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水资源短缺一直以来就是新疆经济社会发展的主要限制因素,膜下滴灌是当今世界最先进的节水灌溉技术和覆膜栽培技术相结合的产物,也是新疆农业发展中的主流趋势。在覆膜和滴灌的综合效应下,土壤物理、化学、微生物等土壤水肥生态环境以及作物的生长都发生了变化。然而以往的研究主要集中在膜下滴灌土壤水盐运移规律、水分利用率、温度、增产机理以及经济社会效益方面,而对有机碳的研究也主要集中在腐殖质元素组成、功能团结构和性质方面,缺乏对有机碳活性组分及物理分组碳库之间的研究。为此,本文以棉田土壤为研究对象,利用有机碳分组技术,开展膜下滴灌栽培模式对棉田土壤有机碳组分特征影响以及有机碳库间与土壤肥力和产量之间相关关系研究,探讨膜下滴灌土壤有机碳变化规律,得出以下主要结论:
(1)与自然土壤相比,土壤有机碳在膜下滴灌和常规灌溉6~8α内呈现增加趋势,显著提高了67%~112%,6~8α后开始下降。在低土壤有机碳的自然土壤开垦耕作后,灌溉6~8α,能增加土壤有机碳的储量和提高耕地的生产力,将是比较合理的耕作灌溉时间,绿洲农田土壤可能成为潜在的碳汇。6~8α后,绿洲农田土壤有机碳呈现出下降的趋势,耕地地力又存在退化风险。
(2)与自然土壤和常规灌溉相比,膜下滴灌栽培模式提高了土壤中易氧化活性有机碳、土壤微生物量碳含量以及碳库管理指数,分别平均提高了37%、1005%和32%,增强了土壤有机碳的活性,缩短了有机碳的周转时间,有利于土壤养分有效性的提高和耕地地力的提升。
(3)与自然土壤相比,灌溉6~8α土壤轻组有机碳和砂粒有机碳在膜下滴灌下平均提高了44%和52%,常规灌溉下提高了72%和260%,6~8α后开始下降;粉砂粒有机碳则随灌溉年限的延长而增加。与常规灌溉不同,重组有机碳和粘粒有机碳随滴灌时间的延长增加,年均增加在0.16 gkg-1以上。粉砂粒和粘粒有机.无机复合体对有机碳的保护和控制作用加强,增强了土壤有机碳的抗氧化能力和难降解性,有利于土壤稳定态有机碳积累和固定,可能促进生态环境向良性方向发展。
(4)与自然土壤相比,膜下滴灌和常规灌提高了>250μm的水稳性团聚和53~250μm微团聚体碳含量以及在有机碳中的分配比例,不同的是膜下灌溉4~7α后,>250μm的水稳性团聚体碳表现出下降趋势;膜下滴灌和常规灌降低了<53μm团聚体碳在总有机碳中的比例分配,<53μm团聚体碳在膜下滴灌下表现出下降趋势,而在常规灌溉下呈现增加趋势。土壤物理结构可能趋于良性发展。
(5)土壤有机碳库及其分库间与土壤pH、CEC、EC、全氮、速氮等理化指标和产量之间显著相关。自然土壤开垦耕作后,不同有机碳组分间相互作用,对作物产量产生直接或间接影响,而土壤易氧化活性有机碳、轻组有机碳、微生物量碳和砂粒有机碳对绿洲农田生产力和土壤质量的影响显著,可以作为评价土壤质量变化的敏感性指标。