东北地理所揭示土壤孔隙分布与有机碳之间的关系

　　土壤孔隙分布决定着包括水分存储与运输、气体扩散、穿透阻力、微生物活性等在内的许多土壤过程和功能。大量研究指出土壤孔隙度对土壤有机碳（SOC）的固定产生影响，但是以往的研究多集中在土壤总孔隙度与SOC之间的关系上，土壤孔隙分布与SOC之间的关系仍不清楚。最小限制水分范围（LLWR）是一个将田间持水量、萎蔫系数、充气孔隙、土壤容重、土壤硬度、土壤粘粒含量、SOC含量等影响植物生长的多因素集合起来的综合指标，其以往用于评价土壤水分对植物生长的限制作用，近来被成功用于解释不同耕作方式对SOC矿化的影响，得出了LLWR与SOC矿化呈正相关的结论。但是，由于在计算LLWR过程中输入的是土壤容重，实际上是总孔隙度数据，所以反映的还是土壤总孔隙度与SOC之间的关系。土壤各级孔隙如何影响SOC？哪一级孔隙起主导作用？各级孔隙的影响是否存在差异？这些问题有待深入研究。

　　为此，中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土有机碳与保护性学科组张晓平研究团队基于以往研究基础，分析了不同耕作方式对土壤孔隙分布的影响、LLWR与土壤孔隙分布的关系，并尝试利用土壤孔隙分布替换容重计算LLWR后用于研究不同耕作方式影响SOC矿化的效果。结果表明，免耕与秋翻相比显著降低了次大孔隙（30–100 μm）的体积，LLWR与次大孔隙（30–100 μm）的体积呈显著相关关系（p<0.05）。因此，利用次大孔隙（30–100 μm）的体积替换土壤容重数据获得的LLWR可以更加准确地反映不同耕作方式对SOC矿化的影响，同时还提高了其作为土壤固碳能力评价指标的精度和灵敏度。这一结果也验证了耕作方式通过次大孔隙（30–100 μm）的体积影响LLWR，进而影响SOC矿化的结论。免耕由于不扰动土壤，所以次大孔隙（30–100 μm）的体积减小，进而导致LLWR减小、SOC矿化速率降低。相关研究结果为今后研究土壤孔隙分布与SOC之间的关系提供了很好的理论借鉴。

　　该项研究工作得到了国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向项目和东北地理所“优青”项目的资助。该所助理研究员陈学文为第一作者，副研究员梁爱珍为通讯作者。研究成果发表在国际农业科学领域主流学术期刊Journal of Agricultural Science上。

　　论文信息：Chen XW, Shi XH, Liang AZ, Zhang XP, Jia SX, Fan RQ, Wei SC. Least limiting water range and soil pore-size distribution related to soil organic carbon dynamics following zero and conventional tillage of a black soil in Northeast China. Journal of Agricultural Science, 2015, 153, 270-281.