农业系统及前茬作物对印度亚热带地区黑土（Vertisols）中土壤有机碳及理化性质的长远影响

《Soil Advances》：Long-term impacts of farming systems and preceding crops on soil organic carbon and physiochemical properties in Vertisols of Subtropical India

土壤有机碳（SOC）及养分在亚热带印度中心地区Vertisol土壤中，通过12年有机与常规耕作系统对比试验研究发现：有机系统（BIOORG和BIODYN）在8年后显著提升SOC（13%），且氮（N）浓度更高，但磷（P）、钾（K）无显著差异。影响SOC的关键因素包括土层深度（0-20cm的SOC高于20-40cm）、 preceding crop rotation（含棉轮作提升深层SOC）及管理方式（有机系统长期累积碳）。研究证实有机管理结合深根作物轮作可增强土壤健康，但需长期投入。

　　土壤作为地球碳循环的重要组成部分，承担着陆地碳储量的最重要作用。土壤有机碳（SOC）不仅是土壤肥力的关键指标，也与作物生产力密切相关。然而，农业活动和土地利用变化往往导致SOC的流失，这一问题在全球范围内引起了广泛关注。为了应对这一挑战，可持续的农业管理措施，如有机农业实践，被认为在减少SOC损失的同时，也有助于增加土壤碳储量。本文探讨了在印度中部的亚热带地区，长期有机和传统农业系统对SOC及其他土壤性质的影响，特别关注了土壤深度和前茬作物轮作序列的作用。

研究背景显示，土壤中的碳储量通常比植物和大气中的碳储量总和还要高。土壤健康和作物产量受到SOC含量的显著影响，但农业生产和土地利用变化却导致了SOC的大量流失。有机农业作为一种可持续的农业模式，其实践包括堆肥施用、减少耕作、覆盖作物等，这些措施被认为有助于维持和提高土壤肥力。然而，SOC的积累是一个缓慢的过程，通常需要6到10年的时间才能显现。此外，SOC的变化还受到气候、土壤类型和其他土壤养分状况的影响。因此，为了更全面地理解农业管理对土壤性质的影响，需要考虑多种因素，包括土壤深度和作物类型。

研究重点放在了印度中部地区的一种典型的亚热带土壤类型——黏土土（Vertisols）上。这种土壤具有较高的SOC储存能力，但对肥料输入的响应较慢。因此，研究有机和传统农业系统在这些土壤中的长期影响具有重要意义。研究还指出，不同的作物轮作序列可能对SOC和土壤养分有不同的影响，特别是在土壤的不同深度上。通过分析长期田间试验数据，研究人员希望揭示这些因素如何影响土壤性质，并为小农户提供可持续的土壤管理建议。

研究结果表明，经过12年的实验后，有机农业系统在SOC储量和氮浓度方面显著高于传统农业系统。这种差异在第8年后变得明显，尤其是在表层土壤中。然而，SOC储量的增加在亚表层土壤中更为显著，这可能与有机农业中使用的深根作物有关。此外，前茬作物轮作序列对土壤钾（K）和磷（P）以及SOC有显著影响，特别是当轮作序列中包含棉花时，SOC在亚表层土壤中的积累更为明显。这可能是因为棉花的深根系统能够将更多的碳输入带到更深的土壤层，从而促进SOC的积累。

研究还发现，土壤pH值和电导率（EC）在不同土壤深度和不同轮作序列中表现出不同的变化趋势。尽管有机农业系统通常被认为能够提高土壤pH，但本研究中由于初始土壤pH较高，以及所有系统都使用了有机肥，所以没有观察到显著的pH变化。然而，pH值的下降可能对植物养分吸收有益。电导率则随着土壤深度的增加而略有下降，这可能与土壤结构和离子交换能力有关。

讨论部分指出，SOC的积累是一个长期过程，通常需要数年时间才能显现。本研究中，有机农业系统在第8年后才开始显著影响SOC和氮含量，这可能与堆肥的缓慢释放有关。此外，不同农业系统对磷和钾的影响较小，这可能与黏土土的固有性质有关，特别是其对钾的高保留能力。研究还强调了前茬作物轮作序列的重要性，特别是在SOC和土壤养分的积累方面，深根作物如棉花可能对深层土壤的碳积累有显著贡献。

结论部分指出，本研究提供了关于亚热带棉花系统中SOC长期动态的独特见解，强调了长期数据收集的重要性。此外，研究还揭示了不同轮作序列对SOC和土壤养分的差异化影响，特别是在深层土壤中。为了提高小农户的土壤健康，建议采用堆肥、深根作物轮作和牲畜整合等措施。同时，研究也指出，植物多样性和遗传变异在SOC积累中的作用常常被忽视，因此在评估有机与传统农业系统时，应考虑这些因素。通过这些研究结果，可以为农业可持续发展提供科学依据和实践指导。