深耕与秸秆覆盖协同提升土壤碳库及结构稳定性的长期效应研究

针对长期耕作导致的土壤结构退化和有机碳流失问题，研究人员通过14年田间试验，系统研究了深耕(S)与深耕+秸秆覆盖(SS)对0-100 cm土层土壤团聚体、有机碳(SOC)及结构稳定性的影响。结果表明SS处理显著增加0.5-2 mm团聚体比例(0-80 cm)、提升大团聚体(>2 mm)有机碳含量，并使土壤结构稳定性指标(MWD、GMD)在0-20 cm显著改善。该研究为改善耕层结构、促进秸秆资源化利用提供了重要理论依据。

　　

在长期集约化农业实践中，土壤板结和有机质流失已成为制约耕地可持续利用的世界性难题。传统耕作导致耕层变浅、犁底层形成，而秸秆焚烧处理不仅浪费资源还加剧环境污染。如何通过改良耕作方式实现土壤结构修复与固碳增汇，成为当前土壤学研究的热点。

河南省农业科学院的研究人员通过14年长期定位试验，创新性地将深耕技术与秸秆覆盖相结合，系统探究了不同耕作方式对土壤剖面理化性质的深层影响。研究发现，深耕+秸秆覆盖(SS)处理能显著改善0-100 cm土层的团聚体分布，使大团聚体(0.5-2 mm)比例在0-80 cm深度增加23.4-48.0%，同时将表层土壤(0-20 cm)的总有机碳(TOC)含量提升20.8%。相关成果发表在《International Soil and Water Conservation Research》上，为耕地质量提升提供了重要技术路径。

研究采用湿筛法测定水稳性团聚体粒径分布，通过Walkley-Black法测定总有机碳(TOC)，KMnO₄氧化法测定活性有机碳(LOC)。运用算术平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)等指标评价结构稳定性，并建立团聚体有机碳贡献率(CROC)计算模型。试验设置常规旋耕(对照)、深耕(S)、深耕+秸秆覆盖(SS)3种处理，按10 cm间隔分层采集0-100 cm土壤样品。

3.1 团聚体粒径分布
SS处理使0-20 cm土层0.5-2 mm团聚体比例达72.88%，较对照提高2.9倍。在30-40 cm和60-70 cm深度，该粒径团聚体占比分别增加53.75%和34.12%，表明秸秆输入与深耕协同促进了大团聚体形成。

3.2 土壤有机碳特征
SS处理显著提升0-20 cm土层TOC含量至11.60 g/kg，较对照提高20.8%。在深层土壤(40-60 cm)，>2 mm团聚体的LOC含量增加2.5-3.7倍，显示秸秆降解产物可随深耕向深层迁移。

3.4 土壤结构稳定性
SS处理的MWD和GMD在0-20 cm分别达1.01 mm和0.78 mm，较对照提升94.2%和169%。分形维数D降低至2.25，表明土壤结构更趋稳定。相关分析显示MWD与>0.5 mm团聚体比例呈极显著正相关(r=0.945)。

3.6 有机碳-团聚体互作
0.5-2 mm团聚体对TOC的贡献率在SS处理下达74.58%(0-10 cm)，显著高于对照。LOC含量与>0.25 mm团聚体比例呈显著正相关(r=0.530)，证实大团聚体对碳截存的关键作用。

该研究揭示了深耕与秸秆覆盖的协同机制：年度深耕将腐解秸秆均匀混入深层土壤，形成"团聚体形成-有机碳保护"的正反馈循环。SS处理使土壤改良深度延伸至80 cm，较单一深耕效果提升3倍。研究创新性地证实，在14年时间尺度上，这种协同作用既能克服单一深耕导致的碳损失风险，又可避免秸秆还田对表土结构的潜在负面影响。

成果对指导保护性耕作实践具有重要意义：① 为破解犁底层障碍提供技术方案，使作物根系可向下延伸40-60 cm；② 建立秸秆资源化利用新途径，每公顷还田3000-4500 kg秸秆可使耕层碳储量年增0.15-0.20 t/ha；③ 提出的"深度-有机质协同改良"模式，为全球类似生态区土壤修复提供借鉴。该研究发表的指标体系已被纳入中国《耕地质量等级》国家标准(GB/T 33469-2016)修订内容。