【文章內(nèi)容簡介】 技術(shù)的研究、應(yīng)用及覆蓋材料的開發(fā)利用方面也取得重要進(jìn)展。1978 年我國從日本引進(jìn)該技術(shù)以來，地膜覆蓋技術(shù)便得到了迅速的發(fā)展。截至到2006年地膜使用面積每年超過 106 hm2，使我國成為世界上最大的地膜生產(chǎn)國和使用國，105 hm2，而棉田地膜覆蓋率達(dá)到100%。地膜覆蓋不僅能夠提高地溫、保水、保土、保肥，提高肥效，而且還有滅草、防病蟲、防旱抗?jié)?、抑鹽保苗、改進(jìn)近地面光熱條件。對剛出土的幼苗來說，具有保根促苗等作用。對于我國三北地區(qū)，低溫、少雨、干旱貧瘠、無霜期短等限制農(nóng)業(yè)發(fā)展的因素，具有很強(qiáng)的針對性和適用性。但生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)試驗(yàn)表明，地膜覆蓋有時(shí)因作物生長前期土壤水分和養(yǎng)分耗竭嚴(yán)重，后期出現(xiàn)嚴(yán)重的脫水、脫肥現(xiàn)象，導(dǎo)致收獲指數(shù)和產(chǎn)量下降；同時(shí)，地膜覆蓋的增產(chǎn)作用在一定程度上是以耗竭土壤肥力，特別是有機(jī)物質(zhì)為代價(jià)的。因此，只有科學(xué)合理地使用地膜覆蓋技術(shù)，才能優(yōu)化土壤生態(tài)條件，保持持續(xù)高產(chǎn)。 滴灌技術(shù)的研究概況滴灌技術(shù)就是利用有壓管道系統(tǒng)，使滴灌水成點(diǎn)滴后，緩慢、均勻而又定量地浸潤作物根區(qū)，使作物主要根系活動(dòng)區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)(姚振憲等，1999)。1860年德國首次進(jìn)行滴灌與管道排水相結(jié)合試驗(yàn)(付琳等，1988)，使作物產(chǎn)量成倍增長。1965年滴灌在澳大利亞首先試驗(yàn)成功(趙聚寶等，1995)，并發(fā)展成為一種新型的灌溉措施，當(dāng)時(shí)被迅速應(yīng)用于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；1969 年美國開始試驗(yàn)滴灌技術(shù)， 萬hm2，成為世界上發(fā)展滴灌最快的國家；1971 年在以色列特拉維夫、1974 年在美國圣地亞哥、1985 年在美國福蘭斯諾、1988 年在匈牙利四次召開世界滴灌會(huì)議之后，滴灌技術(shù)在美國、澳大利亞以及英國、法國等國和地區(qū)逐步得到推廣應(yīng)用。90年代中期，據(jù)世界微灌工作委員會(huì)統(tǒng)計(jì)， 萬hm2。1974 年我國由墨西哥引進(jìn)滴灌技術(shù)和設(shè)備(許越先等，1992)，從此開始了滴灌技術(shù)的研究和應(yīng)用。1980年之前主要是小規(guī)模的試用，80年代以后才開始了理論與應(yīng)用研究和大面積的推廣應(yīng)用。1996年以來，新疆滴灌面積發(fā)展迅速，103 hm2，104 hm2，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。 膜下滴灌技術(shù)的研究概況膜下滴灌是新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)根據(jù)特有的氣候條件，通過多年的節(jié)水灌溉實(shí)踐研究，從1995年開始小區(qū)試驗(yàn)，并獲得了初步成功，在邊試驗(yàn)邊示范的推廣基礎(chǔ)上，面積不斷擴(kuò)大。新疆天業(yè)集團(tuán)開發(fā)研制出了與膜下滴灌技術(shù)相配套的節(jié)水器材，并實(shí)現(xiàn)了節(jié)水器材和設(shè)備的國產(chǎn)化，降低了滴灌系統(tǒng)的造價(jià)，把科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)了膜下滴灌技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。自此膜下滴灌在我國得到了快速發(fā)展。膜下滴灌技術(shù)是地膜栽培技術(shù)與滴灌技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，提高了水資源和土地資源的利用率，具有節(jié)約水資源、降低勞務(wù)支出和增加作物產(chǎn)量和收入的效果。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)：%，噴灌的50%，是裸地灌溉的60%；肥料利用率從30%～40%提高到50%～60%；土地利用率提高了5%～7%；節(jié)約勞力費(fèi)50%～70%，機(jī)耕費(fèi)20%～40%，每公頃少投入3750～4200元。這項(xiàng)技術(shù)在新疆得到了廣泛的推廣和應(yīng)用，主要應(yīng)用到棉花、加工番茄、甜菜、哈密瓜、草莓、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物上，104 hm2，104 hm2。膜下滴灌作為一門新興的灌水和栽培技術(shù)，對它的研究在國內(nèi)外才剛剛起步。趙淑銀等(1989～1994)的實(shí)驗(yàn)表明，膜下滴灌技術(shù)有效地控制了保護(hù)地的空氣濕度，從而對黃瓜喜濕性病害起到了良好的抑制作用，并且膜下滴灌的黃瓜長勢很好，在一定程度也增加了植株對病蟲害的抵抗能力。新疆天業(yè)集團(tuán)在棉花和番茄運(yùn)用膜下滴灌技術(shù)，初步試驗(yàn)結(jié)果表明，膜下滴灌棉花的灌水量可由常規(guī)灌水量525～600 mm降低到240～345 mm，棉花產(chǎn)量提高了30%～50%；番茄可增加收入2倍左右。馬富裕和嚴(yán)以綏(1996～1997)在大田進(jìn)行了兩年的膜下滴灌棉花高產(chǎn)水分的試驗(yàn)研究，認(rèn)為實(shí)行“小灌量，短周期”的灌溉制度，可確保棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，提高棉花水分利用效率。馬富裕和嚴(yán)以綏(1999)對膜下滴灌的增產(chǎn)機(jī)理和主要配套技術(shù)進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，膜下滴灌棉花能保證棉花的生長始終處于一個(gè)良好的水分環(huán)境中，有利于棉花充分利用光熱資源，棉花的葉面積指數(shù)高值持續(xù)期進(jìn)入早，持續(xù)時(shí)間長，積累的光合產(chǎn)物多，膜下滴灌棉花能夠增產(chǎn)20%～50%，節(jié)約用水20%～50%，水分生產(chǎn)率提高50%。李豫新和湯莉（2001）、汪希成等（2004）從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，對膜下滴灌的種植方式從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、生態(tài)、社會(huì)等方面進(jìn)行了綜合評價(jià)，認(rèn)為膜下滴灌技術(shù)是新疆干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。陳多方等（2000）利用蒸滲儀對膜下滴灌棉花的蒸發(fā)蒸騰規(guī)律進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，膜下滴灌棉花在整個(gè)生育期的蒸發(fā)蒸騰量為500 mm～600 mm，且膜下滴灌棉花的生長速度比普通灌溉快。周建偉等（2001）對膜下滴灌棉花的增產(chǎn)原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為膜下滴灌的棉花能高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)原因：一是土壤水分變化小，灌水質(zhì)量高；二是肥料利用率高，水肥同步，增鈴、保鈴效果好；三是土壤結(jié)構(gòu)破壞小，根系生長發(fā)育好。鄭重等（2001）對膜下滴灌棉花在不同水肥條件下的植株群體冠層結(jié)構(gòu)、產(chǎn)量進(jìn)行了測定和分析，表明，膜下滴灌棉花產(chǎn)量隨灌水量和施肥量的增加而增加，但超過一定閾值產(chǎn)量有所下降。程冬玲和吳恩忍（2001）對膜下滴灌棉花的兩種種植方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究。對比分析了兩種種植方式的土壤濕潤體剖面，簡單分析了土壤質(zhì)地、灌溉定額、滴孔流量、滴孔間距對土壤濕潤鋒的影響，并對比分析了兩種種植方式的生長發(fā)育性狀和產(chǎn)量以及每畝投資，為膜下滴灌在大田推廣提供了一定的依據(jù)。邵光成等（2000）將膜下滴灌灌溉制度的研究與調(diào)虧灌溉相結(jié)合，對作物的一系列生長發(fā)育性狀和產(chǎn)量等的影響進(jìn)行了初步的試驗(yàn)研究。另外，鹽堿地采用膜下滴灌后，不斷滴入土壤的水分對土壤中的鹽分有淋洗作用，加之覆膜后由于邊界條件的改變，土壤的蒸發(fā)率大大減小，“鹽隨水來”，鹽分上行受到抑制，土壤返鹽率也隨之大大降低（西安理工大學(xué)水資源研究所和新疆農(nóng)八師）。李富先等（2002）對膜下滴灌田間小氣候進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析。結(jié)果證明，膜下滴灌的田間小氣候優(yōu)于溝灌，在水分、光熱、溫度、濕度等方面能夠很好的配置和利用，這可能就是膜下滴灌的棉花能夠增產(chǎn)的原因。范君華和劉明（2005）研究了膜下滴灌與溝灌海島棉田土壤微生物特性的區(qū)別，結(jié)果表明膜下滴灌下棉田的微生物數(shù)量及根際、根外微生物數(shù)量多于溝灌；朱友娟等（2007）研究了新疆棉田膜下滴灌方式下土壤水分運(yùn)移變化規(guī)律，指出土壤含水量在垂直方向隨土層加深呈現(xiàn)增大趨勢，水平方向在0～35cm各層變化明顯。胡曉棠等（2002）等對比分析了膜下滴灌棉花和常規(guī)溝灌棉花的兩種干旱診斷指標(biāo)（作物適宜土壤含水率和作物缺水指標(biāo)CWSI）。分析表明，兩種灌水方式下的棉花生長對土壤水分環(huán)境的要求是一致的，兩種指標(biāo)所反映的規(guī)律也基本相同。但他們認(rèn)為膜下滴灌的棉花根系淺，抗旱能力弱，受旱風(fēng)險(xiǎn)大，所以在生產(chǎn)實(shí)際中進(jìn)行灌水決策時(shí)，其干旱診斷指標(biāo)應(yīng)該比常規(guī)灌溉大。由此可以看出，已往的研究主要集中在膜下滴灌條件下土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律、水分利用率、溫度、增產(chǎn)機(jī)理以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益方面，缺乏對膜下滴灌下土壤有機(jī)碳的研究，因此，有必要進(jìn)行土壤有機(jī)碳方面的研究。 土壤有機(jī)碳分組技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀土壤有機(jī)質(zhì)（Soil Organic Matter，SOM）由一系列存在于土壤中、組成和結(jié)構(gòu)不均一、主要成分為C和N的有機(jī)化合物組成（Kononova，1964），土壤有機(jī)質(zhì)的成分中既有化學(xué)結(jié)構(gòu)單一、存在時(shí)間只有幾分鐘的單糖或多糖，也有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、存在時(shí)間可達(dá)幾百到幾千年的腐殖質(zhì)類物質(zhì)（Humic Substance），既包括主要成分為纖維素、半纖維素的正在腐解的植物殘?bào)w，也包括與土壤礦質(zhì)顆粒和團(tuán)聚體結(jié)合的植物和動(dòng)物殘?bào)w降解產(chǎn)物、根系分泌物和菌絲體（Christensen，1992；武天云等，2004a）。土壤有機(jī)質(zhì)中所含的C為土壤有機(jī)碳（Soil Organic Carbon，SOC）。土壤有機(jī)質(zhì)（有機(jī)碳）的研究可以追溯到200a前的18世紀(jì)80年代（Kononova，1964；Baldock and Nelson，1999）。土壤有機(jī)質(zhì)雖然僅占礦質(zhì)土壤總量的極小比例，但對土壤質(zhì)量及功能的調(diào)節(jié)起著關(guān)鍵作用（劉滿強(qiáng)等，2007）。一方面土壤有機(jī)碳為植物提高了所必需的各種營養(yǎng)元素，維持土壤良好的物理結(jié)構(gòu)，并影響?zhàn)B分循環(huán)，改善土壤結(jié)構(gòu)，影響土壤持水性能、緩沖性能、生物多樣性以及植物營養(yǎng)的生物有效性，緩解或調(diào)節(jié)土壤退化及土壤生產(chǎn)力有關(guān)的一系列過程（趙鑫等，2006）；另一方面土壤有機(jī)碳（1600 Pg C）代表了表層陸地生態(tài)系統(tǒng)最大的碳庫（2200 Pg C）（Post et al，1982），其微小變化將引起大氣CO2濃度的較大波動(dòng)，對陸地生態(tài)系統(tǒng)的分布、組成、結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生深刻影響?？梢娡寥烙袡C(jī)碳的重要作用不只局限于對土壤肥力的影響，而且與大氣圈、水圈、生物圈以及生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展聯(lián)系起來。土壤有機(jī)碳是由具有不同物理、化學(xué)特性和微生物降解特性所組成的混合物（Li et al，2007a），依據(jù)土壤有機(jī)碳在土壤中的分解難易和轉(zhuǎn)化時(shí)間，將土壤有機(jī)碳總體分為3個(gè)庫（Trumbore，1997）：（1）不穩(wěn)定土壤有機(jī)碳庫，有機(jī)碳組成以微生物量碳、可礦化碳、DOM、碳水化合物為主，這部分有機(jī)碳活性強(qiáng)、分解速率快、轉(zhuǎn)化周期短，且與養(yǎng)分供應(yīng)密切相關(guān)；（2）穩(wěn)定有機(jī)碳庫（緩效性有機(jī)碳庫），主要有顆粒有機(jī)物、碳水化合物、脂類等，周轉(zhuǎn)和分解速率慢于前一種有機(jī)碳，被認(rèn)為是土壤固定有機(jī)碳的主要碳庫（Six et al，2000）；（3）極穩(wěn)定有機(jī)碳庫（惰性有機(jī)碳庫），它們主要是木質(zhì)素、腐殖質(zhì)、多酚及被保護(hù)的多糖等，分解速率和轉(zhuǎn)化周期相當(dāng)長。用不同分組方法所得到的組分之間在組成上有重疊，根據(jù)對土壤有機(jī)碳分組技術(shù)所采用的原理和手段，一般分為化學(xué)、物理和生物分組技術(shù)（武天云等，2004a）。 土壤有機(jī)碳的化學(xué)分組從18世紀(jì)80年代開始，對有機(jī)碳的研究主要集中在腐殖質(zhì)元素組成、功能團(tuán)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等方面。土壤腐殖質(zhì)分為兩類，一類是與已知的有機(jī)化合物具有相同結(jié)構(gòu)的單一物質(zhì)，被稱作非腐殖質(zhì)類物質(zhì)，包括碳水化合物、碳?xì)浠衔锛昂衔?，這一類物質(zhì)可占腐殖質(zhì)總量的5%～15%；另一類是腐殖質(zhì)類物質(zhì)，根據(jù)在酸堿中的溶解性分為胡敏素、胡敏酸和富啡酸，腐殖質(zhì)類物質(zhì)占腐殖質(zhì)總量的85%～95%（Kononova，1964；Stevenson et al，1982）。對腐殖質(zhì)類物質(zhì)還產(chǎn)生了更進(jìn)一步的分級方法，如根據(jù)提取劑的不同將其分作松結(jié)態(tài)、穩(wěn)結(jié)態(tài)和緊結(jié)態(tài)腐殖質(zhì)類物質(zhì)（何云峰等，1998；吳景貴等，1998）。根據(jù)褐色胡敏酸的光學(xué)性質(zhì)將其分作A、B、Rp型胡敏酸（王旭東等，2000）。根據(jù)腐殖質(zhì)酸與土壤顆粒結(jié)合的分層結(jié)構(gòu)原理（Buyanovsky et al，1994），富啡酸和胡敏酸用超聲波處理后又分作A、B組富啡酸和胡敏酸。此外，依據(jù)土壤有機(jī)碳對高錳酸鹽氧化作用的敏感性，Logninow等（1987）提出采用3種不同濃度過量的KMnO4（316333 mmol L1）測定土壤中易氧化有機(jī)碳，依次獲得活性高、中、低三個(gè)級別的有機(jī)碳及不能被氧化的惰性有機(jī)碳。Lefroy等（1993）研究得出土壤有機(jī)碳中能被333 mmol L1 KMnO4 氧化的有機(jī)碳在種植作物時(shí)變化最大，因此將這部分有機(jī)碳稱作易氧化活性有機(jī)碳，不能被氧化的稱為非活性有機(jī)碳，并首次提出土壤碳庫管理指數(shù)（Carbon management index CMI），用來反映農(nóng)作措施使土壤質(zhì)量下降或更新的程度（Whitbread et al，1998）。CMI指標(biāo)提供了一個(gè)監(jiān)測土壤碳變化的系統(tǒng)的、敏感的監(jiān)測方法，能夠反映農(nóng)業(yè)管理措施使土壤質(zhì)量下降或更新的程度。還可進(jìn)一步分析施肥、氣候、土地利用方式及耕種年限等因素對CMI的影響（楊麗霞和潘劍君，2004）。CMI上升，表明施肥耕作對土壤有培肥作用，土壤性質(zhì)向良性發(fā)展；CMI下降，則表明施肥耕作使土壤肥力下降，土壤性質(zhì)向不良方向發(fā)展，其管理和施肥是不科學(xué)的。 土壤微生物量碳由于微生物量碳對耕作、輪作、施肥等農(nóng)業(yè)管理措施對土壤質(zhì)量影響的反應(yīng)非常敏感且綜合性強(qiáng)（Anderson and Domsch，1990；Insam et al，1989），自20世紀(jì)70年代開始才受到重視（Jenkinson and Powlson，1976）。因此土壤微生物量碳所反映的土壤質(zhì)量被稱作土壤的生物學(xué)質(zhì)量（Gregorich et al，1994），而土壤微生物量碳/土壤有機(jī)碳的比值也稱為土壤微生物量熵，是衡量土壤有機(jī)碳累積或損失的重要指標(biāo)（肖復(fù)明等，2008）。土壤微生物量碳含量較少，僅占土壤有機(jī)碳的1%～3 %（Anderson and Domsch，1990），但土壤中的微生物對土壤有機(jī)碳的動(dòng)態(tài)有不可忽視的影響。一方面它們參與土壤碳、氮等元素的循環(huán)過程和土壤礦物質(zhì)的礦化過程，對有機(jī)物質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化、養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化和供應(yīng)起著重要的主導(dǎo)作用（彭佩欽等，2005，武雪萍等，2005）；另一方面微生物體及其分泌物中的N、P、S及其它營養(yǎng)元素是植物可直接利用的速效養(yǎng)分（Gregorich et al，1994）。土壤微生物量碳對農(nóng)業(yè)措施的反應(yīng)很快，與土壤其它碳庫之間也有高度的相關(guān)性，如土壤微生物量碳含量與土壤輕組有機(jī)碳、可礦化碳含量之間存在顯著正相關(guān)（Bremer et al，1995），而后兩者是土壤有機(jī)碳的活性碳庫，也說明土壤微生物與土壤有機(jī)碳的含量密切相關(guān)，因此可以將其作為一個(gè)指標(biāo)來判定農(nóng)業(yè)措施對土壤有機(jī)碳的影響（Insam et al，1989）。Anderson 和Domsch（1990）認(rèn)為，用微生物量碳/土壤總有機(jī)碳的比值可以更好地反映農(nóng)業(yè)措施對土壤肥力的影響。 土壤有機(jī)碳的比重分組土壤有機(jī)碳比重分組技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代（Turchenek and Oades，1979），根據(jù)土壤在一定比重（～ g ml1）溶液中的沉降將其分作輕組和重組土壤，它們中的有機(jī)碳被分別稱作輕組有機(jī)碳（LFOC）和重組有機(jī)碳（HFOC）（Christensen，1992）。輕組有機(jī)碳主要是游離態(tài)的有機(jī)質(zhì)，是介于動(dòng)植物殘?bào)w和腐殖化有機(jī)質(zhì)之間的有機(jī)碳庫，不屬于腐殖質(zhì)類物質(zhì)（武天云等，2004a）。LFOC具有較高的生物活性，轉(zhuǎn)化時(shí)間短，是土壤中不穩(wěn)定有機(jī)碳庫的重要組成部分。一