花生种植中秸秆和除草剂对二氧化碳通量及土壤影响的探究

《Land Degradation & Development》：CO2 Fluxes and Soil Responses to Straw and Herbicide in Peanut

花生与甘蔗秸秆覆盖及 herbicide 复合管理对土壤CO?排放及质量的影响研究。试验表明，结合花生种植、甘蔗秸秆（5-10吨/公顷）及 herbicide（imazapic）处理的系统显著提升土壤有机碳（SOC）、β-葡萄糖苷酶活性及土壤质量指数（SQI），最高达0.80。裸地处理（T12）土壤退化严重，SOC仅5.14 g/kg，酶活性最低。研究证实秸秆覆盖与豆科轮作能增强土壤生物学活性（FCO?达3.42-3.56 μmol·m?2·s?1），而 herbicide 单独使用影响酶活性。整合SQI与 Four Quadrant 模型显示，秸秆+花生+herbicide（T1-T4）土壤健康最佳，裸地最差。

　　巴西的花生种植在农业体系中具有重要地位，特别是在与甘蔗轮作的系统中。花生不仅有助于土壤的生物固氮，还能改善土壤结构，减少土壤压实，对土壤健康和可持续农业发展具有积极作用。本研究旨在探讨甘蔗秸秆、花生种植和除草剂使用相结合对土壤二氧化碳通量、土壤化学属性、酶活性以及土壤质量指数（SQI）的影响。通过实验分析，研究发现这些因素在不同组合下对土壤的生态功能和碳循环具有显著影响。

在实验设计中，研究人员在巴西圣保罗州的Jaboticabal地区进行了为期六个月的田间试验，主要研究了不同处理方式对土壤质量的综合影响。实验包括12种处理方式，涵盖花生种植、甘蔗秸秆覆盖以及是否使用除草剂等变量。通过分析这些处理方式对土壤碳排放、土壤化学特性、酶活性和土壤质量指数的综合影响，研究发现花生与秸秆结合的处理方式显著提升了土壤中的酶活性、有机碳含量以及土壤pH值，从而改善了土壤质量。而没有植被覆盖的裸土则表现出明显的退化迹象，包括较低的有机碳含量、酶活性以及土壤功能指标。

土壤的二氧化碳通量是评估土壤生物活动的重要指标。研究结果显示，同时包含花生和秸秆的处理方式（如T1、T2）表现出最高的CO?通量，表明这些处理方式下土壤微生物的呼吸活动增强，可能是由于根系呼吸作用和秸秆提供的有机物质促进了土壤中的分解过程。相比之下，没有植物或秸秆的处理方式（如T11、T12）表现出较低的CO?通量，说明在缺乏植被覆盖的情况下，土壤的生物活性显著降低。此外，研究还发现，土壤的水分和温度是影响生物活动的关键环境因素，而秸秆覆盖有助于保持土壤湿度和调节土壤温度，从而促进微生物活动和酶活性的提升。

土壤化学属性的分析进一步揭示了植被覆盖和秸秆施用对土壤质量的积极影响。研究发现，同时种植花生并施用秸秆的处理方式显著提高了土壤的pH值、有机质含量、有机碳含量、磷、钾、钙、镁、阳离子交换容量（CEC）以及基质饱和度（V%）。这表明这些处理方式不仅提升了土壤的化学特性，还增强了土壤的结构稳定性。相比之下，没有植被覆盖的处理方式（如T11、T12）表现出较低的土壤有机碳和阳离子交换容量，说明其土壤功能受到限制，营养成分也出现一定程度的流失。

β-葡萄糖苷酶和芳基硫酸酯酶作为土壤中重要的酶活性指标，被用于评估土壤的生物功能。研究发现，β-葡萄糖苷酶对土壤质量变化极为敏感，其活性在含有花生和秸秆的处理方式中显著提高，而裸土处理方式则表现出较低的酶活性。这表明植被覆盖和有机物质的输入对土壤微生物活动具有显著促进作用，而缺乏这些条件的土壤则可能因微生物活动受限而表现出较差的土壤健康状况。此外，β-葡萄糖苷酶的活性变化与土壤有机碳含量和土壤水分密切相关，进一步支持了土壤有机质和水分对土壤功能的重要性。

通过土壤质量指数（SQI）和四象限模型（4QM）的综合分析，研究发现含有花生和秸秆的处理方式在土壤质量评分中表现最佳。这些处理方式不仅提高了土壤的有机碳含量和酶活性，还促进了土壤的综合健康状况。而裸土处理方式（T12）的SQI值最低，表明其土壤质量严重退化。四象限模型进一步将土壤质量划分为四个类别：高有机碳和高酶活性（Q1）代表健康的土壤，高有机碳和低酶活性（Q2）代表土壤处于退化过程中，低有机碳和低酶活性（Q3）表示退化的土壤，而低有机碳和高酶活性（Q4）则表示土壤处于再生阶段。这种分类方法为评估土壤健康状况提供了一个直观的工具，有助于识别不同处理方式对土壤质量的影响。

研究还指出，土壤中的水分和温度是影响土壤生物活动的重要因素。在甘蔗秸秆覆盖的处理方式中，土壤水分含量较高，有助于微生物活动和养分释放。此外，秸秆覆盖还能够调节土壤温度，为微生物提供适宜的生长环境，从而促进土壤碳循环和养分循环。这些结果支持了土壤管理中使用有机覆盖物和植被覆盖以提高土壤健康水平的策略。

本研究强调了可持续农业实践的重要性，特别是在提高土壤健康和减少土壤退化方面。通过结合花生种植、秸秆覆盖和除草剂使用，可以有效改善土壤的生物活性、化学特性以及整体质量。相比之下，缺乏植被覆盖的处理方式可能导致土壤退化，表现为有机碳含量下降、酶活性减弱以及土壤功能受损。因此，研究建议在农业系统中推广这些可持续的土壤管理措施，以提高土壤的生产力和长期健康。

综上所述，本研究通过综合分析土壤二氧化碳通量、化学属性、酶活性和土壤质量指数，揭示了不同处理方式对土壤质量的影响。研究结果表明，甘蔗秸秆和花生种植的结合可以显著提升土壤的生物活性和化学特性，从而改善土壤质量。这些发现为农业实践提供了重要的参考，特别是在促进土壤健康、减少环境影响和提高作物产量方面。通过应用土壤质量指数和四象限模型，研究还为评估土壤健康状况提供了一个有效的工具，有助于制定更科学的土壤管理策略。