比利时65年长期试验揭示有机质管理对土壤有机碳储量的差异化影响机制

本研究通过分析比利时65年长期定位试验数据，系统评估了牲畜粪肥(CM/PS)、秸秆还田(RR)和覆盖作物(CC)等有机质(OM)管理措施对土壤有机碳(SOC)储量的影响。研究发现牛粪(CM)施用可使表层土壤(0-25cm)SOC储量显著提升20%，而猪粪(PS)、秸秆还田和覆盖作物单独作用效果有限，但组合应用具有累积效应。研究创新性采用等效土壤质量法(ESM)量化碳储量，揭示了有机质输入数量与质量对SOC稳定的协同调控机制，为农田碳汇管理提供了重要理论依据。

　　

在气候变化与土壤退化双重挑战下，如何通过农业管理措施提升土壤有机碳(SOC)储量已成为全球关注焦点。比利时作为欧洲集约化农业区代表，其黄土带耕地SOC含量已降至1.15%的结构稳定性临界值。传统观点认为有机质(OM)输入是提升SOC的关键途径，但不同OM管理措施（如牲畜粪肥、秸秆还田、覆盖作物等）的长期效应差异及其相互作用机制仍不明确，且多数研究仅关注表层土壤。

比利时农业研究中心(CRA-W)的Simon Sail团队在《European Journal of Agronomy》发表了为期65年的长期定位试验(LTE-OM)研究成果。该试验设立于1959年，包含6种OM管理处理：作物残体输出(RE)、牛粪(CM)施用、秸秆还田(RR)、秸秆还田+覆盖作物(RR+CC)、猪粪(PS)+秸秆还田+覆盖作物(PS+RR+CC)两种组合。研究创新性地采用时间序列分析(1959-2021)和等效土壤质量法(ESM)相结合的方法，首次系统评估了OM管理措施对全土层(0-80cm)SOC储量的长期影响。

关键技术方法包括：(1)基于Walkley-Black法的历史SOC含量测定(1959-2021)；(2)2018年分层采样(0-80cm)结合近红外光谱(NIR)分析；(3)等效土壤质量法(ESM)计算碳储量；(4)腐殖化碳输入模型量化不同OM来源贡献；(5)线性混合模型分析SOC动态变化。试验数据来自比利时Gembloux的粉砂壤土农田，采用拉丁方设计，包含6次重复。

3.1 表层土壤SOC动态变化
时间序列分析显示，CM处理使表层SOC含量长期显著增加19.3%，年增幅0.031g kg^-1
yr^-1
。PS、秸秆还田和CC单独处理的SOC增幅约5%，但组合应用时产生累积效应，PS+RR+CC处理最终SOC水平与CM处理相当。值得注意的是，即使在不施有机肥的RE处理中，SOC年降幅仅0.005g kg^-1
yr^-1
，这归因于作物产量提升带来的根系碳输入增加。

3.2 腐殖化碳输入与SOC关系
通过引入腐殖化系数(h)量化不同OM来源的有效碳输入，发现CM(h=0.5)和PS(h=0.4)的碳固定效率显著高于作物残体(h≤0.3)。统计分析显示，年腐殖化碳输入每增加1t ha^-1
yr^-1
，SOC含量提升2.77g kg^-1
(r=0.8)，证实OM质量是调控SOC稳定的关键因素。

3.3 全土层碳储量分布
2018年ESM法测定显示，CM处理使0-25cm土层SOC储量显著增加20.4%(33.2±3.0t ha^-1
)，但33-80cm土层未受影响。全剖面碳储量呈现明显垂直分布，尽管下层土壤质量(7100t ha^-1
)是表层(3400t ha^-1
)的两倍，但其SOC储量仅占全剖面的36%。

讨论与结论：
本研究首次在65年时间尺度上揭示了OM管理措施对SOC储量的差异化影响机制。CM的显著效果源于其高质量的碳输入和适宜的C:N比，而PS与秸秆的协同效应则验证了氮素有效性对碳固定的促进作用。值得注意的是，氮肥管理的演变(1959-1990年期间CM处理减氮15-17%)间接影响了SOC动态，这凸显了长期试验数据分析需考虑农艺措施的历史演变。

实践意义上，研究证实年施12t ha^-1
CM可维持0.3% yr^-1
的SOC增长率，为欧盟"从农场到餐桌"战略的土壤健康目标提供了量化依据。理论层面上，建立的腐殖化碳输入-SOC定量关系为改进碳循环模型提供了参数化方案。未来研究需关注有机-无机配施对深层SOC的影响，以及气候变化背景下碳固定效率的时空变异特征。