旋耕转深松和秸秆还田增加农田土壤团聚体碳库

田慎重，王 瑜，张玉凤，边文范，董 亮，罗加法，郭洪海



旋耕转深松和秸秆还田增加农田土壤团聚体碳库

田慎重1，王 瑜2，张玉凤1，边文范1，董 亮1，罗加法3，郭洪海1※

（1. 山东省农业科学院农业资源与环境研究所，农业部黄淮海平原农业环境重点实验室，山东省植物营养与肥料重点实验室，山东省环保肥料工程技术研究中心，济南 250100；2. 山东省水稻研究所，济南 250100； 3. 新西兰农业科学院鲁亚库拉研究中心，新西兰哈密尔顿 3240）

土壤耕作和秸秆还田能够显著影响土壤结构和养分周转，也是土壤团聚体分布及更新周转的主要驱动因素。该研究基于连续9 a的旋耕-深松定位试验，对比了长期旋耕农田转变为深松以及秸秆还田对农田土壤0～50 cm土壤团聚体分布、稳定性及团聚体碳含量的影响，分析了团聚体碳对土壤有机碳的贡献率及相互关系。研究结果表明，将长期旋耕农田转变为旋耕-深松农田显著影响了0～50 cm土层的团聚体分布及其碳含量。旋耕-深松配合秸秆还田（RTS-STS）模式能够显著提高表层土壤较大粒级团聚体的比例，且显著提高了土壤团聚体稳定性，分别比旋耕-深松无秸秆还田（RTA-STA）、旋耕秸秆还田（RTS）和旋耕无秸秆还田（RTA）处理高6.1%、65.4%和87.8%；同时，RTS-STS处理显著提高了0～20 cm土层团聚体碳含量和对有机碳的贡献率，虽然在20～30和30～50 cm土层之间，2个处理的团聚体碳含量差异并不明显，但RTS-STS处理的团聚体碳含量对有机碳的贡献率较0～20 cm土层和RTS处理显著降低。通过耕作方式转变、秸秆还田和两者的交互作用对土壤团聚体分布及其碳含量影响的作用力分析可看出，耕作、秸秆及其交互作用是影响不同土层中各处理在不同粒级团聚体分布比例及碳含量差异的主要因素。通过相关分析表明，土壤有机碳含量与团聚体稳定性及其自身碳含量之间存在显著或极显著的正相关关系。旋耕-深松配合秸秆还田（RTS-STS）模式促进了0～20 cm土壤团聚体的形成和稳定，提高了土壤团聚体碳库和对有机碳的贡献，对提升土壤有机碳水平具有积极意义。

土壤；有机碳；秸秆；深松；旋耕；秸秆还田；土壤团聚体

0 引 言

土壤团聚体是土壤结构的基本单元，也是土壤肥力的物质基础，其组成及基本特性是决定土壤侵蚀、压实、板结等物理过程及土壤有机质周转的关键因素之一[1]，是评价土壤质量的重要指标[2]。土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）是土壤质量和功能的核心，是影响土壤肥力的决定因子[3]，土壤有机碳作为土壤团聚体形成的重要胶结物质，其对土壤团聚体的结构稳定有显著影响[4]，团聚体的团聚作用被认为是土壤有机碳固定的核心机制[5]。土壤团聚体的结构稳定对作物生长发育及有机碳有效存储都有着重要作用[6]。而土壤耕作和秸秆还田是驱动团聚体更新周转的主要外部因素[7]，不同的耕作方式、频率及秸秆还田可显著影响土壤团聚体数量、稳定性等团聚体特征，从而对土壤团聚状况及有机碳固定速率产生显著影响[8-9]。因此，了解不同耕作方式和秸秆还田下土壤团聚体碳库特征对有机碳周转机制及碳固定潜力具有重要意义。

华北平原是中国典型的小麦-玉米两熟区，连年的旋耕及秸秆的不当管理带来的耕层浅薄化、土壤紧实化、养分利用率较低等一系列土壤健康问题逐渐显露[10-11]，已经成为制约粮食持续高产、稳产的新问题[12]。近年来，利用深松措施来改善土壤结构、恢复耕层深度已逐渐在农业生产中被广泛采用[13-15]，将长期旋耕农田转变为旋耕-深松农田不仅能够构建合理的耕层结构，降低土壤亚表层容重，而且能够提高作物产量、促进作物的高产稳产[13]。但这种将旋耕农田转变为深松的耕作方式变化必然对原有的土壤结构及微环境产生显著影响[16]，我们通过前期的研究也表明，这种耕作方式的转变对土壤活性有机碳、有机碳固定速率及作物产量均有显著影响[17-18]。虽然目前深松及秸秆还田措施下对土壤物理性质、有机碳含量及作物生产力等方面影响的研究多见报道[19-20]，但现有研究较少涉及这种耕作方式变化后土壤团聚体特征及其关联碳库的对比研究。

因此，本研究利用转变耕作方式长期定位试验，通过对比长期旋耕农田及旋耕转变为深松农田的土壤团聚体分布、稳定性及其碳库变化，探讨转变耕作方式和秸秆还田对土壤团聚体碳库的影响，对进一步了解深松及耕作方式变化后的土壤团聚体特征及土壤碳库周转具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于山东省泰安市（36°09′N，117°09′E），属于华北平原南部，气候四季分明，年平均气温为13.8 ℃，年均降雨量710 mm。试验地土壤为壤土，土壤基础理化性状见表1。

表1 试验地0~30 cm土层基础理化性状

1.2 试验设计

本试验基于连续15 a的旋耕和秸秆管理长期定位试验，该试验始于2002年，在此长期定位试验的基础上，于2008年建立旋耕转变为深松定位试验（图1）。该耕作方式转变试验是将原旋耕（RT）处理一分为二，一半处理保持原旋耕措施（RT）不变作为对照（15 m× 4 m），另一半处理将耕作方式转变为深松（ST），即旋耕-深松（RT-ST）处理（15 m×4 m），2个处理的秸秆管理方式不变（还田或不还田）。两因素相互组合共4个处理，分别为旋耕无秸秆还田处理（RTA）、旋耕秸秆还田处理（RTS）、旋耕转变为深松无秸秆还田处理（RTA-STA）、旋耕转变为深松秸秆还田处理（RTS-STS），设3次重复。耕作方式操作均在每年10月小麦播种前进行，整个小麦-玉米轮作周期各耕作方式的具体作业流程如下：

旋耕处理（RT）：玉米机械收获→玉米秸秆还田或移除→灭茬机灭茬→施底肥→旋耕机旋耕（耕深10～12 cm，郓城工力1GQN-230型旋耕机）→小麦机械播种→小麦机械收获→小麦秸秆还田或移除→灭茬机灭茬→玉米免耕直播→玉米机械收获。

旋耕-深松处理（RT-ST）：玉米机械收获→玉米秸秆还田或移除→灭茬机灭茬→施底肥→震动深松铲深松（耕深30～40 cm，郓城工力ZS-180型震动深松机）→旋耕机浅旋整地（耕深5～10 cm，郓城工力1GQN-230型旋耕机）→小麦机械播种→小麦机械收获→小麦秸秆还田或移除→灭茬机灭茬→玉米免耕直播→玉米机械收获。

试验地采用小麦（L.）－玉米（L.）一年两熟种植模式，小麦于每年10月12日左右播种，并于第2年6月8日左右收获；玉米于6月20日左右播种，当年10月8日左右收获。各处理统一田间管理。小麦秸秆还田量约为10.1 t/hm2，玉米秸秆还田量约为11.0 t/hm2。小麦季基施纯N 160 kg/hm2，P2O5150 kg/hm2，K2O 105 kg/hm2，各处理在拔节期统一追施纯N 80 kg/hm2；玉米季基施纯N 120 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 100 kg/hm2，大喇叭口期追施纯N 120 kg/hm2。

图1 旋耕转变为深松长期定位试验处理图

1.3 土壤样品采集与分析

1.3.1 土壤团聚体样品采集

土壤团聚体样品采集于2015年11月。用直径为10 cm的环刀，“S”形3点采集0～10、10～20、20～30和30～50 cm 4个土层的原状耕层土壤。带回实验室后，将原状土沿土壤的自然结构剥成小土块，剔去粗根和小石块，让其自然风干。

1.3.2 土壤团聚体分级

土壤团聚体分级采用改进的湿筛法[21]。湿筛分析在土壤团聚体分析仪（TFF-100型，浙江舜龙）上进行。套筛孔径依次为5、2、1和0.25 mm。各处理取50 g的土样倒入套筛，浸润10 min之后启动团聚体分析仪，以20次/min幅度上下筛动10 min。筛好后，将各级套筛上的土样全部转移到铝盒中，待澄清后倒去上清液，烘箱55 ℃风干，在空气中平衡2 h后称质量，各处理3次重复。土壤有机碳含量及不同粒级团聚体碳含量采用总有机碳分析仪（TOC）进行测定。

1.3.3 计算方法

不同粒级团聚体的质量百分比计算[22]

式中w为某级团聚体的质量分数，%；W为该级团聚体的风干质量，g。

土壤团聚体稳定性参数：平均质量直径（MWD）[22]

式中MWD为平均质量直径；y为各粒级土粒的质量百分比，%；x为各粒级的平均直径，mm。

团聚体碳库对土壤有机碳库的贡献率计算（SOC）[23]

SOC=SOC×w/SOC （3）

式中SOC为第级团聚体的SOC含量，g/kg；w为第级团聚体的比例，%；SOC为土壤有机碳含量，g/kg。

1.4 数据分析

试验中，对各处理团聚体分布及其碳库特征差异进行多因素方差分析时，计算耕作因素、秸秆因素及其交互效应对团聚体分布及其碳库影响的作用力，即各因素及其交互作用所引起的变异在总变异中所占的比例，通过其所产生的平方和占总平方和的百分比表示[24]。本文中所有数据采用Excel 2010进行数据分析，采用Sigma Plot 10.0作图，采用SPSS 17.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 转变耕作方式和秸秆还田对团聚体分布的影响

由表2可以看出，转变耕作方式和秸秆还田对0～50 cm土壤团聚体分布产生显著影响。在0～10 cm土层，团聚体以2～5 mm粒级的为主，但在不同粒级间，各处理间表现出明显差异。例如，转变耕作方式处理RTS-STS以2～5 mm粒级为主，其比例显著高于RTS处理，但后者各粒级间的比例较为平均，其中1～2、0.25～1和<0.25 mm粒级比例显著高于RTS-STS处理（<0.05）。通过计算土壤团聚体稳定指数-平均质量直径（MWD）可以看出，在0～10 cm土层，RTS-STS处理的团聚体稳定性显著高于RTA-STA、RTS和RTA处理，分别比3个处理高6.1%、65.4%和87.8%，说明转变耕作方式提高了土壤团聚体的稳定性，但显著降低了>30～50 cm土层较大粒级团聚体的比例，且其团聚体稳定性降低了41%。在>10～20 cm土层，各处理团聚体以2～5和0.25～1 mm粒级为主，且分布规律不明显，例如RTS-STS处理主要集中在2～5 mm粒级，RTS处理约83%团聚体分布在0.25～5 mm之间，而RTA处理0.25～1和<0.25 mm粒级的比例分别达到35.91%和27.59%，且平均质量直径以RTS-STS处理最高，达到2.42 mm；各处理>20～30 cm土壤团聚体分布状况与>10～20 cm类似。但在>30～50 cm土层，各处理2～5 mm粒级的团聚体比例呈逐渐降低趋势，而1～2、0.25～1和<0.25 mm粒级比例都表现为不同程度的升高，例如RTS-STS处理<0.25 mm粒级的团聚体比例较0～30 cm土层显著升高，且显著高于其他处理，且其团聚体稳定性显著降低，只有1.05 mm，说明旋耕转变为旋耕深松后，较小粒级的团聚体比例逐渐显著提高，稳定性降低；相反该土层RTS处理的团聚体稳定性显著高于其他3个处理。

表2 转变耕作方式和秸秆还田后土壤不同粒级团聚体分布及稳定性变化

注：表中同一土层中同列不同小写字母表示差异显著（<0.05），下同。

Note: Different lowercase letters in same column of one layer denote statistical differences between treatment groups (<0.05), the same as below.

2.2 转变耕作方式和秸秆还田对团聚体碳库的影响

耕作方式的变化和秸秆还田显著影响土壤团聚体碳含量变化（表3）。除RTS 2～5 mm和0.25～1 mm外，秸秆还田处理RTS-STS和RTS在4个土层的有机碳含量和各粒级团聚体碳对有机碳的贡献率均显著高于其无秸秆还田处理，说明秸秆还田有利于提高土壤团聚体碳含量。但各处理的有机碳含量、不同粒级间的团聚体碳和贡献率表现趋势不一。在0～10 cm土层，RTS-STS处理各粒级的团聚体碳含量均显著高于其他3个处理，这与其土壤有机碳含量趋势一致，通过计算团聚体碳对有机碳的贡献率可以看出，RTS-STS处理的贡献率达到87.89%，较RTS、RTA-STA和RTA处理分别高4.9%、10.3%和18.6%，说明转变耕作方式促进了团聚体碳库对有机碳库贡献，显著提高了其在土壤有机碳库中的比例。>10～20 cm土层，RTS-STS处理各粒级团聚体碳含量、有机碳含量和贡献率显著高于其他3个处理。而>20～30 cm，RTS处理土壤有机碳含量和贡献率显著高于其他3个处理，而RTS-STS处理0.25～2 mm各粒级的团聚体碳含量较高，但其团聚体碳对有机碳的贡献率显著降低，分别比0～10和>10～20 cm降低29.9%和25.8%，说明旋耕-深松对下层土壤团聚体碳库产生显著影响。在>30～50 cm，虽然RTS-STS处理的有机碳含量和团聚体碳含量最高，但其团聚体碳对有机碳的贡献率只有76.05%，比贡献最高的RTS处理低7.7%。

表3 转变耕作方式和秸秆还田后土壤不同粒级团聚体碳含量及贡献率变化

2.3 转变耕作方式和秸秆还田对团聚体分布及其碳含量影响的影响力分析

通过耕作方式变化、秸秆还田和两者的交互作用对土壤团聚体分布及其碳含量影响的影响力分析可知（表4），在0～10 cm土层中，耕作、秸秆还田和两者的交互作用对土壤团聚体分布的影响均达到了极显著水平（<0.01），但耕作因素的影响占到82.98%～98.12%，说明耕作是影响土壤表层团聚体分布的主要决定因子；但在>10～20 cm土层，耕作因素虽然也达到了显著水平（<0.01），其作用力较0～10 cm土层显著降低，而秸秆因素对土壤团聚体分布影响的作用力达到60.66～87.64%，说明秸秆因素对>10～20 cm土层的团聚体分布的影响较0～10 cm表层显著升高，且高于耕作因素在该土层的作用力；在>20～30 cm土层，耕作、秸秆及两者的交互作用均极显著的影响不同粒级团聚体的分布（<0.01）；但在>30～50 cm土层，团聚体分布受耕作因素的影响作用力显著高于>20～30 cm。

土壤团聚体碳含量在0～10 cm土层主要受秸秆因素、耕作与秸秆交互作用影响（<0.01），耕作因素作用力并没有达到显著水平，说明耕作方式变化并没有主导土壤表层（0～10 cm）团聚体碳含量发生明显变化，其含量差异主要来自秸秆还田因素及两者的交互作用；而在>10～20 cm土层的结果相反，秸秆因素并没有达到显著水平，团聚体碳含量大小主要受耕作及耕作和秸秆交互作用影响（<0.01），说明耕作或秸秆还田的单一因素在不同土层表现出了显著差异，但两因素的交互作用是0～20 cm土层影响土壤团聚体碳含量的主要因子；>20～30 cm土层趋势与>10～20 cm土层类似，而在>30～50 cm土层，耕作、秸秆及两者的交互作用是造成各处理土壤团聚体碳含量差异的主要原因（<0.01）。

表4 耕作方式和秸秆还田对土壤不同粒级团聚体分布及稳定性影响的作用力分析

注：*代表<0.05；**代表<0.01，下同。

Note: * and ** indicate<0.05 and<0.01 in table, respectively, the same as below.

2.4 土壤有机碳含量与MWD、团聚体碳库的相互关系

由表5可知，土壤有机碳含量与团聚体稳定指数平均质量直径（MWD，=0.75，<0.01）、大团聚体（= 0.84，<0.01）和微团聚体碳含量（=0.74，<0.01）之间均存在极显著的正相关关系；而土壤团聚体稳定性（MWD）与大团聚体（=0.65，<0.05）显著相关，与微团聚体碳含量（=0.81，<0.01）极显著相关；大团聚体碳含量和微团聚体碳含量也表现出极显著的正相关关系（=0.95，<0.01）。

表5 土壤有机碳与MWD、大团聚体碳、微团聚体碳之间的相关性

3 讨 论

本研究结果表明，耕作方式的变化和秸秆还田显著影响了不同土层、不同粒级土壤团聚体的分布比例和稳定性（表2）。例如，在0～10 cm土层中，2个耕作方式变化处理RTS-STS和RTA-STA以2～5 mm粒级的团聚体为主，而对照RTS和RTA处理的团聚体比例较为平均，且秸秆还田的RTS-STS处理的团聚体比例要显著高于无秸秆还田处理RTA-STA。但在>30～50 cm土层，RTS-STS和RTA-STA处理的较大粒级的团聚体比例显著降低，微团聚体比例显著升高；而相反，RTS处理随着土层的加深其1～5 mm间各粒级团聚体比例逐渐升高。已有研究表明，旋耕对耕层土壤团聚体具有强烈影响，特别是在土壤表层，各粒级间的团聚体比例分布更为均匀[25]，本研究也得到了类似结果，而深松配合秸秆还田可在短期内促进0～10 cm土层的大团聚体形成[1]。通过各处理土壤团聚体稳定指数平均质量直径的变化也可看出，RTS-STS和RTA-STA处理的团聚体稳定性要显著高于对照RTS和RTA处理，但RTS处理的MWD值在随土层的加深呈升高趋势，而RTS-STS和RTA-STA处理团聚体稳定性在>30～50 cm土层显著降低，说明耕作方式由旋耕（RT）转变为旋耕-深松（RT-ST）后促进了表层土壤团聚体的稳定性，但显著降低了>30～50 cm土壤团聚体比例和稳定性，而旋耕措施显著降低了表层土壤团聚体的稳定性。周虎等[22]研究结果也表明，由于旋耕处理对土壤的强烈扰动，会降低耕作深度内土壤团聚体的团聚度和稳定性。通过耕作方式变化、秸秆还田和两者的交互作用对土壤团聚体分布影响的作用力分析可知（表4），耕作因素是影响表层土壤团聚体分布的主要作用力，随着土层的加深，在>10～30 cm土层，其对土壤团聚体分布的作用力逐渐减弱，但在>30～50 cm土层，耕作因素作用力显著增大（68.76%～82.74%），说明耕作方式变化显著改变了该土层土壤团聚体的分布状况。由于深松主要作用于下层土壤，对>20～50 cm土层的耕层构造产生显著影响，从而改善土壤结构[26]。因此，相对于主要作用于0～15 cm土壤表层的旋耕措施，耕作方式转变后促进了表层土壤团聚体的形成和稳定，但显著改变了下层土壤团聚体的分布状况和稳定性，因此，耕作和秸秆还田在不同程度上驱动了各处理不同土层及粒级间团聚体的更新变化[7,27]。

通过测定耕作方式转变后各处理不同粒级团聚体中有机碳含量变化也可以看出（表3），在0～20 cm土层，耕作方式转变后RTS-STS处理各粒级团聚体碳含量和对有机碳的贡献率均显著高于RTS处理，而在>20～30和>30～50 cm土层之间，2个处理的团聚体碳含量差异显著，但RTS-STS处理的团聚体碳含量对有机碳的贡献率显著低于RTS处理，说明转变耕作方式显著提高了0～20 cm土层有机碳含量和有机碳中来自团聚体碳库的比例，促进了有机碳的有效积累和固定，进而使更多的碳储存在土壤中[28]。在本研究中，秸秆还田显著提高了RTS-STS和RTS处理团聚体中的有机碳含量，这与王勇等[29]研究结果一致。秸秆还田等有机物质的输入一方面增加了土壤有机质，另一方面这种新鲜有机质作为团聚体形成的胶结物质也促进了土壤团聚体的形成[30]，促进了团聚体的形成和稳定。通过土壤有机碳与团聚体稳定指数、团聚体碳含量的相关性分析也表明，土壤有机碳与土壤团聚体稳定性及其碳库（包括大团聚体和微团聚体碳）之间有着极显著的正相关关系，说明土壤团聚体碳对有机碳库的贡献显著影响了土壤有机碳库的大小。Six等[31]研究结果也表明，稳定的土壤团聚体可将更多的有机碳保护起来，进而促进土壤碳的固定和存储。而本研究中，土壤团聚体稳定性与其自身的含碳量之间也表现出显著的正相关关系，说明土壤团聚体中有机碳不仅促进了团聚体的形成，也能够显著促进其自身稳定性[32]，而且稳定的团聚体也能够显著提高对有机碳的物理保护作用，促进土壤有机碳的有效固定[8]。

4 结 论

1）耕作方式转变和秸秆还田显著影响了0～50 cm土层土壤团聚体的分布及其碳含量大小。转变耕作方式后，旋耕-深松配合秸秆还田（RTS-STS）处理0～10 cm土层的团聚体稳定性比旋耕-深松无秸秆还田（RTA-STA）、旋耕秸秆还田（RTS）和旋耕无秸秆还田（RTA）处理提高6.1%、65.4%和87.8%，显著促进了表层土壤团聚体的稳定，但显著降低了>30～50 cm土层较大粒级团聚体的比例，且其团聚体稳定性降低了41%。

2）转变耕作方式和秸秆还田（RTS-STS）处理显著提高了0～10 cm各粒级团聚体碳含量和对有机碳的贡献率，较RTS、RTA-STA和RTA处理分别高4.9%、10.3%和18.6%，转变耕作方式和秸秆还田显著提高了团聚体碳库在土壤有机碳库中的比例。但RTS-STS处理对下层土壤团聚体碳库也产生显著影响，在>20～30 cm土层的贡献率较0～10和>10～20 cm分别降低了29.9%和25.8%，在>30～50 cm，RTS-STS处理的有机碳含量和团聚体碳含量最高，但其团聚体碳对有机碳的贡献率只有76.05%。

土壤团聚体碳含量显著影响土壤有机碳水平，土壤有机碳含量与团聚体稳定指数平均质量直径、大团聚体和微团聚体碳含量之间均存在极显著的正相关关系，且土壤团聚体稳定性与大团聚体、微团聚体碳含量均显著相关，其自身碳含量显著影响土壤团聚体自身的稳定性。

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Residue returning with subsoiling replacing rotary tillage improving aggregate and associated carbon

Tian Shenzhong1, Wang Yu2, Zhang Yufeng1, Bian Wenfan1, Dong Liang1, Luo Jiafa3, Guo Honghai1※

(1.,250100; 2.250100,; 3.3240,)

Soil tillage and residue returning could exert significant impact on soil structure and nutrient turnover, which were also important driving factors for the distribution and update of soil aggregate. The objectives of this study were to estimate the effects of rotary tillage converting to subsoiling on distribution, stability and associated-C content of soil aggregate based on the 8-year experiment, which included rotary tillage with residue returning (RTS), rotary tillage with residue removing (RTA), rotary tillage converting to subsoiling with residue returning (RTS-STS) and rotary tillage converting to subsoiling with residue removing (RTA-STA). The contribution rate of aggregate-C to soil organic carbon (SOC) and their interaction during rotary tillage converting to subsoiling were also analyzed in this study. The results showed that, the distribution, stability and associated-C of soil aggregate fractions were significantly affected by rotary tillage converting to subsoiling combined with the returning of residue, which not only significantly increased the proportion of soil macroaggregate, but also promoted the stability of aggregate. For example, the aggregate fraction proportions of 1-2, 0.25-1 and <0.25 mm under RTS-STS treatment were significantly higher than those of other 3 treatments in the soil depth of 0-10 cm, and the mean weight diameter (MWD) for stability index of soil aggregate under RTS-STS treatment was also 6.1%, 65.4% and 87.8% higher than RTA-STA, RTS and RTA treatments respectively in this study. And the aggregate fraction proportions of 1-2, 0.25-1 and <0.25 mm under 4 treatments were increased in the soil depth of >30-50 cm compared with that in the soil depth of 0-30 cm. Whereas, the MWD values were significantly decreased under the RTS-STS and RTA-STA treatments in the soil depth of 30-50 cm, and the opposite result was found under RTS and RTA treatments. Meanwhile, RTS-STS treatment significantly increased aggregate associated-C and its contribution rate to SOC in the depth of 0-20 cm. Although there was no significant difference for aggregate associated-C between RTS-STS and RTS treatments in the depth of >20-30 and >30-50 cm, the contribution rate of aggregate associated-C to SOC was decreased under the RTS-STS treatment compared with that in >20-50 cm depth. In comparison to the residue removing, rotary tillage and rotary tillage converting to subsoiling combined with the returning of residue increased the contents of SOC and aggregate associated-C in the soil depth of 0-50 cm. The contribution rate of aggregate associated-C to SOC under RTS-STS treatment was 87.89%, which was 4.9%, 10.3% and 18.6% higher than RTS, RTA-STA and RTA treatments respectively in this study. Tillage method, residue returning and their interaction were important effect factors on the distribution and associated-C of soil aggregate under 4 treatments in the different soil depths according to the force analysis in this study. Additionally, there was significant positive correlation between the SOC and the stability and associated-C(<0.01) of aggregate by the correlation analysis. The tillage converting combined with residue returning (RTS-STS) can improve the aggregate gathering and stabilizing in the 0-20 cm soil depth, and also increase the contribution rate of soil aggregate associated-C to SOC, which would significantly improve the SOC level in this region.

soils; organic carbon; straw; subsoiling; rotary tillage; residue returning; soil aggregate

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.018

S343.1

A

1002-6819(2017)-24-0133-08

2017-07-12

2017-11-30

国家自然科学基金（41701337）；公益性行业（农业）科研专项（201503121）；山东省自然科学基金（ZR2015CQ007）；山东省农业科学院青年科研基金（2015YQN37）；山东省科技发展计划（2016STS001）；“海外泰山学者”建设工程专项经费；山东省农业科学院农业科技创新工程（CXGC2016A12）共同资助。

田慎重，男，山东济宁人，博士，助理研究员。研究方向为土壤耕作与农业生态。Email：tiansz1616@163.com

郭洪海，男，山东菏泽人，研究员。研究方向为循环农业。 Email：honghaig@163.com

田慎重，王 瑜，张玉凤，边文范，董 亮，罗加法，郭洪海. 旋耕转深松和秸秆还田增加农田土壤团聚体碳库[J]. 农业工程学报，2017，33(24)：133－140. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.018 http://www.tcsae.org

Tian Shenzhong, Wang Yu, Zhang Yufeng, Bian Wenfan, Dong Liang, Luo Jiafa, Guo Honghai. Residue returning with subsoiling replacing rotary tillage improving aggregate and associated carbon[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(24): 133－140. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2017.24.018 http://www.tcsae.org