干濕交替強(qiáng)度對旱地土壤結(jié)構(gòu)形成及水稻秸稈分解過程的相互作用的影響.pdf

1、水稻秸稈異地施入退化旱地土壤不僅能防止就地焚燒產(chǎn)生的生態(tài)和環(huán)境問題，而且可以提高土壤穩(wěn)定性，改善土壤結(jié)構(gòu)，防止土壤侵蝕退化。水稻秸稈施入旱地土壤后，土壤水分條件和土壤微生物群落可能影響其礦化分解過程，從而決定土壤結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性改善的程度。土壤弱疏水性能減少土壤水分濕潤速度，防止土壤中壓縮空氣的形成，從而提高土壤抵抗破碎的能力和提高土壤穩(wěn)定性。另有研究表明土壤弱疏水性的形成與土壤微生物群落和土壤可溶性有機(jī)碳性質(zhì)相關(guān)。因此本研究目標(biāo)是通過室

2、內(nèi)模擬試驗(yàn)，研究干燥強(qiáng)度和干濕交替次數(shù)對(1)土壤有機(jī)碳庫構(gòu)成的影響；(2)土壤結(jié)構(gòu)變化及其穩(wěn)定性的影響；(3)土壤可溶性有機(jī)碳及其疏水性的影響；(4)土壤微生物群落變化的影響；(5)水稻秸稈礦化過程中，土壤生物和物理因素相互作用的影響，并探討這一相互作用對土壤穩(wěn)定性的作用機(jī)制。 室內(nèi)模擬試驗(yàn)研究結(jié)果表明，經(jīng)過120天不同干燥強(qiáng)度以及次數(shù)的干濕交替培養(yǎng)后，土壤呈現(xiàn)較為明顯的恢復(fù)態(tài)勢。土壤有機(jī)碳含量增加了3.45-4.85倍，其中

3、礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳占50％以上，顆粒有機(jī)物占了20.5～30.9％，土壤微生物生物量碳占0.46～4.69％，可溶性有機(jī)碳僅占0.88～1.18％。在有機(jī)物料的腐解過程中，顆粒有機(jī)物比例比下降最快，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，下降幅度達(dá)8.2-10.4％，顯著的高于其它有機(jī)碳庫的比例(P=0.023)。 土壤有機(jī)碳庫的變化也影響土壤結(jié)構(gòu)。土壤結(jié)構(gòu)的劇烈變化體現(xiàn)在對土壤體積、土壤總孔隙、土壤孔隙的連通性及其對土壤近飽和含水量和土壤持水能力產(chǎn)生的影響

4、上。培養(yǎng)過程中土壤體積呈現(xiàn)先略有增加后降低然后逐漸趨于穩(wěn)定的趨勢，且在培養(yǎng)結(jié)束時(shí)干燥強(qiáng)度越大土壤體積收縮越大，這也導(dǎo)致最終土壤總孔隙的下降幅度的為：強(qiáng)干燥強(qiáng)度＞中等干燥強(qiáng)度＞弱干燥強(qiáng)度。弱干燥強(qiáng)度處理的土壤飽和含水量的變化值(△θs)是凈增加的，即△θs一直大于0；而中等干燥強(qiáng)度的處理中△θs增加量與減小量是相當(dāng)?shù)?，即△θs之和等于0；在強(qiáng)干燥強(qiáng)度的處理中△θs的減小量大于增加量，即△θs之和小于0。 土壤水分調(diào)節(jié)土壤呼吸。在整

5、個(gè)培養(yǎng)過程中土壤呼吸速率曲線呈指數(shù)下降，至40天以后土壤呼吸速率趨于平衡，并且每隔5-6次干濕交替過程出現(xiàn)一次周期性反復(fù)。相關(guān)分析結(jié)果表明，培養(yǎng)過程中土壤近飽和含水量差值與土壤呼吸速率之間有顯著的相關(guān)性，且受干燥強(qiáng)度影響。相關(guān)系數(shù)為：強(qiáng)干燥強(qiáng)度(R=0.600**)＞中等干燥強(qiáng)度(R=0.540**)＞弱干燥強(qiáng)度(R=0.423**)。 土壤弱疏水性在一定程度上提高土壤抵抗破碎的能力和土壤穩(wěn)定性。有機(jī)物料添加后，土壤經(jīng)過不同干燥

6、強(qiáng)度和不同次數(shù)的干濕交替培養(yǎng)其機(jī)械穩(wěn)定性逐漸增加，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，土壤抗破碎強(qiáng)度表現(xiàn)為：強(qiáng)干燥強(qiáng)度＞中等干燥強(qiáng)度＞弱干燥強(qiáng)度(P=0.037)；土壤抗穿透強(qiáng)度隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長以及干濕交替培養(yǎng)次數(shù)的增加呈先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢，且與土壤總孔隙度密切相關(guān)(R=-0.664**)。 土壤有機(jī)碳變化的同時(shí)，土壤疏水性指數(shù)呈先增加后降低，然后逐漸趨于平穩(wěn)的趨勢。第1次干濕交替時(shí)，土壤疏水性指數(shù)為：2.4；在經(jīng)過3次干濕交替之后三個(gè)不同干燥強(qiáng)

7、度的處理的土壤疏水性指數(shù)出現(xiàn)峰值，強(qiáng)干燥強(qiáng)度的處理峰值為8.0、中等干燥強(qiáng)度為6.9和弱干燥強(qiáng)度為6.8；隨后三個(gè)不同處理的土壤疏水性指數(shù)都逐漸降低后并平穩(wěn)于3-4之間。 培養(yǎng)試驗(yàn)中干燥處理導(dǎo)致土壤可溶性有機(jī)碳向土柱表層遷移，土柱中土壤可溶性有機(jī)碳含量是表層＞中層＞底層(P=0.031)，但是各干燥處理間可溶性有機(jī)碳含量的差異并不顯著(P=0.270)。雖然可溶性有機(jī)碳含量與土壤疏水性指數(shù)在土柱中的空間變異趨勢一樣表層＞中層＞底

8、層(P=2.84E-9)，但是土壤疏水性指數(shù)隨著培養(yǎng)過程的延長而變化，這說明本試驗(yàn)中可溶性有機(jī)碳含量與土壤疏水性的形成沒有直接的關(guān)系。 干濕交替培養(yǎng)過程中土壤微生物生物量和群落結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。土壤微生物的生物碳含量是先增加后降低，然后逐漸趨于平穩(wěn)的。干燥強(qiáng)度越大，土壤微生物生物量碳含量最高值大(P=0.004)。不同干燥強(qiáng)度處理中土柱表層疏水性指數(shù)與土壤微生物生物量碳含量的變化趨勢一致。當(dāng)表層土壤微生物生物量碳含量最大時(shí)，土壤疏水

9、性指數(shù)最高，且不同處理間表層土壤微生物生物量碳含量存在顯著的差異(P=0.027)。土壤微生物量碳氮比的變化在一定程度上反映了土壤微生物群落中真菌的消長。在培養(yǎng)過程中三個(gè)不同處理的土壤微生物量碳氮比變化與土壤微生物生物量碳含量變化趨勢相似，都是先增加后降低而后趨于穩(wěn)定，只是時(shí)間上有一定的滯后性。三個(gè)不同處理的土壤微生物量碳氮比分別第9、6和3(4)次重新濕潤培養(yǎng)后出現(xiàn)最大值，其值為：10(9.8)；17(16.8)和13.5(17.5)