研究以不同种植模式的蔬菜地土壤为例论文

研究以不同种植模式的蔬菜地土壤为例论文

　　土壤作为全球碳循环的源和汇，其微小变化就能引起大气中CO2浓度的较大波动，从而对全球环境变化产生重大影响。据估算，土壤中以有机质形式存在的碳含量（约1550Pg）约占陆地总有机碳库的2/3,为大气碳库的2倍。国外科学家提出，农业土壤固碳是唯一在控制气候变化上没有遗憾的技术。根据IPCC建议，89%的农业温室气体减排潜力在于提高土壤固碳水平方面。良好的农业生产系统是提高土壤固碳水平的有效方式，而有机农业与常规农业系统相比，在土地资源利用、养分管理、肥料运筹以及病虫害防治等方面显着不同，因此有机农业被认为具有更大的减缓农田土壤温室气体排放的潜力。有机农业内涵完全符合低碳经济的要求，是国际社会认同的具有环保理念的农业发展模式。

　　近年来，有机农业及其相关的学术研究得到了较快的发展。Clark等通过八年的田间定位试验发现有机种植能够明显提高土壤有机碳的含量，而常规种植方式下土壤有机碳却没有明显变化；这一种结论在Pimentel等的试验结果中得到了验证。

　　Fliessbach等通过长期定位试验发现施用有机肥的土壤有机碳提高了1%,而不施肥和施用化肥的土壤有机碳分别降低了22%和15%.Liu等研究表明有机种植系统中土壤微生物多样性显着高于常规种植系统。也有研究表明有机种植系统中的土壤微生物量和土壤酶活性显着高于常规种植系统。我国有机种植业起步较晚，相关研究则主要致力于通过对有机和常规种植的相互比较来制定各种生产、加工和销售的管理条例，而有关有机农业和常规农业的固碳特性、固碳潜力方面的比较研究鲜有报道，尤其是对于在我国种植业结构中所占比重越来越高的蔬菜生产的固碳潜力研究较缺乏。

　　本文以南京普朗克有机农场长期定位观测的菜地土壤为研究对象，比较有机种植（有机露地和有机大棚）和常规种植模式下蔬菜地土壤有机碳、腐殖质组分碳含量及特性的动态变化，分析不同种植模式与土壤固碳特性的关系，为实现农业可持续发展提供理论依据与实践借鉴。

　　材料与方法试验区概况从2003年开始，采用GPS定位技术在南京市溧水县境内的普朗克有机农场（118°34'~119°14'E,31°23'~31°48'N）选取9个地块作为长期监测采样地块（表1），每块面积约0.5hm2,供试土壤为由黄棕壤发育演变而成的菜园土。该农场属北亚热带季风气候，年平均降水量为1037mm,年均气温15.5℃，年均日照2146h.试验开始前，各地块均有抛荒数年的历史，土壤养分含量较低。2003年供试土壤耕层（0~20cm）的基本理化性质见表2.

　　试验设置本试验共设3种种植模式：两个有机种植模式组（有机露地种植用OR表示；有机大棚种植用ZH表示）和一个常规露地种植模式组（CN）。其中2006年获得有机认证的大棚种植模式ZH的轮作频率高于2003年获得有机认证的露地种植模式OR.

　　为避免互相干扰，常规地块与有机地块的过渡区域足够大。各地块均采取轮作的方式种植蔬菜，作物种类见表1.OR和ZH施用的有机肥（有效活菌数≥0.5×108CFUg-1,有机质含量≥250gkg-1,速效氮612.5mgkg-1,pH6.24）是经过环境保护部有机食品发展中心认证的，每年每季蔬菜施用量为7.5thm-2,并且无植保化学投入品，采用物理和生物措施防治病虫害。CN种植模式主要施用尿素（N,≥46%），过磷酸钙（P2O5,≥16%）、氯化钾（K2O,≥50%），每年每季蔬菜施氮量为200~400kghm-2,按氮、磷、钾的质量比1∶0.35∶0.15的比例施肥；植保化学投入品为市售多菌灵、阿维菌素及分除虫菊酯（使用量为生产上推荐使用量）。其他栽培管理方式保持一致。5期褚慧等：不同种植模式下菜地土壤腐殖质组分特性的动态变化9331.3样品采集与分析本研究自2004年开始，每隔一年于上述地块中采用棋盘法选择8~10个采样点，采集0~20cm土层的土样，混合均匀后再按四分法进行取舍，保留1kg左右土样装袋带回实验室，自然晾干并去除植物根系、砾石后研磨过筛备用。

　　土壤容重采用环刀法测定；土壤有机碳、全氮、全磷、有效磷、速效钾、pH的测定参考文献[11];土壤腐殖质的提取和分离参照Kumada等的方法，用0.1molL-1NaOH+0.1molL-1Na4P2O7混合液（pH=13）作为提取剂提取；可提取腐殖物质（HE）、胡敏酸（HA）的含碳量采用重铬酸钾比色法；富里酸（FA）含碳量采用差减法获得。胡敏酸和富里酸的光学性质采用可见光比色法（722N型分光光度计），用色调系数（ΔlogK）和光学密度值E4/E6来表示，其中ΔlogK为胡敏酸（或富里酸）在400nm吸光值的对数（logK）与600nm吸光值的对数（logK）的差值，E4/E6值为胡敏酸（或富里酸）在波长465nm与665nm处分别测定的吸光度的比值。

　　数据处理数据采用SPSS16.0进行方差分析，同时用Ex-cel2003绘图。

　　结果不同种植模式下菜地土壤有机碳含量的变化不同种植模式影响土壤有机碳的积累。监测结果（表3）显示，与2004年相比，至2012年OR有机碳含量增加34.53%,差异达到极显着水平（p<0.01）；而ZH在有机转换初期土壤有机碳含量低，经过三年转换期（2004-2006）后，土壤有机碳增加明显，2012年较2004年增加125.0%,差异极显着（p<0.01）；而CN模式2012年土壤有机碳含量较2004年仅增加11.11%,差异不显着，OR和ZH有机碳含量增幅明显大于CN.表3的监测结果还可以看出，2004-2006年间3种种植模式下的土壤有机碳含量均无显着性差异，至2008年后，OR、ZH的土壤有机碳含量远远超过CN,差异显着（p<0.05），土壤在有机种植模式下将更利于土壤有机碳的积累。

　　2004-2008年，OR土壤有机碳含量高于ZH,2008年后，相较于种植时间较长的OR,种植时间较短的ZH的土壤有机碳含量增加较快，至2012年有机种植6年的大棚模式ZH的有机碳含量甚至显着高于有机种植9年的露地模式OR（p<0.05）。不同种植模式下土壤腐殖质组成及其特性变化2.2.1不同种植模式下土壤腐殖质各组分碳含量的变化腐殖质作为土壤有机碳的最大组成部分，对土壤中许多复杂化学反应起重要作用，其主要成分包括胡敏酸（HA）、富里酸（FA）和胡敏素（HM）。HA是腐殖质中最活跃的，其酸度较FA要小，呈微酸性，但阳离子交换量高，对土壤结构形成起重要作用。FA分子量较小、活性较大、氧化程度较高，既是形成HA的一级物质，又是HA分解的一级产物，在HA的积累和更新中起重要的作用。