【摘要】：土壤有機(jī)碳既是減緩全球氣候變化的關(guān)鍵碳庫,也是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)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(jī)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(guān)系還未有充分認(rèn)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(jī)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(jī)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(xué)基礎(chǔ)。本文研究不同管理?xiàng)l件(灌溉和施肥)下稻田耕層土壤有機(jī)碳含量的變化,土壤有機(jī)碳的團(tuán)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(jī)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(xué)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(jī)碳含量的變化。結(jié)果表明,縣域尺度耕層厚度和耕層土壤有機(jī)碳含量均服從偏正態(tài)分布,95%置信限耕層厚度和有機(jī)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(jī)碳變化顯著,二者的變化趨勢相反。設(shè)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(jī)碳變化不顯著。設(shè)施灌排能力不同導(dǎo)致耕層土壤有機(jī)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(jī)碳的變化均不顯著。不同灌溉管理下土壤有機(jī)碳的變化幅度大于耕層的變化幅度。進(jìn)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(jī)碳變化進(jìn)行了分析。該長期試驗(yàn)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(jié)果表明,與對照相比,不同施肥處理下土壤團(tuán)聚體有機(jī)碳(氮)增加效果與全土基本一致。其中,土壤有機(jī)碳積累主要發(fā)生在大團(tuán)聚體(250-2000 μm)和微團(tuán)聚體中(53-250l μm),宏團(tuán)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(tuán)聚體中連續(xù)浸提有機(jī)碳(氮)組分的變化類似。其中,Na2B4O7溶液浸提的弱礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳組分增幅最大(平均51.3%) ; Na4P2O7溶液浸提的鐵鋁絡(luò)合態(tài)有機(jī)碳組分次之(平均22.7%) ; NaOH溶液浸提的腐殖化有機(jī)碳組分最低(平均15.9%)。以上結(jié)果說明,團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)在土壤有機(jī)碳積累方面作用顯著,施肥處理能夠促進(jìn)土壤中穩(wěn)定性較差的有機(jī)碳組分積累,而對穩(wěn)定性較高的有機(jī)碳組分作用不顯著。根據(jù)長期施肥處理下土壤有機(jī)碳的增加情況,進(jìn)一步探索田間尺度下土壤微生物活性與土壤有機(jī)碳積累的關(guān)系。結(jié)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(guān)分析表明,土壤微生物量碳和土壤胞外酶活性線性關(guān)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(dòng)外,土壤水分狀況與氧化還原過程對土壤微生物活動(dòng)和土壤胞外酶活性的影響也非常顯著。對土壤有機(jī)碳和胞外酶活性在土壤團(tuán)聚體中的分布特點(diǎn)進(jìn)行分析,探討土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)對土壤胞外酶活性和有機(jī)碳組分的影響。其中,土壤有機(jī)碳在大團(tuán)聚體中含量最高,其次是宏團(tuán)聚體、微團(tuán)聚體和粘粒組,在粉粒組中含量最低。土壤碳循環(huán)相關(guān)酶類和磷酸單酯酶在粒徑超過53 μm的土壤團(tuán)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(tuán)聚體中活性較高,而在微團(tuán)聚體和宏團(tuán)聚體較低;土壤過氧化物酶在粒徑超過2 μm的土壤團(tuán)聚體中較高,而在粘粒組中活性最低。這些結(jié)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(tuán)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(diǎn)說明它們與穩(wěn)定性高的土壤有機(jī)碳組分周轉(zhuǎn)有關(guān)。根據(jù)土體中土壤胞外酶的活性分布與其目標(biāo)底物的豐度分布高度相關(guān)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(dòng)力學(xué)曲線的影響。本研究提出“土壤胞外酶在土體中的活性強(qiáng)度分布與計(jì)量”概念框架。用以輔助理解實(shí)驗(yàn)測定土壤胞外酶活性的理論依據(jù)與現(xiàn)實(shí)意義。綜上所述,灌溉管理對耕層土壤有機(jī)碳動(dòng)態(tài)的影響作用顯著。其中,溝灌這類節(jié)水灌溉技術(shù)的使用具有平衡稻田耕層厚度和耕層有機(jī)碳積累的作用。長期施肥處理下稻田耕層土壤有機(jī)碳積累效果顯著。其中,土壤微生物活動(dòng)和土壤胞外酶活性與土壤有機(jī)碳積累關(guān)系密切;田間水分管理下土壤微生物活動(dòng)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(jī)碳組分,而對穩(wěn)定性較高的有機(jī)碳組分影響較小。通過對土壤團(tuán)聚體中有機(jī)碳和土壤胞外酶活性的分析,發(fā)現(xiàn)土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)具有平衡土壤有機(jī)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(shù)發(fā)展將有助于平衡耕層土壤有機(jī)碳積累和物理耕層構(gòu)建,提升稻田土壤總有機(jī)碳庫與土壤肥力以及生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S153.6;S154.2

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本文編號：2323540