不同耕作措施下旱作农田土壤活性有机碳组分与酶活性关系研究

提高农田土壤固碳能力和维持土壤碳库平衡,是有效缓解全球气候变化和减少碳损失的重要途径之一。农田土壤碳库作为土壤碳库的核心组成,由于频繁受到人为活动干扰,土壤碳库中活性有机碳及其碳组分不断处于动态变化当中,而土壤酶作用下土壤有机碳的分解矿化过程是土壤有机碳库周转的核心环节。长期过渡的农业生产活动如耕作措施作为改变土壤有机碳库变化的关键因素,促使土壤有机质输入及有机碳周转速率加快,使得土壤碳库与大气碳库的平衡遭到严重破坏,对土壤农田生态系统可持续发展造成不利影响。黄土高原自然条件恶劣,加之人类过渡的农业生产活动,使得该地区水土流失严重,生态持续恶化。保持农田碳库平衡是保持土壤肥力和提高作物产量及改善该地区生态环境,维持农田生态系统可持续发展的关键。本文依托位于陇中黄土高原旱作雨养农业区长期保护性耕作定位实验,研究了不同耕作措施条件下土壤有机碳以及有机碳组分与土壤酶活性的动态变化以及之间的相关关系,研究结果如下:1.不同耕作措施下,随着小麦生育时期推进,土壤易氧化有机碳表现为先增加,拔节期达到峰值后下降,收获期有所回升。土壤微生物量碳则表现为先增加,在拔节期达到峰值后下降。与常规耕作相比,免耕结合秸秆覆盖能显著提高小麦生育期0-30cm土层土壤易氧化有机碳含量与微生物量碳含量,传统耕作结合秸秆还田、免耕较传统耕作均能提高0-30cm土壤总有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物量碳含量,0-30cm土层均表现为免耕秸秆覆盖>传统耕作结合秸秆还田>免耕>传统耕作。2.不同耕作措施下,随小麦生育时期推进,土壤蔗糖酶活性呈现先上升,在灌浆期出现峰值后逐渐下降的变化规律。淀粉酶,纤维素酶,过氧化物酶,脱氢酶活性呈现先上升,在拔节期出现峰值后逐渐下降至灌浆期,灌浆期到收获后又有所回升。与传统耕作相比较,在研究所涉及的生育时期均有免耕秸秆覆盖、免耕以及传统耕作结合秸秆还田均可提高土壤蔗糖酶、淀粉酶、纤维素酶、过氧化物酶、脱氢酶等参与碳循环的土壤酶活性,对于提升0-10cm土壤酶活性影响明显。3.免耕秸秆覆盖、传统耕作结合秸秆还田、免耕3种不同保护性耕作措施相对于传统耕作,均提高了碳库管理指数,提高土壤易氧化有机碳与土壤总有机碳比值、土壤微生物量碳与总有机碳比值。秸秆处理的土壤易氧化有机碳与土壤总有机碳的比值、土壤微生物量碳与土壤总有机碳的比值高于无秸秆处理,且免耕处理要高于翻耕处理,尤其是对0-10cm土层作用明显。4.不同耕作措施下整个生育期内,0-30cm土层土壤易氧化有机碳与土壤酶、土壤总有机碳、土壤微生物量碳均呈现极显著正相关关系,土壤总有机碳、土壤微生物量碳在0-5cm土层均与土壤酶有显著正相关关系,5种土壤酶除5-10cm、10-30cm土壤蔗糖酶与其它酶相关性较低外,其它酶在不同土层之间均呈现极显著相关或显著相关。5.0-10cm土层,土壤蔗糖酶活性增加有利于土壤总有机碳、土壤易氧化有机碳、土壤微生物量碳的积累,土壤纤维素酶活性增加有利于土壤易氧化有机碳、土壤微生物量碳含量增加,土壤淀粉酶、脱氢酶对土壤易氧化有机碳作用显著。