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(dòng)，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(jī)質(zhì)形式存在的碳含量（約1550Pg）約占陸地總有機(jī)碳庫的2/3,為大氣碳庫的2倍。國外科學(xué)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(jī)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(yùn)籌以及病蟲害防治等方面顯著不同，因此有機(jī)農(nóng)業(yè)被認(rèn)為具有更大的減緩農(nóng)田土壤溫室氣體排放的潛力。有機(jī)農(nóng)業(yè)內(nèi)涵完全符合低碳經(jīng)濟(jì)的要求，是國際社會認(rèn)同的具有環(huán)保理念的農(nóng)業(yè)發(fā)展模式。

　　近年來，有機(jī)農(nóng)業(yè)及其相關(guān)的學(xué)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(yàn)發(fā)現(xiàn)有機(jī)種植能夠明顯提高土壤有機(jī)碳的含量，而常規(guī)種植方式下土壤有機(jī)碳卻沒有明顯變化；這一種結(jié)論在Pimentel等的試驗(yàn)結(jié)果中得到了驗(yàn)證。

　　Fliessbach等通過長期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用有機(jī)肥的土壤有機(jī)碳提高了1%,而不施肥和施用化肥的土壤有機(jī)碳分別降低了22%和15%.Liu等研究表明有機(jī)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(jī)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(jī)種植業(yè)起步較晚，相關(guān)研究則主要致力于通過對有機(jī)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?xiàng)l例，而有關(guān)有機(jī)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(bào)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(jī)農(nóng)場長期定位觀測的菜地土壤為研究對象，比較有機(jī)種植（有機(jī)露地和有機(jī)大棚）和常規(guī)種植模式下蔬菜地土壤有機(jī)碳、腐殖質(zhì)組分碳含量及特性的動(dòng)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(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)與實(shí)踐借鑒。

　　材料與方法試驗(yàn)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(jī)農(nóng)場（118°34'~119°14'E,31°23'~31°48'N）選取9個(gè)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(fēng)氣候，年平均降水量為1037mm,年均氣溫15.5℃，年均日照2146h.試驗(yàn)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(yàn)設(shè)置本試驗(yàn)共設(shè)3種種植模式：兩個(gè)有機(jī)種植模式組（有機(jī)露地種植用OR表示；有機(jī)大棚種植用ZH表示）和一個(gè)常規(guī)露地種植模式組（CN）。其中2006年獲得有機(jī)認(rèn)證的大棚種植模式ZH的輪作頻率高于2003年獲得有機(jī)認(rèn)證的露地種植模式OR.

　　為避免互相干擾，常規(guī)地塊與有機(jī)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(jī)肥（有效活菌數(shù)≥0.5×108CFUg-1,有機(jī)質(zhì)含量≥250gkg-1,速效氮612.5mgkg-1,pH6.24）是經(jīng)過環(huán)境保護(hù)部有機(jī)食品發(fā)展中心認(rèn)證的，每年每季蔬菜施用量為7.5thm-2,并且無植保化學(xué)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(xué)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(dòng)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(gè)采樣點(diǎn)，采集0~20cm土層的土樣，混合均勻后再按四分法進(jìn)行取舍，保留1kg左右土樣裝袋帶回實(shí)驗(yàn)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(jī)碳、全氮、全磷、有效磷、速效鉀、pH的測定參考文獻(xiàn)[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(xué)性質(zhì)采用可見光比色法（722N型分光光度計(jì)），用色調(diào)系數(shù)（ΔlogK）和光學(xué)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(jìn)行方差分析，同時(shí)用Ex-cel2003繪圖。

　　結(jié)果不同種植模式下菜地土壤有機(jī)碳含量的變化不同種植模式影響土壤有機(jī)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(jī)碳含量增加34.53%,差異達(dá)到極顯著水平（p<0.01）；而ZH在有機(jī)轉(zhuǎn)換初期土壤有機(jī)碳含量低，經(jīng)過三年轉(zhuǎn)換期（2004-2006）后，土壤有機(jī)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(jī)碳含量較2004年僅增加11.11%,差異不顯著，OR和ZH有機(jī)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(jī)碳含量均無顯著性差異，至2008年后，OR、ZH的土壤有機(jī)碳含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過CN,差異顯著（p<0.05），土壤在有機(jī)種植模式下將更利于土壤有機(jī)碳的積累。

　　2004-2008年，OR土壤有機(jī)碳含量高于ZH,2008年后，相較于種植時(shí)間較長的OR,種植時(shí)間較短的ZH的土壤有機(jī)碳含量增加較快，至2012年有機(jī)種植6年的大棚模式ZH的有機(jī)碳含量甚至顯著高于有機(jī)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(jī)碳的最大組成部分，對土壤中許多復(fù)雜化學(xué)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。