旱地农业覆膜管理对土壤有机碳化学稳定性的影响机制研究

本研究通过3年田间试验揭示，塑料覆膜（PM）虽显著提升冬小麦-夏玉米轮作产量（年增产4189 kg ha?1）和土壤有机碳（SOC）含量（+0.61 g kg?1），但未改变SOC化学稳定性。结合碳组分分级与13C核磁共振（NMR）技术，发现PM激活水解酶活性（βG+14.4%, CBH+25.7%, BXYL+25.9%）但未影响氧化酶（PPO/POD），且顽固碳库增加0.66 g kg?1，为碳中和农业的固碳机制提供新见解。

　　

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试验于2020年10月至2023年10月在黄土高原陕西杨凌节水灌溉试验站（34°17′N, 108°04′E）进行。该地区属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均降水量597.6 mm，气温13.8°C。土壤为黄土母质发育的塿土（Eum-Orthrosols），初始土壤pH 8.2，有机碳含量10.1 g kg^?1。

Crop productivity

无覆膜（NM）下冬小麦和夏玉米的地上生物量分别为9798–13,230 kg ha^?1和7591–16,292 kg ha^?1，而塑料覆膜（PM）处理分别显著增加至12,778–16,945 kg ha^?1和13,081–19,275 kg ha^?1。PM使冬小麦和夏玉米生物量平均提升34.1%和48.5%，但收获指数（HI）无显著变化。

PM increased grain yield

PM通过提升生物量而非收获指数驱动增产，年均增产达4189 kg ha^?1。生物量增加主要归因于PM改善的土壤水热条件与养分有效性，但碳分配效率未受显著影响。

Conclusions

PM通过增加土壤碳输入和激活水解酶（β-葡萄糖苷酶、纤维二糖水解酶等）活性促进顽固碳库积累（+0.66 g kg^?1），但烷基/O-烷基碳比、芳香性指数等5项化学稳定性指标均无变化，表明PM未改变SOC化学稳定性。