摘要
近半个世纪以来，我国东北黑土区土壤有机碳（SOC）含量呈明显下降态势，耕层变薄、可耕性变差，亟需提出培肥地力的新技术措施以支撑粮食生产的可持续发展。秸秆还田作为主要的培肥固碳措施，近年来在东北地区进行了广泛应用，但仍存在秸秆腐熟程度不高、土壤物理结构变差、有机质不稳定等问题。因此，本研究以典型东北黑土区（黑龙江省青冈县）为试验点，设置农民常规田间管理措施（FP）、单独秸秆还田（T1）、单独25cm深松（T2）、秸秆还田结合25cm深松（T3）、秸秆还田结合35cm深松（T4）、不施肥对照（CK），共6个试验处理，通过田间试验监测和生物地球化学模型（DNDC）相结合的研究方法，探究秸秆还田结合深松耕作对SOC含量变化及土壤理化性状的影响，揭示了东北玉米生长季土壤温室气体排放特征及影响因素，为黑土区土壤有机碳提升，温室气体减排提供技术支撑和科学依据。主要研究结果如下： （1）经过5年的定位试验后，2021年各处理1米土体5个土层（每20cm为一层）SOC含量呈现一致的大小规律T3＞T4＞T1＞FP＞T2，其中T3处理对耕地SOC含量提升效果最为显著，其SOC含量在五个土层中显著高于FP处理14.19%~29.94%（p＜0.05）；5年前后T1、T3、T4，SOC含量均有不同程度的提高，T3处理提高程度最大。 （2）T1处理在0~40cm土层中相较FP处理土壤紧实度增加了13.4%~33.2%。秸秆还田结合深松可显著降低20~40cm土层的土壤紧实度，其中秸秆还田结合深松35cm（T3）处理对土壤紧实度降低效果最为显著，在20~30cm和30~40cm土层，对比FP处理紧实度分别下降了21.2%和24.2%（p＜0.05）。 （3）T3、T4处理的玉米产量分别高于FP处理6.95%、1.29%，虽未达到显著性差异，但因FP处理施肥量均高于其他4个处理（T1、T2、T3、T4）25%，表明秸秆还田结合深松能够在化肥减施25%的条件下保证作物产量不降低。 （4）玉米生长季中，农田土壤N2O排放通量呈现脉冲式排放，CO2排放通量为单峰曲线变化，CH4排放通量在0ug·m-2·min-1附近上下波动，总体为弱“汇”。秸秆还田结合深松会增加土壤N2O和CO2的累计排放量，T3和T4处理N2O排放量分别显著高于FP处理170%和128%，CO2排放量分别高于T3和T4处理35%和32%。 （5）本研究DNDC模型（Version9.5）基础上，添加了土壤深松模块，填补和提升了模型在表现土壤耕作措施方面的功能。经过田间试验实测值与模拟值校准验证，修改后模型可用于本试验产量的模拟分析，30年尺度模拟分析结果表明，T3、T4处理产量呈现上升趋势，其中T3处理增产效果更好。T2、FP处理产量呈现下降趋势。 本研究结果表明，黑土区秸秆还田结合深松处理对SOC含量提升和温室气体减排的综合效果好于单独秸秆还田，且深松深度25cm效果好于35cm。单独深松处理和农民常规耕作处理土壤有机碳含量下降，温室气体排放量较大。模型模拟分析表明，秸秆还田结合深松处理在前15年产量上升趋势明显，单独深松处理和农民常规耕作处理产量下降趋势明显。秸秆还田结合深松可以作为我国东北黑土玉米种植区固碳减排、保产减施的耕作技术进行推广应用。
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