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文檔簡介
1、了解土壤中不同形態(tài)的碳,有機碳的分子特征以及對農(nóng)作物系統(tǒng)中水穩(wěn)性團聚體的貢獻,對于維持農(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,施肥和免耕等保護管理措施可顯著改變土壤中有機碳(SOC)的含量、活性以及土壤中的水穩(wěn)性團聚體,但這些耕作措施對稻-油輪作系統(tǒng)中土壤有機碳的含量以及質(zhì)量的綜合影響研究相對較少。
本文選取了湖北省武穴市、荊州市、以及武漢市3個稻-油輪作長期定位試驗點,每個試驗點各有4種處理。其中武穴試驗點的
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)。荊州試驗點的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)。武漢試驗點的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)。每個試驗點探討了秸稈還田對土壤有機碳(SOC
3、)、顆粒有機碳(POC)、微生物有機碳(MBC)、易氧化有機碳(EOC)、溶解有機碳(DOC)、土壤碳管理指數(shù)(SCMI)以及水穩(wěn)性團聚體(>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)性團聚體(WSA)的穩(wěn)定性和土壤有機質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
相對于CT處理,秸稈還田顯著增加了三個試驗點0-20cm土層中有機質(zhì)
4、的含量,碳管理指數(shù)以及C分?jǐn)?shù),其中武穴試驗點增加了6%-50%,荊州試驗點增加了7%-35%,武漢試驗點增加了4%-25%。然而在20-40cm土層,相對于其他處理,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,武穴試驗點主要為芳香C(42.65%-45.54%),其次為O-烷基C(22.92%-34.33%)。然而荊州試驗點在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處理下每個試驗點的烷基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)在不同試驗點之間有一定差異,其中武穴試驗點的芳香指數(shù)有一定程度升高,而荊州試驗點由于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)。
相對于CT處理,秸稈還田處理增加了0-20cm土層水穩(wěn)性團聚體中>5mm的團聚體含量(增加了40%-78%),其它粒級的變化
7、沒有>5mm的顯著。在0-20cm土層,秸稈還田和免耕處理不僅促進了大團聚體的形成,同時也增加了團聚體的穩(wěn)定性(MWD和GMD指數(shù)均增加),并降低了土壤團聚體的分形維數(shù)(FD)。在所有確定的團聚體中,>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)。相對于土壤小團聚體,土壤大團聚體中的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的團聚體呈顯著負相關(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的團聚體之間有顯著相關(guān)性(r2=-0.96**to0.93**)。相對于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)性團聚體之間相關(guān)性最好(r2=1.0**)。同樣,1-2mm以及>5mm團聚體之中的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聚體的形成以及穩(wěn)定性,同時也增加了大團聚體中有機碳的含量,表明可以通過物理保護措施來增強土壤有機碳的固定。本研究還表明,有機碳的化學(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
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