不同耕作制度下稻田SOC的时空分布变化及其影响因素研究 ——以海南省定安县为例

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土壤碳库是地球表层最大最活跃的碳库,其动态变化对全球碳循环影响较大,并进一步影响到全球气候变化,土壤有机碳(SOC)是土壤碳库的重要组成部分,其物质来源主要包括植物组织、土壤微生物及土壤动物及其排泄物和遗体,SOC一方面直接以碳源的形式影响作物生长,另一方面,其通过对土壤结构产生影响从而影响土壤吸水、蓄水、保肥性能、导热能力及热容量。农田土壤是受人为活动干扰严重但又可在较短时间内调节的碳库,对农田SOC进行研究不仅对了解全球碳循环过程,预测全球气候变化趋势并制定策略以减轻全球环境压力具有重要意义,还能通过对SOC影响机制的探讨制定合理的土壤管理措施,实现农业科学可持续发展。海南作为我国面积最大的热带地区,农业生产条件十分优越,稻田土壤利用率远高于内陆地区,并形成了许多独特的稻田种植模式。由于海南气候特点、耕作方式有别于内陆地区,必然导致区内稻田SOC累积机理与内陆地区存在差异,因此,为了保证海南稻田土壤质量并实现可持续利用,开展多熟轮作耕作方法下热带稻田有机碳累积特征、规律及其影响机理研究就尤为必要。本研究旨在通过探讨不同种植方式(一年一茬、一年两茬、一年三茬、撂荒)下海南岛稻田SOC累积特征,且对土壤p H值及土壤粒度对SOC累积的影响展开了研究,并通过对土壤易氧化有机碳(ROC)的时空变化进行分析,揭示热带土壤SOC和ROC的转化规律,筛选出数种适合于海南省的可持续发展、多元、高效生态型的种植方式。研究结论如下:(1)研究区稻田0~30cm土层SOC平均含量在1.06~14.48 g·kg-1范围内,平均值约为(7.21±0.75)g·kg-1,稻田SOC含量变化与稻田耕作制度存在一定相关性。四种类型耕地SOC含量都在春季出现最大值,各耕作制度下稻田SOC含量在全年四个季度的分布总体都呈现一年多茬稻田较高,一年一茬稻田和撂荒地含量较低的特征,且春季和夏季时差异较大,夏季差异最为显著,但各耕作制度下稻田SOC含量年内变化不显著。(2)稻田SOC垂直分布一定程度上受到稻田耕作制度的影响。研究区不同类型稻田SOC含量在0~30cm土层内都表现为从表层到深层逐渐降低的特征。各土层SOC含量在全年4个季度都表现为一年多茬稻田含量高,一年一茬稻田和撂荒地含量低,从垂直分布的差异来看,一年一茬在各季度各土层间SOC含量都存在显著差异,撂荒地差异最小。一年内不同季度同一耕作制度下稻田土壤各土层有机碳含量没有明显差异。(3)稻田土壤易氧化有机碳(ROC)的含量受到气候和耕作制度等因素的影响。研究区0~30cm土层稻田ROC含量在0.13~5.27g·kg-1,均值约(1.92±0.16)g·kg-1,变异系数约65%,空间分布差异较大。研究区各耕作制度下ROC的含量都在春季最高,且一年一茬稻田ROC含量在全年变化不明显,一年多茬稻田及撂荒地的ROC含量则是除了春季ROC显著大于其他季度以外,冬、夏和秋季之间ROC含量都没有明显差异,一年三茬ROC含量在一年内变化幅度最大。(4)研究区4种类型稻田ROC含量在不同季节0~30cm土层范围内都呈现由表层向深层逐渐下降的分布特征,一年一茬稻田在不同季度各土层间ROC含量的差异显著,全年土层间ROC含量差异最不显著的是撂荒地。一年二茬和一年三茬稻田各土层ROC含量随不同季度耕作制度和水热条件的不同产生相应差异。从季节变化来看,研究区各耕作制度下ROC的含量都在春季最高,一年一茬稻田ROC含量全年变化不明显,一年两茬和三茬稻田的ROC含量春季ROC显著大于其他季度以外,一年三茬稻田的0~10cm土层ROC含量在一年内变化幅度最大,撂荒地各土层ROC含量在不同季度无明显差异。(5)研究区不同耕作制度下稻田SOC和ROC总体呈正相关关系,但由于耕作制度的不同使得其在不同季度两者之间的相关性存在一定差异。三种熟制下的稻田ROC占SOC的比例在一年四个季度内的大小顺序都与ROC含量一致,一年一茬和一年两茬稻田ROC含量在SOC中的占比年内变化明显,一年三茬和撂荒地ROC占比则较稳定。(6)研究区各耕作制度下的稻田土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,耕作制度对稻田土壤粒度组成有影响,但短时间内影响不大。SOC含量和土壤砂粒占比呈显著负相关,而与粉粒占比则呈显著正相关;ROC含量同土壤的质地组成并无明显相关性。一年一茬稻田SOC含量与土壤粒度的相关性最为显著。研究区四种耕作制度下的稻田土壤均呈酸性,且呈一年一茬稻田>撂荒地>一年三茬稻田>一年两茬稻田的特征。稻田SOC含量和ROC含量总体而言与p H值都呈极显著负相关关系。
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