农业管理措施对土壤有机碳储量的中期影响：表层与深层土壤的碳分布与稳定机制解析

本综述通过10年田间试验，系统分析了覆盖作物与免耕等农业管理措施对土壤有机碳（OC）储量及分布的影响。研究发现，尽管不同管理系统的总碳储量无显著差异，但有机管理（ORG）与免耕系统（NOTILL）显著促进了大团聚体形成和颗粒有机碳（POC）在表层土壤的积累，并揭示了微生物活动、稳定碳组分（如SSA、SCA）及惰性碳库在碳固存中的关键作用。

　　

Highlight

土壤有机碳沿土层深度及各碳库的分布

免耕系统（NOTILL）表层土壤（0–20 cm）的总有机碳（TOC）含量（11.30 g kg^?1）显著高于常规管理（CONV）和有机管理（ORG）（分别为7.51和8.11 g kg^?1）。在深层土壤（20–40 cm及40–60 cm）中，TOC浓度下降且各系统间无显著差异。总氮（TN）含量呈现相同趋势，从NOTILL表层的1.28 g kg^?1降至各系统深层土壤的约0.75 g kg^?1。碳物理-化学分组显示，ORG和NOTILL系统的表层土壤中颗粒有机碳（POC）比例较高，而CONV系统则以粉粒和黏粒组分中的有机碳（SCA）为主。惰性碳库（经NaClO氧化处理）在各系统和土层中占比均较低（＜10%）。稳定同位素（δ¹³C和δ¹⁵N）分析表明，NOTILL系统表层土壤的碳输入主要源于C3植物（如覆盖作物），而深层土壤的碳则更古老且分解程度更高。酚类化合物和球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）含量随深度增加而减少，但NOTILL系统的表层土壤中GRSP含量最高。微生物活性（以荧光素二乙酸酯水解酶活性表征）在表层最高，且NOTILL系统显著高于其他系统。

管理措施对土壤结构的影响

经过10年不同农业管理实践，ORG和NOTILL系统通过减少土壤扰动、促进土壤动物活动、微生物群落及根系发育，显著改善了土壤团聚结构。免耕措施尤其有利于大团聚体（＞250 μm）的形成和稳定，而ORG系统因覆盖作物的输入增强了团聚体中有机碳的物理保护作用。CONV系统因频繁耕作导致团聚体破坏，有机碳更易矿化。

结论

与假设相反，本研究发现在中期（10年）尺度上，三种农业系统的土壤总有机碳储量无显著差异。这可能源于试验时长不足或覆盖作物输入的富氮残留物促进了矿化过程，抵消了碳固存潜力。然而，各系统在功能碳库分配及垂直分布上存在显著差异：ORG和NOTILL系统通过覆盖作物促进了大团聚体发育和颗粒有机碳（POC）在表层的积累，而CONV系统主要依赖矿物结合态碳（SCA）固存。值得注意的是，无论管理方式如何，53–68%的总有机碳储量存在于表层以下土层，凸显了深层碳库在农业碳平衡中的关键作用。