秸稈還田和免耕對(duì)土壤有機(jī)碳特性及水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響.pdf

1、了解土壤中不同形態(tài)的碳，有機(jī)碳的分子特征以及對(duì)農(nóng)作物系統(tǒng)中水穩(wěn)性團(tuán)聚體的貢獻(xiàn)，對(duì)于維持農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的土壤質(zhì)量和環(huán)境可持續(xù)性至關(guān)重要。秸稈還田，施肥和免耕等保護(hù)管理措施可顯著改變土壤中有機(jī)碳(SOC)的含量、活性以及土壤中的水穩(wěn)性團(tuán)聚體，但這些耕作措施對(duì)稻-油輪作系統(tǒng)中土壤有機(jī)碳的含量以及質(zhì)量的綜合影響研究相對(duì)較少。
　　本文選取了湖北省武穴市、荊州市、以及武漢市3個(gè)稻-油輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)點(diǎn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各有4種處理。其中武穴試驗(yàn)點(diǎn)的

2、4種處理分別為傳統(tǒng)耕作(CT)、傳統(tǒng)耕作+秸稈還田(CTS)、免耕(NT)以及免耕+秸稈還田(NTS)。荊州試驗(yàn)點(diǎn)的4種處理分別為傳統(tǒng)耕作(CT)，傳統(tǒng)耕作+鉀肥(CTK)，傳統(tǒng)耕作+秸稈還田(CTS)，傳統(tǒng)耕作+鉀肥+秸稈還田(CTKS)。武漢試驗(yàn)點(diǎn)的4種處理分別為傳統(tǒng)耕作(CT)、傳統(tǒng)耕作+NPK肥(CTNPK)，傳統(tǒng)耕作+秸稈還田(CTS)，傳統(tǒng)耕作+秸稈還田+NPK肥(CTSNPK)。每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)探討了秸稈還田對(duì)土壤有機(jī)碳(SOC

3、)、顆粒有機(jī)碳(POC)、微生物有機(jī)碳(MBC)、易氧化有機(jī)碳(EOC)、溶解有機(jī)碳(DOC)、土壤碳管理指數(shù)(SCMI)以及水穩(wěn)性團(tuán)聚體(＞5，5-2，2-1，1-0.5，0.25-0.5，and＜0.25mm)的影響，采用CPMAS13C核磁共振(NMR)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)的方法，研究了水穩(wěn)性團(tuán)聚體(WSA)的穩(wěn)定性和土壤有機(jī)質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
　　相對(duì)于CT處理，秸稈還田顯著增加了三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)0-20cm土層中有機(jī)質(zhì)

4、的含量，碳管理指數(shù)以及C分?jǐn)?shù)，其中武穴試驗(yàn)點(diǎn)增加了6％-50％，荊州試驗(yàn)點(diǎn)增加了7％-35％，武漢試驗(yàn)點(diǎn)增加了4％-25％。然而在20-40cm土層，相對(duì)于其他處理，CT處理增加了土壤SOC(增加了5％-19％)和DOC(增加了3％-10％）含量。顯著性分析表明，SOC與大部分SOC的組分(包括DOC，EOC，MBC和POC)之間呈顯著正相關(guān)。此外，總SOC和SCMI之間也呈顯著正相關(guān)。在4種碳組分當(dāng)中，秸稈還田處理對(duì)POC和MBC的影

5、響最顯著。
　　核磁共振(NMR)的結(jié)果表明，在CT和CTS處理下，武穴試驗(yàn)點(diǎn)主要為芳香C(42.65％-45.54％），其次為O-烷基C(22.92％-34.33％)。然而荊州試驗(yàn)點(diǎn)在CT和CTS處理下主要為芳香C(33.01％-43.58％)，其次為O-烷基C(17.50％-36.75％）和羰基C(20.44-42.52％)。紅外光譜(FTIR)的結(jié)果表明，在稻-油輪作系統(tǒng)中，CTS處理改善了芳香族、羧基、脂肪族和NH(酰胺Ⅱ

6、）的組成。CTS處理下每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的烷基C和O-烷基C的比例都有所增加，而芳香族C和芳香性指數(shù)在不同試驗(yàn)點(diǎn)之間有一定差異，其中武穴試驗(yàn)點(diǎn)的芳香指數(shù)有一定程度升高，而荊州試驗(yàn)點(diǎn)由于CT處理下羰基C的增加而使得芳香指數(shù)有一定程度降低。NMR數(shù)據(jù)顯示，水稻輪作體系下SOM的化學(xué)穩(wěn)定性明顯優(yōu)于FTIR光譜的數(shù)據(jù)。
　　相對(duì)于CT處理，秸稈還田處理增加了0-20cm土層水穩(wěn)性團(tuán)聚體中＞5mm的團(tuán)聚體含量(增加了40％-78％)，其它粒級(jí)的變化

7、沒(méi)有＞5mm的顯著。在0-20cm土層，秸稈還田和免耕處理不僅促進(jìn)了大團(tuán)聚體的形成，同時(shí)也增加了團(tuán)聚體的穩(wěn)定性(MWD和GMD指數(shù)均增加)，并降低了土壤團(tuán)聚體的分形維數(shù)(FD)。在所有確定的團(tuán)聚體中，＞5mm的SOC含量最高，其次是2-5mm以及＜0.25mm的。CT處理下0-20cm土層中土壤碳含量分別為8.52-18.30g·kg-1(武穴）和10.00-15.20g·kg-1(荊州），而秸稈還田處理下的碳含量分別為9.35-19.

8、50g·kg-1(武穴）和11.25-16.60-kg-1(荊州）。相對(duì)于土壤小團(tuán)聚體，土壤大團(tuán)聚體中的SOC含量更高。
　　SOC與C分?jǐn)?shù)、SCMI和C分?jǐn)?shù)之間存在顯著正相關(guān)性。土壤有機(jī)碳與烷基C，芳香C，烷基-O-烷基比和芳香指數(shù)之間有顯著關(guān)系性。O-烷基C與C分?jǐn)?shù)、芳香族C和羰基C呈正相關(guān)，表明O-烷基C可能是SOC、MBC、DOC和POC的主要C組分。SOC與＞5mm，2-5mm，1-2mm的團(tuán)聚體之間呈顯著正相關(guān)，與0.

9、5-1、0.25-0.5和小于＜0.25的團(tuán)聚體呈顯著負(fù)相關(guān)。相關(guān)性分析表明，掃描電鏡C的含量與＞5，2-5，1-2，0.5-0.25，＜0.25mm的團(tuán)聚體之間有顯著相關(guān)性（r2=-0.96**to0.93**）。相對(duì)于0.25-0.5mm，＞5mm以及1-2mm之中的SOC含量與掃描電鏡的C含量相關(guān)性更高。O-烷基C與1-2和＞5mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體之間相關(guān)性最好(r2=1.0**）。同樣，1-2mm以及＞5mm團(tuán)聚體之中的SOC含量與

10、O-烷基C的相關(guān)性最好。
　　本研究表明，農(nóng)業(yè)管理措施對(duì)POC的影響最顯著，在稻-油輪作系統(tǒng)中，O-烷基C可以作為一種反應(yīng)耕作措施和秸稈還田處理對(duì)SOC質(zhì)量影響的分子指標(biāo)。秸稈還田處理顯著增加了大團(tuán)聚體的形成以及穩(wěn)定性，同時(shí)也增加了大團(tuán)聚體中有機(jī)碳的含量，表明可以通過(guò)物理保護(hù)措施來(lái)增強(qiáng)土壤有機(jī)碳的固定。本研究還表明，有機(jī)碳的化學(xué)質(zhì)量在土壤中起著重要作用，本文為闡述稻-油輪作系統(tǒng)中有機(jī)碳的化學(xué)結(jié)構(gòu)，量化C的微觀形態(tài)，以及闡明秸稈還田