東北地理所在有機物料深混還田改善土壤結(jié)構(gòu)和土壤酶活性方面取得進展
有機物質(zhì)可以通過對土壤物理、化學和生物特性的積極影響，顯著改善農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳氮循環(huán)和土壤肥力。秸稈和有機肥作為常見的土壤改良劑，結(jié)合不同的耕作方式（常規(guī)耕作、輪作和深埋），對土壤養(yǎng)分有效性、土壤結(jié)構(gòu)和土壤微生物群落有顯著的改善效果。土壤酶活性是土壤微生物重要的指示性指標。土壤結(jié)構(gòu)影響植物生長所需的水分和養(yǎng)分供應、物質(zhì)交換、氣體循環(huán)、微生物活動和作物根系的延伸。土壤孔隙結(jié)構(gòu)可以通過影響微生物生存環(huán)境，進而影響酶活性。然而，有機物料還田條件下，黑鈣土土壤孔隙結(jié)構(gòu)對酶活性的影響尚不清楚。
東北地理所黑土保護與利用學科組研究人員在黑鈣土地區(qū)通過有機物料還田與耕作深度結(jié)合的定位試驗，探究了有機物料類型與還田深度對土壤孔隙結(jié)構(gòu)和土壤酶活性的影響，并分析了土壤結(jié)構(gòu)特征對微生物量和微生物活性的影響機制，旨在為改善土壤孔隙結(jié)構(gòu)和微生物活性進而增加農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中碳氮的固存提供科學的見解。
研究發(fā)現(xiàn)，（1）深翻耕作與有機物料相結(jié)合可以改變土壤孔隙結(jié)構(gòu)，與秸稈淺混和深混處理相比，秸稈+有機肥結(jié)合深翻耕作處理的土壤在大孔隙數(shù)量、孔隙度和分形維數(shù)上均有顯著增加，提高了0~35 cm土層土壤孔隙的復雜性和連通性；（2）土壤孔隙結(jié)構(gòu)的改善有利于養(yǎng)分固持，形成有利于微生物生長的孔隙結(jié)構(gòu)，使微生物生物量增加3.57~46.01%，土壤碳和氮限制酶活性分別顯著提高了11.67~40.16%和8.81~21.43%（圖1，P < 0.05）；（3）結(jié)構(gòu)方程模型表明，有機物料還田有利于土壤孔隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育，并顯著提高土壤酶活性，進而緩解了微生物氮限制（圖2和3），促進作物生長。因此，在黑鈣土區(qū)域，秸稈+有機肥結(jié)合深翻耕作是能夠改善土壤結(jié)構(gòu)和微生物生存環(huán)境、促進土壤碳氮固存的有效措施。
圖1. 土壤胞外酶活性對耕作和有機物料還田的響應
圖2. 土壤性質(zhì)對酶活性的影響和微生物資源限制與土壤性質(zhì)的關(guān)系
圖3. 概念圖顯示不同有機物料還田條件下土壤酶活性和微生物養(yǎng)分資源限制對土壤性質(zhì)響應的增加（紅色）和減少（藍色）
研究成果近期發(fā)表在農(nóng)林科學國際期刊Journal of Environmental Management（JCR 1區(qū)Top）上。黑土保護與利用學科組科研助理劉春柱為論文第一作者，陳旭助理研究員和鄒文秀研究員為通訊作者。研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500105）、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項A類（XDA28070100）和財政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-04）共同資助。
論文信息：
Liu Chunzhu,Han Xiaozeng,Lu Xinchun,Yan Jun,Chen Xu*,Zou Wenxiu*. Response of soil enzymatic activity to pore structure under inversion tillage with organic materials incorporation in a Haplic Chernozem. Journal of Environmental Management,2024,370,122421.
論文鏈接：
DOI 10.1016/j.jenvman.2024.122421
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