鄱阳湖不同耕作时间水稻土微生物量碳比较*

张 翌，徐祥明，冷 雄，黄 艳

(赣南师范大学 地理与规划学院，江西 赣州 341000)



·赣江流域资源与环境·

鄱阳湖不同耕作时间水稻土微生物量碳比较*

张 翌，徐祥明†，冷 雄，黄 艳

(赣南师范大学 地理与规划学院，江西 赣州 341000)

采集鄱阳湖湖积母质水稻土剖面样品，比较不同土层深度水稻土微生物量碳变化特征及不同耕作时间下水稻土微生物量碳剖面总含量.结果表明：(1)水稻土微生物量碳含量剖面分布变化规律为：土层越深，含量越低，其中耕作层微生物碳量均占到了50%以上；(2)水稻耕种时间越长，土壤的微生物量碳含量越高，但不同耕作年限的增幅有所差异：与30年耕作时间水稻土比较，50年耕作时间水稻土的增幅达40.87%，70年耕作时间较50年水稻土的增幅为31.83%，而90年耕作时间较70年水稻土微生物量碳的增幅则为17.54%；(3)随着水稻土耕作时间的推移，土壤的有机碳总量、含水量上升，土壤的黏粒比重有所下降，这有利于改善土壤微生物的生存环境，进而提高土壤的微生物量碳含量.

耕作时间；水稻土；微生物量碳

土壤微生物是存在于地球地表以下最为主要和庞大的生命形式,在土壤生态系统物质循环与流通中发挥着至关重要的作用[1].土壤中85%-90%有机质的分解都是在微生物的作用下促成的[2].土壤微生物对土壤的形成和发育尤其是土壤有机质的分解与转化具有极其重要意义[3].土壤微生物量碳约占土壤有机碳总量的1%-5%，但在全球碳循环中具有不可替代的作用，对研究土壤质量和全球气候环境变化具有十分重要的意义；并且，土壤微生物量碳作为可进一步反映土壤微生物量活性及各种养分周转过程的一项指标，能较好地评价土壤微生物数量和活性 ，逐渐成为国内土壤生物学的研究热点之一[4].

近年来，国内学者对土壤微生物量碳开展了大量的科学工作：周卫军[5]等人对不同母质下发育的稻田生态系统微生物量碳的变化趋势进行了分析；吕丽平等人从不同温度和水分培养条件出发，揭示不同气候条件下土壤微生物量碳的变化规律[6]；杨刚等人针对四种植被类型的土壤微生物量碳进行研究，结果发现土壤微生物量碳含量次生林>成熟林>灌丛>草丛[7]；宇万太、刘文娜、黄雪夏等人从不同土地利用方式对土壤微生物量碳的影响上进行分析考察[8-10]；孙建等人研究并分析了不同耕作方式下土壤微生物量碳的影响[11]；宇万太[12]等人还从不同的施肥制度来阐述了土壤微生物量碳的变化规律.因此，综合已有研究来看，水稻土微生物量碳受到自然条件(母质、气候、植被状况)以及人类活动(耕作、土地利用、施肥措施)等多种因素影响.水稻土是以种植水稻为主，经过人为水耕熟化而形成的一种特殊土壤，属人为土纲中的三大土类之一[3].我国水稻种植由来已久，水稻种植面积分布广泛.根据道库恰耶夫的成土因素学说，时间是影响土壤形成与发育的五大要素之一.而已有的研究也表明，水稻土耕作时间的长短对土壤的发育状况、有机碳储量及其理化性质均有不同程度的影响[13-16]，但有关时间对土壤微生物量影响的报道较少.在同一区域内气候、植被、母质等自然条件基本相同，且该区域采取的耕作制度、施肥措施、利用方式无明显差异的情况下，水稻土的耕作时间可以认为是影响区域水稻土发育的主导因素.本文通过研究鄱阳湖流域不同耕作年限与水稻土微生物量碳之间的相关性，试图从理论上说明时间因素对土壤微生物量碳的影响.这对进一步丰富土壤碳循环以及农业土壤的可持续利用等相关研究具有理论意义，同时，也为鄱阳湖流域农业的可持续发展及土地的合理利用提供理论依据和参考意见.

1 材料与方法

1.1 研究区域概况及样品采集

研究区位于江西省鄱阳湖平原，该区域为典型的亚热带季风性湿润气候.夏季炎热，降水充沛，雨热同期；冬季寒冷，四季分明，年均降水量达800-1 600 mm左右.鄱阳湖流域为典型的传统水稻种植区，水稻种植历史悠久、经验丰富.本研究以不同耕作年限的水稻土为研究对象.根据查询鄱阳湖围垦历史资料、实地走访以及拦洪坝建立的时间，确定采样点水稻土的大致耕作时间为30、50、70、90年.所选样品采集地的地形、气候、母质(湖积母质)、耕作方式等条件均大致相同.土样所选定的采样点无积水，于春冬季翻耕之前的休耕期进行采集、挖掘剖面.并根据土壤剖面的颜色、结构、紧实度和层间接触关系等划分土壤发生层，按照发生层在不同土壤深度分层采样，最后将新鲜土样带回实验室冷藏保鲜，并对土壤微生物量碳进行测定.

表1 采样点地理环境及基本理化性质

1.2 实验方法

土壤容重采用烘干法，pH采用电极法，土壤粘粒含量采用激光粒度仪，有机碳采用重铬酸钾氧化法，土壤微生物量碳采用氯仿熏蒸提取法[17-18].土壤微生物量碳氯仿熏蒸浸提法(FI)的测定：称取25.0克新鲜湿润土样2份，一起放入同一真空干燥器中，取约50 mL无水乙醇，用少量凡士林密封干燥器，用真空泵抽气至氯仿沸腾并保持至少2 min.土样熏蒸处理后将其放入黑暗条件下培养24 h；称取2份同等重量的不进行熏蒸处理的土样，同样放入黑暗条件下培养24小时.培养结束后，将熏蒸和未熏蒸的土样转移到250 mL三角瓶中并均加入100 mL硫酸钾溶液在恒温振荡器上振荡30 min，过滤.吸取浸出液5 mL加入2 mL重铬酸钾、5 mL浓硫酸及少许沸石，进行油浴；待由于冷却后加去离子水至60-70 mL，加2-3滴邻菲罗啉指示剂，用硫酸亚铁滴定剩余的重铬酸钾.准确读取并记录下滴定数值.再进行如下计算：

1.3 土壤微生物量碳的计算

1.3.1 有机碳的计算

W(c)=(V0-V1)×c×3×ts×1000/m式中：W(c)——有机碳质量分数，mg﹒Kg-1；V0——滴定空白样时所消耗的FeSO4体积，mL； V1—滴定样品时所消耗的FeSO4体积，mL； C—FeSO4溶液的浓度，mol·L-1； 3—碳(C×1/4)的毫摩尔质量，M(C×1/4)=3mg/mmol； 1000—转换为Kg的系数；ts——稀释倍数； m—烘干土质量，kg.

1.3.2 土壤微生物量碳的计算W(c)=Ec/KEC

式中：W(c)—微生物量碳的质量分数，mg·kg-1； Ec—熏蒸土样有机碳量与未熏蒸土样有机碳量之差，mg·kg-1； KEC—氯仿熏蒸杀死的微生物体中的碳(C)被浸提出来的比例，一般取0.38.

2 结果与分析

2.1 不同土层深度水稻土微生物量碳变化特征

图1 不同耕作时间水稻土微生物量碳剖面分布

不同耕作时间下四种水稻土微生物量碳剖面分布结果如图1所示.从中可以得出，四种不同耕作时间的水稻土微生物量碳剖面总体上均呈现出土壤微生物量碳含量随土层深度增加而递减的分布趋势，微生物量碳主要富集在耕作层和犁底层，其中耕作层的微生物量碳含量均占到各自剖面的50%，与已有的相关研究结果相一致[19-20]；而就各剖面土壤耕作层和犁底层(各剖面的第一和第二个土层)的微生物量碳来看，其受耕作时间的影响最为明显；同时在不同耕作时间其土壤微生物量碳上也存在较大的差异，表现为耕作时间越长，其含量相应越高.而其它土壤层次的微生物量碳受耕作时间影响相对不大，不同耕作时间其土壤微生物量碳差异很小.这很大程度上是因为，不同耕作时间水稻土的表层土壤与大气广泛接触，具有良好的供氧、水热条件；此外，水稻耕作主要集中在耕作层和犁底层，因此越往表层，作物的根系及土壤中的其他生物残体累积越多；从而使得表层土的微生物活动较其下的土层更为活跃.

2.2 不同耕作时间水稻土微生物量碳剖面总含量比较

图2 不同耕作时间水稻土微生物量碳含量

不同耕作时间的水稻土微生物量碳剖面(按1 m厚度计算)分布特征如图2，结果显示：耕作时间为30年的土壤剖面微生物量碳总含量最低，为316.64 mg·kg-1，耕作时间50年的水稻土微生物量碳总量为553.27 mg·kg-1，70年耕作年限的水稻土微生物量碳总量为1 263.85 mg·kg-1,具有90年耕作历史的水稻土微生物量碳总含量最高，达1 508.08 mg·kg-1.表明水稻土耕作时间的长短对微生物量碳总量具有较为显著的影响，表现为水稻土剖面微生物量碳总量随耕作年限增加而呈递增的趋势.从四川盆地以及内蒙古等地区水稻土微生物量碳的相关研究来看也有相同的结果[10-11].这说明长期的耕作有助于改善土壤结构、孔隙及水热条件，且可以提高土壤的潜在肥力和供肥水平，进而增加土壤的微生物的数量和种类.但与胡君利等人在关于浙江慈溪水稻土微生物量碳的含量随耕作年限下降的研究结果不同[21]，究其原因，是因为后者研究的不同耕作年限其时间跨度较大，研究对象选取为50、500、700、1 000、2 000年的古水稻土，而土壤微生物生命周期短，更新快，时间跨度太大对微生物量的影响并不大.

2.3 水稻土微生物量碳影响因素分析

表2 不同耕作年限水稻土耕作层基本理化性质

表1和表2为四种不同耕作年限水稻土地理环境及基本理化性质.结果表明，四种不同耕作年限水稻土有机碳总量含量均呈现出随耕作年限延长而递增的分布特征，但增幅有所下降，50年较30年水稻土的增幅达40.87%，70年水稻土的增幅为31.83%，而90年水稻土微生物量碳的增幅则为17.54%.说明随着时间的推移，土壤中的有机碳有逐渐趋于稳定的态势[15]；50%的水稻土微生物量碳均集中在耕作层，从不同耕作年限水稻土耕作层的有机碳、黏粒含量、含水量及容重来看，耕作时间越长，耕作层土壤呈现出其有机碳含量和含水量增加、粘粒含量和容重下降的趋势.但由于90年的水稻土地下水位(95 cm)相比70年的地下水位(115 cm)高出30 cm，其耕作层受地下水影响更为明显，容易黏重滞水，土壤孔隙垂直运动受到限制，进而影响表层土黏粒下移，因而黏粒含量反较70年水稻土更高.而所选取的50年水稻土的采样地为一季耕且较缺水，其含水量较30年的更小；一季耕下的耕作土壤受翻松较少从而在一定程度上抑制了土壤的呼吸和熟化，其土壤容重偏大.相关研究也表明，微生物量碳与土壤有机碳[19]、颗粒成分(尤其是黏粒比重)[16]、水分关系密切[6]，同土壤容重具有一定的相关性[22].随着耕作时间的推移，表层的黏粒含量下降，土壤的通气透水性增强，土温较为稳定，宜于作物根系、微生物的生长.同时，耕作时间越长，有利于改善土壤的水分条件，帮助有机质的积累，提高土壤的熟化程度，增强土壤的生物活性.以上均说明耕作时间增加有助于水稻土微生物量碳的提高.四种不同耕作年限下的水稻土均为湖积母质发育的酸性土壤.

3 结论

通过对四种不同耕作年限的水稻土微生物量碳剖面分布、特征和土壤的有机碳总量、含水量、容重及pH等理化性质进行分析比较，得出如下结论：水稻土微生物量碳随土层深度加深而减少；耕作时间越长，土壤微生物量碳含量越高；随着水稻土耕作时间的推移，呈现出土壤的有机碳总量，耕作层的含水量增加、黏粒含量下降，土壤的熟化程度越高的特征趋势.表明耕作时间的延长，有助于改善土壤的肥力和生物活性状况，从而增加土壤的微生物量碳.

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A Comparative Study on Microbial Biomass Carbon of Paddy Soils among Different Cultivated Years in Poyang Lake Area

ZHANG Yi, XU Xiangming, LENG Xiong, HUANG Yan

(SchoolofGeographyandPlanning,GannanNormalUniversity,Ganzhou341000,China)

The section samples of paddy soil derived from lake sediment in Poyang Lake were collected to conduct to a comparative study which is worked on change characteristics of microbial biomass carbon at different depth of paddy soil, the total section content of microbial biomass carbon in paddy soil cultivated at different periods as well. The results showed that：(1)The distribution of the microbial biomass carbon content in sections is that the deeper the soil is, the lower the content is. Particularly, the microbial biomass carbon content in plough horizon accounts for over 50%. (2) With the cultivation years growing, the content of microbial biomass carbon increases. But there are different variation ranges for paddy soil with different cultivation years. Compared with the paddy soil cultivated for 30 years, one for 50 years has the microbial biomass carbon content increased by 40.87%. While one for 70 years is increased by 31.83% compared with that for 50 years, and one for 90 years increases by 17.54% compared with that for 70 years. (3)With the cultivation time goes by, the total content of organic carbon and water in soil will be increased and the proportion of clay in the soil will be decreased. Which is beneficial to improve the living condition of soil microbes. The content of soil microbial biomass carbon will be increased accordingly.

cultivation time; paddy soil; microbial biomass carbon

2016-09-18

10.13698/j.cnki.cn36-1346/c.2016.06.025

国家自然科学基金(41301226)；国家级和赣南师范学院大学生创新训练计划项目(201510418004)

张翌(1994-)，女，江西吉安人，赣南师范大学地理与规划学院2013级本科生，研究方向：土壤生态学.

http://www.cnki.net/kcms/detail/36.1037.C.20161209.1521.054.html

S153.6

A

1004-8332(2016)06-0104-04

† 通讯作者：徐祥明，赣南师范大学地理与规划学院硕士生导师，博士，研究方向：土壤生态学.