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有机碳的矿化和积累是土壤中重要的生物化学过程,直接关系到土壤养分元素的释放与供应、温室气体的形成,以及土壤质量的保持等。土壤有机碳的矿化和积累受多种因素的影响,其中水分条件是影响土壤有机碳矿化和积累的重要环境因子。本文通过室内模拟试验,比较分析了不同水分状况下红壤水稻土中有机物料分解的差异及原因;观测了有机碳在土壤各组分之间的分布状况。结果可为深入了解红壤水稻土有机碳的转化过程机制、阐明土壤有机质的循环与平衡演变动态、评价土壤有机碳库对农业生产和大气环境变化提供参考,对制订合理可行的养分管理措施和控制全球气候变化策略等也有重要的理论和实际意义。
供试土壤样品采自中科院鹰潭红壤生态实验站发育于第四纪红色黏土的中等肥力水稻土。通过布置培育试验,观测外源有机物料碳在土壤中的分解过程动态和在不同的腐殖物质组成和不同粒级团聚体中的分布特征。有机物料采用玉米叶片和玉米根茬,利用有机物料所提供的有机碳和土壤原有有机碳之间的同位素自然丰度的差异,采用稳定性同位素示踪技术来确定有机物料碳在土壤中的分解及在腐殖物质和团聚体各组分之间的分布。
结果表明,水分状况对红壤水稻土中有机物料的分解有重要的影响。好气条件下有机物料的分解速率较高,但土壤有机碳中来自添加的有机物料的碳比例较低,有机物料碳在土壤中存留的比例不高;干湿交替条件下由于水分含量变化剧烈不利于有机物料碳的保持;淹水条件下有机物料的分解速率较低,新生成的土壤有机碳容易积累。另外,好气条件下添加有机物料对土壤原有有机碳的矿化产生激发效应,促进了土壤有机碳的分解;而淹水条件下激发效应强度略低;干湿交替条件下则抑制了土壤原有有机碳的矿化,产生负激发效应。不同水分条件下添加有机物料的激发效应均随培养时间延长而减弱。
添加有机物料对土壤腐殖质的含量和组成也产生了明显的影响。淹水条件下添加有机物料,新形成的土壤有机碳在富里酸组分中的分布比例较高。干湿交替条件下,土壤可提取腐殖质含量较低,但是胡敏酸占总腐殖物质的比例(PQ值)和胡富比(HA/FA)明显提高,有机物料碳在胡敏酸组分中分布比例较高,且胡敏酸的暗色化程度较高,结构更为复杂。
水分状况对土壤团聚体中有机碳的分布也有重要影响。淹水条件下,有机物料碳在较大粒级土壤团聚体中的分布比例较大;干湿交替条件下,有机物料碳在小粒级团聚体中分布的比例较大。
添加有机物料对红壤水稻土的酶活性有显著影响。好气条件下有机物料的添加提高了土壤脲酶、酸性磷酸酶、转化酶的活性。而淹水和干湿交替条件下,则提高了酸性磷酸酶、转化酶的活性,抑制了脲酶的活性。