不同管理下稻田土壤有機(jī)碳及土壤胞外酶活性變化研究.pdf

1、土壤有機(jī)碳既是減緩全球氣候變化的關(guān)鍵碳庫，也是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)和調(diào)節(jié)者。盡管對(duì)于不同條件及管理下農(nóng)業(yè)土壤有機(jī)碳儲(chǔ)存變化有很多研究，但其與土壤的生物活性及生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)系還未有充分認(rèn)識(shí)和深入解析。稻田土壤是水耕熟化下形成和發(fā)育的特殊人為土，具有較高的有機(jī)碳儲(chǔ)庫與氮素生產(chǎn)力，并且表現(xiàn)出較高的氣候變化穩(wěn)定性。因此，闡明不同農(nóng)業(yè)管理下土壤有機(jī)碳儲(chǔ)量的變化及其土壤的生物活性與功能是揭示稻田土壤碳積累可持續(xù)性與生產(chǎn)力保持的科學(xué)基礎(chǔ)。本文

2、研究不同管理?xiàng)l件（灌溉和施肥）下稻田耕層土壤有機(jī)碳含量的變化，土壤有機(jī)碳的團(tuán)聚體分布變化，以及土壤胞外酶活性的分布變化，探討土壤有機(jī)碳的生態(tài)系統(tǒng)功能變化，為稻田碳積累可持續(xù)性及土壤肥力提升提供科學(xué)依據(jù)。
　　基于安徽池州貴池區(qū)2005-2006年土壤肥力調(diào)查數(shù)據(jù)，整合分析了縣級(jí)尺度不同灌溉管理下稻田耕層厚度及土壤有機(jī)碳含量的變化。結(jié)果表明，縣域尺度耕層厚度和耕層土壤有機(jī)碳含量均服從偏正態(tài)分布，95％置信限耕層厚度和有機(jī)碳含量分別為

3、14.58±3.92 cm和16.45±6.02 g/kg。其中，不同灌溉方法下稻田耕層厚度和耕層土壤有機(jī)碳變化顯著，二者的變化趨勢(shì)相反。設(shè)施配套情況和不同灌溉水源下稻田耕層厚度變化顯著，耕層土壤有機(jī)碳變化不顯著。設(shè)施灌排能力不同導(dǎo)致耕層土壤有機(jī)碳變化顯著，稻田耕層厚度無顯著變化。不同田間灌溉條件對(duì)稻田耕層厚度和耕層土壤有機(jī)碳的變化均不顯著。不同灌溉管理下土壤有機(jī)碳的變化幅度大于耕層的變化幅度。
　　進(jìn)一步對(duì)太湖地區(qū)長(zhǎng)期不同施肥管

4、理模式下稻油輪作稻田土壤有機(jī)碳變化進(jìn)行了分析。該長(zhǎng)期試驗(yàn)包括不施肥(NF)處理，單施化肥（氮磷鉀配合）處理(CF)，磷鉀肥配施豬糞處理(MPK)和化肥配施秸稈還田處理(CFS)。結(jié)果表明，與對(duì)照相比，不同施肥處理下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳（氮）增加效果與全土基本一致。其中，土壤有機(jī)碳積累主要發(fā)生在大團(tuán)聚體（250-2000μm）和微團(tuán)聚體中（53-250μm），宏團(tuán)聚體(＞2000μm)中增幅較低，粉粒組(2-53μm)和粘粒組(＜2μm)中無

5、顯著增加。不同施肥處理下全土和團(tuán)聚體中連續(xù)浸提有機(jī)碳（氮）組分的變化類似。其中，Na2B4O7溶液浸提的弱礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳組分增幅最大（平均51.3％）;Na4P2O7溶液浸提的鐵鋁絡(luò)合態(tài)有機(jī)碳組分次之（平均22.7％）;NaOH溶液浸提的腐殖化有機(jī)碳組分最低（平均15.9％）。以上結(jié)果說明，團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)在土壤有機(jī)碳積累方面作用顯著，施肥處理能夠促進(jìn)土壤中穩(wěn)定性較差的有機(jī)碳組分積累，而對(duì)穩(wěn)定性較高的有機(jī)碳組分作用不顯著。
　　根據(jù)長(zhǎng)

6、期施肥處理下土壤有機(jī)碳的增加情況，進(jìn)一步探索田間尺度下土壤微生物活性與土壤有機(jī)碳積累的關(guān)系。結(jié)果表明，長(zhǎng)期施肥處理下土壤微生物量與土壤胞外酶活性與對(duì)照相比變化各異。長(zhǎng)期MPK處理和CFS處理下油菜收獲期土壤微生物量顯著下降，長(zhǎng)期CFS處理下β-葡糖苷酶和纖維二糖水解酶活性顯著增加。然而，這些變化在水稻收獲期不顯著。長(zhǎng)期MPK處理和CFS處理下油菜收獲期和水稻收獲期土壤中磷酸單酯酶活性均顯著下降。此外，長(zhǎng)期CFS處理下水稻收獲期土壤中酚氧

7、化酶活性顯著降低，施肥處理下過氧化物酶活性顯著增加。油菜收獲期土壤微生物量碳（氮）與土壤胞外酶活性顯著高于水稻收獲期。相關(guān)分析表明，土壤微生物量碳和土壤胞外酶活性線性關(guān)系顯著。聯(lián)系到水稻收獲期的土壤含水率顯著高于油菜收獲期，說明除施肥活動(dòng)外，土壤水分狀況與氧化還原過程對(duì)土壤微生物活動(dòng)和土壤胞外酶活性的影響也非常顯著。
　　對(duì)土壤有機(jī)碳和胞外酶活性在土壤團(tuán)聚體中的分布特點(diǎn)進(jìn)行分析，探討土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)對(duì)土壤胞外酶活性和有機(jī)碳組分的影響

8、。其中，土壤有機(jī)碳在大團(tuán)聚體中含量最高，其次是宏團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和粘粒組，在粉粒組中含量最低。土壤碳循環(huán)相關(guān)酶類和磷酸單酯酶在粒徑超過53μm的土壤團(tuán)聚體中活性都比較高，而在粒徑低于53μm的粉粒組和粘粒組中活性較低。比較而言，土壤酚氧化酶在黏粒組、粉粒組和大團(tuán)聚體中活性較高，而在微團(tuán)聚體和宏團(tuán)聚體較低;土壤過氧化物酶在粒徑超過2μm的土壤團(tuán)聚體中較高，而在粘粒組中活性最低。這些結(jié)果說明，多數(shù)土壤胞外酶對(duì)土壤粉粒和粘粒較為敏感，而在粒徑

9、超過53μm土壤團(tuán)聚體中較為穩(wěn)定。土壤酚氧化酶和過氧化物酶的活性分布特點(diǎn)說明它們與穩(wěn)定性高的土壤有機(jī)碳組分周轉(zhuǎn)有關(guān)。根據(jù)土體中土壤胞外酶的活性分布與其目標(biāo)底物的豐度分布高度相關(guān)的推論，并利用底物濃度梯度和胞外酶濃度梯度對(duì)土壤胞外酶促動(dòng)力學(xué)曲線的影響。本研究提出“土壤胞外酶在土體中的活性強(qiáng)度分布與計(jì)量”概念框架。用以輔助理解實(shí)驗(yàn)測(cè)定土壤胞外酶活性的理論依據(jù)與現(xiàn)實(shí)意義。
　　綜上所述，灌溉管理對(duì)耕層土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響作用顯著。其中，

10、溝灌這類節(jié)水灌溉技術(shù)的使用具有平衡稻田耕層厚度和耕層有機(jī)碳積累的作用。長(zhǎng)期施肥處理下稻田耕層土壤有機(jī)碳積累效果顯著。其中，土壤微生物活動(dòng)和土壤胞外酶活性與土壤有機(jī)碳積累關(guān)系密切;田間水分管理下土壤微生物活動(dòng)和土壤胞外酶活性的變化幅度高于施肥處理對(duì)它們的影響。此外，施肥處理主要增加土壤中穩(wěn)定性較低的有機(jī)碳組分，而對(duì)穩(wěn)定性較高的有機(jī)碳組分影響較小。通過對(duì)土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和土壤胞外酶活性的分析，發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)具有平衡土壤有機(jī)碳的穩(wěn)定性和