【正文】 112%,and decreased after correlation analysis of soil organic carbon, different organic carbon fractions, soil physical and chemical properties and yield show that tillage at the natural soil with low organic carbon ,can increase the storage of soil organic and improve the productivity of the farmland by irrigation 68a which will be a suitable tillage and irrigation years, and the soil of oasis farmland may bee potential carbon sink. After 68a, the soil organic carbon of oasis farmland showed decreased trend, and the cultivated land fertility existing degradation risk. (2) Compared with natural soil and conventional irrigation, drip irrigation under mulch cultivation model improved the soil labile organic carbon (LOC), microbial biomass carbon and carbon management index(CMI), and respectively increases by an average of %,% and %, but the silt organic carbon increased with the irrigation years. The heavy and clay organic carbon increased with the irrigation years is different from the conventional irrigation, and annual average increased more than kg1. Silt and clay organomineral colloidal plex for the protection and control effect of organic carbon became strengthened, enhanced (4) Compared with natural soil, drip irrigation and conventional irrigation increased 250μm of waterstable aggregates, 53~250μm microaggregates and carbon content and organic carbon in the soil and the distribution of the ratio of different membrane 47a under the postirrigation, 50μm of waterstable aggregates and carbon content showed a downward trend, and 53~250μm microaggregates of the carbon content in the drip rate of increase is higher than the conventional irrigation。 Oasis farmland。 Organic Carbon fractions目 錄第一章 前言 1 研究的意義 1 膜下滴灌技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展 1 土壤有機(jī)碳分組技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 5 11 本文研究目的和必要性 14第二章 研究?jī)?nèi)容與目標(biāo) 16 研究目標(biāo) 16 研究?jī)?nèi)容 16 研究技術(shù)路線 16第三章 材料與方法 18 樣品采集與處理 18 測(cè)定方法 19 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 22第四章 結(jié)果與分析 24 膜下滴灌條件下土壤總有機(jī)碳的變化 24 膜下滴灌條件下土壤易氧化活性有機(jī)碳含量及CMI 26 膜下滴灌條件下土壤微生物量碳的變化 29 膜下滴灌條件下土壤物理組分碳庫(kù)的變化 30 討論 50 小結(jié) 53第五章 土壤有機(jī)碳庫(kù)以及與土壤理化性質(zhì)和產(chǎn)量間的關(guān)系 56 不同有機(jī)碳庫(kù)與總有機(jī)碳之間的關(guān)系 56 不同分組有機(jī)碳庫(kù)間相關(guān)性分析 57 不同有機(jī)碳庫(kù)與土壤理化性質(zhì)及產(chǎn)量相關(guān)性分析 58 小結(jié) 60第六章 結(jié)論與展望 62 主要結(jié)論 62 本研究的特色與創(chuàng)新點(diǎn) 63 研究展望 64參考文獻(xiàn) 65致謝 72作者簡(jiǎn)介 7377新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章 前言 研究的意義農(nóng)田土壤是一種重要的土地利用類型，其面積達(dá)133 800萬(wàn)hm2，碳儲(chǔ)量約為140～170Pg (1Pg= 1015g)，達(dá)到全球陸地碳貯量的10 %（楊景成等，2003）。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤碳庫(kù)研究一直是農(nóng)業(yè)、生態(tài)和環(huán)境領(lǐng)域的一個(gè)主要方向，土地利用、耕作、作物類型、種植密度、灌溉、施肥等管理措施以及其他人為活動(dòng)都能快速影響農(nóng)田有機(jī)碳庫(kù)，其碳庫(kù)可以在5～10a的尺度上快速調(diào)節(jié)。膜下滴灌是當(dāng)今先進(jìn)的節(jié)水灌溉技術(shù)和覆膜栽培技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，同傳統(tǒng)的灌水方式和栽培技術(shù)相比具有節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和高效的優(yōu)點(diǎn)。而新疆作為我國(guó)重要的優(yōu)質(zhì)棉花生產(chǎn)基地和對(duì)外出口地，棉花產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展中重要的支柱產(chǎn)業(yè)。在這樣的種植模式下，開(kāi)展膜下滴灌土壤有機(jī)碳的變化研究，能夠幫助我們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)農(nóng)業(yè)管理措施下棉田土壤有機(jī)碳的變化特征，為探索有效的農(nóng)業(yè)管理措施提供依據(jù)。 膜下滴灌技術(shù)的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展棉花膜下滴灌（Cotton underfilm Drip Irrigation）技術(shù)是新疆在節(jié)水灌溉實(shí)踐中，將滴灌管帶鋪設(shè)于地膜下，使滴灌技術(shù)和地膜栽培技術(shù)相結(jié)合而形成的一種新型的田間灌溉方法，為內(nèi)陸干旱區(qū)發(fā)展高效節(jié)水灌溉開(kāi)辟了一個(gè)新途徑，是我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水技術(shù)的重大發(fā)展。1951年日本開(kāi)始試驗(yàn)應(yīng)用塑料薄膜代替油紙和玻璃, 此后在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用便得到迅速發(fā)展(張德奇等, 2005)。法國(guó)、意大利、英國(guó)、聯(lián)邦德國(guó)、西班牙、韓國(guó)等國(guó)家在地膜覆蓋栽培技術(shù)的研究、應(yīng)用及覆蓋材料的開(kāi)發(fā)利用方面也取得重要進(jìn)展。截至到2006年地膜使用面積每年超過(guò) 106 hm2，使我國(guó)成為世界上最大的地膜生產(chǎn)國(guó)和使用國(guó)，105 hm2，而棉田地膜覆蓋率達(dá)到100%。對(duì)剛出土的幼苗來(lái)說(shuō)，具有保根促苗等作用。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(zhǎng)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。 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(rùn)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)。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(guó)開(kāi)始試驗(yàn)滴灌技術(shù)， 萬(wàn)hm2，成為世界上發(fā)展滴灌最快的國(guó)家；1971 年在以色列特拉維夫、1974 年在美國(guó)圣地亞哥、1985 年在美國(guó)福蘭斯諾、1988 年在匈牙利四次召開(kāi)世界滴灌會(huì)議之后，滴灌技術(shù)在美國(guó)、澳大利亞以及英國(guó)、法國(guó)等國(guó)和地區(qū)逐步得到推廣應(yīng)用。1974 年我國(guó)由墨西哥引進(jìn)滴灌技術(shù)和設(shè)備(許越先等，1992)，從此開(kāi)始了滴灌技術(shù)的研究和應(yīng)用。1996年以來(lái)，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。新疆天業(yè)集團(tuán)開(kāi)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(guó)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(kāi)發(fā)。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。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。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(duì)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(zhǎng)勢(shì)很好，在一定程度也增加了植株對(duì)病蟲(chóng)害的抵抗能力。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。結(jié)果表明，膜下滴灌棉花能保證棉花的生長(zhǎng)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(zhǎng)，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%。陳多方等（2000）利用蒸滲儀對(duì)膜下滴灌棉花的蒸發(fā)蒸騰規(guī)律進(jìn)行了研究。周建偉等（2001）對(duì)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(zhǎng)發(fā)育好。程冬玲和吳恩忍（2001）對(duì)膜下滴灌棉花的兩種種植方式進(jìn)行了試驗(yàn)研究。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(duì)作物的一系列生長(zhǎng)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。李富先等（2002）對(duì)膜下滴灌田間小氣候進(jìn)行了試驗(yàn)研究和理論分析。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(shì)，水平方向在0～35cm各層變化明顯。分析表明，兩種灌水方式下的棉花生長(zhǎng)對(duì)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。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(duì)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)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)雖然僅占礦質(zhì)土壤總量的極小比例，但對(duì)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）?？梢?jiàn)土壤有機(jī)碳的重要作用不只局限于對(duì)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(lái)。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(duì)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）。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）。此外，依據(jù)土壤有機(jī)碳對(duì)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(guò)量的KMnO4（316333 mmol L1）測(cè)定土壤中易氧化有機(jī)碳，依次獲得活性高、中、低三個(gè)級(jí)別的有機(jī)碳及不能被氧化的惰性有機(jī)碳。CMI指標(biāo)提供了一個(gè)監(jiān)測(cè)土壤碳變化的系統(tǒng)的、敏感的監(jiān)測(cè)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。CMI上升，表明施肥耕作對(duì)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。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）。一方面它們參與土壤碳、氮等元素的循環(huán)過(guò)程和土壤礦物質(zhì)的礦化過(guò)程，對(duì)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(yíng)養(yǎng)元素是植物可直接利用的速效養(yǎng)分（Gregorich et al，1994）。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(duì)土壤肥力的影響。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(kù)，不屬于腐殖質(zhì)類物質(zhì)（武天云等，2004a）。一半以上的土壤微生物和酶活性與LFOC有關(guān)（Gregorich et al，1994），而且土壤呼吸速率、微生物量N（Janzen et al，1992）、土壤礦化碳（Bremer et al，1994）、礦化氮（Janzen，1987）等均與輕組含量有顯著的正相關(guān)，表明LFOC是可以表征土壤肥力和養(yǎng)分平衡的敏感性指標(biāo)（宇萬(wàn)太等，2008）。HFOC主要是存在于有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合體中的有機(jī)質(zhì)，主要成分是腐殖質(zhì)，其含量一般占總有機(jī)碳含量的70%～80 %（Christensen，1992）。 土壤顆粒大小分組土壤固相由不同形態(tài)和大小的土壤顆粒組成，在土壤顆粒分級(jí)過(guò)程中，土壤團(tuán)聚體被破壞，構(gòu)成其土壤顆粒均被分散為原生土壤顆粒。與這些不同大小土壤原生顆粒結(jié)合