连续种植超级稻对土壤有机碳含量及团聚体稳定性的影响

摘要

农田土壤碳库是地球表层系统中最主要的碳库之一,土壤有机碳的增加不仅有助于农业的可持续发展,而且还对缓解日益增加的温室气体和全球气候变化等问题具有重要意义。土壤团聚体被认为是土壤结构的基本单位,其稳定性影响着土壤有机碳的循环和周转,土壤有机碳的稳定机制决定着土壤固定和储备有机碳能力的大小。因此,对土壤团聚体结构稳定性和有机碳固定机制的研究,将为制定有效的碳库储备措施和温室气体减排措施提供依据。水稻土是自然土壤在人为水耕熟化过程中形成的特殊人为湿地土壤,水稻土具有较高的有机碳含量和稳定性,是我国非常重要的土壤碳库之一,维持其碳库稳定性具有十分重要的意义。
　　 本研究选取了长江中下游地区超级稻种植较广的安徽巢湖、湖南浏阳和江苏兴化3个地点,在当地超级稻育种和技术推广单位的实验基地选择连续种植超级稻3年以上的大田,并与未种超级稻的农田土壤对比。于水稻收获后,采集0-15cm表层未破坏土壤样品,共在以上3个地点共采集到8个超级稻长期种植的土壤样品和3个相应一直种植常规稻的土壤样品,用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究超级稻连续种植后有机碳含量变化及其有机碳在团聚体颗粒组中的分配,探讨连续种植超级稻对土壤有机碳和团聚体稳定性的影响.研究内容如下:
　　 1)连续种植超级稻后土壤总有机碳和活性有机碳(易氧化态碳、颗粒态有机碳、微生物量碳和溶解性有机碳)的变化,探讨土壤有机碳组分和比例的差异;2)连续种植超级稻后水稻土团聚体颗粒组分布、有机碳在团聚体上的分配情况,探讨水稻土有机碳和团聚体的相互关系;3)连续种植超级稻后土壤团聚体稳定性差异,探讨团聚体对有机碳的物理保护作用和超级稻种植的长期效应。以期了解长期种植超级稻对土壤团聚体稳定性和有机碳物理保护的影响,为发展稻田固碳技术和稻作农业的可持续发展提供科学依据。
　　 研究结果表明:
　　 1)连续种植超级稻后土壤总有机碳含量下降,降幅为6-14％,土壤全氮没有明显变化,C/N呈下降的趋势;土壤颗粒态有机碳(POC)、溶解性有机碳(DOC)和微生物量碳(MBC)含量增加,易氧化态碳(LOC)含量降低;土壤总有机碳(TOC)与易氧化态碳(LOC)和颗粒态有机碳(POC)呈显著正相关关系,与微生物量碳(MBC)和溶解性有机碳(DOC)没有显著相关性.
　　 2)从湿筛分组结果看,耕层土壤团聚体颗粒组均以2000～200μm和200～20μm团聚体所占的比例最大,分别为36.03～63.87%和14.76～34.21%,连续种植超级稻后,大团聚体(2000～200μm)颗粒组合量增加,在安徽巢湖样点最大增幅达到26.61%;团聚体颗粒组中的SOC含量均以2000～200μm和＜2μm粒组中的含量最高,SOC主要向大团聚体(2000～200μm)颗粒组富集。
　　 3)连续种植超级稻增加了大团聚体颗粒组的比例,土壤团聚体稳定性增强。连续种植超级稻后,2000-200μm粗团聚体颗粒组有机碳对土壤总有机碳的贡献率增加,土壤对有机碳的物理保护作用增强。连续种植超级稻后有机碳含量下降可能是土壤短期的一种响应机制,长期来看并不改变水稻土的固碳潜力。