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不同培养下水稻土好气呼吸与CO_2产生潜力及其不同施肥处理下的变异

陆志敏  
【摘要】: 土壤碳库为地球表层系统中最大的碳储库。土壤中的有机碳库对于温室效应与全球气候变化有着重要的控制作用。水稻土是我国特殊的人为湿地土壤,面积2987万公顷,生产着我国1/4的粮食,其在农业生产中占有举足轻重的地位。目前已认识到,水耕土壤的表土有机碳库高于旱地土壤;近年来中国水稻土有机碳库呈现明显的增长。土壤呼吸的CO_2释放是陆地生态系统快速而活跃的土气交换途径,培养试验常用来讨论土壤的有机碳矿化及其温室气体产生潜力。通常的培养试验大多是将供试土壤过筛混匀处理进行培养,这样往往破坏了土壤原有的团聚体结构,而土壤团聚体的物理保护作用对土壤碳固存和循环起着关键的控制作用。因此,本文选取太湖地区一个长期不同施肥处理的代表性水稻土,在水稻收割后采集土壤,分别进行常规(磨碎土)和原状土恒温好气培养,探讨不同前处理的两种土壤有机碳矿化与CO_2释放的差异,从而为合理评价稻田土壤固碳的全球变化效应提供科学依据。研究的主要结论如下: 1原状土和常规培养过程中土壤微生物量C、N的动态变化不同。原状土培养与常规培养土壤微生物量C、N分别介于115.1~599.9 mg·kg~(-1)、6.1~24.9 mg·kg~(-1)和316.0~539.7 mg·kg~(-1)、7.9~30.6 mg·kg~(-1)。培养过程中土壤微生物量C随时间呈现降低的趋势;而微生物量N都是呈现先上升,后下降达到稳定状态的趋势。原状土和常规培养过程中LOC(易氧化态碳)分别为7.25~15.69g·kg~(-1)和7.32~16.84 g·kg~(-1),两种处理培养过程中LOC都随培养时间先升高然后降低,但两种处理间的差异不大。而原状土培和养常规培养LOC/SOC动态变化与易氧化态碳相似,都随培养时间先升高然后降低。 2原状土和常规培养过程中在常规培养CO_2平均释放速率分别介于2.2~4.5CO_2-C mg·kg~(-1)和13.4~15.4 CO_2-C mg·kg~(-1)。不同施肥处理下,原状土培养的CO_2释放速率变化为:化肥区>秸秆区>常规区>无肥区,而常规培养为:化肥区>常规区≈无肥区>秸秆区。原状土培养条件下土壤呼吸作用强度约是常规培养的1/6~1/3,而且不同施肥处理下的差异更为突出。 3原状土与常规培养在培养期间有机碳矿化均表现为三个阶段,第一阶段:速率较高,持续时间较短;第二阶段:速率趋于下降但持续时间较长;第三阶段:培养后期速率最低但较为稳定。不同施肥处理在常规培养下主要在培养前期表现出较大的差异,而原状土培养下则三个阶段的都存在明显差异。原状土培养下呼吸速率在三个阶段均低于常规培养,且施肥处理间的差异也明显增大。这也表明土壤条件的差异更影响培养条件下不同处理间土壤CO_2释放的变化。 4常规培养的微生物代谢熵和矿化率分别是原状土培养的3~7倍和3~6倍。供试水稻土中土壤保护的可矿化碳占微生物学可矿化碳的1/6~1/3,占土壤总有机碳的1.5%~2.1%。在原状土培养下,不同施肥处理间土壤代谢熵和矿化率间的差异均大于常规培养。这表明常规培养下磨碎土减少了不同施肥处理间微生物利用土壤有机碳能力的差异。在不破坏土壤结持性的情形下,供试水稻土中相当部分的微生物可矿化碳是被土壤所保护的,因而微生物学可矿化碳并不一定都能成为CO_2释放的源。这可能是水稻土固碳而产生温室气体减排作用的重要机制。


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