长期耕作制度对冷海洋气候下土壤有机质组分及酶活性的影响研究

为解决农业管理中土壤有机质(SOM)组分和酶活性响应机制不明的问题，研究人员在冷海洋气候区开展21年免耕与传统耕作对比试验，结合6-9年蓝莓系统氮肥管理研究。结果显示免耕使颗粒有机碳(POC)增加38%，芳基硫酸酯酶活性提升68%；过量施氮(200%)导致土壤有机碳(SOC)下降9.5%并积累活性氮。该研究为平衡碳氮循环与可持续生产提供科学依据。

　　

在冷海洋气候区的农业生态系统中，土壤有机质动态与微生物功能的关系长期存在认知缺口。传统耕作导致土壤碳库衰减的问题日益突出，而多年生作物系统如高丛蓝莓的氮肥管理策略对土壤健康的影响尚不明确。加拿大农业与农业食品部的研究团队通过长达21年的定位试验，揭示了免耕制度与氮肥施用方式对土壤碳氮循环的关键调控机制，相关成果发表于《Canadian Journal of Plant Science》。

研究采用土壤分级技术分离水溶性有机质(WEOM)、颗粒有机质(POM>53μm)和矿质结合有机质(MAOM<53μm)，结合β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰-β-葡萄糖胺酶(NAG)、酸性磷酸单酯酶(AP)和芳基硫酸酯酶(AR)活性测定。通过三个独立试验设计：连续玉米青贮系统的耕作对比、蓝莓系统硝化抑制剂试验及氮肥施用方式/剂量试验，系统评估了0-20cm土层生物地球化学过程。

连续玉米青贮系统的耕作效应
21年免耕使土壤有机碳(SOC)增加17%，颗粒有机碳(POC)和氮(PON)分别提升38%和50%。值得注意的是，免耕显著提高水溶性氮(25%)和芳基硫酸酯酶活性(68%)，但未改变矿质结合有机碳(MAOC)。这表明免耕通过根系输入优先促进POM积累，而传统耕作的土壤混合作用可能加速地上部残体向MAOM转化。

成熟高丛蓝莓系统的氮管理
硝化抑制剂使用6年后未显著影响任何SOM组分。但9年试验显示，撒施氮肥比灌溉施肥(fertigation)使SOC高9.5%，200%过量施氮却导致SOC降低9.5%。200%撒施处理使水溶性氮激增至180mg kg^-1，同时NAG、AP和AR活性降低21-65%。这表明过量氮通过化学计量分解引发"激发效应"，加速了木质覆盖物的矿化。

环境调控意义
研究首次证实冷海洋气候区免耕系统通过颗粒有机质积累实现碳封存，而蓝莓系统过量氮肥会导致三重风险：SOC耗竭、活性氮积累(NH₄⁺-N达168.6mg kg^-1)和关键胞外酶活性抑制。芳基硫酸酯酶作为硫循环的敏感指标，其响应模式为评估耕作强度提供了新生物标记。

该研究为制定气候智能型农业策略提供了关键证据：免耕玉米系统应关注POM动态，而蓝莓系统需严格控氮(≤100%推荐量)并优化施肥方式。未来研究需结合温室气体通量监测，量化不同管理措施的净碳平衡效应。这些发现对全球类似气候区实现"双碳"目标具有重要参考价值。