长期保护性耕作与秸秆还田对土壤有机质热稳定性的影响机制研究

本研究针对土壤有机质(SOM)在气候减缓与土壤健康中的关键作用，通过22年田间试验结合热分析技术，揭示保护性耕作(免耕/深松)与秸秆还田通过调节能量密度(ED)与活化能(Ea)的平衡，同步提升SOM可利用性与稳定性。成果为气候智能型土壤管理提供理论支撑，发表于《Science of The Total Environment》。

　　

土壤有机质(SOM)如同地球的"黑色黄金"，其稳定性与可利用性的微妙平衡直接关乎全球碳循环与农业可持续发展。传统耕作导致SOM加速分解，每年释放约1500亿吨CO₂，而保护性耕作虽被寄予厚望，但其对SOM热力学特性的长期影响机制尚不明确。更棘手的是，SOM中"易分解"与"顽固"组分的能量分配规律，如同密码般难以破译。山东农业大学联合国际团队在《Science of The Total Environment》发表的研究，通过22年田间试验解码了这一科学难题。

研究采用差示扫描量热法(DSC)和热重分析(TG)技术，分析Calcaric Cambisols土壤在免耕、深松与传统耕作结合秸秆处理下的热力学参数。样本取自0-35 cm三层土壤，通过测定半分解温度(T₅₀)、能量密度(ED)和活化能(E_a)等指标，量化SOM稳定性。

研究结果

Content and thermal stability of soil organic matter
免耕使0-12 cm土层SOM含量提升30%，深松增加10%。热分析显示免耕处理的T₅₀提高8℃，ED在顽固SOM中增长15%，形成显著的热稳定性梯度。

Long-term conservation tillage and straw return increased the content and thermal stability of soil organic matter
秸秆还田使顽固SOM的E_a提升10%，比易分解组分高6倍；免耕处理的ED在稳定态SOM中达12 kJ g^-1，比传统耕作高20%。

Conclusions
研究揭示保护性耕作通过"能量双路径"调控机制：一方面降低易分解SOM的E_a 5%以维持微生物活性，另一方面通过矿物-有机复合体将顽固SOM的E_a提升至120 kJ mol^-1。这种"开源节流"策略使碳固存效率提升40%，为《巴黎协定》农业减排目标提供了可量化的实施路径。

该研究首次从热力学角度阐明保护性耕作对SOM的长期稳定机制，建立的ED-E_a评估模型被评价为"土壤碳管理的能量罗盘"。正如通讯作者Tangyuan Ning指出："这项研究让人类在土壤碳密码的解读上前进了一大步，为应对气候变化提供了接地气的解决方案。"