全 文 ：不同稻作模式下稻田土壤活性有机碳变化动态*
展摇 茗摇 曹凑贵**摇 江摇 洋摇 汪金平摇 乐丽鑫摇 蔡明历
(华中农业大学农业部华中作物生理生态与栽培重点开放实验室, 武汉 430070)
摘摇 要摇 通过大田试验,研究了稻鸭复合种养(RD)、间歇灌溉(RW)、常规淹水灌溉(CK)3
种不同稻作模式下稻田土壤可溶性有机碳(DOC)、易氧化态有机碳(ROC)和微生物生物量碳
(MBC)3 种活性有机碳组分的动态变化规律.结果表明:3 种稻作模式下土壤 DOC、MBC 在水
稻拔节鄄齐穗阶段含量最高;ROC在水稻整个生育期内变化平稳,没有表现出显著的阶段性差
异. MBC受水稻生育期的影响最大;DOC受水稻生育期和稻作模式的影响均较大;而 ROC 主
要受稻作模式的影响.与 CK相比,RD能显著提高土壤 DOC和 ROC及其有效率;而 RW极显
著降低了 DOC及其有效率,明显提高了 ROC 及其有效率. 3 处理间 MBC 及微生物熵均没有
显著差异.
关键词摇 稻鸭共作摇 常规淹水灌溉摇 间歇灌溉摇 土壤可溶性有机碳摇 土壤微生物生物量碳
土壤易氧化态有机碳
文章编号摇 1001-9332(2010)08-2010-07摇 中图分类号摇 S181,S511;X511摇 文献标识码摇 A
Dynamics of active organic carbon in a paddy soil under different rice farming modes.
ZHAN Ming, CAO Cou鄄gui, JIANG Yang, WANG Jin鄄ping, YUE Li鄄xin, CAI Ming鄄li (Ministry
of Agriculture Key Laboratory of Huazhong Crop Physiology, Ecology and Production, Huazhong Ag鄄
ricultural University, Wuhan 430070, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2010,21(8): 2010-2016.
Abstract: A field experiment was conducted to study the dynamics of dissolved organic carbon
(DOC), readily oxidizable organic carbon (ROC), and microbial biomass carbon (MBC) in a
paddy soil under integrated rice鄄duck farming (RD), intermittent irrigation (RW), and conven鄄
tional flooded irrigation (CK), the three rice farming modes typical in southern China. Under these
three farming modes, the soil DOC and MBC contents reached the highest during the period from
rice booting to heading, while the soil ROC content had less change during the whole rice growth
period. Two鄄factor variance analysis showed that soil MBC was greatly affected by rice growth stage,
soil DOC was greatly affected by rice growth stage and farming mode, and soil ROC was mainly af鄄
fected by farming mode. Comparing with CK, RD significantly increased the soil DOC and ROC
contents and their availability, while RW significantly decreased the soil DOC content and its avail鄄
ability but increased the soil ROC content and its availability. No significant differences were ob鄄
served in the soil MBC and microbial quotient among RD, RW, and CK.
Key words: integrated rice鄄duck farming; conventional flooded irrigation; intermittent irrigation;
soil dissolved organic carbon; soil microbial biomass carbon; soil readily oxidizable organic carbon.
*国家“十一五冶重大科技专项(2006BA520A02)和湖北省自然科学
基金项目(4006鄄086063)资助.
**通讯作者. E鄄mail: ccgui@ mail. hzau. edu. cn
2009鄄11鄄25 收稿,2010鄄06鄄08 接受.
摇 摇 土壤有机碳( SOC)是全球碳循环中重要的碳
库,在土壤生产力和全球碳循环中起着十分重要的
作用.土壤有机碳是由一系列性质不同、分解程度不
同的有机化合物构成的,其构成情况决定了土壤有
机碳的周转特征和动态变化.近年来,各国学者对土
壤有机碳研究的热点集中在对外界因素非常敏感、
周转速度快的土壤有机碳活性组分上[1] . 土壤活性
有机碳一般是指在一定的时空条件下,受环境条件
影响强烈、易氧化分解、对植物和微生物活性较高的
那部分土壤碳素.土壤活性有机碳根据其测定方法
和所指有机碳的组分不同而被表述为可溶性有机碳
(dissolved organic carbon DOC)、轻组有机碳、颗粒
态碳、微生物生物量碳 (microbial biomass carbon,
MBC)、可矿化碳和易氧化态有机碳(readily oxidiza鄄
应 用 生 态 学 报摇 2010 年 8 月摇 第 21 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2010,21(8): 2010-2016
ble organic carbon,ROC),它们在不同程度上反映土
壤有机碳的有效性和土壤质量[2-3] .
土壤活性有机碳在 SOC 中所占的比重虽然很
小,但与土壤生产力密切相关,对土壤养分的转化供
应有着重要影响,各碳库质量指数均与土壤养分含
量有显著相关关系[4] . 韩成卫等[5]研究发现,去除
DOC显著降低了培养期间土壤有机质的累计矿化
量(平均 15郾 4% ),土壤有机氮的累计矿化量下降了
19郾 2% ,说明 DOC 在红壤水稻土 C、N 矿化中起重
要作用.研究表明土壤微生物生物量碳与土壤有机
质、全氮、全磷、全钾、水解氮、有效磷含量和阳离子
交换量均呈显著或极显著相关[6] .
水稻是我国最重要的粮食作物,水田是中国最
具特色的农田系统,在我国南方 80%的耕地是水
田,稻田农业仍然是保证我国粮食安全的主要支撑.
水稻土是当前有机碳含量水平较高,固碳趋势明显
且固碳潜力较大的特色耕作土壤[7],是我国应对气
候变化增加土壤固碳能力建设的重要组成部分. 随
着我国水稻生产向高产、高效、节约、环保方向发展,
稻田养鸭等稻田复合种养模式、稻田节水灌溉模式
等也逐渐在生产中应用推广.已有研究表明,稻田养
鸭和节水灌溉模式都能影响稻田土壤环境的变化和
水稻生长特性[8-11],而这些变化势必会影响到稻田
碳循环的改变.但关于稻田养鸭和节水灌溉后土壤
有机碳组分的变化研究报道较少.因此,本文研究了
养鸭稻田、节水灌溉稻田土壤有机碳组分的变化规
律,以分析和预测这两种模式对土壤有机碳库的影
响,为认识和评价我国稻作模式的变化对碳循环的
影响提供依据.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验地点和供试材料
本研究于 2008 年 5—9 月在华中农业大学试验
农场进行,前作为油菜.试验地土壤为第四纪黄土性
沉积物发育的水稻土,耕层土壤厚 20 cm,下为 10
cm厚的犁底层,地下水位常年在 1郾 5 m 以下. 土壤
基本性质为:全氮 1郾 09 g·kg-1,全磷 1郾 17 g·kg-1,
有机质 16郾 76 g·kg-1,硝态氮 12郾 1 mg·kg-1,铵态
氮 0郾 52 mg·kg-1,土壤 pH值 6郾 8,土壤容重 1郾 18 g
·cm-3 .供试水稻为中稻品种两优培九(Oryza sati鄄
va),鸭子为本地麻鸭(Tadorna).
1郾 2摇 试验设计
试验田面积 1260 m2,用田埂分为 9 个小区,埂
高 20 cm,并用塑料膜包被,每小区面积为 140 m2
(10 m 伊 14 m). 设 3 个处理:常规淹水稻作模式
(CK)、稻田养鸭模式(RD,以每公顷放养 300 只鸭
为标准)和节水灌溉模式(RW,以当前生产上推广
面积较大的间歇灌溉模式为参考). 各小区随机区
组设计,3 次重复. 试验田四周用水泥砌围,并设有
一进水口和出水口.
1郾 3摇 田间管理
2008 年 5 月 22 日田间整地,于泡田后 4 d施纯
N 225 kg·hm-2,P2O5 135 kg·hm-2,K2O 135 kg·
hm-2,在水稻生长期间不再追肥. 5 月 27 日移栽,9
月 10 日收割.每公顷 225000 穴,每穴 2 苗. 前茬油
菜收获后,残茬翻压还田.
小区间用泥巴砌成田埂,覆上地膜,防止肥水串
流.田间开挖围沟,深 30 cm、宽 40 cm. 对于养鸭处
理,每个小区以 4 指规格尼纶丝网沿田埂围隔,围网
高度为 0郾 6 ~ 0郾 8 m,以防鸭逃走,水稻移栽后半个
月放 15 日龄的雏鸭. 在养鸭小区一角落放置一鸭
棚,以便鸭子休憩和喂食(其目的为防止饲料进入
稻田土壤和水体;饲料为农家肉鸡花料,为碳水化合
物饲料, 主要组分为玉米 60郾 2% ,豆粕 27% ,鱼粉
2% ,菜粕 4% ,棉粕 3% ,磷酸氢钙 1郾 3% ,石粉
1郾 2% ,食盐 0郾 3% ,添加剂 1% );8 月 20 日收鸭子.
3 处理水稻行株距均为 26郾 64 cm伊16郾 65 cm. CK 和
RD处理各小区均实行淹灌(无沟处水深 5 ~ 8 cm),
保持水层直至 RD 处理收鸭,此后自然落干不再灌
溉.节水处理采用间歇灌溉模式,其技术要点为:水
稻返青期保持 3 cm左右水层,其余阶段灌水后水层
深度达 3 ~ 4 cm,至土壤含水率下降到饱和含水率
的 80%左右时再灌水(田面微见裂纹),反复进行干
淹交替,每次灌水后田间有水层持续时间 4 ~ 5 d、无
水层持续时间 2 ~ 3 d.在水稻全生育期,其他农艺措
施各小区均相同.常规淹水处理和稻田养鸭处理在
田间淹水期间土壤绝对含水量为 30% ~ 32% ;间歇
灌溉处理田间绝对含水量最低为 26% ~27% .
1郾 4摇 土样采集及测定方法
1郾 4郾 1 田间土样采集 摇 采样方式为 S 形 5 点采样
法.土样采集从 5 月 30 日起,每隔 7 ~ 9 d 采样 1
次,直至 9 月 9 日,采集耕作层 0 ~ 20 cm 表土,混
匀,送回实验室进行前处理:取部分新鲜土样进行相
关项目的测定,将剩余土壤在室温下完全风干,研磨
过 100 目筛,以进行相关指标的测定.
1郾 4郾 2 土壤有机碳组分的测定摇 1)土壤易氧化态有
机碳(ROC):取约含 15 ~ 30 mg 碳的土样,加入 333
mmol·L-1的 KMnO4 溶液 25 ml,振荡 1 h,然后以
11028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 展摇 茗等: 不同稻作模式下稻田土壤活性有机碳变化动态摇 摇 摇 摇 摇 摇
4000 r·min-1离心 5 min,取上清液用去离子水按
1 颐 250稀释,将稀释液在 565 nm 波长处进行比色,
根据 KMnO4 的消耗量,可求出土壤易氧化态有机碳
含量. 土壤易氧化态有机碳有效率 = ROC / TOC 伊
100% .
2)可溶性有机碳(DOC):称取 15 g 新鲜土样,
加入 30 ml 蒸馏水,于室温下振荡 30 min,4000 r·
min-1离心 15 min,上清液过 0郾 45 滋m 滤膜[12],滤液
加 5 ml 0郾 8 mol·L-1 K2Cr2O7 和 5 ml 浓 H2SO4,在
185 益下消煮 5 min,用 0郾 2 mol·L-1 Fe2SO4 滴定.
土壤可溶性有机碳有效率=DOC / TOC伊100% .
3)土壤微生物生物量碳(MBC):采用氯仿熏
蒸鄄K2SO4 提取方法[13] . 称取相当于烘干土 10 g 的
新鲜土样,在真空干燥器中用氯仿熏蒸 24 h,用反复
抽真空方法除去残存氯仿,再用 30 ml 0郾 5 mol·L-1
K2SO4 溶液振荡提取 30 min,过滤的提取液用重铬
酸钾容量法测定碳含量.同时以不熏蒸土样为对照.
以熏蒸土样与不熏蒸土样提取的有机碳的差值分别
乘以转换系数 Kc(2郾 22),计算土壤微生物生物量
碳.土壤微生物熵=MBC / TOC伊100% .
4)土壤总有机碳的测定采用重铬酸钾容量法.
1郾 5摇 数据处理
试验结果均以 3 次重复的平均值与标准差表
示,采用 DPS 3郾 01 软件对试验数据进行统计分析.
以稻作模式和水稻不同生育阶段作双因素方差分
析,均值的多重比较采用 LSD法.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 不同稻作模式下稻田土壤总有机碳的动态
由图 1 可以看出,在水稻整个生育期内土壤
TOC呈逐渐升高趋势,水稻收获时土壤 TOC 含量明
显高于水稻移栽时. 在水稻返青期及孕穗期土壤
TOC出现了两个高峰. 从表 1 可以看出,在水稻拔
节鄄齐穗期间,RD 平均土壤 TOC 显著高于 CK 和
RW,分别是 CK 和 RW 的 1郾 10 和 1郾 06 倍;其他各
生育阶段各处理 TOC差异不显著.
2郾 2摇 不同稻作模式下稻田土壤可溶性有机碳动态
及其有效率
从图 2 可以看出,3 个处理的土壤 DOC 在分蘖
期变化较平稳,进入抽穗期后逐渐升高并达到一个
小高峰(移栽后 60 d 左右),随后逐渐下降,至收获
时达到最低值,这可能与成熟期稻田排水落干有关.
从不同处理来看(表1),在水稻移栽鄄拔节和拔
图 1摇 稻田土壤总有机碳(TOC)的动态
Fig. 1 摇 Dynamics of total soil organic carbon( TOC) in paddy
fields.
CK:常规淹水稻作模式 Conventional flooded irrigation system;RD:稻
田养鸭模式 Integrated rice鄄duck farming system;RW:节水灌溉模式 In鄄
termittent irrigation farming system. 下同 The same below.
图 2摇 稻田土壤可溶性有机碳(DOC)的动态
Fig. 2 摇 Dynamics of soil dissolved organic carbon (DOC) in
paddy fields.
节鄄齐穗期间 RD 的 DOC 显著或极显著高于 CK 和
RW,同时 CK的 DOC 又极显著高于 RW. RD 与 CK
土壤 DOC 的差异主要来自稻鸭共作期间,该期间
RD的 DOC 比 CK 高 14% .从全生育期来看,以 RD
的平均 DOC最高,达到 0郾 64 g·kg-1,分别比 CK和
RW高 11郾 2%和 27郾 5% ,CK比 RW高 14郾 7% ,三者
差异达到极显著水平. 可见,稻田养鸭有增大土壤
DOC的趋势,而节水灌溉则降低了土壤 DOC.
土壤可溶性有机碳有效率表示土壤可溶性有机
碳在总有机碳中的相对含量,它是反映土壤有机碳
库质量的一个重要指标之一. 从不同处理来看(表
1),在水稻移栽鄄拔节和拔节鄄齐穗期间 RD 的 DOC
有效率显著或极显著高于 CK 和 RW,CK 与 RW 之
间差异不显著.从全生育期来看,以 RD的平均 DOC
有效率最高,达到 5郾 27% ,显著高于 CK 和 RW,分
别是 CK和 RW的 1郾 14 和 1郾 21 倍;CK 和 RW 之间
差异不显著.
2102 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷
表 1摇 水稻不同生育阶段土壤有机碳组分的变化
Tab. 1摇 Variations of soil organic carbon components at different growth stages of rice
生育时期
Growth stage
处 理
Treatment
TOC
(g·kg-1)
DOC
(g·kg-1)
DOC
有效率
(% )
ROC
(g·kg-1)
ROC
有效率
(% )
MBC
(g·kg-1)
微生物熵
Microbial
quotient
(% )
移栽鄄拔节 CK 10郾 86a 0郾 58bAB 4郾 89b 2郾 33a 23郾 58b 0郾 26a 2郾 26a
Transplanting鄄booting RD 10郾 79a 0郾 60aA 5郾 84a 2郾 45a 24郾 55ab 0郾 28a 2郾 51a
RW 10郾 56a 0郾 50bB 4郾 90b 2郾 49a 25郾 83a 0郾 25a 2郾 23a
拔节鄄齐穗 CK 11郾 51b 0郾 65B 4郾 96B 2郾 23b 19郾 61a 0郾 41a 3郾 55a
Booting鄄heading RD 12郾 62a 0郾 83A 6郾 69A 2郾 50a 20郾 28a 0郾 41a 3郾 28a
RW 11郾 87b 0郾 53C 4郾 58B 2郾 48a 20郾 88a 0郾 39a 3郾 32a
齐穗鄄收获 CK 13郾 25a 0郾 48a 3郾 91a 2郾 06B 16郾 71B 0郾 20a 1郾 66a
Heading鄄harvesting RD 13郾 70a 0郾 48a 3郾 31a 2郾 57A 19郾 98A 0郾 22a 1郾 66a
RW 12郾 52a 0郾 44a 3郾 53a 2郾 56A 21郾 12A 0郾 21a 1郾 65a
同列不同字母表示不同处理之间差异显著(P<0郾 05)Different letters in the same column meant significant difference among treatments at 0郾 05 level.
2郾 3摇 不同稻作模式下稻田土壤易氧化态有机碳的
动态及其有效率
从图 3 可以看出,土壤 ROC呈先升高,再下降,
再略有升高,然后基本趋于平稳的变化趋势,在分蘖
后期 ROC含量达到最高(移栽后 50 ~ 65 d). 从不
同处理来看(表 1),水稻全生育期内 RD、RW 的平
均 ROC含量均为 2郾 51 g·kg-1,显著高于 CK(2郾 21
g·kg-1),其差异主要来自拔节鄄齐穗及齐穗鄄收获阶
段,在此阶段 RW和 RD的 ROC 均显著高于 CK,而
在移栽鄄拔节期间,3 处理之间没有显著差异.
从表 1 可以看出,3 个处理 ROC 有效率均在水
稻移栽鄄拔节期间最高,约为 25% ,显著高于后面的
两个生育阶段. 从不同处理来看,水稻全生育期内
CK 的平均 ROC 有效率为 19郾 97% ,极显著低于
RW,这种差异主要来自移栽鄄拔节和齐穗鄄收获阶
段. CK和 RD在全生育期内的 ROC 有效率差异不
显著,但在齐穗鄄收获阶段 RD 极显著高于 CK;RD
和 RW差异不显著.可见稻田进行复合种养和节水
灌溉均可引起土壤 ROC及其有效率的明显变化.
图 3摇 稻田土壤易氧化态有机碳(ROC)的动态
Fig. 3 摇 Dynamics of soil readily oxidizable organic carbon
(ROC) in paddy fields.
2郾 4摇 不同稻作模式下稻田土壤微生物生物量碳
(MBC)及微生物熵的动态
从图 4 可以看出,水稻移栽后 3 个处理土壤
MBC逐渐上升,至孕穗抽穗阶段达到高峰,然后又
逐渐下降,以拔节鄄齐穗期间最高,此期 CK、RD、RW
的 MBC 含量分别达到 0郾 41、0郾 41 和 0郾 39 g·kg-1
(表 1).水稻全生育期内 CK、RD、RW 的平均 MBC
含量分别达到了 0郾 28、0郾 30 和 0郾 28 g·kg-1,不同处
理之间并没有显著差异.从表 1 可以看出,3 个处理
土壤微生物熵均以拔节鄄齐穗期间最高,显著高于移
栽鄄拔节和拔节鄄收获期;同时移栽鄄拔节期的土壤微
生物熵又显著高于齐穗鄄收获期.在水稻全生育期内
3 个处理土壤微生物熵没有显著差异.
2郾 5摇 不同稻作模式下稻田土壤活性有机碳组分变
异来源
本研究采用各变异来源的平方和与总平方和的
比值来表示引起某一指标变化的因素的影响程度.
从表 2 可以看出,土壤 DOC对外界条件的变化较敏
感.水稻生育期和稻作模式及其交互作用对 DOC的
图 4摇 稻田土壤微生物生物量碳(MBC)的动态
Fig. 4 摇 Dynamics of soil microbial biomass carbon (MBC) in
paddy fields.
31028 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 展摇 茗等: 不同稻作模式下稻田土壤活性有机碳变化动态摇 摇 摇 摇 摇 摇
表 2摇 土壤活性有机碳组分的双因素方差分析
Tab. 2摇 Two鄄way ANOVA of active soil organic carbon
指 标
Indicator
项目
Item
方差
Sum of squares
F Sig. 变异度
Variability
DOC 区组间 Block 7郾 1 0 1 0
稻作模式 Farming mode 85394郾 4 2郾 18 0郾 23 21郾 6
生育期 Growth stage 216753郾 4 5郾 54 0郾 07 54郾 8
稻作模式伊生育期 Farming mode伊growth stage 78191郾 9 20郾 47 0 19郾 8
误差 Error 15279郾 5 3郾 9
总变异 Total variability 395626郾 2 100
ROC 区组间 Block 0郾 03 0郾 78 0郾 48 2郾 6
稻作模式 Farming mode 0郾 54 7郾 65 0郾 04 55郾 6
生育期 Growth stage 0 0郾 06 0郾 94 0郾 5
稻作模式伊生育期 Farming mode伊growth stage 0郾 14 2郾 17 0郾 12 14郾 5
误差 Error 0郾 26 26郾 8
总变异 Total variability 0郾 97 100
MBC 区组间 Block 1082郾 5 1 0郾 4 0郾 6
稻作模式 Farming mode 1494郾 3 3郾 7 0郾 12 0郾 8
生育期 Growth stage 175990郾 2 433郾 4 0 93郾 5
稻作模式伊生育期 Farming mode伊growth stage 812郾 2 0郾 4 0郾 83 0郾 4
误差 Error 8878郾 4 4郾 7
总变异 Total variability 188257郾 6 100
变化解释了 86郾 2%的变异来源,其中主要是生育期
引起的变异,其对 DOC 解释了 54郾 8%的变异来源,
稻作模式及其与生育期的交互作用对总变异的贡献
相当.生育期对 MBC 的变化解释了 93%左右的变
异来源.可见水稻生育期的变化是引起土壤 MBC 变
化的关键因素.土壤 ROC对外界条件的变化也较敏
感,稻作模式对其解释了 55郾 6%的变异来源.
3摇 讨摇 摇 论
3郾 1摇 稻田土壤有机碳组分的季节动态
土壤 DOC来源复杂,植物凋落物和腐殖质的降
解、微生物生物量和根际分泌物等是其主要来
源[14],而 DOC的分解包括微生物的合成、矿化、淋
失、吸附等[15] . 本研究表明,在水稻移栽后分蘖初
期,土壤 DOC较高,这是因为油菜残茬降解形成的
简单化合物使 DOC含量增加;随后 DOC 下降,至拔
节前后达到最低值,这可能是由于该阶段 DOC 的补
充来源减少,而土壤微生物活性增强,使土壤基础呼
吸和 MBC含量增加.随着表层土壤微生物量的逐渐
增大,土壤微生物对养分的需求不断增加,在养分、
温度和湿度达到适合的情况下,土壤微生物量在短
期内迅速增大,导致土壤微生物对溶解有机碳的需
求猛增,使土壤溶解有机碳迅速降低[16];到水稻孕
穗鄄抽穗中期土壤 DOC 又逐渐升高,这与水稻根系
分泌物增多有关;随着根系分泌能力的降低及成熟
期田间排水落干,DOC又逐渐下降到最低值.
土壤微生物生物量是土壤有机质中最活跃和最
易变化的部分,是反映土壤有机碳变化和土壤质量
非常敏感的指标. 隋跃宇等[17]研究发现,土壤微生
物生物量碳从玉米拔节期开始增加,到玉米大喇叭
口期有一个相对高峰,以后随着作物生长及外界温
度的降低,土壤微生物生物量碳含量明显下降.甘德
欣等[18]研究发现,常规淹水稻田土壤微生物生物量
碳在分蘖初期和孕穗期较高,在分蘖盛期略有下降,
齐穗期及其以后时期明显降低. 王延军等[19]发现,
水稻移栽后 40 d 土壤微生物生物量碳较移栽 15 d
时都有所降低,这与长时间淹水及水稻地上、地下部
分快速生长并与微生物争夺养分,使微生物的生长
与繁衍受到抑制有关.综合来看,土壤微生物生物量
碳在作物生长季内具有明显的波动性,这种波动性
主要与作物的生长发育过程有关,同时也受到农田
管理措施和环境因子的影响.一般情况下,当作物对
养分需求量增加时,营养竞争抑制了微生物的生长,
使土壤微生物生物量碳降低;当作物根系分泌和残
体归还较多时,又会刺激土壤微生物的增长使土壤
微生物生物量碳增加.本研究中,水稻分蘖期土壤微
生物生物量碳较低,在孕穗抽穗期较高,而在成熟期
又有所下降(图 4),这与前人的研究结果一致[20] .
同时发现土壤微生物熵与土壤微生物生物量碳具有
相似的季节动态,这与张帆等[21]研究结果相同.
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3郾 2摇 不同稻作模式对稻田土壤有机碳组分的影响
目前关于稻鸭复合种养稻田土壤有机碳组分的
研究较少.甘德欣等[18]研究发现,免耕稻田养鸭能
提高土壤微生物生物量碳,认为这是由于没有使用
农药避免了对土壤微生物的影响所致. 而本研究表
明,养鸭稻田土壤微生物生物量碳并没有显著提高.
稻田养鸭后,在稻鸭共作期间,土壤 DOC 含量显著
提高,这可能与两方面的因素有关:一方面稻鸭共作
期间,鸭子粪便在一定程度上增加了土壤 DOC 的来
源[18];其次,鸭子活动为稻田起到控草、杀虫、中耕、
浑水、促进养分循环、增加土壤溶氧量、改善土壤氧
化还原状况等作用[22-23],促进了水稻根系生长[8-9],
导致水稻根系分泌能力增强,而通过根系分泌输入
到土壤中的有机碳是土壤 DOC的重要来源[24-25] .
土壤的水分状况通过影响土壤中氧化还原电位
及微生物活性间接作用于有机质的降解,改变土壤
有机碳组分特征.一般好氧条件下一种微生物可直
接把有机物转化为 CO2,而厌氧条件下需要一系列
微生物接力来完成. 因此好氧环境中有机物的分解
速率快于厌氧环境,水田中有机物的残留率高于旱
地[26] .研究表明,淹水可提高土壤有机碳的溶出,使
土壤团聚体分散,进而增加可溶性有机碳量,提高土
壤的有效碳库[27] .降雨和灌水可显著提高稻田土壤
DOC含量[28],而水分含量和淹水时间均能造成可溶
性有机碳量的明显差异[29] .水分状况导致的土壤有
效碳库的差异可能来自两方面:一是对土壤有效碳
库总量的影响;二是对土壤微生物活性的影响. 因
此,本研究间歇灌溉稻田淹水环境的消失显著减少
了土壤 DOC含量.有研究表明干湿交替能显著降低
土壤微生物生物量[30],而本研究发现间歇灌溉对土
壤微生物生物量碳没有显著影响(表 1). 但蔡晓红
等[31]研究表明,控水模式和干湿交替模式下微生物
生物量碳比浅水层连续灌溉模式高,这可能是由于
浅水层连续灌溉模式不是一种合理的利于水稻生长
的模式,也不利于改善稻田土壤理化环境,从而抑制
了土壤微生物的生长繁殖,导致微生物生物量较低.
这仍有待进一步证实.
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作者简介 摇 展 摇 茗,女,1973 年生,博士研究生,讲师. 主要
从事农业生态系统研究,发表论文 10 余篇. E鄄mail: zhanming
@ mail. hzau. edu. cn
责任编辑摇 张凤丽
6102 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 21 卷