潮土区小麦、玉米残体对土壤有机碳的贡献——基于改进的RothC模型

摘要：

[目的]为进一步了解秸秆还田对土壤有机碳(SOC)的提升效果,探究作物残体(根系与秸秆)对潮土区SOC的贡献,为华北冬小麦-夏玉米区SOC提升提供理论依据.[方法]基于腐解试验的有机物料碳残留率数据,获得4种有机物料在RothC-26.3模型最优时对应的DPM/RPM参数值(易分解植物残体和难分解植物残体的比值).利用修订的DPM/RPM参数,获得了改进的RothC-26.3模型,并用郑州潮土区短期腐解试验(2012年11月至201 3年11月)和长期定位试验数据(1990-2008年)进行验证,模拟出郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体在3种不同施肥处理下(不施肥CK,平衡施肥NPK和秸秆还田NPKS)对新形成SOC的贡献.[结果]在模型达到最优时,小麦根系(wheat root,WR)、小麦秸秆(wheat straw,wS)、玉米根系(corn root,CR)和玉米秸秆(corn straw,CS)的DPM/RPM值分别为0.89、3.04、4.35和3.25.模型结果显示,CK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例均为50％,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0-20 cm)占新形成的SOC比例分别为60％、40％;小麦根和玉米根固碳效率分别为15.5％、10.8％;NPK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例分别为60％、40％,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0-20 cm)占新形成SOC的比例分别为71％、29％;小麦根和玉米根固碳效率分别为17.5％、11.4％;NPKS处理小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的碳投入的比例分别为47％、21％、32％,而小麦根系、玉米根系、玉米秸秆对新形成的SOC (0-20 cm)贡献分别为50％、22％、28％;小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的固碳效率分别为16.9％、11.2％、11.4％.总之,冬小麦-夏玉米轮作系统中无论是不施肥、平衡施肥还是秸秆还田处理,小麦根系对新形成SOC的贡献率(50％-71％)大干玉米根系和玉米秸秆对新形成SOC贡献率(22％-40％).源自小麦的SOC占新形成SOC的比例均分别大于源自小麦的碳投入占总碳投入的比例,而源自玉米的投入及其对新形成SOC的贡献则反之.小麦根系的固碳效率(15.5％-17.5％)大于玉米根系和玉米秸秆的固碳效率(10.8％-11.4％).[结论]改进后的RothC模型可用来探究湖土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体对新形成SOC的贡献.郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦根系对新形成SOC的贡献率均大于玉米根系和玉米秸秆的贡献率.根茬还田(尤其是小麦根茬还田)更有利于提升土壤有机碳含量.

关键词：Roth C模型、小麦残体、玉米残体、土壤有机碳、潮土

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资助基金：国家973计划课题2013CB127404、国家公益性行业农业科研专项经费项目201203030

在线出版日期：2017-01-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：4160-4168