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淹水对水稻土有机碳矿化的影响及其制约因素探讨

淹水对水稻土有机碳矿化的影响及其制约因素探讨

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作者：曾蔓漫西南大学

学位级别：硕士

土壤有机碳矿化(SOC)过程对土壤的功能有着至关重要的作用,包括土壤中温室气体的产生,土壤结构稳定性、土壤质量的保持和支持生物多样性等。自然降水和人为灌溉均会导致农田土壤水分状况发生显著变化,影响其土壤有机碳矿化。然而,目前... 详细信息

土壤有机碳矿化(SOC)过程对土壤的功能有着至关重要的作用,包括土壤中温室气体的产生,土壤结构稳定性、土壤质量的保持和支持生物多样性等。自然降水和人为灌溉均会导致农田土壤水分状况发生显著变化,影响其土壤有机碳矿化。然而,目前关于淹水环境对SOC矿化的影响效应尚存在较大争议。为此,本文以水稻土为供试土壤,通用野外采样和室内模拟培养试验,探讨浅层淹水对水稻土有机碳矿化的影响效应及其限制因素。本研究共设置3个培养试验,根据培养过程中测得的相关试验数据,分析在不同培养温度下,水分对稻田土壤有机碳矿化特征的影响并比较不同温度模式下SOC矿化的差异;同时设置不同水分梯度,比较不同淹水环境下,稻田土壤有机碳的矿化强弱;以及设置不同水稻秸秆添加量,比较好气和淹水环境下,有机碳累积矿化量的高低,以期在稻田土壤管理中,合理调控淹水期有机碳矿化,并为全面认识水分对紫色丘陵区稻田土壤有机碳矿化的影响提供参考。研究结果如下:(1)水稻土SOC矿化速率均呈现出在培养前期急剧下降,后期逐渐缓慢的趋势。水稻土在好气条件下的降幅相对较大,而淹水条件下呈现先升高后再快速回落,且降幅呈现相对较小的现象。培养至第29 d时,SOC矿化速率基本趋于稳定。淹水条件下SOC矿化速率达到平稳的时间要滞后于好气条件。在相同水分条件下,培养前期,各恒温培养的SOC矿化速率快慢顺序按照培养温度的由高到低依次排列,且具有显著性差异。在不同淹水深度下,除培养前2 d,好气培养的SOC矿化速率在淹水1.5 cm至淹水10 cm的速率之间波动。相同水分条件下,水稻土土壤矿化速率随着有机物料的增加而逐渐增加,且好气培养下的水稻土矿化速率平均增速远高于淹水培养。随着培养时间的延长,水稻土SOC矿化速率也逐渐降低,但在淹水培养下,水稻土SOC矿化速率波动较大。(2)相同水分条件,水稻土各恒温温度培养的SOC累积矿化量和矿化强度的高低顺序均为:25°C>20°C>15°C,温度越高对水稻土SOC矿化的影响效应越大。此外,无论淹水还是好气培养,周期性变温15/25°C的水稻土累积矿化量总是处于恒温15°C和25°C之间,且水稻土有机碳累积矿化量和矿化强度与恒温20°C无明显差异。温度的变化幅度不是影响水稻土SOC累积矿化量的主要因素,积温的变化才是。另外,在同一温度条件下,水稻土SOC累积矿化量和矿化强度均表现为淹水条件高于好气条件,淹水更有利于水稻土SOC矿化。水稻土SOC累积矿化量是受温度和水分的影响显著,且温度幅度的变化并不影响水分对SOC累积矿化量的作用。在不同淹水深度下,水稻土SOC累积矿化量随着淹水深度的加深呈现出明显降低的趋势,即淹水深度越深,累积矿化量就越小;而好气(70%WHC)培养的累积矿化量与淹水3cm、5 cm无明显差异。这表明在浅层淹水(淹水1.5 cm)时,水分对SOC矿化无抑制甚至有加强作用,而随着淹水深度的增加,水分对SOC矿化的抑制作用逐渐加强。水稻土SOC累积矿化量随着有机物料的增加呈现出明显增加的趋势,且好气培养下,水稻土SOC累积矿化量随着有机物料的增加,其增速远高于淹水培养,由矿化强度也可以看出此规律。在相同有机物料添加量下,当投入量>0.2g时,好气培养下的水稻土SOC累积矿化量显著高于淹水培养;在低水平(秸秆投入量为0.1.2 g)时,好气培养和淹水培养之间的SOC累积矿化量无明显差异。(3)不同淹水深度条件下,水稻土的可溶性有机碳含量随培养时间的变化不一致。M2和M3处理的DOC含量表现为先升高后平稳的趋势,而M4和M5处理则呈现出先下降再缓慢上升的趋势。培养第1 d和第5 d时,各水分处理的DOC含量顺序变化较复杂;培养第10 d至结束,各水分处理的DOC含量M2处理显著高于其余处理,M3处理其次,而M4和M5处理间DOC含量无明显差异。水稻土添加不同含量有机物料,在相同水分条件下,水稻土各处理的DOC含量随培养时间的变化趋势不一致。各处理在两种水分条件下,不同培养时间段均呈现出淹水培养显著高于好气的趋势,且整体上的表现为秸秆添加量高的处理,其DOC含量也高。总的来说,各培养时期,相同秸秆含量处理,淹水培养的水稻土DOC高于好气培养。水稻土DOC含量与SOC矿化速率间并不都存在显著相关性。(4)水稻土在各水热条件下的MBC含量变化呈现出先升高后下降,再升高又下降的趋势。各水热条件下的MBC含量与SOC矿化速率无显著相关性,这表明水稻土MBC含量并不能有效反映不同水热条件之间的SOC矿化过程的差异。培养第1 d,温度和水分对微生物的影响有延迟效应,微生物群落间还未达到平衡,所以温度对MBC含量的影响不明显;好气条件下温度对水稻土MBC含量的影响比淹水条件更大。水稻土各淹水处理下的MBC含量呈现前期迅速减弱,在第10 d达到峰值后再持续落低的规律。在培

关键词：水稻土土壤有机碳矿化浅层淹水淹水深度秸秆添加

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