玉米间作田菁通过增加亚耕层植物残体碳驱动黑土有机碳积累

来源：植物营养与肥料学报杂志2026年第7期北京时间：

作者：罗加巧, 潘多锋, 廖盼, 宁鹏, 杨璐

摘要：目的绿肥，又称覆盖作物，具备遏制黑土退化、培肥地力并提升黑土固碳潜力等多重生态功能。本研究从微生物碳泵与有机碳组分的视角，系统探究玉米间作豆科绿肥体系下黑土耕层与亚耕层土壤的固碳效应及其作用机制。方法田间定位试验于2021年起在黑龙江哈尔滨进行，设置玉米单作(MM)和玉米−田菁(Sesbania cannabina)间作(MG)两个处理。2025年在玉米拔节期分别采集0—20和20—40 cm土壤样品，比较两个种植体系下土壤基本理化性质、有机碳(SOC)及物理组分、微生物源与植物源残体碳累积特征的差异。结果与MM处理相比，MG处理耕层SOC含量无明显变化，但亚耕层SOC、微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机氮(DON)含量分别增加了14.4%、135.0%和88.3%，矿物结合态有机碳(MAOC)和颗粒态有机碳(POC)含量分别增加了32.9%和40.8%，且亚耕层MAOC和POC含量与SOC含量呈显著正相关；MG处理亚耕层土壤微生物碳利用效率显著提高19.6%，碳、氮、磷循环相关水解酶(β-葡萄糖苷酶、β-纤维二糖酶、N-乙酰氨基葡萄糖苷酶、磷酸酶)活性增加86.9%～145.0%，土壤中植物残体碳(PRC)含量显著增加31.1%，微生物残体碳含量无显著变化，因而微生物残体碳积累系数下降56.9%；耕层和亚耕层土壤丁香基酚类酸醛比(Ad/Al)s不变，而香草基酚类酸醛比 (Ad/Al)v分别降低69.2%和33.6%，肉桂基/香草基酚类比值(C/V)分别降低26.3%和19.5%。Mantel分析结果显示，POC、MAOC和SOC均与PRC呈显著相关，表明亚耕层土壤PRC增加是SOC积累的关键因素。结论豆科绿肥田菁属深根系作物，显著增加了亚耕层的根系残体碳量，其较低的C/N比促进了微生物对碳的利用，增加了亚耕层土壤碳氮磷相关水解酶活性。土壤微生物水解酶活性的增加能够加速微生物碳泵中微生物的“体外修饰”过程，促进土壤中植物残体碳中木质素的氧化，以及向POC和MAOC的转化，最终表现为亚耕层土壤有机碳的积累。因此，亚耕层中植物性残体碳含量的增加是玉米间作田菁提升黑土耕地有机碳含量的关键驱动因子。

关键词：黑土亚耕层, 玉米田菁间作, 植物残体碳, 微生物碳泵, 木质素转化, 耕地保育