壟作免耕對稻田土壤有機碳累積及其穩(wěn)定性的影響.pdf

1、土壤碳循環(huán)是與全球氣候變化密切相關的地球表層系統(tǒng)過程,開展土壤碳循環(huán)研究對于促進陸地生態(tài)系統(tǒng)碳的固定及提高其穩(wěn)定性、減少溫室氣體排放、緩解氣候變化有著重要意義。保護性耕作是一種土壤資源可持續(xù)發(fā)展的合理農(nóng)田措施,其農(nóng)田土壤碳增匯作用也己被眾多國內(nèi)外學者所證實。壟作免耕是我國南方稻田保護性耕作方式中的突出代表。加強壟作免耕下稻田土壤碳循環(huán)的研究,全面認識免耕壟作下稻田土壤有機碳累積、轉(zhuǎn)化的特殊性及其內(nèi)部機制,能為構(gòu)建環(huán)境效益和經(jīng)濟效益和諧統(tǒng)

2、一的稻田農(nóng)作體系提供重要的參考依據(jù)。本文以稻田長期定位實驗為平臺,研究了常規(guī)平作(中稻)、壟作免耕(中稻)、壟作免耕(稻油)和水早輪作(稻油)四種耕作制度對稻田土壤有機碳含量、有機碳穩(wěn)定性和有機碳礦化動力學特性,主要結(jié)果有以下幾個方面:
　　 1.不同的耕作制度實施20年后表層土壤有機碳的含量與原土相比有了明顯的差異,均有不同程度的增加,壟作免耕(稻油)增加得最多。表層土壤有機碳含量的順序為壟作免耕(稻油)＞常規(guī)平作(中稻)＞壟

3、作免耕(中稻)＞水早輪作(稻油)。把土壤有機碳含量與土壤深度做相關分析,結(jié)果表明兩者間呈極顯著的直線負相關(R2=-0.938,P＜0.001)。隨土層的加深,剖面土壤有機碳含量均呈下降趨勢。不同處理中20-40 cm土層有機碳密度順序為壟作免耕(稻油)＞壟作免耕(中稻)＞常規(guī)平作(中稻)＞水旱輪作(稻油),且各處理間存在顯著差異(P＜0.05),表明壟作免耕有利于有機碳在該層累積,尤其是壟作免耕(稻油)處理。各處理土壤復合體隨粒徑的增

4、加,有機碳含量減少。傳統(tǒng)耕作方式與壟作免耕相比,大粒級復合體中有機碳分布的較少,而小粒級復合體中有機碳分布較多。
　　 2.常規(guī)平作(中稻)耕作方式下的土壤易氧化有機碳含量大于其他處理,且差異性顯著,而水旱輪作(稻油)顯著低于其余處理,耕作方式對底層土壤易氧化有機碳含量的影響很小。有機碳氧化穩(wěn)定系數(shù)在不同耕作方式下、同一耕作處理的不同土層之間,差異性顯著,表現(xiàn)為壟作免耕＞常規(guī)平作＞水旱輪作,底層土壤＞表層土壤。由于耕作使得小粒級

5、復合體含量增多,因此傳統(tǒng)耕作在小粒級復合體(＜2μm和2-10μm)中易氧化有機碳含量較高。實行輪作的土壤復合體中易氧化有機碳的含量都較高。所以在提高土壤質(zhì)量和肥力這方面,壟作免耕優(yōu)于傳統(tǒng)耕作。傳統(tǒng)耕作在小粒級復合體(＜2μm和2-10μm)中Kos值較小,可能是因為耕作破壞了土壤大團聚體,微團聚體較多,所以使得小粒級復合體中的有機碳穩(wěn)定性較低。壟作免耕耕作方式在10-50μm和＞50μm復合體中Kos穩(wěn)定性較高,這是由于保護性耕作有利

6、于土壤大團聚體的形成,團聚體對有機碳的保護和穩(wěn)定作用使得在大粒級的土壤復合體中有機碳穩(wěn)定性較高,不易被分解和礦化。
　　 顆粒有機碳與土壤有機碳含量呈正相關,土壤經(jīng)耕作后土壤顆粒有機碳含量明顯下降。不同耕作方式下的土壤POC含量、顆粒態(tài)土壤質(zhì)量分數(shù)以及POC分配比順序均為壟作免耕(稻油)＞常規(guī)平作(中稻)＞壟作免耕(中稻)＞水早輪作(稻油)。壟作免耕(稻油)與傳統(tǒng)耕作方式相比,其各層土壤的DOC含量都顯著增加,從而增加對作物有效

7、養(yǎng)分的供應,達到作物增產(chǎn)的目的。各耕作制度下土壤微生物量碳含量大小為壟作免耕(稻油)＞壟作免耕(中稻)＞常規(guī)平作(中稻)＞水旱輪作(稻油),壟作免耕下的土壤微生物量碳含量顯著高于傳統(tǒng)的耕作方式。碳庫活度、活度指數(shù)、碳庫指數(shù)以及碳庫管理指數(shù)的表現(xiàn)與土壤總有機碳、活性有機碳有著相似的規(guī)律。壟作免耕下各個土層的碳庫管理指數(shù)都大于100,說明壟作免耕這種耕作方式可以有效保持和提高土壤質(zhì)量,使土壤碳庫處于良性狀態(tài),是一種科學耕作制度。土壤總有機碳

8、與各活性有機碳組分以及各活性有機碳組分之間的相關分析表明,土壤總有機碳、易氧化有機碳、顆粒有機碳、溶解性有機碳、微生物量碳相互之間均存在著極顯著正相關性。
　　 3.各耕作處理下的土壤有機碳礦化速率在培養(yǎng)的第1 d均達到最大,最大礦化速率為常規(guī)平作(中稻)＞水旱輪作(稻油)＞壟作免耕(中稻)＞壟作免耕(稻油),有機碳礦化率和pH呈顯著正相關。各耕作制度下土壤有機碳的礦化速率差異顯著,隨時間延長,處理間的差異趨于減小,逐漸達到穩(wěn)定

9、狀態(tài)。各處理累積礦化量與培養(yǎng)時間均呈極顯著的對數(shù)正相關(P＜0.01),不同處理的礦化規(guī)律表現(xiàn)出較好的一致性,累積礦化量在培養(yǎng)前期快速增加,然后逐漸變緩。各耕作制度下土壤有機碳總礦化強度為常規(guī)平作(中稻)＞水旱輪作(稻油)＞壟作免耕(中稻)＞壟作免耕(稻油)。通過把不同耕作方式下土壤有機碳礦化量和土壤有機碳氧化穩(wěn)定性進行回歸分析發(fā)現(xiàn),供試土壤的有機碳礦化量與有機碳氧化穩(wěn)定性之間具有極顯著的線性關系(R2=0.6708,n=12,p＜0.