【摘要】：土壤有機碳既是減緩全球氣候變化的關鍵碳庫,也是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關鍵驅(qū)動和調(diào)節(jié)者。盡管對于不同條件及管理下農(nóng)業(yè)土壤有機碳儲存變化有很多研究,但其與土壤的生物活性及生態(tài)系統(tǒng)功能的關系還未有充分認識和深入解析。稻田土壤是水耕熟化下形成和發(fā)育的特殊人為土,具有較高的有機碳儲庫與氮素生產(chǎn)力,并且表現(xiàn)出較高的氣候變化穩(wěn)定性。因此,闡明不同農(nóng)業(yè)管理下土壤有機碳儲量的變化及其土壤的生物活性與功能是揭示稻田土壤碳積累可持續(xù)性與生產(chǎn)力保持的科學基礎。本文研究不同管理條件(灌溉和施肥)下稻田耕層土壤有機碳含量的變化,土壤有機碳的團聚體分布變化,以及土壤胞外酶活性的分布變化,探討土壤有機碳的生態(tài)系統(tǒng)功能變化,為稻田碳積累可持續(xù)性及土壤肥力提升提供科學依據(jù)�；诎不粘刂葙F池區(qū)2005-2006年土壤肥力調(diào)查數(shù)據(jù),整合分析了縣級尺度不同灌溉管理下稻田耕層厚度及土壤有機碳含量的變化。結果表明,縣域尺度耕層厚度和耕層土壤有機碳含量均服從偏正態(tài)分布,95%置信限耕層厚度和有機碳含量分別為14.58 ±3.92 cm和16.45±6.02 g/kg。其中,不同灌溉方法下稻田耕層厚度和耕層土壤有機碳變化顯著,二者的變化趨勢相反。設施配套情況和不同灌溉水源下稻田耕層厚度變化顯著,耕層土壤有機碳變化不顯著。設施灌排能力不同導致耕層土壤有機碳變化顯著,稻田耕層厚度無顯著變化。不同田間灌溉條件對稻田耕層厚度和耕層土壤有機碳的變化均不顯著。不同灌溉管理下土壤有機碳的變化幅度大于耕層的變化幅度。進一步對太湖地區(qū)長期不同施肥管理模式下稻油輪作稻田土壤有機碳變化進行了分析。該長期試驗包括不施肥(NF)處理,單施化肥(氮磷鉀配合)處理(CF),磷鉀肥配施豬糞處理(MPK)和化肥配施秸稈還田處理(CFS)。結果表明,與對照相比,不同施肥處理下土壤團聚體有機碳(氮)增加效果與全土基本一致。其中,土壤有機碳積累主要發(fā)生在大團聚體(250-2000 μm)和微團聚體中(53-250l μm),宏團聚體(2000 μm)中增幅較低,粉粒組(2-53μm)和粘粒組(2μm)中無顯著增加。不同施肥處理下全土和團聚體中連續(xù)浸提有機碳(氮)組分的變化類似。其中,Na2B4O7溶液浸提的弱礦物結合態(tài)有機碳組分增幅最大(平均51.3%) ; Na4P2O7溶液浸提的鐵鋁絡合態(tài)有機碳組分次之(平均22.7%) ; NaOH溶液浸提的腐殖化有機碳組分最低(平均15.9%)。以上結果說明,團聚體結構在土壤有機碳積累方面作用顯著,施肥處理能夠促進土壤中穩(wěn)定性較差的有機碳組分積累,而對穩(wěn)定性較高的有機碳組分作用不顯著。根據(jù)長期施肥處理下土壤有機碳的增加情況,進一步探索田間尺度下土壤微生物活性與土壤有機碳積累的關系。結果表明,長期施肥處理下土壤微生物量與土壤胞外酶活性與對照相比變化各異。長期MPK處理和CFS處理下油菜收獲期土壤微生物量顯著下降,長期CFS處理下β-葡糖苷酶和纖維二糖水解酶活性顯著增加。然而,這些變化在水稻收獲期不顯著。長期MPK處理和CFS處理下油菜收獲期和水稻收獲期土壤中磷酸單酯酶活性均顯著下降。此外,長期CFS處理下水稻收獲期土壤中酚氧化酶活性顯著降低,施肥處理下過氧化物酶活性顯著增加。油菜收獲期土壤微生物量碳(氮)與土壤胞外酶活性顯著高于水稻收獲期。相關分析表明,土壤微生物量碳和土壤胞外酶活性線性關系顯著。聯(lián)系到水稻收獲期的土壤含水率顯著高于油菜收獲期,說明除施肥活動外,土壤水分狀況與氧化還原過程對土壤微生物活動和土壤胞外酶活性的影響也非常顯著。對土壤有機碳和胞外酶活性在土壤團聚體中的分布特點進行分析,探討土壤團聚體結構對土壤胞外酶活性和有機碳組分的影響。其中,土壤有機碳在大團聚體中含量最高,其次是宏團聚體、微團聚體和粘粒組,在粉粒組中含量最低。土壤碳循環(huán)相關酶類和磷酸單酯酶在粒徑超過53 μm的土壤團聚體中活性都比較高,而在粒徑低于53 μm的粉粒組和粘粒組中活性較低。比較而言,土壤酚氧化酶在黏粒組、粉粒組和大團聚體中活性較高,而在微團聚體和宏團聚體較低;土壤過氧化物酶在粒徑超過2 μm的土壤團聚體中較高,而在粘粒組中活性最低。這些結果說明,多數(shù)土壤胞外酶對土壤粉粒和粘粒較為敏感,而在粒徑超過53 μm 土壤團聚體中較為穩(wěn)定。土壤酚氧化酶和過氧化物酶的活性分布特點說明它們與穩(wěn)定性高的土壤有機碳組分周轉有關。根據(jù)土體中土壤胞外酶的活性分布與其目標底物的豐度分布高度相關的推論,并利用底物濃度梯度和胞外酶濃度梯度對土壤胞外酶促動力學曲線的影響。本研究提出“土壤胞外酶在土體中的活性強度分布與計量”概念框架。用以輔助理解實驗測定土壤胞外酶活性的理論依據(jù)與現(xiàn)實意義。綜上所述,灌溉管理對耕層土壤有機碳動態(tài)的影響作用顯著。其中,溝灌這類節(jié)水灌溉技術的使用具有平衡稻田耕層厚度和耕層有機碳積累的作用。長期施肥處理下稻田耕層土壤有機碳積累效果顯著。其中,土壤微生物活動和土壤胞外酶活性與土壤有機碳積累關系密切;田間水分管理下土壤微生物活動和土壤胞外酶活性的變化幅度高于施肥處理對它們的影響。此外,施肥處理主要增加土壤中穩(wěn)定性較低的有機碳組分,而對穩(wěn)定性較高的有機碳組分影響較小。通過對土壤團聚體中有機碳和土壤胞外酶活性的分析,發(fā)現(xiàn)土壤團聚體結構具有平衡土壤有機碳的穩(wěn)定性和土壤生物活性的作用。因此,灌溉管理配合施肥的新技術發(fā)展將有助于平衡耕層土壤有機碳積累和物理耕層構建,提升稻田土壤總有機碳庫與土壤肥力以及生態(tài)系統(tǒng)服務功能。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S153.6;S154.2

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本文編號：2323540