秸秆还田
秸秆还田不仅是土壤有机碳库的重要外部补充,也是秸秆资源高效利用的主要方式。许多学者通过定位试验均证明秸秆还田能够明显提高土壤有机质含量。秸秆中的有机物质直接通过土壤生物分解而固持在土壤中。同时,秸秆还田对土壤微生物量和酶活性的提高具有促进作用,进而增加有机物质的输入。此外,秸秆还田还可通过改善土壤物理结构来提高有机质质量。例如,作物秸秆经分解后土壤团聚体数量增加,微小团聚体向水稳性大团聚体转化,有机复合物稳定性增强,土壤有机质的物理保护得以改善;秸秆还田降低土壤容重,增强土壤通透性,提高微生物活性,加强秸秆的分解。然而,部分还田的有机质含量均值水平比全量还田略高,但两者的有机质含量无显著差异。这是因为随着还田量的增加,秸秆还田对土壤有机质激发效应可能已经达到饱和状态。即还田量增加到一定数量,微生物分解速率下降。相比全量还田,半量还田对微生物活性和数量的促进效果更加显著。此外,秸秆全量还田还会引起土壤C/N失衡,出现微生物分解与作物生长的争氮现象,导致土壤本底有机质的额外分解和消耗。综上,秸秆还田措施是促进土壤有机质积累的最有效方式。
排水灌溉条件
本研究显示灌溉能力未满足的土壤有机质含量显著高于灌溉能力满足的有机质含量,这可能与过量灌溉有关。过量灌溉对土壤有机质积累具有负面作用。例如,随着灌溉量的增加,各土层的有机质含量逐渐减少。但是漫灌的耕地土壤有机碳增长速率最小。这可能如下几方面原因:(1)过量灌溉造成土壤氮的流失和浸出,驱使微生物矿化土壤本底有机质的氮元素以满足生长和繁殖需求。(2)采取大水漫灌方式,加之降水丰富,导致土壤水分含量处于过饱和状态,影响了外界有机物质的归还。(3)大水过量灌溉会破坏土壤团聚体结构,显著减少水稳性大团聚体数量,导致土壤有机质的稳定性下降。此外,本研究并未将其他因素对土壤有机质含量的影响剥离,这一结果可能是土壤灌溉能力和其他因素共同作用的结果。在后续工作中需要开展更加深入的研究来分析土壤灌溉能力对于土壤有机质含量的影响。
化肥施用
虽然肥量与土壤有机质含量无显著的线性关系,但是基于随机森林模型结果表明化肥量对土壤有机质具有显著影响。这可能是因为泰和县耕地土壤有机质与化肥量存在非线性关系。研究发现连续多年不施肥,土壤有机质含量发生明显下降。在长期不施肥条件下,养分供应不足,作物产量降低,土壤有机碳库的外部补充减少。一般而言,施用化肥对有机质含量的提升具有促进作用。施用化肥有利于土壤有机质增加,并改善活性有机碳组分。然而,也有许多学者认为长期施用化肥对土壤有机质造成负面影响。例如,相较不施肥,施用化肥土壤有机碳含量下降18%。这可能是因为施用化肥会减少作物根茬残留量,导致原始土壤有机质的损失和消耗。此外,长期单施化肥破坏土壤团粒结构,降低土壤有机质稳定性,并且造成土壤板结和酸化。虽然施用化肥对土壤有机质的影响存在较大差异,但国内外研究均证明化肥配施有机肥或单施有机肥能够明显改善土壤肥力。一方面,有机肥自身的有机物质能直接增加土壤有机质含量。另一方面,有机肥还可通过改善土壤理化性质和微生物群落而控制土壤有机质的周转和分解。