亞熱帶稻田土壤有機(jī)碳氮循環(huán).pdf

1、稻田在亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中占居主要地位，其土壤碳氮循環(huán)與積累具有顯著的特點(diǎn)。系統(tǒng)地研究該區(qū)稻田生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳氮的演變、關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)機(jī)制并預(yù)測(cè)其變化趨勢(shì)，對(duì)于稻田優(yōu)化管理具有重要的意義。本研究以典型生態(tài)景觀單元調(diào)查、長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)結(jié)果和歷史資料討論了近30年來稻田土壤碳、氮積累的變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制；利用土壤有機(jī)碳循環(huán)模型(SCNC)預(yù)測(cè)了稻田土壤有機(jī)碳的演變趨勢(shì)。主要結(jié)果如下： 1.亞熱帶稻田土壤有機(jī)碳氮積累量較高，但不同地區(qū)之間存在

2、顯著差異，平原湖區(qū)、低山區(qū)、丘陵區(qū)依次降低。地形是引起土壤有機(jī)碳、全氮區(qū)域差異的主要自然因子，耕作歷史、種植制度、施肥水平也具有重要的影響。稻作顯著提高了土壤碳氮的積累量(與旱地比較增加18％～65％)。隨地形的不同，稻作對(duì)土壤碳氮積累的影響幅度存在明顯差異。總體上，地形的復(fù)雜程度(相對(duì)高差、坡度)增加，稻田與旱地之間碳氮積累量差異也隨之增加。 2.亞熱帶地區(qū)稻田土壤有機(jī)碳氮在過去近30年中呈明顯的增加趨勢(shì)，是CO<,2>循環(huán)的

3、“匯”。2003年盤塘樣區(qū)稻田土壤有機(jī)碳含量平均比分別1990年和1979年提高了16.8％和35.6％，其提高幅度明顯高于其它利用方式。長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)點(diǎn)結(jié)果也顯示稻田土壤有機(jī)碳在13年(1991～2004)中提高10％～45％。與有機(jī)碳比較，全氮盡管也有所增加，但其積累速率較低。盤塘樣區(qū)稻田及長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)土壤全氮提高幅度僅為10％左右，且長(zhǎng)期定位監(jiān)測(cè)中土壤全氮1994年后基本呈平衡狀態(tài)。種植制度的變更、施肥量的增加、新品種的選用所引起的

4、作物生產(chǎn)力提高是近年來稻田土壤有機(jī)碳、氮素積累的主要原因。 3.亞熱帶地區(qū)稻田種植制度中，水田改為旱作(種植經(jīng)濟(jì)作物)后土壤有機(jī)碳氮積累量顯著降低，單季中稻種植土壤碳氮含量顯著低于雙季稻。水稻-油菜，水稻綠肥的種植方式下土壤有機(jī)碳、全氮與單季稻差異不明顯，但對(duì)于土壤微生物生物量碳氮含量提高則具有重要的積極作用。目前，亞熱帶地區(qū)稻田種植方式具有多樣化(雙季稻改為水旱輪作或旱作種植經(jīng)濟(jì)作物等)或簡(jiǎn)單化(單季稻)的發(fā)展趨勢(shì)，而這種趨勢(shì)

5、不利于土壤碳、氮的積累。為維持和提高亞熱帶稻田土壤肥力和有機(jī)碳積累，應(yīng)合理的規(guī)劃種植方式，增加有機(jī)肥的施用或采取其它措施。 4.隨有機(jī)物質(zhì)投入量的提高，稻田土壤有機(jī)碳氮積累速率呈提高趨勢(shì)。長(zhǎng)期定位試驗(yàn)顯示，化肥施用僅在部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)對(duì)土壤有機(jī)碳的積累產(chǎn)生了促進(jìn)作用。中量有機(jī)肥(LOM)施用后，土壤有機(jī)碳在17年內(nèi)增加27.5％～87.2％。高量有機(jī)肥(HOM)施用則使土壤有機(jī)碳積累速率則明顯高于中量有機(jī)肥。施肥對(duì)于土壤氮素積累的作用

6、基本與有機(jī)碳一致。土壤微生物生物量也隨有機(jī)物投入量的提高而增大。 5.土壤有機(jī)碳、全氮之間存在極顯著的線性正相關(guān)，說明土壤有機(jī)碳與氮素具有同消同長(zhǎng)的耦合關(guān)系。土壤碳氮比在各樣區(qū)間呈隨有機(jī)碳積累而增加的趨勢(shì)。但紅壤低山區(qū)可能由于輕視稻田有機(jī)肥投入的原因，碳氮比較低。除紅壤低山區(qū)外，稻作對(duì)土壤碳氮比影響較小，但紅壤低山區(qū)稻田土壤碳氮比卻顯著低于其它利用方式。由于采樣時(shí)各樣區(qū)植被和管理狀況不同，微生物生物量碳氮比不能代表總量碳氮比的變

7、化方向。但稻作顯著提高了土壤微生物生物量碳氮比，說明淹水可能導(dǎo)致了土壤微生物種群的變化。 6.SCNC模型較為準(zhǔn)確的模擬了稻田長(zhǎng)期定位試驗(yàn)中各處理土壤有機(jī)碳的變化趨勢(shì)，在所有模擬值與實(shí)測(cè)值的比較中，相對(duì)誤差<±5％的比率占44％，<±10％的則占71％。監(jiān)測(cè)點(diǎn)土壤有機(jī)碳實(shí)測(cè)值和模擬值的相關(guān)性均達(dá)到了極顯著水平，二者相關(guān)曲線的斜率均在0.95-1.05之間。但模型在一定程度上(<20％)低估了不施肥處理的有機(jī)碳積累量，需要進(jìn)一步改

8、進(jìn)。對(duì)不同施肥“情景”下的土壤有機(jī)碳演變預(yù)測(cè)結(jié)果表明，常規(guī)施肥(現(xiàn)狀)方式下稻田土壤有機(jī)碳在半數(shù)模擬點(diǎn)已基本達(dá)到飽和狀態(tài)，其余點(diǎn)仍具有3.4～4.2 t／ha的固碳潛力；50％秸稈還田效果略低于常規(guī)施肥方式，而50％秸稈+綠肥效果則高于常規(guī)方式(平均高10.9t/ha)；全量秸稈還田(冬閑)情況下稻田土壤有機(jī)碳具有4.2～33.5 t／ha的潛在提高幅度。如果全量秸稈還田結(jié)合冬季種植綠肥，土壤固碳潛力可達(dá)13.9～46.3 t／ha。因