東北地理所在秸稈還田調(diào)控土壤團聚體孔隙結(jié)構(gòu)及其固碳機制方面取得進展
土壤團聚體作為調(diào)控土壤過程的關(guān)鍵因子，其內(nèi)部復(fù)雜的孔隙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對土壤有機碳（SOC）固存以及土壤穩(wěn)定性有著重要的作用。特別是土壤團聚體不同粒徑和密度組分中碳氮含量的變化與團聚體內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)特征之間存在密切聯(lián)系。然而，對微米級土壤孔隙網(wǎng)絡(luò)與有機碳組分動態(tài)耦合機制的解析尚未深入。
東北地理所黑土保護與利用學(xué)科組研究人員以2011年在東北黑土區(qū)建立的秸稈還田試驗為研究對象，利用團聚體分級、密度分組和計算機斷層掃描技術(shù)探討了不同團聚體粒徑及其密度組分中SOC和全氮（TN）的含量以及3-5 mm團聚體內(nèi)孔隙結(jié)構(gòu)特征變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，秸稈還田可以顯著提高團聚體不同組分中的碳氮含量，通過促進團聚體形成與穩(wěn)定性，最終改善孔隙結(jié)構(gòu)（圖1）。具體表現(xiàn)為>100 μm孔隙的比例、孔隙度及各形狀參數(shù)（各向異性、圓度、連通性和分形維數(shù)）顯著增加，而總孔隙數(shù)顯著降低。團聚體孔隙形態(tài)與分布的改善主得益于團聚體輕組和重組碳氮的增加，團聚體內(nèi)部孔隙網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的同時實現(xiàn)了碳氮協(xié)同固存（圖2），為解析秸稈還田條件下團聚體碳氮固存與孔隙特征的互作機制提供了新認知。
圖1秸稈還田對團聚體內(nèi)碳氮含量以及孔隙結(jié)構(gòu)影響的結(jié)構(gòu)方程模型
圖2 秸稈還田對團聚體內(nèi)碳氮含量以及孔隙結(jié)構(gòu)影響的概念圖
研究成果近期發(fā)表在國際農(nóng)林科學(xué)一區(qū)期刊Journal of Integrative Agriculture上。黑土保護與利用學(xué)科組在讀博士研究生趙影為論文第一作者，陳旭助理研究員為通訊作者。該研究得到國家重點研發(fā)計劃（2022YFD1500100）、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類（XDA28070100）以及財政部和農(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（CARS04）等聯(lián)合資助。
論文信息：
Zhao Ying,Han Xiaozeng,Qiu Chen,Zou Wenxiu,Lu Xinchun,Yan Jun,Chen Xu*. The enhancements of pore morphology and size distribution by straw return are mediated by increases in aggregate-associated carbon and nitrogen. Journal of Integrative Agriculture,2025,24(4),1562-1576.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.jia.2024.08.003
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