保護(hù)性耕作農(nóng)田土壤團(tuán)聚體固碳機(jī)制研究.pdf

1、農(nóng)田土壤碳庫的變化與耕地質(zhì)量和溫室氣體的排放密切相關(guān)。增加農(nóng)田土壤碳庫，提高耕地質(zhì)量及其固碳潛力對(duì)于保障我國糧食生產(chǎn)和緩解固碳減排壓力都具有重要意義。保護(hù)性耕作作為一項(xiàng)能夠降低農(nóng)田土壤CO2排放量，提高土壤有機(jī)碳固定潛力的措施已引起全球廣泛關(guān)注。國外的一些研究表明，保護(hù)性耕作提高土壤有機(jī)碳儲(chǔ)庫的主要原因是團(tuán)聚體內(nèi)的物理保護(hù)作用得到保障。雖然前人已經(jīng)做了大量關(guān)于保護(hù)性耕作土壤團(tuán)聚體固碳的研究，但關(guān)于土壤團(tuán)聚體的固碳機(jī)理及其微生物的響應(yīng)的研

2、究仍處于探索階段。本研究在長期保護(hù)性耕作定位試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用穩(wěn)定性同位素標(biāo)記技術(shù)對(duì)長期保護(hù)性耕作條件下外源有機(jī)碳的轉(zhuǎn)化以及在不同粒級(jí)團(tuán)聚體中的分配和去向進(jìn)行研究，同時(shí)利用現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)對(duì)不同保護(hù)性耕作技術(shù)措施下土壤微生物群落結(jié)構(gòu)及其數(shù)量開展研究，在團(tuán)聚體水平和分子水平上闡明土壤碳素固持過程及其微生物響應(yīng)機(jī)制。本研究主要結(jié)論如下:
　　(1)明確了長期不同耕作措施下土壤團(tuán)聚體的變化。全量秸稈還田(ASRT)和常規(guī)耕作(CK)措

3、施不利于＞0.25mm土壤團(tuán)聚體的形成和穩(wěn)定，甚至使其出現(xiàn)了減少的趨勢;免耕秸稈覆蓋(NTSM)和免耕秸稈留茬(NTLS)措施有利于＞0.25mm的土壤團(tuán)聚體形成和穩(wěn)定。
　　(2)探明了長期不同耕作措施下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的變化。長期的全量秸稈還田(ASRT)和常規(guī)耕作措施(CK)處理下土壤有機(jī)碳有向＞0.25mm（其中的0.25-2mm部分）土壤團(tuán)聚體聚集的趨勢;而免耕秸稈覆蓋(NTSM)和免耕秸稈留茬(NTLS)措施下土壤有機(jī)

4、碳在土壤團(tuán)聚體中的變化比較緩慢。
　　(3)揭示了不同耕作措施下外源有機(jī)碳在土壤團(tuán)聚體中的分布情況，長期的不同耕作措施下外源有機(jī)碳進(jìn)入土壤團(tuán)聚體的過程是不同的。全量秸稈還田(ASRT)處理下外源有機(jī)碳首先進(jìn)入＞2mm的土壤團(tuán)聚體;常規(guī)耕作措施(CK)處理下外源有機(jī)碳首先進(jìn)入＜0.053mm的土壤團(tuán)聚體;短期的免耕秸稈覆蓋(NTSM)處理下，外源有機(jī)碳首先進(jìn)入＞2mm的土壤團(tuán)聚體，隨著保護(hù)性耕作時(shí)間的增加，外源有機(jī)碳首先進(jìn)入＜0.0

5、53mm的土壤團(tuán)聚體當(dāng)中。
　　(4)在室內(nèi)腐解培養(yǎng)條件下，測定了外源有機(jī)碳占土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳的比例。在90天的培養(yǎng)過程中，全量秸稈還田(ASRT)、免耕秸稈覆蓋(NTSM)、免耕秸稈留茬(NTLS)、常規(guī)耕作(CK)措施的土壤中外源有機(jī)碳占土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳比例最高分別為3.68％、3.04％、3.28％、3.27％。在90天的培養(yǎng)結(jié)束后，全量秸稈還田(ASRT)、免耕秸稈覆蓋(NTSM)、免耕秸稈留茬(NTLS)、常規(guī)處理(CK

6、)外源有機(jī)碳占土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳比例分別為1.55％、1.31％、1.60％、1.64％。
　　(5)利用T-RFLP技術(shù)，初步分析了旱地農(nóng)田土壤細(xì)菌固碳微生物的群落結(jié)構(gòu)。旱地農(nóng)田土壤16S rDNA經(jīng)MspⅠ酶切后檢測到40個(gè)T-RF片段。0～5cm、5～10cm、10～15cm土層的各處理的優(yōu)勢種群均為T-RFs63bp和149bp。細(xì)菌cbbL基因MspⅠ酶切的結(jié)果顯示，在0～5cm、5～10cm、10～15cm土層，24bp

7、和177bp所代表的微生物群落是全量秸稈還田(ASRT)、免耕秸稈覆蓋(NTSM)、免耕秸稈留茬(NTLS)和常規(guī)耕作(CK)處理下的所共有的微生物固碳優(yōu)勢群落;39bp所代表的微生物群落是免耕秸稈覆蓋(NTSM)和免耕秸稈留茬(NTLS)處理所獨(dú)有的微生物固碳優(yōu)勢群落;124bp和129bp種群所代表的微生物群落是全量秸稈還田(ASRT)和常規(guī)耕作(CK)處理所獨(dú)有的微生物固碳優(yōu)勢群落。細(xì)菌cbbL基因HhaⅠ酶切的結(jié)果顯示，免耕秸稈

8、覆蓋(NTSM)和常規(guī)耕作(CK)處理的優(yōu)勢種群是31bp所代表的微生物群落;在5～15cm土層除常規(guī)耕作(CK)處理外，其余處理都的優(yōu)勢種群都含有62bp所代表的微生物群落。
　　(6)利用qPCR技術(shù)，測定了旱地農(nóng)田土壤細(xì)菌固碳微生物的數(shù)量。不同耕作措施對(duì)0-15cm土層16S rDNA的豐度表現(xiàn)為，免耕秸稈覆蓋(1.16×1014 copies·g-1)＞免耕秸稈留茬(8.81×1013copies·g-1)＞常規(guī)耕作(9.

9、28×1011 copies·g-1)＞全量秸稈還田(7.35×1010 copies·g-1)。不同耕作措施下0～15cm土層土壤細(xì)菌cbbL基因的豐度表現(xiàn)為常規(guī)處理(1.75×109 copies·g-1)＞免耕秸稈留茬(1.49×109 copies·g-1)＞全量秸稈還田(1.30×109 copies·g-1)＞免耕秸稈覆蓋(4.84×108copies·g-1)，其中全量秸稈還田(ASRT)和免耕秸稈留茬(NTLS)以及常規(guī)