长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

摘要

[目的]长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径.研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为该模式的可持续应用提供理论依据.[方法]基于连续10年(2005—2015)中稻单作和稻虾共作的田间定位试验,于2015年10月中旬水稻收获后,按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm土层采集土样,分析不同土层中总有机碳(total organic carbon,TOC)、土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、可溶性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳(easily-oxidized organic carbon,EOC)和颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)含量,测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量,计算了土壤碳库管理指数,同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性.[结果]1)相对于中稻单作,稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量,增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量;2)稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数,碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7％ 和58.2％;3)稻虾共作模式下,0—20 cm土层中小于0.053 mm粉-黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式,而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式;4)与中稻单作相比,稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7％,而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0％;5)除DOC外,TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关.[结论]长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量,特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性,促进了根茬等有机物的分解,提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量,改善了土壤结构,加大了水稻根系的下扎深度,改善了固持速效养分的能力,从而提升了稻田土壤生物肥力.