秸秆还田措施是一项通过农田生态系统自身的活动与功能,不断补充农田生态系统中消耗的有机碳素,提高土壤的固碳的能力,从而持续改善土壤性能的重要措施。我国黄土高原土壤有机碳量贮存不足,加之水土流失严重和不合理的耕作措施,造成该地区土壤有机碳水平下降,进而使土壤肥力及其生产能力不足。本试验利用甘肃省平凉试验站长期玉米秸秆还田定位试验田,在前期研究基础上,探究还田年限进一步延长累积达到还田9年(Y9)、还田12年(Y12)和还田15年(Y15)时对土壤有机碳库、耕层土壤生化特性以及对玉米产量性状的影响。为该区高效利用秸秆资源,提高农田土壤固碳效率和持续提高地力水平提供参考。研究结果如下:1.长期秸秆还田使得农田土壤各组分有机碳的累积量逐年上升,表现出随着秸秆还田年限的延长而升高,随着土层深度的下降而降低的趋势,并且随着还田年限的延长土壤总有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳含量的增幅降低,达到一定的平衡状态。土壤易氧化有机碳在玉米生育期内表现出伴随玉米生长发育而变化的趋势。而由土壤碳库管理指数(CPMI)、易氧化有机碳与总有机碳的比值(ROOC/TOC)与微生物量碳与总有机碳(MBC/TOC)的比值可以看出,长期秸秆还田下土壤的碳储存能力明显提高。2.长期秸秆还田措施下土壤酶活性逐渐提高,且随着玉米生育期的推进逐渐变化。本研究在0-30cm土层中土壤过氧化氢酶、脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性在长期秸秆还田处理下显著升高,且随着还田年限的延长其活性逐渐增强。伴随着玉米生育期的推进,土壤脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶表现出从苗期到拔节期迅速升高,在拔节期达到最大值,从拔节期开始逐渐下降至灌浆期,在收获期出现略微回升。土壤蔗糖酶活性变化趋势不同于其他酶活性,在4种处理下蔗糖酶活性变化表现出从苗期到灌浆期一直升高,在灌浆期最大,从灌浆期缓慢下降至收获期。3.长期秸秆还田使土壤养分含量明显升高。本研究中长期秸秆还田对耕层土壤养分的补偿作用明显,且随着还田年限的延长补偿效果越好,随着深度的下降补偿效果降低。而与对照对比发现,土壤AN、AP、AK、TN和TP含量呈现出相似的变化规律,即随着还田年限的持续延长其含量增长幅度下降,表现出一定的平衡态势。4.土壤中的有机碳的增加是在土壤养分与土壤酶协同作用下逐渐累积的结果。土壤碳与酶、养分的相关性分析显示,土壤总有机碳与各指标间均呈现显著或极显著正相关关系。土壤易氧化有机碳与过氧化氢酶之间未达到显著关系,与蔗糖酶达到显著关系,与其他指标达到极显著正相关关系。土壤微生物量碳与酶和养分各个指标达到极显著正相关关系。逐渐回归分析显示,土壤各组分的含量均表现出随着土壤蔗糖酶活性的增强而提高;土壤氮素含量的增加有利于土壤各组分有机碳含量的积累。5.作物产量和生长性状在长期秸秆还田措施下得到明显改善。本实验中长期秸秆还田下玉米株高、玉米穗长、棒三叶叶面积、穗位高、百粒重和产量均显著高于未还田处理,且处理与对照达到显著水平。长期秸秆还田使玉米灌浆期穗位叶的叶片叶绿素含量显著增加,有效提高了穗位叶叶片的净光合速率和蒸腾速率,增加了气孔对外界环境变化的反应灵敏度,但胞间二氧化碳浓度的变化不明显,且与对照达到显著水平。但各生产指标与光合指标并未在还田年限的延长后出现较大变化。