【正文】 膜下滴灌是將覆膜種植和滴灌節(jié)水技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是一項新興的節(jié)水栽培技術(shù)，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，能夠幫助我們進一。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(zhì)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）。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。所有測定結(jié)果均以平均值177。采用重鉻酸鉀法測定有機碳含量。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(jié)合態(tài)團聚體組分。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。m粘粒＜2181。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。以上各組分轉(zhuǎn)移至鋁盒后，先在水浴鍋上蒸干，然后置于烘箱內(nèi)，60℃下12h烘干。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）。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。離心管中的重組部分，反復(fù)用去離子水沖洗，直至洗凈離心管中的NaI，然后轉(zhuǎn)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。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。 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(zhì)類物質(zhì)之間的一類物質(zhì)，它可以利用一定密度的重液，通過浮選法進行分離（Christensen，1992）。并根據(jù)下式計算微生物量碳含量。將土壤完全轉(zhuǎn)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。具體操作為：稱取25g相當于烘干土壤質(zhì)量的預(yù)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。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。易氧化活性有機碳計算見公式21。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。稀釋樣品用分光光度計在565nm處測定吸光值。稱取約含15mg碳的土壤樣品，轉(zhuǎn)移至50ml塑料離心管中，以不加土樣作為空白。 測定方法土壤理化性質(zhì)按照常規(guī)方法測定（魯如坤，1999）。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(fēng)干，用于測定土壤團聚體有機碳組分庫；一份自然風(fēng)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。 kg左右，裝入布袋。常規(guī)灌溉棉田選擇142團作為對照。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。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。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。該區(qū)域為典型的山盆結(jié)構(gòu)，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。27′～ 86176。21′～ 45176。具體的技術(shù)路線見圖21。采取室內(nèi)分析理化性質(zhì)及有機碳庫與野外調(diào)查相結(jié)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。 研究技術(shù)路線本文通過調(diào)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。具體的研究內(nèi)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(shù)，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。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。第二章 研究內(nèi)容與目標 研究目標本文應(yīng)用有機碳的化學(xué)、生物和物理分組技術(shù)，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(zhì)量的影響，尋求能夠指示土壤質(zhì)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(zhì)量評價和土壤資源持續(xù)利用提供數(shù)據(jù)資料。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。 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。武天云等（2003）研究發(fā)現(xiàn)單施有機肥可顯著增加黑壚土不同大小顆粒有機碳的含量，砂粒、粗粉砂粒、細粉砂粒、粗粘粒和細粘粒有機碳含量分別較CK增加了122%、10%、61%、16%和169%，氮磷與有機肥配施也有與單施有機肥相似的效果。沈宏等（1999）研究了長期施肥對農(nóng)田土壤碳庫的影響，發(fā)現(xiàn)長期施用有機肥和有機無機肥配合施用，土壤有機碳、微生物量碳、易氧化碳、可礦化碳含量均明顯升高。對不同組分有機碳的影響上，施化肥和有機肥也基本表現(xiàn)出與土壤總有機碳相同的變化趨勢。施用有機肥或化肥有機肥配施會提高有機碳含量（勞秀榮等，2003）。國內(nèi)大部分研究則說明NPK配合施用可以增加土壤有機碳的含量（金琳等，2008；王旭東等，2000；何云峰等，1998；吳景貴等，1998）。 施肥施肥能夠增加土壤有機碳，但長期施用化學(xué)肥料后有機碳的變化比較復(fù)雜，一方面可以通過增加有機殘體的輸入和改變土壤水分條件增加有機碳含量，另一方面土壤養(yǎng)分條件的改善也有利于土壤微生物數(shù)量的增多和活性的增強，從而增加土壤有機碳的分解。作物輪作對于不同顆粒有機碳也有顯著影響，如谷類作物連作與谷類作物夏閑輪作相比，0～5cm土層砂粒、粗粉砂粒和細粉砂粒有機碳分別增加了104%、11%和15%。玉米豆科作物輪作更有利于提高土壤HA/FA比值、HA的E4/E6比值，提高土壤松結(jié)合態(tài)腐殖質(zhì)含量以及土壤重組腐殖質(zhì)碳的松/穩(wěn)和松/緊比值（劉淑霞等，2008）。禾谷類作物如小麥和大麥殘體中所含的纖維素比例高于玉米殘體，對土壤有機碳的增加作用更加顯著（Buyanovsky and Wagner，1997）。 輪作輪作改變作物殘體或根系數(shù)量、種類，有利于控制雜草和病蟲害防治，影響到土壤有機碳的固定、礦化，是增加土壤有機碳含量，提高土壤肥力的重要措施（李小涵等，2008）。武天云等（2003）研究了長期耕作對加拿大褐灰鈣土不同顆粒有機碳的影響。Six等（1998），微團聚體（53～250μm）中的有機碳是耕作模式下的5倍，免耕使有機碳在微團聚體中富集。同時免耕減少對表層土壤的擾動，使土壤侵蝕強度降低，有利于土壤有機碳的積累。其次，耕作改變土壤環(huán)境，提高了土壤表層溫度和土壤透氣性，降低土壤含水量，利于微生物活動，加強了對有機碳的礦化分解（楊景成等，2003）。 耕作土壤有機碳的動態(tài)變化在很大程度上受秸稈還田、免耕、灌溉等農(nóng)業(yè)耕作管理措施的影響（韓冰等，2008）。崔志強等（2008）對長期地膜覆蓋下棕壤活性有機碳的研究表明，長期地膜覆蓋使表層（0～20cm）土壤活性有機碳顯著增加，而對深層活性有機碳影響不明顯。地膜覆蓋有機碳平衡出現(xiàn)嚴重虧損，高于露地栽培，且主要以緊結(jié)態(tài)碳為主（劉金城等，1991）。靳萬貴等（2001）研究了膜下滴灌對鹽堿荒地耕層土壤理化性質(zhì)的影響，結(jié)果表明膜下滴灌條件耕層土壤有機質(zhì)在8月24日之前迅速下降，而行間自始至終平穩(wěn)降低。地膜覆蓋后，地膜與土壤之間設(shè)置了一道物理阻隔，膜下土壤至作物冠層形成一個相對獨立的微生態(tài)系統(tǒng)，提高了地溫和土壤水分含量，增強了微生物活性，降低了有機物的殘留率，導(dǎo)致原有的有機碳損失（崔志強等，2008）。雷春英和田長彥（2008）研究表明，干旱區(qū)荒地開墾提高了土壤有機碳和活性有機碳含量。就全球平均而言，草地開墾成農(nóng)田導(dǎo)致1 m深度土層內(nèi)的土壤碳損失20%～30%（吳建國等，2004）。內(nèi)蒙古錫林郭勒地區(qū)的草甸草原區(qū)，開墾現(xiàn)象普遍，草甸草原開墾后不同層次土壤有機碳損失為34%（0～1cm）、38%（1～6cm）、36%（10～15cm），而且損失主要發(fā)生在35cm以上（王艷芬等，1988），而且使農(nóng)田0～10cm和10～20cm土層有機碳趨于一致（耿元波等，2008）。不同地區(qū)、不同土壤類型以及不同開墾年限的土壤對有機碳含量影響不同，有機碳含量下降變化幅度介于10%～60%之間，其中土壤表層下降幅度最大在32%～60%之間。而土壤中的腐殖質(zhì)、重組、與粘粒結(jié)合有機碳等難降解碳庫由于不會在中短期內(nèi)波動，對有機碳具有較強的固持作用，對全球碳匯的意義重大（Falloon and Smith，2000）。團聚體有機碳容易和團聚體分離，對農(nóng)業(yè)耕作措施反應(yīng)迅速，是土壤有機碳潛在周轉(zhuǎn)的特征組分，在研究不同農(nóng)業(yè)措施條件下土壤碳組分和土壤質(zhì)量的關(guān)系時，是一種比土壤全有機碳（TOC）更敏感的土壤質(zhì)量變化的指示物（Chan et al，2002）。Six等（2000）等提出的概念性模型和測試方法更真實地反映了一部分有機碳在土壤中的轉(zhuǎn)化過和固定過程，而且更注重有機殘體的固定過程和對土壤結(jié)構(gòu)的改善。大團聚體中有機碳形成團聚體內(nèi)部粗顆粒有機碳（coarse POC），其繼續(xù)分解和分裂形成細顆粒有機碳（fine POC）。把大團聚體中的微團聚體內(nèi)部的POC稱作Intramicroaggregate POC。研究也說明，POC大部分由土壤有機碳的輕組分組成，其特征和大小與輕組有機碳十分相似，但也包括某些重組有機碳（Franzluebbers and Arshad，1997，Cambardella and Elliott 1992）。POC不但增加了大團聚體中的有機碳數(shù)量，同時也增加了大團聚體的穩(wěn)定性。 團聚體中有機碳Tisdall and Oades（1982）提出了土壤團聚體形成模型，認為有機無機復(fù)合體組分了 53μm的微團聚體結(jié)構(gòu)，微團聚體在作物根系、微生物菌絲體粘結(jié)作用下形成250μm的大團聚體。其中砂粒、粗粉砂粒和細粘粒中的有機碳被認為是土壤有機碳的易分解碳庫，細粉砂粒和粗粘粒有機碳被認為是土壤的惰性碳庫（Christensen，2001；Tiessen and Stewart，1983）。砂粒有機碳是其它各組中的有機碳的源，在微生物作用下發(fā)生腐殖化過程并逐漸向其它粒徑的顆粒轉(zhuǎn)移（Christensen and Scrensen，1985），但轉(zhuǎn)移的順序不遵守從大顆粒到小顆粒的次序（Anderson，1979）。由于土壤顆粒大小不同，其表面化學(xué)性質(zhì)就不同，它們結(jié)合的有機碳的量、組成、化學(xué)性質(zhì)、抗分解能力也存在本質(zhì)的區(qū)別（Anderson et al，1981），而這些因素綜合作用的結(jié)果就使各級土壤顆粒結(jié)合的有機碳對耕作、施肥等農(nóng)業(yè)措施的反應(yīng)不同（Tiessen and Stewart，1983； Dalal and Mayer，1986；Christensen，2001）。這些原生土壤顆粒根據(jù)其大小分為砂粒（53μm）、粗粉砂粒（20～53μm）、細粉砂粒（2～20μm）、粗粘粒（～2μm）和細粘粒（）（武天云等，2004b）。目前對HFOC的組成和性質(zhì)的研究相對較少。LFOC轉(zhuǎn)化分解迅速，一般只有幾周到幾十年（Buyanovsky et al，1994），分解速率是HFOC的2～11倍，故LFOC比土壤總有機碳對耕作、施肥等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)措施的響應(yīng)更快（Bremer et al，1994，1995），這樣就給判斷這些措施對土壤質(zhì)量的影響提供了一個非常快速而有效的手段。LFOC具有較高的生物活性，轉(zhuǎn)化時間短，是土壤中不穩(wěn)定有機碳庫的重要組成部分。 土壤有機碳的比重分組土壤有機碳比重分組技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀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，它們中的有機碳被分別稱作輕組有機碳（LFOC）和重組有機碳（HFOC）（Christensen，1992）。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碳的活性碳庫，也說明土壤微生物