长期秸秆焚烧还田不利于耕层土壤有机碳有效库容增加，且焚烧方式、焚烧损失、火焰强度及燃烧持续时间等因素对秸秆焚烧还田结果影响较大，实际还田效果可能与试验结果相差较大。

3.3 土壤孔隙结构与有机碳的关系

本研究结果表明，有机碳浓度与大孔隙总数量呈极显著负相关，与LIANG等、TOOSI等、张维俊等的研究结果一致，与100～500μm孔隙数量呈极显著负相关关系，与500～1 000μm孔隙数量呈极显著正相关关系，与＞1 000μm孔隙数量无显著相关关系，这可能与不同当量孔径孔隙中有机碳保护机制不同有关。KNICKE等发现活性有机碳被包裹在难降解的多聚体和腐殖质大分子的网络结构中，而大多数易分解有机物分布在大孔隙中，因此大分子包被作用可能是大孔隙中土壤有机碳保护的机制之一。微团聚体（＜250μm）中的孔隙较大团聚体（＞250μm）中孔隙小，会限制微生物的通过，阻碍有机物与微生物接触，团聚体的分室作用可能是小孔隙中土壤有机碳的保护机制。相同的保护机制在不同当量孔径孔隙中表现也会不同，JASTROW等发现大团聚体能够固定更多的有机碳，小团聚体中有机碳少但更长久稳定。

本研究结果显示，土壤有机碳浓度与平均孔隙形状因子和平均喉截道面积呈极显著负相关，说明当大孔隙特征有利于水分下渗及溶质运移时不利于有机碳积累。但平均配位数与有机碳浓度无显著相关关系，说明孔隙间的连通通道数量对有机碳浓度没有显著影响。KRAVCHENKO等则发现与大气相连的孔隙百分比与有机碳分解成正相关关系，即孔隙通气性越好越有利于有机碳分解。这与本研究结果有一定差异，可能是因为孔隙连通性除了受平均配位数直接影响外还受土壤孔隙形态、大小的间接影响，三者相互影响从而导致上述结果差异。

土壤中不同孔径的孔隙数量、孔隙形态以及孔隙连通性等均会一定程度影响土壤中液体、气体及微生物的运移和生境，对土壤中微生物种类、活性及功能产生间接影响，同时影响微生物主导的有机碳分解与固定过程。土壤有机碳分解与固定过程也会反作用于土壤孔隙，调节土壤孔隙的数量、形态等。本研究结果表明，土壤大孔隙数量越多、孔隙越大、通气性越好，在一定程度上反而不利于土壤有机碳的积累，而形状不规则的孔隙对液体流通阻碍较大，有利于增加溶液在土壤中的停留时间，在一定程度上可能更有利于土壤有机碳固持。

4 结论

（1）秸秆粉碎和焚烧还田均有利于增加耕层土壤总孔隙度，同时一定程度上使耕层土壤孔隙形态不利于溶液迁移，从而有利于提高土壤保水保肥能力。

（2）秸秆焚烧还田处理使耕层土壤大孔隙度和水分运移通道增加，有利于水分下渗形成壤中流，但耕层土壤连通性增强不利于有机碳积累，同时有机质分解产生的CO等气体更易扩散到大气中造成负面影响。

（3）秸秆粉碎还田使耕层土壤大孔隙度降低，阻碍土壤优先流形成，使土壤水肥保蓄能力较焚烧处理增强。同时粉碎还田使土壤大小孔隙配比合理且孔隙间物质交换及气体扩散适度，有利于增加耕层土壤有机碳积累。

（4）综合比较两种还田方式在保水保肥、抗蚀抗旱及有机碳固存等方面的差异发现，秸秆粉碎还田更有利于改善石灰性紫色土耕层土壤的孔隙特征，更适合川中丘陵区农业资源循环利用和农业绿色发展。

：感谢中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站为本试验提供试验场地及设备，感谢姚致远博士对数据分析给予的建议，感谢张蓉在样品分析中提供的指导与帮助。