【正文】 肥本身腐熟過程中就攜帶大量微生物，因此對土壤有機碳組分庫的積累和分解產(chǎn)生顯著影響。 本文研究目的和必要性水資源短缺一直以來就是新疆經(jīng)濟、社會發(fā)展的主要限制因素，因此膜下滴灌必將成為新疆農(nóng)業(yè)、種植業(yè)、林果業(yè)發(fā)展中的主流趨勢。而已往的研究主要集中在膜下滴灌條件下土壤水鹽的運移規(guī)律、水分利用率、溫度、增產(chǎn)機理以及經(jīng)濟社會效益方面，對于膜下滴灌條件下土壤有機碳的研究則較少，對有機碳組分的研究也主要集中在腐殖質元素組成、功能團結構和性質方面的研究，缺乏對有機碳活性組分及物理分組碳庫之間的研究。在全球碳循環(huán)研究炙熱化條件下，開展膜下滴灌棉田土壤有機碳組分變化特征研究就顯得相當重要和必要。為此，本文通過對膜下滴灌棉田土壤有機碳組分變化特征的研究，以自然土壤和常規(guī)灌溉為參照，探討膜下滴灌對土壤質量的影響，以便能夠提出體現(xiàn)土壤質量變化的快速、準確的科學指標，正確評價農(nóng)田土壤的肥力及演變趨勢，從而為新疆棉花產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展、土壤的持續(xù)利用以及全球碳循環(huán)評價提供區(qū)域數(shù)據(jù)資料和依據(jù)。第二章 研究內容與目標 研究目標本文應用有機碳的化學、生物和物理分組技術，以自然土壤（未開墾地）、常規(guī)灌棉田為對照，研究膜下滴灌栽培模式對綠洲棉田土壤有機碳組分特征的影響，探索膜下滴灌栽培模式棉田土壤有機碳的變化特征，評價膜下滴灌栽培模式對干旱區(qū)綠洲農(nóng)田有機碳質量的影響，尋求能夠指示土壤質量變化的敏感性指標以及在這種栽培模式下比較合理的棉花種植年限，為干旱區(qū)綠洲農(nóng)田土壤質量評價和土壤資源持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)資料。 研究內容膜下滴灌栽培技術是具有廣闊應用前景的水肥高效栽培模式，目前在新疆棉花生產(chǎn)上應用已超過種植總面積的一半以上，膜下滴灌栽培模式將成為新疆棉花主導栽培模式已成共識。膜下滴灌條件下土壤水、熱條件和供肥方式都發(fā)生了改變，可能引起土壤有機碳組分和農(nóng)田有機碳的含量的變化。本文通過對膜下滴灌栽培模式綠洲棉田土壤有機碳及其組分變化特征的分析，為新疆棉花產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展、土壤質量的維持和提高以及綠洲農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供依據(jù)。具體的研究內容如下：（1）膜下滴灌栽培模式綠洲農(nóng)田有機碳總庫及其組分特征的變化以自然土壤和常規(guī)灌溉為對照，采用有機碳的分組技術，通過對膜下滴灌栽培模式綠洲棉田土壤總有機碳庫及其分庫的測定分析，探討土壤有機碳及其分庫的變化特征，從而提出能夠指示膜下滴灌栽培模式棉田土壤有機碳變化的敏感性指標。（2）土壤有機碳組分間及與土壤理化性質和棉花產(chǎn)量間的關系通過對膜下滴灌栽培模式綠洲棉田土壤有機碳庫及分庫與產(chǎn)量和土壤理化性質的關系分析，說明不同有機碳組分庫間的相關關系以及各組分庫與土壤理化性質和產(chǎn)量間的相關關系，尋求能夠指示土壤肥力和產(chǎn)量變化的有機碳庫。 研究技術路線本文通過調查研究以及野外采樣，進行膜下滴灌栽培模式棉田土壤有機碳組分特征研究。采集不同滴灌年限的棉田土壤以及相應的常規(guī)灌棉田，利用物理的超聲和離心、篩分和重液懸浮法及化學的高錳酸鉀氧化法、生物的氯仿薰蒸培養(yǎng)法分離測定得到不同大小顆粒有機碳庫、團聚體有機碳庫、輕重組有機碳及易氧化有機碳庫和微生物量碳。采取室內分析理化性質及有機碳庫與野外調查相結合的統(tǒng)計分析方法，分析膜下滴灌栽培模式對棉田土壤有機碳庫及其分庫的影響。同時，分析土壤有機碳庫及其分庫與土壤理化性質的關系，提出能夠快速指示土壤肥力變化的指標。具體的技術路線見圖21。膜下滴灌栽培模式對棉田土壤有機碳組分特征影響（1）墾殖對綠洲土壤有機碳總庫及其組分特征的影響（2）研究膜下滴灌栽培模式對綠洲農(nóng)田有機碳總庫及其組分特征的影響（3）棉田有機碳組分變化與土壤理化性質和棉花產(chǎn)量的關系調查研究并提出科學問題實地考察確定采樣區(qū)域樣點選擇、確定、布置和采集統(tǒng)計分析總有機碳庫及其分庫測定區(qū)域棉花產(chǎn)量的測定土壤理化性質的測定圖21 技術路線 Technical route to experimental design 第三章 材料與方法 樣品采集與處理 研究區(qū)概況瑪納斯河流域的147團、121團150和142團以及125團位于新疆天山北坡的沖積平原區(qū)（圖31），準噶爾盆地南緣，北緯43176。21′～ 45176。 20′，東經(jīng) 84176。27′～ 86176。35′。該區(qū)域為典型的山盆結構，發(fā)源于山區(qū)的河流流出山口進入山前傾斜平原，流速減慢，攜帶的泥沙等將逐級沉積，依次形成沖積洪積扇泉水溢出帶 (扇緣 )沖積平原干三角洲等地貌。本流域遠離海洋，氣候干燥，既有中溫帶大陸性干旱氣候特征，又有垂直氣候特征，屬典型的大陸性氣候。平原區(qū)海拔300～500 m，℃，光照資源豐富年日照2600～3000 h，無霜期165～190 d。年降水量110～200 mm，年蒸發(fā)1500～2000 mm，日照時數(shù)2798～2839 h，≥10℃ 積溫為3400～3900℃。土壤類型以灰漠土、潮土為主，自然開墾前的植被主要為蘆葦、芨芨草、紅柳、白刺、琵琶柴、堿蓬等。主要種植作物為棉花，實行棉花連作的膜下滴灌栽培模式和秋深翻冬灌、秸稈還田的耕作方式。圖31 采樣點分布Fig. 31 Sampling point distributions 樣品采集與處理2007年7～8月在采樣區(qū)域，區(qū)域范圍為20～50km，按照離綠洲中心距離從遠至近選擇不同滴灌年限的棉田土壤作為采樣點，每個采樣點面積大于1ha，選取3塊。同時采集相鄰區(qū)域的自然土壤，作為參照。常規(guī)灌溉棉田選擇142團作為對照。在不同滴灌年限和常規(guī)灌年限的地塊按S形方式采集耕層土樣(0～30cm)5～7個，充分混合作為一個混合樣，重復3次。 kg左右，裝入布袋。重復采樣3次。田間采回的新鮮土樣一份撿去可見的植物殘體（如根、莖和葉）及土壤動物，過2mm篩保存于4℃冰箱中，用于測定微生物量碳；一份用手掰成輕輕小塊，通過5mm的篩以打破超大團聚體，自然風干，用于測定土壤團聚體有機碳組分庫；一份自然風干后磨碎，過2 mm 篩，用于測定易氧化活性有機碳、輕重組有機碳和不同大小顆粒有機碳。在研磨過程中棄去大于2 mm的有機物和砂礫。 測定方法土壤理化性質按照常規(guī)方法測定（魯如坤，1999）。易氧化活性有機碳采用Blair的方法測定（Blair et al，1995）。，稱取約含15mg碳的土壤樣品，轉移至50ml塑料離心管中，以不加土樣作為空白。向離心管中加入25ml濃度為333mmol L1的KMnO4溶液，室溫下振蕩1h，然后在轉速2000rpm下離心5min，將上清液用去離子水以1:250比例稀釋，吸取1ml上清液轉移至250ml容量瓶中，加去離子水至250ml即可。稀釋樣品用分光光度計在565nm處測定吸光值。配制不同濃度梯度的KMnO4的標準溶液，同樣于分光光度計上測定吸光值，建立KMnO4的濃度和吸光值的線性直線方程，將稀釋好的待測樣品的吸光值代入方程得到氧化有機碳后剩余KMnO4的濃度，同樣得到空白的KMnO4濃度，前后二者之差即為易氧化活性有機碳后KMnO4溶液的濃度變化值，根據(jù)假設，氧化過程中KMnO4濃度變化1mmol 。其中能被333mmol L1KMnO4氧化的碳是易氧化活性有機碳，不能被氧化的碳上非活性有機碳。KMnO4標準曲線配制：首先配制0（去離子水）、160、100、150、300mmol L1的KMnO4標準梯度溶液，從每個濃度的標準溶液中吸取1ml標準溶液轉移至250ml容量瓶中定容（既稀釋250倍），這樣能夠就得到濃度梯度為0、、 L1的標準KMnO4梯度溶液，然后同樣用分光光度計在565 nm處測定吸光值，繪制KMnO4的濃度與吸光值間的標準曲線。易氧化活性有機碳計算見公式21。 碳庫管理指數(shù)（Carbon Management Index CMI）是指土壤有機碳與對照土壤有機碳的比值乘以土壤有機碳的活度指數(shù)。CMI 是土壤管理措施引起土壤有機碳變化的指標，它是土壤碳變化的系統(tǒng)的、敏感的監(jiān)測方法，能夠反映農(nóng)作措施使土壤碳量下降或更新的程度。以自然土壤為參照土壤計算CMI，計算公式如下（公式22）：碳庫指數(shù)（CPI）=樣品總有機碳含量（g kg1）/參考土壤總有機碳含量（g kg1）土壤碳的不穩(wěn)定性，即碳庫活度（L）等于土壤中的LOC與NLOC之比：L=樣品中的易氧化活性有機碳（LOC）/樣品中的非活性有機碳（NLOC）碳損失及其對穩(wěn)定性的影響用活度指數(shù)（LI）表示：LI=樣品的不穩(wěn)定性碳（L）/對照的不穩(wěn)定性碳（L0）基于以上參數(shù)可以得到碳庫管理指數(shù)（CMI）：土壤微生物量碳采用氯仿薰蒸浸提方法測定，方法原理和詳細操作步驟見Vance等（1987）等。具體操作為：稱取25g相當于烘干土壤質量的預培養(yǎng)濕潤土壤與50ml的玻璃瓶中，與盛有50ml氯仿的玻璃瓶一起放入真空干燥器，抽真空至氯仿沸騰后保持3min。將干燥器25℃下放置24h后，再次抽空至完全去除土壤中的氯仿。將土壤完全轉移到200ml裝有50ml L1K2SO4溶液的三角瓶中，充分振蕩30min，過濾，迅速測定濾液中含碳量。薰蒸開始的同時，另稱取等量土壤樣品，加入50ml L1K2SO4溶液浸提，測定濾液中含碳量。并根據(jù)下式計算微生物量碳含量。土壤微生物量碳SMBC（mg kg1）= Ec公式中： ，Ec為薰蒸和未薰蒸土壤K2SO4提取液的碳含量的差值。 輕重組有機碳分離土壤輕組分有機碳(LFOC)是介于動植物殘體與腐殖質類物質之間的一類物質，它可以利用一定密度的重液，通過浮選法進行分離（Christensen，1992）。， g cm1的NaI溶液的玻璃離心管中，攪拌震蕩數(shù)秒后，用NaI溶液將附著在管壁和玻璃棒上的顆粒物洗入懸浮液中，靜置30min后放置離心機中離心30min(825r min1)。利用玻璃濾紙對懸浮液進行真空過濾，并用去離子水洗去剩余的NaI溶液。將浮在濾紙上物質放65℃的烘箱中烘干12h，烘干稱重，這部分為輕組部分，其含的有機碳為輕組有機碳。離心管中的重組部分，反復用去離子水沖洗，直至洗凈離心管中的NaI，然后轉移至鋁盒，水浴鍋上蒸干，烘干烘干稱重，其含的有機碳為重組有機碳。輕組有機碳采用 EA3000型元素分析測定，重組有機碳用重鉻酸鉀容量法測定。采用Anderson等（1981）和武天云等（2004b）描述的方法，并略作修改，各組分分離流程見圖23。稱取10g風干土樣于250ml燒杯，加水100ml，在超聲波發(fā)生器清洗槽中超聲分散30min，然后將分散懸浮液沖洗過53μm篩，直至洗出液變清亮為止，在篩上得到53～2000μm的砂粒和部分植物殘體（SP：sand+POM）。根據(jù)Stockes定律計算每一個粒級分離的離心時間，用離心機對洗出液進行離心，通過不同的離心速度和離心時間分離得到2～53μm粉粒（silt）和＜2μm的粘粒（caly）。 L1CaCl2絮凝，再離心收集。以上各組分轉移至鋁盒后，先在水浴鍋上蒸干，然后置于烘箱內，60℃下12h烘干。，采用重鉻酸鉀法測定有機碳含量。加20g土和150ml水在250ml燒杯中第1次760rmp離心4 min（300ml）第24次550rmp離2min（100ml）300W超聲波處理8min，淋洗過53181。m篩砂粒＞53181。m粘粒＜2181。m粉砂粒（253181。m）圖31 不同大小顆粒有機碳組分的分離流程 Flow chart of different soil particlesize fractionation 團聚體有機碳的分離團聚體分離方法采用Elliott（l986）描述的濕篩法，土壤通過2000μm、250μm和53μm篩子，獲得＞2000μm、250～2000μm、53～250μm、＜53μm四個等級團聚體。具體方法為：稱取過8mm篩的土樣15g，迅速放入浸沒在去離子水中的2000μm篩上，浸泡5min，這個過程主要是由于土壤浸入水中，不穩(wěn)定團聚體由于內部空氣和壓力作用而破裂。然后，在水中上下振幅3cm以分鐘50次濕篩2min，保留在2000μm篩子上的為＞2000μm的大團聚體組分，在250μm篩子上的為250～2000μm的小團聚體組分，在53μm篩子上的為53～250μm的微團聚體組分，通過53μm篩的為＜53μm為粘粒和砂粒結合態(tài)團聚體組分。將所有組分先在水浴鍋上蒸干，然后置于烘箱內，60℃下12h烘干。，采用重鉻酸鉀法測定有機碳含量。 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析實驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel ，并用SPSS軟件進行顯著性檢驗。所有測定結果均以平均值177。標準差或者在圖中以上下影線來表示。文中自然土壤為灌溉年限為0；ABCD表示滴灌，分別代表147團、125團、121團和150團；E表示常規(guī)灌溉（地面灌）棉田土壤，代表142團。第四章 結果與分析 膜下滴灌條件下土壤總有機碳的變化土壤有機碳(Soil organic carbon SOC)是地球陸地生態(tài)系統(tǒng)最重要和活躍的碳庫，是土壤肥力和耕地基礎地力最重要的物質基礎，是評價土壤質量和耕地資源可持續(xù)利用的重要指標（潘根興等，2005； 徐明崗等，2006； Loveland and Webb，2003）。土壤有機碳庫的動態(tài)平衡不僅直接影響著土壤肥力的保持與提高，進而影響土壤質量的優(yōu)劣和作物產(chǎn)量的高低，因而土壤有機碳的變化最終會影響土壤乃至整個陸地生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性（沈宏等，1999）?！毒┒甲h定書》生效后，農(nóng)業(yè)土壤固碳不但是提高土壤肥力和作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的需要，而且對補償我國工業(yè)溫室氣體減排有重要意義（潘根興等，2007）。膜下滴灌是將覆膜種植和滴灌節(jié)水技術相結合的產(chǎn)物，是一項新興的節(jié)水栽培技術，目前在新疆已成為主流的栽培模式，在這樣的種植模式下，開展膜下滴灌棉田土壤有機碳的變化研究，能夠幫助我