保护性耕作下蚯蚓在土壤结构形成和有机碳周转过程中的作用

发布时间：2020-04-18 07:12

【摘要】：蚯蚓对土壤结构和土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)变化有显著影响,而保护性耕作下由于减少土壤扰动和增加有机物质还田能增加土壤中蚯蚓数量,进而影响土壤结构和有机碳变化。然而,保护性耕作下蚯蚓和秸秆互作时土壤有机碳的分布和周转以及土壤孔隙结构又发生怎么样的变化,尚需要深入的探讨。本研究通过保护性耕作长期定位试验田间监测和室内对原状土壤进行蚯蚓和秸秆添加培养实验,分析长期不同种耕作方式对蚯蚓种类、数量和生物量的影响,探讨传统性耕作和免耕下蚯蚓对土壤总碳及其活性组分、土壤团聚体稳定性和孔隙结构的影响,揭示不同耕作方式下蚯蚓对土壤结构形成和有机碳周转过程中的作用机制。主要研究结论如下:(1)免耕下玉米连作和玉米-大豆轮作明显增加了日本杜拉蚓蚯蚓的数量,垄作还田连作明显增加了微小双胸蚓的蚯蚓数量。(2)蚯蚓对土壤CO_2排放无显著影响,秸秆添加显著增加土壤CO_2排放。(3)长期免耕可以提高表层0-5 cm土层的SOC含量,而蚯蚓在免耕土壤中会。分解原土壤中秸秆,使得有机碳增加。新添加的秸秆抑制免耕下原土壤中秸秆的分解,且新秸秆的分解量低于原土中SOC的流失量,使有机碳含量降低。比较而言,免耕土壤蚯蚓对原秸秆的刺激分解作用大于新添加秸秆对原有秸秆分解的抑制作用。(4)培养180天后,添加秸秆增加了传统性耕作土壤(1000μm)和(250-1000μm)粒级的团聚体及其结合碳,降低免耕土壤(1000μm)粒级、(250-1000μm)粒级和(53-250μm)粒级的团聚体结合碳。只添加蚯蚓或秸秆时免耕土壤(53-250μm)粒级的团聚体含量显著增加。对于传统耕作而言,蚯蚓添加则提高了其土壤(1000μm)粒级的团聚体结合碳,降低了(53μm)粒级的团聚体结合碳。(5)免耕能够提高表层0-5 cm土层的团聚体结构稳定性,提高土壤小孔隙数量和孔隙连接性。添加蚯蚓后免耕土壤小孔隙数量降低,大孔隙平均直径和孔隙度增加,促进免耕土壤孔隙像椭球形发展,土壤孔隙的连接性降低。新添加秸秆提高了传统性耕作中土壤团聚体的稳定性,促进了传统性耕作土壤孔隙连接性的增加;但有蚯蚓存在时,添加秸秆却降低了传统性耕作土壤大孔隙数量。(6)传统性耕作通过增加土壤孔隙的各向异性和大孔隙度来减少SOC含量,而蚯蚓进入土壤后通过影响团聚体的形成、团聚体结合碳的变化、微生物的活动和酶的变化等影响SOC。免耕通过增加平均重量直径和孔隙连接性来增加SOC含量。蚯蚓进入后通过增加土壤小孔隙度、大孔隙度、孔隙各向异性、团聚体结构稳定性和降低孔隙连接性来增加SOC。
【图文】：

蚯蚓,损失量,生物量

图 3.1 不同耕作措施下蚯蚓生物量在不同培养天数的损失量培养实验结果表明，，常规耕作下，30，60，120 和 180 天时 ES 处理的蚯蚓生物量损失率低于 EN。免耕下则是 30 天和 60 天 ES 的蚯蚓生物量损失率低于EN（图 3.1）。在培养结束时两种耕作措施下 ES 和 EN 的生物损失量趋于相等。Amossé（2015）研究表明，经过一个月和三个月的培养后，除了郊区土壤中的A. rosea 外，两种土壤的蚯蚓生物量都增加，与我们的结果不同。Speratti（2008）发现，蚯蚓在所有处理中的生物量都降低，在研究期间生物量下降了 10-17％，与我们的研究结果相同。这可能是由不同的管理措施下土壤因素和气候条件以及蚯蚓种类不同所引起的（Castellanos-Navarrete 等，2012；Crittenden 等，2014；Curry 等，2002）；深栖类蚯蚓在耕作下蚯蚓生物量会降低，特别是在深耕下；内栖类蚯蚓的数量会增加，特别是当食物供应增加时（Chan，2001）；表栖类蚯蚓在免耕中也会增加（李文凤等，2007）。

土壤呼吸,周转过程,保护性耕作,土壤结构

土壤呼吸在不同耕作措施和处理下的变化
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154

【参考文献】