川中丘陵区不同种植模式下土壤有机碳含量与稳定性的差异机制：基于团聚体分布与稳定性的解析

本研究针对农业土壤碳汇功能提升需求，通过两年田间试验探究川中丘陵区冬闲-水稻(FR)、马铃薯-水稻(PR)和马铃薯-玉米(PM)三种种植模式对土壤有机碳(SOC)含量、团聚体分布及稳定性的影响。研究发现FR系统通过增加>0.25?mm大团聚体比例(42.53%-75.28%)提升SOC含量但稳定性较低，PR系统则通过微团聚体(16.90%-45.85%)实现更高物理保护碳比例。研究为优化种植模式提升土壤固碳效能提供了理论依据。

　　

全球变暖背景下，土壤作为陆地生态系统中最大的有机碳库，其碳汇功能对缓解气候变化至关重要。农业土壤因频繁人为干扰更易发生碳流失，如何通过优化管理措施提升土壤固碳能力成为研究热点。川中丘陵区作为中国西南典型紫色土分布区，多样的水旱轮作系统对土壤结构形成和碳截存机制产生复杂影响，但不同种植模式下团聚体介导的有机碳稳定机制尚不明确。

针对这一科学问题，四川省农业科学院等机构的研究团队基于长期定位试验，采用二因素裂区设计，主因素为冬闲-水稻(FR)、马铃薯-水稻(PR)和马铃薯-玉米(PM)三种种植模式，副因素为秸秆还田(RS)与不还田(NS)。通过物理-化学分组法将有机碳分为未保护、物理保护等六种组分，结合偏最小二乘路径模型(PLS-PM)分析，系统解析了团聚体分布与SOC稳定性的关系。研究成果发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》。

关键技术包括：1) 田间裂区试验设计；2) 湿筛法测定团聚体粒径分布；3) 物理-化学连续分组提取有机碳组分；4) 基于PLSR模型的碳截存路径分析。试验样本取自四川盆地中部金堂县转龙镇(30°40′N, 104°45′E)的典型丘陵区稻田。

SOC含量
研究发现0-10 cm表层土壤SOC含量显著高于10-20 cm亚表层，夏季作物季普遍高于冬季。FR系统SOC含量最高(较PR和PM高27.01%-27.75%)，秸秆还田对FR系统的SOC提升效果最显著。

团聚体分布特征
FR系统显著增加>0.25 mm大团聚体比例(42.53%-75.28%)，而PR系统微团聚体(<0.25 mm)含量最高(16.90%-45.85%)。PM系统则以小团聚体为主，形成封闭累积态的物理-化学和物理-生化保护碳。

有机碳保护机制
FR系统未保护碳含量最高，PR系统物理保护碳占比突出，PM系统在物理-化学和物理-生化保护碳方面表现最优。PLS-PM分析表明团聚体特性通过直接和间接途径共同影响SOC截存。

研究结论揭示：种植模式通过改变团聚体粒径分布调控SOC稳定化路径。FR系统虽能提升SOC含量但稳定性较低，PR和PM系统则通过微团聚体优势形成更稳定的碳保护机制。该发现为区域农田碳汇管理提供了重要依据——在追求碳储量提升的同时，需兼顾不同保护机制对碳稳定性的贡献。特别是马铃薯-水稻轮作系统展现出的物理保护碳优势，为协调作物产量与土壤固碳功能提供了优化方向。研究团队Chen Yong和Ren WanJun等强调，未来应结合微生物群落特征进一步解析团聚体-C耦合机制，为精准农业碳管理提供理论支撑。