稻田壟作免耕對水稻根際土壤有機碳動態(tài)的影響.pdf

1、目前，雖已經基本勾勒出保護性耕作下水稻土有機碳固定的機理，但對保護性耕作下水稻土新碳的累積、轉化和穩(wěn)定等循環(huán)過程仍認識不足。壟作免耕作為南方水田保護性耕作的突出代表，同傳統(tǒng)耕作方式下的稻田土壤系統(tǒng)相比，在固碳、減排和肥力保持方面，壟作免耕下的稻田土壤系統(tǒng)顯得更具環(huán)保性和可持續(xù)性，但有關稻田壟作免耕對水稻根際土壤有機碳動態(tài)影響的系統(tǒng)研究則非常缺乏，從而限制了對壟作免耕下稻田土壤有機碳累積、轉化的特殊性的進一步認識。為此，本文依托西南大學稻

2、田免耕長期定位試驗點，系統(tǒng)研究稻田壟作免耕對水稻根際土壤有機碳動態(tài)的影響，其研究結果有助于全面認識壟作免耕下稻田土壤有機碳循環(huán)過程及內部機制，為選擇和制定合理的管理措施來促進水稻土固碳、減排，提高稻田土壤系統(tǒng)在環(huán)境保護中的正面效應提供科學依據。研究結果如下:
　　 (1)在整個水稻生育期，壟作免耕處理較傳統(tǒng)耕作方式均表現(xiàn)出明顯的有機碳積累優(yōu)勢，尤其是壟作免耕（水稻-油菜）處理。土壤總有機碳(TOC)含量（根際—非根際）差值大小順

3、序為壟作免耕（水稻-油菜）＞常規(guī)平作（水稻-冬水田）＞壟作免耕（水稻-冬水田）＞水旱輪作（水稻-油菜），壟作免耕（水稻-油菜）通過促進水稻根系生長和提供根系活力，從而對土壤有機碳表現(xiàn)出更明顯的截存效應。在活性有機碳組分方面，壟作免耕（水稻-油菜）處理根際土壤易氧化有機碳(LOC)、水溶性有機碳(DOC)、顆粒態(tài)有機碳(POC)含量以及POC分配系數、顆粒態(tài)土壤質量分數均高于常規(guī)平作（水稻-冬水田）和水旱輪作（水稻-油菜）等傳統(tǒng)耕作處理，

4、而壟作免耕（水稻-冬水田）處理在MBC含量方面則較其他耕作處理更高。除DOC有明顯的根際富集效應外，壟作免耕（水稻-油菜）處理LOC、微生物量碳(MBC)、POC等活性有機碳組分的根際富集效應均較常規(guī)平作（水稻-冬水田）和壟作免耕（水稻-冬水田）處理弱，但仍明顯高于水旱輪作（水稻-油菜）處理。
　　 (2)通過分析不同碳組分間的相關關系以及對其進行變異統(tǒng)計后，發(fā)現(xiàn)無論是水稻根際還是非根際土壤，其TOC與LOC、POC、顆粒態(tài)土壤

5、質量分數均呈極顯著正相關(p＜0.01)，且POC、LOC和顆粒態(tài)土壤質量分數的變異系數均明顯大于TOC，因此，運用POC、LOC和顆粒態(tài)土壤質量分數等活性指標來檢測不同耕作方式下土壤有機碳庫在短期內的平衡轉化將更加敏感和合理。研究還發(fā)現(xiàn)，根際或非根際LOC與其相對應的顆粒態(tài)土壤質量分數呈顯著正相關(p＜0.05)，二者之間的相互作用關系還有待進一步研究。
　　 (3)在整個水稻生育期，各耕作處理根際與非根際土壤有機碳氧化穩(wěn)定系

6、數（Kos）的高低順序大致表現(xiàn)為水旱輪作（水稻-油菜）＞壟作免耕＞常規(guī)平作（水稻-冬水田），但水旱輪作（水稻-油菜）處理根際與非根際土壤TOC含量均顯著低于其余耕作處理，因此，運用Kos評價土壤有機碳穩(wěn)定性時應結合土壤總有機碳進行綜合評定，特別是對根際土壤的評定。另外，壟作免耕處理根際土壤Kos均低于非根際土壤，而且其非根際土壤Kos隨著水稻的生長逐漸增大，尤其是壟作免耕（水稻-油菜）處理，說明壟作免耕能夠通過改變水稻根際微域的碳循環(huán)過

7、程，并可能促使根際微域的活性碳組分向非根際區(qū)域周轉并固定，從而提高整個土體土壤有機碳的氧化穩(wěn)定性。
　　 (4)各耕作處理根際與非根際土壤有機碳日均礦化量和累積礦化量的變化趨勢具有較好的一致性。除水稻分蘗期常規(guī)平作（水稻-冬水田）與壟作免耕（水稻-油菜）差異不顯著外，常規(guī)平作（水稻-冬水田）處理根際與非根際土壤累積礦化量和礦化強度均大于其余耕作處理。整體來看，各處理土壤有機碳穩(wěn)定礦化率、累積礦化量和礦化強度（根際—非根際）差值大

8、小順序均為:壟作免耕（水稻-冬水田）＞壟作免耕（水稻-油菜）＞水旱輪作（水稻-油菜）＞常規(guī)平作（水稻-冬水田），說明壟作免耕有利于促進水稻根際微域有機物質的礦化和分解。
　　 (5)各耕作處理根際與非根際土壤有機碳氧化穩(wěn)定系數(Kos)與累積礦化強度、礦化強度均呈極顯著負相關(p＜0.05)，并存在良好的線性關系;而各處理根際與非根際土壤有機碳累積礦化量、最大礦化速率與LOC之間均呈顯著正相關(p＜0.05)，也存在良好的線性關

9、系。可見，稻田土壤有機碳Kos和LOC均能較好的用于表征不同耕作方式間土壤有機碳礦化特性的差異。
　　 (6)不同耕作處理稻田根際土壤pH低于非根際土壤，根際土壤TP、AP含量也低于非根際土壤，其中壟作免耕（水稻-油菜）處理并未較傳統(tǒng)耕作表現(xiàn)出明顯的P素根際富集效應;而各耕作處理稻田根際土壤全氮(TN)、速效鉀(HA-K)均高于非根際土壤，尤其是壟作免耕（水稻-油菜）處理，其較傳統(tǒng)耕作方式表現(xiàn)出更明顯的TN和HA-K富集效應。另

10、外，對稻田土壤有機碳動態(tài)及其基本理化性質間進行相關性分析發(fā)現(xiàn)，在稻田根際土壤，pH與DOC呈顯著正相關(p＜0.05)∶TN與TOC、LOC、顆粒態(tài)土壤質量分數、累積礦化量均呈極顯著正相關(p＜0.01)。而在非根際土壤，TN也與TOC、LOC、MBC、顆粒態(tài)土壤質量分數均呈極顯著正相關(p＜0.01);TK與MBC呈顯著正相關(p＜0.05)，可見，稻田土壤TN可作為表征土壤有機碳動態(tài)變化的敏感指標。
　　 (7)對稻田根際與

11、非根際土壤C、N間的關系進行分析，結果表明，長期實施壟作免耕（水稻-油菜）的稻田中，根際土壤MBC∶TOC、MBN∶TN、MBC∶MBN等值均低于傳統(tǒng)耕作，而根際土壤TOC∶TN卻高于傳統(tǒng)耕作;另外，壟作免耕（水稻-油菜）處理根際土壤MBC∶TOC、MBN∶TN、MBC∶MBN和TOC∶TN值均低于非根際土壤，可見，壟作免耕（水稻-油菜）處理根際土壤微生物生物量并未表現(xiàn)出較非根際土壤高的特征。研究還發(fā)現(xiàn)，各耕作處理根際土壤TOC∶TN和