利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响

1、利用方式对紫色水稻土有机碳与颗粒态有机碳的影响黄雪夏1, 2，唐晓红2，魏朝富2*，谢德体21. 广州大学环境科学与工程学院，广东 广州 510006；2. 西南大学资源环境学院，重庆 400716摘要：土壤是陆地生态系统中重要的动态碳库，其微小的变化可能带来对全球大气co2浓度的较大变化。颗粒态有机碳在土壤中周转速度较快，比土壤总有机碳更易受土地利用方式的影响，对于评价土地利用变化对土壤碳固定过程影响具有重要意义。采集不同的耕作、轮作和施肥处理的14年28茬的紫色土长期试验土壤，分析有机碳与颗粒态有机碳含量在土壤及不同深度分布特点，结果表明：长期垄作免耕并实行水稻(oryza sativa)

2、油菜 (brassica) 轮作的利用方式下，010 cm土层土壤有机碳与颗粒态有机碳含量明显高于其他利用方式下，而稻油水旱轮作平作利用方式下最低。整个耕层030 cm深度的土壤有机碳含量介于8.9229.98 gkg-1之间，颗粒态有机碳含量变幅为0.543.43 gkg-1之间，且存在随深度递增而降低的趋势。土壤有机碳与颗粒态有机碳都可用作评价利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标, 但颗粒有机碳对于管理措施的响应更为敏感。从总有机碳与颗粒有机碳的关系来看，不同管理下有机碳的增加与土壤物理保护能力的提高有关。垄作免耕（稻油）的利用方式最有利于有机碳的保护和稳定。关键词：利用

3、方式；紫色水稻土；总有机碳；颗粒态有机碳中图分类号：s153.6 文献标识码：a 文章编号：1672-2175（2007）04-1277-05陆地生态系统碳库储量及其演变关系到人类社会温室气体减排的潜力及其途径1。土壤是陆地生态系统中重要的动态碳库，其微小的变化可能带来对全球大气co2浓度的较大变化2。在农田土壤中，耕种、施肥、灌溉等管理活动影响下土壤中碳库的数量和质量都可能发生较快的变化3。这种变化不仅会影响土壤肥力及作物生产力，进一步会对区域及全球大气温室气体造成影响4。我国农业集约化利用程度高、人为干扰强烈，农田土壤碳库的变化备受国际关注5，也是我国土壤学研究的热点之一6。前人的研究也已

4、表明土地利用方式和管理措施对土壤有机碳储量有很大影响7,8。 颗粒态有机碳（particulate organic carbon, poc）是介于新鲜的动植物残体和腐殖化有机物之间的暂时或过渡的有机碳组分，在土壤中周转速度较快，它比土壤总有机碳(total organic carbon, toc) 更易受土地利用方式的影响9，对于评价土地利用对土壤碳固定过程影响具有重要意义8,9。关于施肥对水稻土颗粒态有机碳的影响已有报道10-12，但利用方式对水稻土颗粒态有机碳的影响还了解不够。紫色水稻土是西南地区的重要水稻土类型，在我国农业生产和固碳潜力上占据重要地位13。我们先前报道了不同的耕作和轮作显

5、著地影响其总有机碳的储量与分布特征14,15。本文以一个连续14年28茬的紫色水稻田土壤长期试验为例，研究包括不同的耕作、轮作和施肥的综合利用方式下水稻土有机碳与颗粒态有机碳分布的变化，以阐明土壤利用方式对土壤敏感性碳组分的影响，为稻田土壤固碳及其碳管理提供科学依据。1 供试稻田与研究方法1.1 试验地概况1.1.1 地点及土壤供试的稻田为一块长期垄作免耕定位试验田，设在重庆市北碚区西南大学（原西南农业大学）试验农场。该场地处东径10626，北纬3026，海拔230 m，年平均气温18.3 ，年降雨量1105.4 mm，59月的降雨量占全年雨量的70%，年日照1276.7 h，无霜期年均约33

6、4 d，处于北碚向斜的中部，土壤为中生代侏罗系沙溪庙组灰棕紫色沙泥岩母质上发育的中性紫色水稻土，为冲沟田，原耕层土壤基本理化性质为：ph 7.1；有机质23.1 gkg-1；全氮1.74 gkg-1；全磷（p） 0.75 gkg-1；全钾（k）22.7 gkg-1；碱解氮120.1 mgkg-1；速效磷7.5 mgkg-1；速效钾71.1 mgkg-1；物理性砂粒447.4 gkg-1；物理性粘粒144.2 gkg-1。试验前一直采用一季中稻加冬水耕作制。1.1.2 试验处理1990年开始建立紫色水稻土不同耕作制的长期定位试验，试验共设5个处理：（1）常规平作（中稻冬水田），按传统方法每年三犁

7、三耙翻耕植稻（中稻oryza sativa），水稻收获后灌冬水；（2）垄作免耕（中稻冬水田），作垄规格为：一垄一沟55 cm，垄顶宽25 cm，沟宽30 cm，沟深35 cm，每小区作5垄，水稻收获后免耕灌冬水；（3）垄作免耕（中稻油菜，brassica），全年不翻不耕，作垄规格与处理（2）相同，水稻收获后种油菜，油菜生长期间，降低垄沟水位，保持浸润灌溉，第二年油菜收后灌水种植水稻；（4）垄作翻耕（中稻油菜）作垄规格与处理（2）相同，每年油菜收获后翻耕重新作垄种稻；（5）水旱轮作（中稻油菜），按传统方法水稻平作，水稻收获后，放干田内的水翻耕种油菜，油菜收获后灌水犁耙种水稻。每个处理小区面积为2

8、0 m2，4次重复，随机区组排列，各处理的田间排列顺序见表1。垄作和平作处理每小区种水稻600窝，厢作540窝。各处理的施肥量如下，常规平作和垄作免耕的肥料施用量为尿素273.1（kghm-2）；过磷酸钙500.3（kghm-2）；氯化钾150.1（kghm-2）；垄作免耕（稻油），垄作翻耕（稻油）和水旱轮作（稻油）种油菜时加施尿素333.2（kghm-2）；过磷酸钙1125.6（kghm-2）；氯化钾187.1（kghm-2）。油菜和水稻都是过磷酸钙作底肥一次施用，尿素底肥施2/3，追肥施1/3，氯化钾底肥和追肥各施1/2，每年施肥如此。表1 各处理残茬还田量table 1 quantity

9、 of residue back to the soil of treatments per yearkghm-2a-1处理水稻还田量油菜还田量杂草还田量总还田量常规平作（中稻）2748.03301.50.001912.53154.54660.56456.0垄作免耕（中稻）3436.5-3933.00.002032.53579.05469.07512.0垄作免耕（稻油）3562.54024.5742.5940.58746.510011.013051.514976.0垄作翻耕（稻油）3562.54024.5742.5940.58746.510011.013051.514976.0水旱轮作（稻油）

10、2697.03532.5768.0987.06217.58004.09682.512523.51.1.3 秸秆还田量1.2 研究方法1.2.1 野外采样与土壤样品处理样品采于2004年9月水稻收割后，田间采样时，土壤湿度适宜，进行了不同深度土壤的采样。田间按蛇形采样法每小区随机采集三点，采样深度30 cm。土样放于塑料自封袋中带回，拣去作物残根和小石头等，室内自然风干，过2 mm筛备用。1.2.2 颗粒有机碳（poc）的测定16取20.00 g干土，过2 mm孔径土壤筛，然后把土样放在100 ml（napo3）6（5 gl-1）的水溶液中，先手摇15 min，再用震荡器（90 rmin-1）震

11、荡18 h。把土壤悬液过53 m筛，反复用蒸馏水冲洗，把所有留在筛子上的物质，在60 下过夜烘干称量，计算这些部分占整个土壤样品质量的比例为poc所占比例。通过分析烘干样品中有机碳含量，换算为单位质量土壤样品的对应组分有机碳含量即为土壤的poc含量。 1.2.3 土壤总有机碳及基本性质测定总有机碳测定采用重铬酸外加热法，其他分析项目采用常规方法17。1.2.4 数据处理与统计数据采用excel2003和sas8.0分析处理。2 结果与分析2.1 利用方式对土壤总有机碳含量的影响表2 不同土地利用方式下不同土层有机碳含量table 2 concentration of toc in differ

12、ent soil depth in different land use pattern gkg-1利用方式010 cm1020 cm2030 cm常规平作（中稻）22.931.01cb19.340.92b19.120.78a垄作免耕（中稻）21.170.71c20.080.53b18.920.92a垄作免耕（稻油）29.983.39a24.162.32a15.370.73b垄作翻耕（稻油）27.122.87ab26.893.16a16.321.24b水旱轮作（稻油）19.650.17 c11.870.80c8.920.25c注：不同字母表示差异达ssr 1%显著水平，下同不同利用方式的处理实

13、施15年后toc含量与原土出现了明显的差别（见表2）。试验开始时原土壤的表土toc含量为13.40 gkg-1。在010 cm土层，每年只种一季中稻的常规平作方式，toc增加了9.53 g/kg，增加的幅度达71.1%，而垄作免耕（中稻）toc增加了7.77 gkg-1，增幅为58.0%，因此，常规平作（中稻）比垄作免耕（中稻）利于累积toc，这是因为垄作条件下微生物活动加强，toc分解较快。垄作免耕（中稻）的产量高于常规平作（中稻），残茬还田量为5469.07512.0 kghm-2，比常规平作（中稻冬水田）残茬还田量4660.56456.0 kghm-2要多，但toc的累积量还是略低于常规

14、平作（中稻冬水田）。而在垄作免耕（稻油）制度下由于每年多种了一茬的作物，产量远高于常规平作（中稻），每年还田的残茬量为1315 thm-2，每年比常规平作（中稻冬水田）的残茬还田量多了约0.85 thm-2，化肥施用量也是常规平作（中稻冬水田）的两倍，该处理下toc与原来相比增加了16.58 gkg-1，增幅为123.7%，明显促进了toc的累积；垄作翻耕（稻油） 的利用方式toc增加了13.72 gkg-1，增幅为102.3%。水旱轮作（稻油）的利用方式也是每年种两季作物，但由于该利用方式作物的产量低于和垄作免耕（中稻小麦/油菜），每年的残茬还田量为9682.5127800 kghm-2，该

15、处理下toc增加的量最少，只比原来增加了6.25 gkg-1，增幅为46.6%。5种利用方式toc含量的顺序为垄作免耕（稻油）垄作翻耕（稻油）常规平作（中稻）垄作免耕（中稻）水旱轮作（稻油）。其中垄作免耕（稻油）方式的toc含量最高，和其他几个处理几乎都存在显著差异。而5种利用方式下1020 cm土层toc含量的递降顺序为：垄作翻耕（稻油）垄作免耕（稻油）垄作免耕（中稻） 常规平作（中稻）水旱轮作（稻油）。和010 cm深度的情形稍有不同的是，在垄作翻耕（稻油）方式下该层toc含量稍高于垄作免耕（稻油），这可能是翻耕将010 cm的土壤和020 cm的土壤混合的缘故；垄作免耕（稻油）方式下的t

16、oc含量也高于常规平作（中稻），水旱轮作（稻油）的利用方式下toc含量仍是最低的，除水旱轮作方式toc含量差异低于其他方式外，轮作方式toc含量显著高于冬闲方式，说明在1020 cm土层受利用方式的影响也较大。在2030 cm土层，5种利用方式toc的递降顺序为：常规平作（中稻）垄作免耕（中稻）垄作翻耕（稻油）垄作免耕（稻油） 水旱轮作（稻油）。该土层在冬闲方式toc高于其它方式下，可能与其长期处于厌氧状态有关，而水旱轮作（稻油）的利用方式下toc含量仍是最低的，冬闲与轮作方式间差异显著。2.2 不同利用方式对poc的影响表3是不同土地利用方式在不同土层poc在土壤中的分配比例及其含量。表3

17、不同土地利用方式下不同土层颗粒态碳含量table 3 concentrations of poc in different soil depthin different land use pattern 利用方式010 cm土层1020 cm土层2030 cm土层颗粒态质量分数/%常规平作（中稻）24.034.56 ab23.150.86 a23.401.68 a垄作免耕（中稻）19.741.34bc22.370.98a20.392.34a垄作免耕（稻油）27.831.70a23.521.63a22.390.59a垄作翻耕（稻油）25.130.81a21.201.45a22.280.93a水旱

18、轮作（稻油）17.980.33c18.230.41b16.590.39bpoc含量/(gkg-1)常规平作（中稻）1.720.23b c1.670.37b1.660.41ab垄作免耕（中稻）1.320.28c1.340.34bc0.750.07c垄作免耕（稻油）3.430.41a2.380.23a1.310.20b垄作翻耕（稻油）2.200.20b1.560.36b c1.850.24a水旱轮作（稻油）1.140.16c0.970.05c0.540.09c在010 cm土层，poc总量占土壤toc的范围为17.98%27.83%，以常规平作（中稻）poc的含量24.03%作为对照。垄作免耕（中

19、稻）的含量为82.15%之间，垄作免耕（稻油）的含量为115.81%，垄作翻耕（稻油）的含量为104.58%，水旱轮作（稻油）的含量为74.82%。实行稻油轮作的处理与冬闲的处理间差异显著。不同土地利用方式poc含量范围为1.143.43gkg-1，以常规平作（中稻）poc含量1.72 gkg-1作为对照，垄作免耕（中稻）方式下poc是其76.74%，垄作免耕（稻油）方式下poc为其199.4%，垄作翻耕（稻油）方式下poc为其127.9%，水旱轮作（稻油）方式下poc仅为其66.3%。不同利用方式下poc在土壤中的分配比例及其含量差异显著。在1020 cm土层，不同土地利用方式poc占土壤比

20、例范围为18.2323.52%，以常规平作（中稻）poc比例23.15%土作为对照，垄作免耕（中稻）poc比例为96.63%，垄作免耕（稻油）poc比例为101.60%，垄作翻耕（稻油）poc比例91.58%，水旱轮作（稻油）poc比例为78.75%，除水旱轮作以外，其他利用方式间差异不显著。poc含量范围为0.972.38 gkg-1，poc含量的顺序为垄作免耕（稻油）常规平作（中稻）垄作翻耕（稻油）垄作免耕（中稻）水旱轮作（稻油）。垄作免耕（稻油）方式poc含量最高，水旱轮作（稻油）方式poc含量最低，与其他利用方式的差异显著。在2030 cm土层，不同土地利用方式poc占土壤比例范围为1

21、6.59%23.40%，从高到低的次序为常规平作（中稻）垄作免耕（稻油）垄作翻耕（稻油）垄作免耕（中稻）水旱轮作（稻油），利用方式间差异显著性同1020 cm土层。poc含量范围为0.541.85 gkg-1，不同利用方式下poc含量的顺序为垄作翻耕（稻油）常规平作（中稻）垄作免耕（稻油）垄作免耕（中稻）水旱轮作（稻油），处理间差异显著。3 讨论表4 不同土地利用方式下toc和poc的变异统计table 4 statistic of poc in different soil depth in different land use pattern参数平均值标准差变异系数/%toc/(gkg-1

22、)24.174.2817.73颗粒态质量分数/%22.944.0217.54poc/(gkg-1)1.960.9246.70 总有机碳是土壤的最基本性质，利用方式对其的影响有很多研究。但总有机碳是相对稳定的形态，颗粒有机碳是较活跃的，有研究证明其相对于总有机碳对土地利用响应敏感10-12。我们把不同利用方式下各小区土壤的toc和poc的变化作了变异性统计(表4），各处理下的总有机碳变异系数不到20%，而颗粒有机碳含量的变异系数高达46%，说明颗粒有机碳在不同利用方式的影响下变化更剧烈，因而可以更灵敏地反映外界条件对土壤性质及碳循环的影响。因此，对于同一土壤类型来说，要辨析利用方式对土壤的短期影

23、响，建议将poc作为土壤学指标。土壤中颗粒有机碳组分指土壤中与砂粒结合的有机碳(直径532000 m)，并进一步可能结合在土壤大团聚体(macroaggregates)与微团聚体(microaggregates) 中。这类有机碳组分主要由与砂粒结合的植物残体半分解产物组成,相对与土壤粘粒和粉粒结合的土壤有机碳被认为物理保护的有机碳15，而物理保护作用是土壤固碳的重要机理之一6。本研究包括的各种利用方式下土层的poc含量随toc含量变化的关系表现为指数关系，这说明在有利于总有机碳增加的条件下，土壤中将有更多的碳以颗粒态有机碳存在。这可能是因为有机碳提高的情况下，土壤团聚体形成得到促进，而形成的团

24、聚体可以进一步有利于颗粒态的有机碳的存在和团聚体的物理稳定作用，这反过来改善土壤的物理和生物状况，提高土壤的生产力和肥力，这些已经被作物产量和土壤肥力性状的分析所证实18-20。长期垄作的水稻-油菜轮作方式下总toc含量较高，随之poc含量及其占toc的分数也最高，反映了垄作免耕在使水稳性团聚体增加的同时，新有机碳受到团聚体的包裹与物理保护。相反，翻耕下处理下，虽然轮作制相同，但颗粒有机碳含量的趋势不同，说明翻耕破坏了团聚体，颗粒有机碳保护作用减弱，因而颗粒有机碳含量没有表现出与总有机碳相同的趋势。因此，本研究证明了垄作免耕（中稻）的水田利用方式可以有效固碳而贡献于温室气体减排。4 结论（1）

25、长期垄作免耕并实行稻油轮作的利用方式使土壤有机碳与颗粒态有机碳含量在受影响最大的010 cm土层与其他利用方式相比明显要高，水旱轮作（稻油）的利用方式最不利于增加有机碳与颗粒态有机碳。（2）030 cm土壤有机碳含量介于8.92-29.98 gkg-1之间，颗粒态土壤所占比例范围是16.59%27.83%，颗粒态有机碳含量变幅为0.543.43 gkg-1之间，数值基本随深度增加而降低。（3）土壤有机碳与颗粒态有机碳都可用作评价利用方式影响紫色水稻土土壤质量变化与固碳能力的有效指标, 但颗粒有机碳对于管理措施的响应更为敏感。（4）从总有机碳与颗粒有机碳的关系来看，不同管理下有机碳的增加与土壤物

26、理保护能力的提高有关。垄作免耕（稻油）的利用方式最有利于有机碳的保护和稳定。参考文献：1 曲建升, 孙成权. 温室气体减排: 过去, 现在与未来j. 地球科学进展, 2004, 19(6): 1052-1053. qu jiansheng, sun chengquan. mitigation of greenhouse gas: past, present and future j. advances in earth sciences, 2004, 19(6): 1052-1053.2 smith p. soil as carbon sinks: the global context j.

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28、业之隐患中美农业生态系统碳循环对比研究j. 第四纪研究, 2000, 20 (4): 345-350.li changsheng. loss of soil carbon threatens chinese agriculture: a comparison on agroecosystem carbon pool in china and the u.s. j. quaternary sciences, 2000, 20 (4): 345-350.6 潘根兴, 周萍, 李恋卿, 等. 固碳土壤学的核心科学问题与研究进展j. 土壤学报, 2007, 44(2): 327-337.pan gen

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30、carbon changes as influenced by different agricultural land use types and management practices: a case study in yanqing basin, beijing j. acta ecologica sinica, 2006, 26(10): 3198-3204.8 金波, 宋长春. 土地利用方式对土壤碳库影响的敏感性评价指标j. 生态环境, 2003, 12(4): 500-504.zhang jinbo, song changchun. the sensitive evaluation

31、 indicators of effects of land-use change on soil carbon pool j. ecology and environment, 2003, 12(4): 500-504.9 amberdella c a, elliott e t. carbon and nitrogen dynamics of some fraction from cultivated grassland soils j. soil science society of america journal, 1994, 58: 123-130. 10 周萍, 张旭辉, 潘根兴.

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41、ulate organic carbon in topsoil of a purple paddy under different land use practiceshuang xuexia1, 2, tang xiaohong1, wei chaofu1*, xie deti11. environmental science and engineering institute, guangzhou university, guangzhou 510006, china；2. college of resource and environment, southwest university,

42、 chongqing 400716, chinaabstract: soil c stock is believed as an important and dynamic c stock of the earth terrestrial ecosystem, of which a small loss even at 0.1% would impose great change in atmospheric co2 concentration. particulate organic carbon (poc) of soil may be indicative of important in

43、formation for land use changes as it has shorter residence time than total organic carbon (toc). the authors sampled topsoils from a long-term experiment field of a purple paddy soil from chongqing, china and analyzed the contents and depth distribution of toc and poc respectively. the paddy had bee

44、n treated continuously with different tillage and cropping systems since 1991 containing 28 cropping seasons within the total 14 years. the results obtained are as follows. a maximum topsoil (010 cm) content of both toc and poc was found under ridge tillage with rice (oryza sativa) and rape (brassic

45、a) rotation, and a minimum of them under leveling tillage and rice and wheat rotation. the toc contents of the total plow layer of 0-30cm ranged from 8.92 gkg-1 to 29.98 gkg-1 and that of poc from 0.54 3.43 gkg-1, decreasing with the soil depth under all the treatments. an exponential regression of

46、poc content with toc was observed. it is suggested that both toc and poc content could be considered as an indicator for evaluating the land use change on soil quality, but poc to be more sensitive. and the soc enhancement under ridge tillage and rice and rape rotation may be associated with the enh

47、anced physical protection of sequestered c in course aggregates, which was promoted under minimum tillage with ridge and rice and rape rotation. key words: land use; purple paddy; total organic carbon; particulate carbon; tillage and farming我的大学爱情观1、什么是大学爱情：大学是一个相对宽松，时间自由，自己支配的环境，也正因为这样，培植爱情之花最肥沃的土地

48、。大学生恋爱一直是大学校园的热门话题，恋爱和学业也就自然成为了大学生在校期间面对的两个主要问题。恋爱关系处理得好、正确，健康，可以成为学习和事业的催化剂，使人学习努力、成绩上升；恋爱关系处理的不当，不健康，可能分散精力、浪费时间、情绪波动、成绩下降。因此，大学生的恋爱观必须树立在健康之上，并且树立正确的恋爱观是十分有必要的。因此我从下面几方面谈谈自己的对大学爱情观。2、什么是健康的爱情：1) 尊重对方，不显示对爱情的占有欲，不把爱情放第一位，不痴情过分；2) 理解对方，互相关心，互相支持，互相鼓励，并以对方的幸福为自己的满足; 3) 是彼此独立的前提下结合；3、什么是不健康的爱情：1)盲目的约会，忽视了学业;2)过于痴情，一味地要求对方表露爱的情怀，这种爱情常有病