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北方旱地农业区是中国重要的粮食生产基地，实施中低产田改良，提升农田土壤基础地力水平是进一步提升中国粮食生产潜力的重要举措。碳酸钙在北方旱地耕层中含量较高，钙离子胶结引起的土壤颗粒团聚有可能成为土壤有机质积累或地力提升的限制性因素，但碳酸钙在北方钙质碱性旱地土壤有机碳周转和团聚体形成过程中作用的认识仍存在不足，严重制约了钙质碱性旱地土壤改良技术的研发。
针对上述问题，本文选择五种典型旱地农田土壤:黑龙江哈尔滨黑土（黑土）、吉林通榆淡黑钙土（淡黑钙土）、河南封丘潮土（潮土）、甘肃武威灰钙土（灰钙土）和陕西延安黄绵土（黄绵土）为研究对象，开展相关研究。首先通过区域调查实验，研究了五种典型钙质碱性旱地农田土壤各粒级团聚体中有机碳、碳酸钙以及不同形态的分布特征，及其相关性，分析碳酸钙对钙质碱性土壤有机碳积累和团聚体形成的影响，以及碳酸钙的作用机理;其次，通过对五种典型钙质碱性旱地农田土壤进行外源碳酸钙添加的室内培养实验，设置对照组（C:仅添加1％秸秆）和处理组(T:添加1％秸秆+土壤碳酸钙含量增加80g/kg)两种处理，分析在培养30d、180d后，土壤有机碳、碳酸钙及不同形态钙含量动态变化，以及团聚体形成情况，进一步探究碳酸钙对钙质碱性土壤有机质积累和团聚体形成的影响和作用机理，主要研究结果如下:
(1)五种典型钙质碱性旱地农田土壤微团聚体中碳酸钙和有机碳含量均随微团聚体粒径的减小而增加，＜0.002mm粘粒中的有机碳和碳酸钙对全土有机碳和碳酸钙含量贡献率虽低，但其相对含量均高于其他粒径微团聚体。土壤全土和各粒径团聚体中钙形态皆以酸溶态钙为主，占全钙含量都在64.09％以上，受试土壤钙活性高，钙离子迁移转化频繁，团聚体中活性钙在＜0.002mm粘粒中含量最高。
(2)全土有机碳与碳酸钙含量之间无显著相关关系，但在0.053～0.002mm和＜0.002mm的粘粉粒中，二者存在极显著的负线性关系（P＜0.01），碳酸钙对有机碳积累的影响主要在微团聚体内。活性钙（酸溶态钙和可氧化态钙）在粘粉粒中（＜0.002mm和0.002～0.053mm）含量更高，与相应粒级内有机碳含量呈极显著负相关，是影响高钙土壤有机质提升的主要钙形态。钙质碱性土壤的团聚体形成及稳定性受粘粒、有机碳和碳酸钙三因素的显著影响。在钙质碱性旱地农田土壤团聚体形成过程中，碳酸钙和钙离子是＜0.002mm和0.002～0.053mm粒径的重要的胶结物质，各粒级微团聚体之间通过粘粉粒的胶结作用逐渐团聚，有机质是＞0.25mm团聚体的主要胶结物质。
(3)外源碳酸钙显著提高了各粒级团聚体中酸溶态钙含量，土壤碳酸钙含量的增加能明显改变土壤活性钙离子含量。碳酸钙增加显著降低了＞0.25mm团聚体含量，但显著增加了各粒径微团聚体含量，钙离子和碳酸钙是＜0.002mm和0.002～0.053mm粘粉粒的胶结物质。添加外源碳酸钙显著降低了土壤有机碳含量。0.002～0.053mm和＜0.002mm粒径中有机碳含量随团聚体内碳酸钙含量的增加而显著降低，过量的钙离子和次生碳酸钙阻碍了有机无机复合体的形成，抑制了较小粒径微团聚体内有机碳的积累。
(4)碳酸钙影响钙质碱性旱地土壤有机质积累的机制如下:一是是过量的Ca2+与粘粒或粉粒结合形成微团粒，影响有机颗粒与粘粒的复合;二在长期的耕作过程中形成的大量次生碳酸钙，沉积于矿质表面掩盖有机碳交换点位。
本文的研究从钙质碱性旱地农田土壤钙的分布和存在形态，及其与有机碳之间的相关关系出发，研究了碳酸钙及钙离子对于碱性土壤有机质积累和团聚体形成的作用与影响，提出了钙质碱性土壤有机质积累和团聚体形成的概化模型，有助于提高人们对于钙质碱性土壤有机碳积累过程的认识，也可为钙质碱性农田土壤地力提升方法的研究提供重要参考。
针对上述问题，本文选择五种典型旱地农田土壤:黑龙江哈尔滨黑土（黑土）、吉林通榆淡黑钙土（淡黑钙土）、河南封丘潮土（潮土）、甘肃武威灰钙土（灰钙土）和陕西延安黄绵土（黄绵土）为研究对象，开展相关研究。首先通过区域调查实验，研究了五种典型钙质碱性旱地农田土壤各粒级团聚体中有机碳、碳酸钙以及不同形态的分布特征，及其相关性，分析碳酸钙对钙质碱性土壤有机碳积累和团聚体形成的影响，以及碳酸钙的作用机理;其次，通过对五种典型钙质碱性旱地农田土壤进行外源碳酸钙添加的室内培养实验，设置对照组（C:仅添加1％秸秆）和处理组(T:添加1％秸秆+土壤碳酸钙含量增加80g/kg)两种处理，分析在培养30d、180d后，土壤有机碳、碳酸钙及不同形态钙含量动态变化，以及团聚体形成情况，进一步探究碳酸钙对钙质碱性土壤有机质积累和团聚体形成的影响和作用机理，主要研究结果如下:
(1)五种典型钙质碱性旱地农田土壤微团聚体中碳酸钙和有机碳含量均随微团聚体粒径的减小而增加，＜0.002mm粘粒中的有机碳和碳酸钙对全土有机碳和碳酸钙含量贡献率虽低，但其相对含量均高于其他粒径微团聚体。土壤全土和各粒径团聚体中钙形态皆以酸溶态钙为主，占全钙含量都在64.09％以上，受试土壤钙活性高，钙离子迁移转化频繁，团聚体中活性钙在＜0.002mm粘粒中含量最高。
(2)全土有机碳与碳酸钙含量之间无显著相关关系，但在0.053～0.002mm和＜0.002mm的粘粉粒中，二者存在极显著的负线性关系（P＜0.01），碳酸钙对有机碳积累的影响主要在微团聚体内。活性钙（酸溶态钙和可氧化态钙）在粘粉粒中（＜0.002mm和0.002～0.053mm）含量更高，与相应粒级内有机碳含量呈极显著负相关，是影响高钙土壤有机质提升的主要钙形态。钙质碱性土壤的团聚体形成及稳定性受粘粒、有机碳和碳酸钙三因素的显著影响。在钙质碱性旱地农田土壤团聚体形成过程中，碳酸钙和钙离子是＜0.002mm和0.002～0.053mm粒径的重要的胶结物质，各粒级微团聚体之间通过粘粉粒的胶结作用逐渐团聚，有机质是＞0.25mm团聚体的主要胶结物质。
(3)外源碳酸钙显著提高了各粒级团聚体中酸溶态钙含量，土壤碳酸钙含量的增加能明显改变土壤活性钙离子含量。碳酸钙增加显著降低了＞0.25mm团聚体含量，但显著增加了各粒径微团聚体含量，钙离子和碳酸钙是＜0.002mm和0.002～0.053mm粘粉粒的胶结物质。添加外源碳酸钙显著降低了土壤有机碳含量。0.002～0.053mm和＜0.002mm粒径中有机碳含量随团聚体内碳酸钙含量的增加而显著降低，过量的钙离子和次生碳酸钙阻碍了有机无机复合体的形成，抑制了较小粒径微团聚体内有机碳的积累。
(4)碳酸钙影响钙质碱性旱地土壤有机质积累的机制如下:一是是过量的Ca2+与粘粒或粉粒结合形成微团粒，影响有机颗粒与粘粒的复合;二在长期的耕作过程中形成的大量次生碳酸钙，沉积于矿质表面掩盖有机碳交换点位。
本文的研究从钙质碱性旱地农田土壤钙的分布和存在形态，及其与有机碳之间的相关关系出发，研究了碳酸钙及钙离子对于碱性土壤有机质积累和团聚体形成的作用与影响，提出了钙质碱性土壤有机质积累和团聚体形成的概化模型，有助于提高人们对于钙质碱性土壤有机碳积累过程的认识，也可为钙质碱性农田土壤地力提升方法的研究提供重要参考。