土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响_孙中林_1
土壤水分状况和质地对稻田N_2O排放的影响
土壤水分状况和质地对稻田N_2O排放的影响
徐华;邢光喜;蔡祖聪;鹤田治雄
【期刊名称】《土壤学报》
【年(卷),期】2000(37)4
【摘要】１９９４年在中国科学院封丘生态试验站通过小区试验研究了土壤质地和水分状况对稻田Ｎ２Ｏ排放的影响。
结果表明稻田Ｎ２Ｏ排放主要受土壤水分状况的影响，淹水状态下，Ｎ２Ｏ排放很少，水分落干期间Ｎ２Ｏ排放量占水稻生长期Ｎ２Ｏ排放总量的８７．５０％～９８·６５％。
土壤质地显著影响稻田平均Ｎ２Ｏ排放通量，砂质土壤排放的Ｎ２Ｏ显著或极显著高于壤质和粘质土壤，水稻生长期砂质、壤质及粘质土壤的平均Ｎ２Ｏ排放通量分别为１３７．６３、８７．５４和６３．４６μｇＮ２Ｏ－Ｎ／ｍ２· ｈ。
【总页数】7页(P499-505)
【关键词】水稻田;土壤质地;土壤水分状况;一氧化二氮排放;排放通量;空间变异性【作者】徐华;邢光喜;蔡祖聪;鹤田治雄
【作者单位】中国科学院南京土壤研究所;日本国立农业环境技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】X171;S152
【相关文献】
1.土壤水分状况和质地对稻田N2O 排放的影响 [J], 徐华;邢光熹;蔡祖聪;鹤田治雄
2.冬作季节土壤水分状况对稻田CH4排放的影响 [J], 徐华;鹤田治雄
3.冬作季节土壤水分状况对稻田CH_4排放的影响 [J], 徐华;蔡祖聪;李小平;鹤田治雄
4.土壤水分状况和氮肥施用及品种对稻田N_2O排放的影响 [J], 徐华;邢光熹;蔡祖聪;鹤田治雄
5.滴灌土壤水分空间分布对N_2O排放的影响规律研究 [J], 王维汉;谢清华;毛前;郭龙珠
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长期不同施肥对水稻土有机碳矿化的影响的开题报告
长期不同施肥对水稻土有机碳矿化的影响的开题报告【摘要】水稻种植的施肥方式和周期会直接影响土壤有机碳的含量和组成，从而对土壤质量和环境的健康产生重要影响。
本文通过长期施肥试验，探讨了不同施肥方式对水稻土有机碳矿化的影响，为实现可持续农业发展提供科学依据。
研究发现，不同施肥方式对水稻土有机碳的含量和组成有显著影响，长期有机肥施用可以显著提升土壤有机碳的含量和质量，促进有机碳的积累和矿化。
【关键词】施肥方式；水稻土壤；有机碳；矿化一、研究背景和意义水稻是我国重要的粮食作物之一，是保障国家粮食安全的重要来源。
然而，过度的化肥施用不仅会造成资源的浪费，还会对土壤生态系统造成损害。
有机肥不仅是一种绿色、生态的施肥方式，还有很好的土壤调理作用，在促进有机碳的积累和矿化方面有很好的效果。
因此，探究长期施肥对水稻土壤有机碳矿化的影响，对于实现可持续农业发展具有重要意义。
二、研究内容和方法本研究选取位于江苏省邳州市的一块水稻种植田作为研究对象，分别设立了化肥施用、有机肥施用和化肥和有机肥联合施用三种不同施肥方式的试验田，进行了长期施肥试验。
首先通过土壤样品分析仪分析土壤有机碳含量和组成，随后结合CO2排放测定技术，对水稻土壤有机碳矿化情况进行分析。
三、预期研究结果研究结果将反映不同施肥方式对水稻土壤有机碳含量和组成的影响，并进一步探究不同施肥方式对水稻土壤有机碳矿化的促进作用。
研究结果有望为实现可持续农业发展提供科学依据。
四、研究进展情况目前，实验已进行了近三个月，初步得出不同施肥方式对土壤有机碳含量和组成的初步数据，正在进行数据分析和统计。
研究计划将于一年后完成并形成科学论文。
稻田土中pH与有机物含量对重金属有效性和水稻对他们吸收的影响
稻田土中pH与有机物含量对重金属有效性和水稻对他们吸收的影响前言稻田土壤的pH和有机物含量对于水稻的生长和产量具有重要影响。
同时，重金属对水稻的吸收也是一个重要的问题。
本文将介绍稻田土壤中pH及有机物含量对于重金属在土壤中的有效性和水稻对重金属的吸收影响的研究进展。
稻田土中pH对重金属有效性的影响稻田土的pH值是决定重金属在土壤中有效性的重要因素之一，主要是因为土壤的pH与重金属的电离和盐度有关。
在不同的pH值下，重金属的离子化程度不同，从而影响其在土壤中的迁移和吸附，从而影响了它的有效性。
研究表明，重金属在土壤中的有效性与pH呈反比例关系，即土壤pH值越低，重金属的有效性越高。
另一方面，稻田土中的pH值还会影响土壤微生物群落的组成和数量，从而影响重金属的微生物地球化学转化。
微生物是土壤中重要的有机质分解和生态调节者，它们参与土壤固氮、脱氮和磷循环等作用，使土壤中养分的转化和循环得以进行，同时，它们也可能通过生物吸附和吸附去除土壤中的污染物。
稻田土中的pH是决定重金属在土壤中有效性的重要因素之一，需要采取针对性的管理措施以保持适宜的pH值。
稻田土中有机物含量对重金属有效性的影响稻田土中的有机物含量对重金属在土壤中的有效性也有影响。
土壤有机质含量高意味着存在更多的吸附位点和更多的亲吸附物质，可以有效地吸附重金属，减少其在土壤中的迁移和对水稻的危害。
此外，土壤有机质还可以促进土壤微生物的生长和代谢，增加土壤微生物的生物吸附活性，对重金属污染的治理也有积极的作用。
另一方面，土壤有机质含量低和无机污染物的相互作用可引起有机物的矿化，降低土壤pH值，进而导致重金属离子的释放，增加其在土壤中的活性。
有机物对重金属的有效性影响的机制比较复杂，需要在实际管理过程中多拍深入的研究。
稻田土中有机质含量的增加对于降低重金属的有效性很有益处，在重金属污染的治理过程中应该得到重视。
稻田土中pH和有机物含量对水稻吸收重金属的影响水稻是吸收土壤中重金属的一种重要作物，其吸收率与环境因素，如土壤pH 和有机质含量等有较大的相关性。
第十二章 水稻土
四、潜育型水稻土
分布于山间谷地或平原低洼地，地下水位 高，甚至常年积水，土壤水份处于过饱和状态。 还原作用强烈，全剖面成青灰色，土体构型为： AG-G， A-G， A-P-G， A-P-BG-G 还原毒害严重，矿质养分缺乏，酸性强，有 机质分解缓慢，有机质含量高，潜在肥力较高 续分为青泥田和冷烂田两个土属
3、根际与非根际的差异 水稻根系能够想土壤分泌氧，所以使根 际土壤的Eh高于非根际土壤。一般相差 几十毫伏。与此相反，旱作根际土壤的 Eh则比非际土壤低。 4、不同层次的差异 淹水期间，耕作层呈还原态，淀积层和 底土层可能呈还原态，也可能呈氧化态
二、pH的变化
（一）pH的变化趋势 淹水后水稻土表层的pH都趋向于中性， 一般半个月左右可以达到平衡。
（二）N，P转化特点
1、N转化的特点 （1）与旱地相比，水田氨态N数量减少， 硝态N几乎完全消失 （2）水田排干后淹水，NH4+含量增加。有 机质含量高的土壤，增加效应明显 （3）土温升到35-40º C时，氨态N显著增多
（4）反硝化作用强烈，脱氮作用明显 施用在表层的N肥的脱N量在17-64% 之间，深层施用仅为7-42% 水田土壤的脱N作用主要是反硝化作 用
二、渗育型水稻土
发育于山地丘陵台地之上，灌溉水源较 充足，水耕熟化时间较长，淋溶淀积较 明显，土壤剖面分异较显著，呈 A-P-(B)-C， A-P-B-C 续分为黄泥田、黄泥砂田、紫泥田、沙 质田等土属。田面窄小，交通不便，耕 作粗放，熟化度低，耕层浅薄，质地粘 重，酸性强。存在旱、酸、浅、粘等障 碍因素
3、还原淋溶 某些元素被还原后，溶解度大大增加， 迁移能力也大大提高。最主要的是铁锰。 4、络合淋溶 土体内的金属离子以螯合物形态而进行 的迁移。络合淋溶可以使溶解度很小的 元素发生淋溶。
有机碳矿化
4 结果分析
土壤有机碳日均矿化量
4 结果分析
4 结果分析Leabharlann 土壤有机碳矿化模拟4 结果分析
土壤类型和土层深度对有机碳矿化累积量的影响
4 结果分析
土壤有机碳矿化与土壤理化性状关系
5 讨论
土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程， 直接关系到土壤养分元素的释放与供应、CO2气体的 排放以及土壤质量的维持。土壤类型的差异会造成 土壤物理化学性质，尤其是土壤有机碳含量的改变， 加之其它生物要素和非生物要素的差异，从而对土 壤有机碳的矿化过程和矿化速率产生不同程度的影 响。在控制温度和湿度条件的实验室培养下，土壤 有机碳矿化量反映了不同类型土壤中易被利用的有 机碳有效性及土壤环境因素的差异。
5 讨论
不同土层有机碳矿化也不相同。土壤表层有机 碳累积矿化量比下层高，矿化率随土层加深呈递减 趋势。不同土层土壤碳矿化的差异可能由土壤有机 碳含量不同而造成。土壤表层有机碳含量较高，活 性有机碳所占比例随之变大，其生物有效性较高， 土壤有机碳矿化速率较快，累积矿化量较大。下层 土壤中有机碳含量相对较低，活性有机碳含量也较 低，生物有效性较小，矿化作用较弱。
1 研究背景
黄土高原地区是我国西北部重要的生态屏障, 在我国生态环境建设和全球变化研究中具有重要的 地位。
黄土高原地处我国内陆腹地,是黄河流域的第 二阶梯,西起日月山,东至太行山,南靠秦岭,北抵阴 山,位于东经100°54′—114°33′,北纬 33°43′—41°16′之间,总面积64.27万km2,约占 全国国土面积的6.69%。年均气温2.5—14.3℃ ,年 均降水量为200—650mm。冬季寒冷干燥多风沙,夏 季炎热多暴雨。
5 讨论
矿化培养初期，易分解组分快速分解，释放大 量养分，土壤微生物与有机碳充分接触，代谢所需 营养物供应充足，营养源不是限制微生物活动的主 要因素。随着可供微生物利用的易分解有机碳的矿 化，营养源不断减少，营养物的供应则逐渐成为限 制微生物活动的关键因素，因而随着培养时间的延 长，土壤类型对有机碳矿化的影响越来越小，有机 碳的矿化速率也处于相对稳定的较低水平。
土壤中的碳
（二）土壤碳的活性
定义：土壤碳有效性的高低，为微生物分解
与利用的难易程度和可为植物直接利用的 营养元素的多寡。
通常所说的土壤活性有机碳是在一定的时空 条件下受植物 微生物影响强烈，具有一定溶解性， 且在土壤中移动较快 不稳定 易氧化易分解和易矿 化，其形态空间位置对植物和微生物有较高活性 的那部分土壤碳素。 可用土壤碳的氧化移动度来评价土壤碳的移 动性。
含有大量游离CaCO3的潮土,实验室恒温培育试验 结果没有显示出土壤质地对有机物质分解的影响。 这可能是由于潮土中大量CaCO3的存在改变了土 壤的结构,同时掩蔽了部分粘粒表面的吸附位,从而 掩盖了土壤质地的影响。 但是在利用盐酸除去潮土中CaCO3后,土壤质地对 有机物质分解的影响显现出来,随着土壤粘粒含量 的提高,14Ｃ-黄花苜蓿分解1年后的残留碳量增加, 而分解速率降低。
5、土壤pH和碳酸钙含量 土壤pH影响了微生物的生长,在酸性土壤中微 生物种类受到限制,以真菌为主,从而减慢了有机物 质的分解。在广州的红壤性水稻土和无锡的水稻 土中,8种植物残体中除了水葫芦外分解1年后的残 留碳量并没有明显差异,其残留碳量分别为 (30.4±3.4)%和(30.1±3.9)%.但是两地的年均温 相差6.4,因此红壤性水稻土中较低的pH是导致分 解减慢的原因。 土壤中的游离碳酸钙影响了土壤团聚体的状 况及土壤ｐＨ,通常促进了植物物质的分解。
三 土壤有机碳的分解转化
土壤有机碳循环：有机碳进入土壤，并在 土壤微生物（包括部分动物）的参与下分 解和转化形成的碳循环过程。进入土壤中 的主要包括植物和动植物残体，土壤中的 有机碳包括土壤腐殖质 土壤微生物及其各 级代谢产物的总和。 （一）土壤有机质各组分的转化 （1）动植物残体的转化 （2）微生物生物量 （3）腐殖质组分（胡敏素 胡敏酸 富啡酸）
温度对武夷山不同海拔土壤有机碳矿化的影响
０ ０ ） ｏ ｅｅ ， ｔ ５～３ Ｃ， ｈ ｒ ｗ ｒ ｏｓ ｎｆ ａ ｔ ｉｅｅｃ ｓｉ １ ｖｌｅ ｍｏｇ ｄ ｆｒｎ ． ５ ．Ｈ ｗ ｖｒ ａ ２ ５ ｏ ｔｅｅ ｅｅｎ ｉ ｉｃｎ ｄｆ ｒｎ ｅ ｎ Ｑ０ ａｕｓａ ｎ ｉｅｅ ｔ ｇｉ ｆ ｆ ｓｉ ｎｔｅ３ｄａ ｄ３ ｔ ａ ｆｎｕ ａ ｏ ．Ｉ ａ ｄｔ ｎ ｔｅ ｉ ｅｔ １ｖ ｌｅ ｒｈ ｖｒｇ ｎｒｌ ｏｌ ｏ ｒ ｎ ５ｈｄｙｏ ｃ ｂ ｔ ｎ ｎ ｄ ｉｏ ，ｈ ｇ ｓ Ｑ０ ａ ｅａ ｅ ｅ ｓ ｈ ｉ ｉ ｉ ｈ ｈ ｕ ｆ ｔ ｏ ａ ｍｉｅａ — ｉ ｚ ｔｏ ａｅ ａ ５ ～２ ｏ ｗａ ｏ ｎ ｒｙ ｌ ｗ ｏｌ ｗ ｉ ｅｎＱ１ｖｌｅａ ２ ａ ｉｎ ｒ ｔ ｔ１ ５ Ｃ ｓ ｆ ｕ ｄ ｆ ｅｌ ｏ ｏ ｓｉ ｈ ｅｍ ａ ０ ａｕ ｔ ５～ ５℃ ｗ ｓ ｘｍ ｍ ｌ ３ ａ ｉ ｕ ｍａ
摘 要 ： 采用 碱 吸收 法测 定武 夷 山不 同海拔 土壤 分别 在 １ ５℃ 、２ ５℃ 、３ ５℃ 下培养 ３ ５ｄ时土壤 有机 碳矿 化速 率及 矿 化量 的变 化 ． 结果 表 明 ，土 壤 有 机 碳 矿 化速 率 随培 养 时 间延 长 而逐 渐 降 低 ，尤 以培养 ３ｄ～ ７ｄ时下 降最 为 明 显． 各 海拔 土壤 累 积矿 化 量 均 随培 养 温 度 升 高 而逐 渐增 加． 培养 ３ ５ｄ时 １ ５℃ 和 ３ ５℃ 下土壤 累积矿 化量 随海 拔升 高而 增加 ，但 ２ ５℃ 下 黄红 壤 的累 积 矿 化量高 于红 壤和 黄壤 而低 于 山地 草 甸土． 各培 养 温度 下 ，土壤 有机 碳平 均 矿化速 率均 以 山地 草甸 土最 高 ，红壤 最低 ． 而 对 于各 海拔 土 壤 ，不 同温 度 下 土壤 有 机 碳 平 均 矿 化 速 率 大小 顺 序 为 ：１ Ｃ＜ ５ ｏ ＜ ５ ｏ 培养 ３ｄ时温度 为 １ ２ Ｃ黄 壤 的 Ｑ 。 显著 高 于其 他 海拔 土 壤 ５ｏ ２ Ｃ ３ Ｃ． ５ ｏ ５ｏ Ｃ／ 值 （ Ｐ＜００ ） ．５ ，但培 养 ３ ５ｄ时 ｌ ５℃／５℃ 下 的土壤 Ｑ。 以黄 红壤 的最 高． 培养 ３ｄ和 ３ ２ ． 值 ５ｄ时 ， ２ ３ Ｃ下不 同海拔 土 壤 Ｑ。 差异 均 不 显 著 （ ５ｏ ５ｏ Ｃ／ 。 值 Ｐ＞００ ） 根 据土 壤 平 均 矿 化 速 率 计 算 的 ．５ ． Ｑ。 在 温度 范 围为 １ Ｃ ２ 值 ５ｏ ／ ５ ｏ Ｃ时以黄壤 的最 高 ，但 ２ Ｃ ３ Ｃ时红壤 的 Ｑ 值 最 大． ５ｏ ／ ５ｏ ｍ 关键 词 ：温度 ；海拔 ；土壤 有机 碳 ；矿 化 中图分 类号 ：ｓ ５ １３ 文 献标 识码 ：Ａ 文章 编号 ：１７ －１５ （ ０ ２ ３０ ０ －７ ６ ３７ ０ ２ １ ）０ － １ ０ ０
水稻田土壤有机碳研究进展
素和人为因素,分析了当前水稻田土壤有机碳研究进展以及 在 研 究 中 存 在 的 不 足,并 探 讨 了 我 国 在 水 稻 田
土壤有机碳研究今后的发展方向.
含量受到地形地貌、气候、土壤质地、生物和认为活动 等
多方面影响,其中气候条件是影响土壤有机碳含量及分
布的重要外部因素.
土壤有机碳含量是表达土壤质量的重要指标之一.
其在土壤肥力、土壤耕作特性以及土壤生产力等方面有
着巨大作用.土壤有 机 碳 不 仅 含 有 植 物 生 长 所 需 的 各
种营养元素,还在一 定 程 度 上 调 节 土 壤 理 化 性 质、改 善
明,农业耕作是引起土壤有机碳含量下降的主要原因 之
水,云南元阳地区水稻田常年处于淹水状态.灌溉水 可
一,传统的耕作方式 会 加 快 土 壤 氧 化 和 矿 化,破 坏 土 壤
研究以及土壤有 机 碳 矿 化 作 用 研 究. 本 文 通 过 对 土 壤
有机碳的重要性以 及 土 壤 有 机 碳 影 响 因 素 和 研 究 进 展
进行综述,旨在揭示土壤有机碳作用以及影响土壤有机
碳含量因素为今后稻田土壤有机碳相关研究提供参考.
２ 水稻田土壤有机碳研究意义
２．
１ 土壤有机碳概念
气候因素对于农 作 物 生 长 环 境 影 响 巨 大. 通 过 对 土 壤
温度、
pH 值、微 生 物 量 和 微 生 物 活 动 强 度 以 及 光 合 作
用强度等方面变化,从而影响土壤有机碳的固定和矿 化
作用.研究表明:不同的气候条件下稻田土壤有机碳 含
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土壤质地和水分对水稻土有机碳矿化的影响孙中林1,2,吴金水1,葛体达1,唐国勇1,2,童成立1＊(1.中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态重点实验室,长沙 410125;2.中国科学院研究生院,北京 100049)摘要:通过14C示踪技术模拟实验(25℃下)研究砂壤土、壤黏土、粉黏土3种质地的水稻土有机碳矿化对水分变化的响应.砂壤土和壤黏土中水稻秸秆(14C标记)的矿化率在75%田间持水量(WHC)达到最大值,160d分别约为53%和58%,粉黏土在45%～105%WHC范围内的矿化率处于缓慢升高趋势(41.8%～49.0%);3种土壤原有有机碳的矿化率都在75%WHC最高,砂壤土为5.8%,壤黏土为8.0%,粉黏土为4.8%,但超过此含水量后,其矿化率显著下降.3种质地水稻土的添加和原有有机碳的矿化率与土壤含水量均呈二次曲线关系(p<0.01).本研究进一步澄清了淹水对水稻土有机碳矿化的抑制作用.关键词:质地;含水量;土壤有机碳;矿化;水稻秸秆中图分类号:X144 文献标识码:A 文章编号:0250-3301(2009)01-0214-07
收稿日期:2007-12-17;修订日期:2008-07-28基金项目:中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-423,KZCX2-YW-432-1);国家科技支撑计划项目(2008BAD95B02)作者简介:孙中林(1982～),男,硕士研究生,主要研究方向为土壤与环境生态,E-mail:yizhu-2004@163.com＊通讯联系人,E-mail:tong@isa.ac.cn
EffectsofSoilTextureandWaterContentontheMineralizationofSoilOrganicCarboninPaddySoilsSUNZhong-lin1,2,WUJin-shui1,GETi-da1,TANGGuo-yong1,2,TONGCheng-li1(1.KeyLaboratoryofSubtropicalAgricultureEcology,InstituteofSubtropicalAgriculture,ChineseAcademyofSciences,Changsha410125,China;2.GraduateUniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)Abstract:TounderstandhowsoiltextureandwatercontentaffectthemineralizationoforganicCinpaddysoil,3selectedsoils(sandyloam,clayloam,andsiltyclay)wereincubated(25℃)with14C-labelledricestraw(1.0g·kg-1)atwatercontentvariedfrom45%to105%of
waterholdingcapacity(WHC).Dataindicatedthat,inthesandyloamandclayloam,themineralizationrateof14C-labelledricestrawreachedthemaximumat75%WHC,as53%and58%ofthestrawCmineralizedintheincubationperiodof160d,whereasinthesiltyclay,itincreasedgradually(from41.8%to49.0%)aswatercontentincreasedupto105%WHC.Forallofthethreesoils,themineralizationrateofsoilnativeorganicCreachedthemaximumat75%WHC,with5.8%oftheorganicCmineralizedinthesameperiodforthesandyloam,and8.0%and4.8%fortheclayloamandsiltyclay,respectively.Aswatercontentincreasedfurther,themineralizationrateofnativeorganicCinthethreesoilssignificantlydeclined.ThemineralizationrateofaddedricestrawandnativeorganicCinallthethreesoils,waswellfittedwithaconiccurve.Theseresultssuggestthatwater-loggingcandecreasethemineralizationoforganicCinpaddysoils.Keywords:soiltexture;watercontent;soilorganiccarbon;mineralization;ricestraw
土壤质地是影响有机质分解矿化的重要土壤物理性质之一.土壤黏粒可抑制有机质被微生物分解,减少微生物细胞代谢死亡,保持土壤有机质和微生物量的稳定[1].在黏粒含量高的土壤中,稳定的有机黏粒复合体是形成稳定有机质的主要原因[1,2].Saggar等[3]35d培养试验表明,土壤黏粒和土壤表面积可以通过保护微生物量的稳定从而控制添加的14C标记葡萄糖分解.李忠佩等[2]认为,有机质与黏粒结合可增强其物理稳定性和抵抗微生物分解的能力,黏粒含量高的土壤,其孔隙度较小,通气状况不良,导致有机物质分解速率较低,土壤碳的矿化率与土壤黏粒含量呈负相关关系.而McLauchlan[4]和任秀娥等[5]并未发现类似趋势.国内外已对土壤含水量与土壤有机碳(SOC)矿化之间的关系开展了大量研究.一般认为,淹水条件下有机残体和土壤原有有机碳的矿化速率低于好气条件,且多数研究结果表明淹水抑制稻田SOC的矿化[6～8].然而,朱培立等[9]采用14C示踪法研究表明,淹水状态下添加秸秆在丘陵地区黄棕壤中的矿化量高于好气状态.唐国勇等[10]认为渍水促进添加物料和旱地菜园土壤原有有机碳的矿化,且在一定含水量范围内(30%～105%WHC)添加物料和土壤原有有机碳的累积矿化量与含水量呈线性正相关关系.Wang等[11]研究表明,山地暗棕壤土壤呼吸随含水量的增加而升高,但当含水量超过37%后,土壤呼吸速率降低.因此,土壤水分与添加物料和土壤原有有机碳矿化之间的关系有待进一步研究.目前,水分条件对添加有机物料和土壤原有有机碳矿化影响的研究多以旱土为主,稻田土壤的研
第30卷第1期2009年1月环 境 科 学
ENVIRONMENTALSCIENCEVol.30,No.1
Jan.,2009究仅局限于好气和淹水2个水分处理,很难深入了解稻田土壤有机质矿化对水分变化的响应规律.亚热带地区水稻秸秆资源丰富,还田量大,且稻田土壤干湿交替情况变化范围较大,不同水分条件下添加水稻秸秆和土壤原有有机碳的矿化规律有待于进一步探讨.因此,本研究选取亚热带区3种不同质地(砂壤土、壤黏土和粉黏土)的水稻土,以14C标记稻草为底物,通过室内模拟实验,研究不同水分条件下添加水稻秸秆及土壤原有有机碳矿化的特点,以期探讨稻田生态系统SOC积累和土壤CO2排放对水分变化的响应.1 材料与方法1.1 供试土样及前处理于2005年8～9月分别在湖南长沙县、桃源县和宁乡县采集稻田耕层土壤(0～20cm).基本性质见表1.新鲜土壤去除可见动植物残体后,风干至约40%WHC,过10目筛,调节含水量至45%WHC,在25℃、100%空气湿度条件下预培养7d.另取少量样品风干,过100目筛,用于测定土壤基本理化性质.
表1 供试土样基本理化性质Table1 Basicphysicalandchemicalpropertiesofthetestedsoils样点母质耕作制度SOC g·kg-1C N黏粒 %土壤类型pH最大田间持水量 %长沙花岗岩双季稻19.28.617.6砂壤土5.2669桃源第四纪红土双季稻19.28.229.0壤黏土5.1264宁乡第四纪红土双季稻19.38.634.9粉黏土5.2460
1.2 14C标记水稻秸秆的制备水稻在连续供应14CO2(唯一碳源)的标记箱中生长60d后收获,除去根部,在85℃烘干、磨细、过60目筛.水稻秸秆含碳量为399.2g·kg-1,放射强度为29.0DPM μg.1.3 试验设计试验设置45%、60%、75%、90%、105%WHC5个水分梯度.3种土样各称取5份600g(干基计,下同)预培养7d后的土壤,分别加入0.6g14C标记水稻秸秆(1.0g·kg-1),充分混匀.先取3份与秸秆混匀后的土样,用蒸馏水分别调节含水量至45%、60%、75%WHC,在土样上覆盖塑料薄膜,放置0.5h,使水分含量保持一致.然后每个处理分别取50g土样于50mL烧杯中,置于1L广口瓶(瓶底加10mL蒸馏水,以维持瓶内100%空气相对湿度),并在广口瓶中放一个装有20mL1mol·L-1NaOH溶液的吸收瓶(吸收培养过程中释放的CO2),密闭.另外取50g于50mL烧杯中,添加相应质量的蒸馏水,使土壤含水量调节至90%和105%WHC,放入1L广口瓶,密闭.每个处理4次重复,同时设置无土空白对照,在25℃恒温室内培养160d,每5d通气1次.在培养过程中,根据不同水分条件下土壤水分散失情况适时向培养烧杯中加入无CO2蒸馏水以维持恒量.不加秸秆处理水分调节和方法同上.在培养5、10、20、30、40、60、80、100、120、140、160d更换吸收瓶,测定其吸收液中总CO2-C和14CO2-C含量.1.4 分析方法土壤有机碳和全氮、水稻秸秆碳采用碳氮分析仪(VARIOMAXC N,德国)测定.吸收液中总CO2-C采用碳-自动分析仪(Phoenix8000,美国)测定.14CO2-C采用液体闪烁仪(LS1800,美国)测定.取0.2
mL吸收液,加0.8mL蒸馏水,再加8mL闪烁液(BeckmanLS-6500,美国),混匀,静置24h,计数5min.1.5 数据分析激发效应计算:
PE(%)=C1-C2
C2
×100%
式中,PE表示激发效应;C1表示来自于添加植物物料后土壤原有有机碳矿化释放的CO2量;C2表示来自于没有添加植物物料的土壤有机碳矿化释放的CO2量.累积矿化量(mg·kg-1)以单位质量土壤160d
培养期内矿化释放的总碳量表示;矿化速率[mg·(kg·d)-1]以单位质量土壤单位时间内矿化释放出来的碳量表示;矿化率(%)则以160d培养期内,矿化释放的总碳量与初始土壤或水稻秸秆含碳量的百分比表示.数据处理和统计分析采用SPSS13.0和Excel软件.