秸秆及其衍生物介导的中国东北黑土水文功能增强

《Plant and Soil》：Straw and its derivatives-mediated enhancement of hydrological functions in black soil of Northeast China

　　

摘要

研究目的

秸秆及其衍生物已被广泛用于改良黑土肥力，但其对土壤孔隙特征和水力学性质的改善效果仍存在争议。

研究方法

在等碳量施用量（4800 kg C ha^?1）条件下，我们考察了四种有机处理对黑土的影响：(i) 无处理对照（CK）、(ii) 玉米秸秆还田（CS）、(iii) 秸秆-粪肥堆沤肥（CSM）和(iv) 秸秆衍生生物炭（BC）。我们测量了土壤孔隙性质和水力学特性，并分析了它们之间的相互关系。

研究结果

有机改良剂使土壤容重降低了11.0–14.0%，同时使总孔隙度和孔隙曲折率分别提高了28.6–111.3%和6.4–25.7%。土壤饱和导水率、田间持水量（FC）和土壤有效含水率（AWC）分别显著提高了60.0–132.0%、21.0–36.8%和33.9–58.7%，其中CSM和BC处理的效果优于CS处理。随机森林模型分析表明，这些改善是由孔隙数量、总孔隙度和平均孔隙面积显著变化所驱动的。结构方程模型分析表明，土壤孔隙性质对FC具有强烈的直接和间接正效应，且FC在驱动AWC方面发挥了显著的正向作用，其系数为0.82。

结论

本研究表明，策略性地施用有机改良剂，尤其是秸秆-粪肥堆沤肥和生物炭，能够有效改善土壤孔隙性质和水文功能。这一具有实践指导意义的知识使得黑土管理能够从经验型管理转向精准型管理，在农业可持续条件下实现生产力与生态环境效益的双重优化。