地中海稻作系统冬季覆盖作物对土壤有机碳和结构的改良作用及机制研究

推荐：针对地中海稻作系统土壤退化问题，研究人员通过三年田间试验评估黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)和毛苕子(Vicia villosa Roth)作为冬季覆盖作物(CC)对钙质冲积土有机碳(SOC)动态和物理性质的影响。研究发现覆盖作物显著提升表层土壤SOC含量(p=0.015)，其中颗粒有机质(POM)是主要驱动因子(p=0.039)，同时使土壤团聚体稳定性提高17%(p=0.005)。该研究为改善地中海稻区土壤质量提供了重要理论依据。

　　

在地中海沿岸的稻作系统中，长期集约化耕作导致土壤退化问题日益严峻。传统的水稻(Oryza sativa L.)种植模式依赖夏季单一种植、冬季休耕以及大量化肥农药投入，加之特有的"水耙"整地技术破坏了土壤团聚体结构，形成了致密无结构的耕作层。更棘手的是，为防治入侵物种黄金苹果螺(Pomacea maculata Lamarck)，农民普遍采用冬季旱地休耕，这进一步加剧了土壤有机质流失。面对这一系列挑战，如何在保证粮食安全的同时实现土壤质量提升，成为地中海稻区可持续发展的核心问题。

西班牙莱里达大学(University of Lleida)农业与森林科学系的研究团队在Carlos Cantero-Martínez和Dolors Villegas等学者带领下，开展了为期三年的田间试验，系统评估了冬季覆盖作物(CC)对地中海稻作系统土壤质量的改良效果。这项发表在《Soil and Tillage Research》的研究创新性地比较了禾本科黑麦草(Lolium multiflorum Lam.)与豆科毛苕子(Vicia villosa Roth)两种覆盖作物对钙质冲积土(Calcaric Fluvisol)有机碳动态和物理性质的影响，为制定可持续的土壤管理策略提供了重要依据。

研究人员采用裂区试验设计，设置覆盖作物类型(黑麦草、毛苕子和裸地休耕对照)与水稻氮肥施用(0和180 kg N ha^-1)双因素处理。通过测定碳输入量、土壤有机碳(SOC)组分(包括颗粒有机碳POM-C和矿质结合有机碳MAOM-C)、团聚体平均重量直径(MWD)以及土壤穿透阻力(SPR)等指标，系统评估了不同管理措施对土壤质量的影响。特别值得注意的是，研究采用Walkley-Black法测定碳酸盐土壤的有机碳含量，并通过湿筛法分析团聚体稳定性，确保了数据准确性。

研究结果部分，碳输入动态显示：覆盖作物系统总碳输入比休耕系统平均高46%，其中毛苕子在试验后期表现出更强的生物量积累能力。土壤有机碳组分分析表明：黑麦草处理使表层土壤(0-10 cm)SOC显著增加1.1 g kg^-1(p=0.015)，主要归功于POM-C的积累(p=0.039)；而MAOM-C的动态变化则显示毛苕子与氮肥配合使用可能促进有机质稳定化。在0-30 cm土层，覆盖作物使碳 sequestration速率提高250 kg C ha^-1 yr^-1。

土壤物理性质方面，黑麦草在覆盖作物终止时即显著提高团聚体稳定性18%(p=0.013)，而两种覆盖作物在水稻残体还田后均使MWD增加17%(p=0.005)。值得注意的是，氮肥施用也独立地使MWD提高9%(p=0.040)。然而，覆盖作物并未如预期降低土壤穿透阻力，反而可能通过增强土壤干燥作用间接增加SPR。

在讨论与结论部分，研究者指出地中海稻作系统的特殊性使覆盖作物效应呈现独特模式。虽然黑麦草能更快改善土壤质量，但毛苕子因其与水稻的协同作用(通过固氮促进主作物生长)和逐年增加的生物量，可能具有更大的长期应用潜力。研究强调，覆盖作物通过增加碳输入特别是POM-C，能快速改善土壤结构，但这种效应受耕作强度制约。在传统水稻系统中，覆盖作物根系生长受土壤紧实度限制，难以有效缓解下层土壤压实问题。

这项研究的创新价值在于首次系统阐明了地中海稻作系统覆盖作物对土壤质量的改良机制，揭示了不同功能型覆盖作物的适用条件。研究结果对制定地中海稻区可持续土壤管理策略具有重要指导意义，建议未来研究应关注保护性耕作与覆盖作物的协同效应，并探索深根系覆盖作物品种的应用潜力。该成果为应对气候变化背景下土壤退化挑战提供了科学依据，对实现农业可持续发展目标具有重要参考价值。