长期耕作制度对东北黑土有机碳及团聚体稳定性的影响机制研究

针对如何通过耕作制度提升土壤碳汇能力并维持土壤质量的核心问题，中国科学院团队通过28年田间试验，揭示了玉米-大豆轮作（SMMR）结合有机肥施用可显著提升土壤有机碳（SOC）含量（增幅达14%-183%）并改善团聚体稳定性，其机制源于大团聚体对新形成SOC的物理保护作用。该研究为东北黑土区可持续农业提供了重要理论依据。

　　

在中国东北广袤的黑土带上，土壤退化正悄然威胁着"耕地中的大熊猫"。随着高强度农业开发的持续推进，如何通过科学的耕作制度设计实现土壤有机碳（SOC）固存与结构稳定的双赢，成为摆在科学家面前的重大课题。传统观点认为休耕有利于土壤保育，但最新发表在《Pedosphere》的研究却给出了颠覆性发现——中国科学院团队通过长达28年的田间试验证明，合理的轮作体系配合有机肥施用才是破解这一难题的钥匙。

研究团队在典型黑土区建立了包含单作（玉米/大豆）、轮作（MMSR/MSMR/SMMR）和休耕（FALL）的长期定位试验，采用核磁共振（NMR）、湿筛法和结构方程模型等关键技术，系统分析了不同耕作制度对SOC化学组成、团聚体分布及其碳保护机制的影响。

SOC含量与化学组成
相比休耕，单作和轮作使土壤总SOC含量显著提升14%-63%，其中芳香碳增加18%-21%，但氧烷基碳下降20%-26%。这表明长期耕作促进了难降解有机质的积累。

团聚体分布与稳定性
耕作显著改变了土壤结构：大团聚体比例降低43%-131%，而微团聚体增加28%-75%，平均重量直径（MWD）下降32%-85%。值得注意的是，SMMR处理的大团聚体比例比其它耕作制度高15%-61%，显示出独特的结构维持能力。

团聚体关联SOC
微团聚体和粉粒+粘粒结合的SOC含量在耕作下激增70%-183%。SMMR处理中，大团聚体保护的SOC含量高出其它系统8%-109%，尤其对新形成SOC的固存效率提升30%-79%，揭示了物理保护机制的关键作用。

调控机制解析
结构方程模型表明，耕作制度通过三重途径影响SOC：直接调控土壤养分有效性；改变团聚体分布格局；影响不同粒径团聚体的SOC赋存形态。其中SMMR系统的优越性源于大豆作为前茬作物带来的生物固氮效应与有机肥的协同作用。

这项研究从根本上改变了人们对休耕作用的认知，证实长期休耕虽维持结构稳定却不利于碳积累。更重要的是，它首次阐明了玉米-大豆轮作体系通过大团聚体物理保护新形成SOC的机制，为东北黑土区"藏碳于土"提供了可操作的解决方案。该成果不仅对实现"双碳"目标具有现实意义，其揭示的SOC-团聚体互作机制更为全球耕地可持续管理提供了理论范式。