研究以不同種植模式的蔬菜地土壤為例論文

　　土壤作為全球碳循環(huán)的源和匯，其微小變化就能引起大氣中CO2濃度的較大波動，從而對全球環(huán)境變化產(chǎn)生重大影響。據(jù)估算，土壤中以有機質(zhì)形式存在的碳含量（約1550Pg）約占陸地總有機碳庫的2/3,為大氣碳庫的2倍。國外科學家提出，農(nóng)業(yè)土壤固碳是唯一在控制氣候變化上沒有遺憾的技術(shù)。根據(jù)IPCC建議，89%的農(nóng)業(yè)溫室氣體減排潛力在于提高土壤固碳水平方面。良好的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)是提高土壤固碳水平的有效方式，而有機農(nóng)業(yè)與常規(guī)農(nóng)業(yè)系統(tǒng)相比，在土地資源利用、養(yǎng)分管理、肥料運籌以及病蟲害防治等方面顯著不同，因此有機農(nóng)業(yè)被認為具有更大的減緩農(nóng)田土壤溫室氣體排放的潛力。有機農(nóng)業(yè)內(nèi)涵完全符合低碳經(jīng)濟的要求，是國際社會認同的具有環(huán)保理念的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

　　近年來，有機農(nóng)業(yè)及其相關(guān)的學術(shù)研究得到了較快的發(fā)展。Clark等通過八年的田間定位試驗發(fā)現(xiàn)有機種植能夠明顯提高土壤有機碳的含量，而常規(guī)種植方式下土壤有機碳卻沒有明顯變化；這一種結(jié)論在Pimentel等的試驗結(jié)果中得到了驗證。

　　Fliessbach等通過長期定位試驗發(fā)現(xiàn)施用有機肥的土壤有機碳提高了1%,而不施肥和施用化肥的土壤有機碳分別降低了22%和15%.Liu等研究表明有機種植系統(tǒng)中土壤微生物多樣性顯著高于常規(guī)種植系統(tǒng)。也有研究表明有機種植系統(tǒng)中的土壤微生物量和土壤酶活性顯著高于常規(guī)種植系統(tǒng)。我國有機種植業(yè)起步較晚，相關(guān)研究則主要致力于通過對有機和常規(guī)種植的相互比較來制定各種生產(chǎn)、加工和銷售的管理條例，而有關(guān)有機農(nóng)業(yè)和常規(guī)農(nóng)業(yè)的固碳特性、固碳潛力方面的比較研究鮮有報道，尤其是對于在我國種植業(yè)結(jié)構(gòu)中所占比重越來越高的蔬菜生產(chǎn)的固碳潛力研究較缺乏。

　　本文以南京普朗克有機農(nóng)場長期定位觀測的菜地土壤為研究對象，比較有機種植（有機露地和有機大棚）和常規(guī)種植模式下蔬菜地土壤有機碳、腐殖質(zhì)組分碳含量及特性的動態(tài)變化，分析不同種植模式與土壤固碳特性的關(guān)系，為實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)與實踐借鑒。

　　材料與方法試驗區(qū)概況從2003年開始，采用GPS定位技術(shù)在南京市溧水縣境內(nèi)的普朗克有機農(nóng)場（118°34'~119°14'E,31°23'~31°48'N）選取9個地塊作為長期監(jiān)測采樣地塊（表1），每塊面積約0.5hm2,供試土壤為由黃棕壤發(fā)育演變而成的菜園土。該農(nóng)場屬北亞熱帶季風氣候，年平均降水量為1037mm,年均氣溫15.5℃，年均日照2146h.試驗開始前，各地塊均有拋荒數(shù)年的歷史，土壤養(yǎng)分含量較低。2003年供試土壤耕層（0~20cm）的基本理化性質(zhì)見表2.

　　試驗設(shè)置本試驗共設(shè)3種種植模式：兩個有機種植模式組（有機露地種植用OR表示；有機大棚種植用ZH表示）和一個常規(guī)露地種植模式組（CN）。其中2006年獲得有機認證的大棚種植模式ZH的輪作頻率高于2003年獲得有機認證的露地種植模式OR.

　　為避免互相干擾，常規(guī)地塊與有機地塊的過渡區(qū)域足夠大。各地塊均采取輪作的方式種植蔬菜，作物種類見表1.OR和ZH施用的有機肥（有效活菌數(shù)≥0.5×108CFUg-1,有機質(zhì)含量≥250gkg-1,速效氮612.5mgkg-1,pH6.24）是經(jīng)過環(huán)境保護部有機食品發(fā)展中心認證的，每年每季蔬菜施用量為7.5thm-2,并且無植保化學投入品，采用物理和生物措施防治病蟲害。CN種植模式主要施用尿素（N,≥46%），過磷酸鈣（P2O5,≥16%）、氯化鉀（K2O,≥50%），每年每季蔬菜施氮量為200~400kghm-2,按氮、磷、鉀的質(zhì)量比1∶0.35∶0.15的比例施肥；植保化學投入品為市售多菌靈、阿維菌素及分除蟲菊酯（使用量為生產(chǎn)上推薦使用量）。其他栽培管理方式保持一致。5期褚慧等：不同種植模式下菜地土壤腐殖質(zhì)組分特性的動態(tài)變化9331.3樣品采集與分析本研究自2004年開始，每隔一年于上述地塊中采用棋盤法選擇8~10個采樣點，采集0~20cm土層的土樣，混合均勻后再按四分法進行取舍，保留1kg左右土樣裝袋帶回實驗室，自然晾干并去除植物根系、礫石后研磨過篩備用。

　　土壤容重采用環(huán)刀法測定；土壤有機碳、全氮、全磷、有效磷、速效鉀、pH的測定參考文獻[11];土壤腐殖質(zhì)的提取和分離參照Kumada等的方法，用0.1molL-1NaOH+0.1molL-1Na4P2O7混合液（pH=13）作為提取劑提取；可提取腐殖物質(zhì)（HE）、胡敏酸（HA）的含碳量采用重鉻酸鉀比色法；富里酸（FA）含碳量采用差減法獲得。胡敏酸和富里酸的光學性質(zhì)采用可見光比色法（722N型分光光度計），用色調(diào)系數(shù)（ΔlogK）和光學密度值E4/E6來表示，其中ΔlogK為胡敏酸（或富里酸）在400nm吸光值的對數(shù)（logK）與600nm吸光值的對數(shù)（logK）的差值，E4/E6值為胡敏酸（或富里酸）在波長465nm與665nm處分別測定的吸光度的比值。

　　數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)采用SPSS16.0進行方差分析，同時用Ex-cel2003繪圖。

　　結(jié)果不同種植模式下菜地土壤有機碳含量的變化不同種植模式影響土壤有機碳的積累。監(jiān)測結(jié)果（表3）顯示，與2004年相比，至2012年OR有機碳含量增加34.53%,差異達到極顯著水平（p<0.01）；而ZH在有機轉(zhuǎn)換初期土壤有機碳含量低，經(jīng)過三年轉(zhuǎn)換期（2004-2006）后，土壤有機碳增加明顯，2012年較2004年增加125.0%,差異極顯著（p<0.01）；而CN模式2012年土壤有機碳含量較2004年僅增加11.11%,差異不顯著，OR和ZH有機碳含量增幅明顯大于CN.表3的監(jiān)測結(jié)果還可以看出，2004-2006年間3種種植模式下的土壤有機碳含量均無顯著性差異，至2008年后，OR、ZH的土壤有機碳含量遠遠超過CN,差異顯著（p<0.05），土壤在有機種植模式下將更利于土壤有機碳的積累。

　　2004-2008年，OR土壤有機碳含量高于ZH,2008年后，相較于種植時間較長的OR,種植時間較短的ZH的土壤有機碳含量增加較快，至2012年有機種植6年的大棚模式ZH的有機碳含量甚至顯著高于有機種植9年的露地模式OR（p<0.05）。不同種植模式下土壤腐殖質(zhì)組成及其特性變化2.2.1不同種植模式下土壤腐殖質(zhì)各組分碳含量的變化腐殖質(zhì)作為土壤有機碳的最大組成部分，對土壤中許多復(fù)雜化學反應(yīng)起重要作用，其主要成分包括胡敏酸（HA）、富里酸（FA）和胡敏素（HM）。HA是腐殖質(zhì)中最活躍的，其酸度較FA要小，呈微酸性，但陽離子交換量高，對土壤結(jié)構(gòu)形成起重要作用。FA分子量較小、活性較大、氧化程度較高，既是形成HA的一級物質(zhì)，又是HA分解的一級產(chǎn)物，在HA的積累和更新中起重要的作用。