植物材料和水分管理對稻田土壤pH和碳氮礦化的影響.pdf

1、本論文選取我國南方的3種水稻土（浙江龍游的紅砂田、黃筋泥田和浙江嘉興的黃斑田）土壤和3種植物秸稈（紫云英、水稻、小麥）作為研究材料，采用實(shí)驗(yàn)室恒溫培養(yǎng)的方法，通過測定土壤pH、NH4+、NO3-、CO2、MBC、DOC、DON等指標(biāo)，分別研究了添加不同植物材料和不同水分處理（控水、干濕交替、淹水）等因素及其組合對不同初始pH土壤的酸堿性、微生物數(shù)量和活性及有機(jī)質(zhì)礦化等的影響，進(jìn)而對土壤酸化機(jī)理及其與土壤碳氮礦化的關(guān)系進(jìn)行了較為系統(tǒng)和具體

2、的分析與探討，獲得了以下主要研究結(jié)果:
　　 (1)添加秸稈明顯提高了初始土壤pH不同的酸性水稻土的pH值，土壤pH在3天內(nèi)快速增加，3天之后在紅砂田和黃筋泥田土壤中繼續(xù)緩慢增加，而在黃斑田土壤中則隨培養(yǎng)時(shí)間而減小。土壤酸堿緩沖性能較強(qiáng)的黃筋泥田土壤，添加有機(jī)物料后其pH變化的幅度較小。添加有機(jī)物料對土壤pH的影響程度為初始pH較低土壤大于初始pH較高土壤。土壤堿度的變化受植物材料堿度的影響，其中紫云英大于水稻和小麥秸稈。土壤p

3、H的增加與堿度的增加呈正相關(guān)。pH與添加植物材料的C/N比呈顯著負(fù)相關(guān)。
　　 (2)添加植物材料后，3種水分處理中淹水使得酸性土壤的pH上升幅度最大。對黃斑田土壤，干濕交替處理對提升土壤pH的效果與淹水處理相似。對黃筋泥田，干濕交替處理并添加紫云英可以減少pH的波動。對黃斑田，干濕交替處理使其堿度增加較多，且持續(xù)時(shí)間較長。添加紫云英后，黃筋泥田相比黃斑田，淹水處理堿度增加幅度越大，持續(xù)時(shí)間最長。堿度和pH變化呈極顯著正相關(guān)(p

4、＜0.01)。
　　 (3)添加植物材料增加土壤微生物量，其中紫云英＞水稻＞小麥。土壤微生物量的變化經(jīng)歷了一個(gè)先增加、后減少的動態(tài)過程，在第3天達(dá)到最大，然后隨培養(yǎng)時(shí)間而減少，14天后變化不大。從添加3種有機(jī)物料后3種土壤微生物量的平均值來看，黃斑田土壤的MBC最高，紅砂田最低。土壤微生物量和有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著正相關(guān)，且3種土壤中土壤微生物量C/N比與土壤pH變化均呈極顯著正相關(guān)(R2=0.87，p＜0.01)。紫云英的C/N比

5、為16.8，添加到土壤后易于分解礦化，而水稻和小麥的C/N比分別為39.9和75.3，易發(fā)生無機(jī)氮的固定。添加植物材料后，微生物在調(diào)節(jié)土壤有機(jī)物質(zhì)礦化和堿度產(chǎn)生等方面起主導(dǎo)作用，進(jìn)而導(dǎo)致土壤pH的增加。在添加紫云英的黃斑田和黃筋泥田兩種土壤中，干濕交替和淹水處理抑制了土壤微生物的活性，3種水分處理下MBC的大小順序?yàn)镃W＞W(wǎng)-D＞W(wǎng)S。在3種水分處理下，MBC的波動規(guī)律均是先增加再減小。添加有機(jī)物料后，黃斑田土壤的MBC均高于黃筋泥田土

6、壤，且2種土壤的MBC均顯著高于未添加紫云英的土壤。培養(yǎng)末期，控水處理的MBC下降最多，而此時(shí)干濕交替處理的MBC高于淹水處理。
　　 (4)添加秸稈提高了土壤呼吸速率和累計(jì)CO2釋放量，通常在第3天土壤呼吸速率達(dá)到最高，然后隨著培養(yǎng)時(shí)間的推移而減小。就土壤而言，黃斑田土壤的呼吸速率最高，紅砂田土壤最低。添加秸稈后，增加了土壤的呼吸及CO2的排放量，且添加紫云英的高于水稻和小麥秸稈。DOC在植物殘?bào)w的初始分解過程中起到了重要作用

7、，從第1天到第3天，DOC含量快速減小，DOC中有機(jī)陰離子的分解對初期土壤pH的上升起主要作用。土壤DON的濃度與植物材料N濃度和超額陽離子呈正相關(guān)，與C/N比呈負(fù)相關(guān)。NH4+濃度在添加紫云英的紅砂田和黃筋泥田土壤中隨培養(yǎng)時(shí)間而增加，而在黃斑田土壤中卻隨培養(yǎng)時(shí)間而減小。在3種土壤中添加水稻和小麥秸稈，初期NO3-N的濃度比不添加的對照土壤低。紫云英促進(jìn)了NH4-N釋放，提高了NO3-N濃度，水稻和小麥秸稈則促進(jìn)了NH4-N固定、降低了

8、NO3-N濃度。研究還表明，在添加紫云英的3種土壤中，NH4-N濃度最高;3種土壤NH4-N濃度的順序?yàn)榧t砂田＞黃筋泥田＞黃斑田。
　　 (5)對于添加紫云英的黃斑田和黃筋泥田2種土壤，控水處理下2種土壤的DOC均劇烈下降，干濕交替和淹水處理可延緩DOC含量的下降。在干濕交替和淹水處理下，酸性較弱、初始有機(jī)質(zhì)含量較高土壤的DOC含量明顯高于酸性較強(qiáng)的土壤。添加紫云英后，在控水和淹水處理下，初始有機(jī)質(zhì)含量較高的黃斑田和紅砂田土壤的

9、呼吸速率和累計(jì)CO2釋放量均顯著高于初始有機(jī)質(zhì)含量較低的土壤（黃筋泥田）(p＜0.01)。對相同土壤而言，淹水處理下累計(jì)CO2釋放量低于控水處理，淹水處理下的厭氧條件限制了微生物的活動。
　　 (6)添加紫云英后，在淹水和干濕交替處理下，黃斑田土壤的DON顯著高于黃筋泥田土壤(p＜0.01)。在酸性較強(qiáng)、初始有機(jī)氮含量較低的土壤中添加紫云英，控水處理下DON的含量最高。在酸性較弱、初始有機(jī)氮含量較高的土壤中添加紫云英，淹水處理的

10、DON含量高于控水處理，干濕交替處理下DON的含量波動較大，但總體上高于控水處理。在黃筋泥田土壤中添加紫云英，控水處理下NO3-N含量高于干濕交替處理和淹水處理。因此，控水處理對提高黃筋泥田土壤pH的作用低于干濕交替和淹水處理。同樣，控水處理下黃斑田土壤的NO3-N濃度與土壤pH的降低有一致的關(guān)系。頻繁的干濕交替可以增加酸性水稻土的N礦化。在淹水條件下，添加紫云英的黃筋泥田土壤中的NH4-N濃度高于黃斑田土壤，酸性較強(qiáng)、初始有機(jī)氮較低的