双季稻转变为玉米-水稻轮作后对土壤有机碳累积的影响与关键过程研究

玉米-水稻轮作是近几年在双季稻区快速发展起来的新作物系统，当双季稻转变为玉米-水稻轮作后，作物系统由C3-C3转变为C4-C3植物轮作，而作物系统的水旱交替轮换也引起土壤季节间的干湿交替变化，这对土壤碳循环产生十分复杂的影响，不同过程之间可能有强烈的相互作用和补偿效应。本研究将运用13C示踪技术与土壤有机质的物理分组技术，采取田间长期定位试验与室内模拟试验相结合的方法，通过回答两个科学假设：（1）玉米-水稻轮作由于减少水耖地以及早季旱作，一方面增强土壤团聚能力对土壤有机碳起到物理保护作用，同时促进了好氧菌的活性，而加速原有土壤有机质以及新加入有机物料的分解；（2）玉米比水稻分配更多的光合同化产物到地下过程，增加土壤新碳的累积，但可能改变激发效应的方向或强度，从而也促进原有土壤有机质的分解。系统深入揭示双季稻转变为玉米-水稻轮作对土壤有机碳累积的影响与关键过程。

玉米-水稻轮作是近几年在双季稻区快速发展起来的新作物系统，目前的证据表明当双季稻转变为玉米-水稻轮作后，土壤的干湿交替变化显著影响土壤碳的动态和循环，可能引起土壤有机碳 (SOC)的损失。本研究采取田间长期定位试验与室内模拟试验相结合的方法，运用13C/14C示踪技术，δ13C方法以及土壤有机质的物理分组技术，研究了南方双季稻转变为玉米-水稻轮作后对土壤有机碳的影响和关键过程。结果表明：尽管稻田土壤干湿交替或旱作管理对土壤微生物群落组成产生显著的影响，增加了G(-)，真菌和AM真菌的含量，促进13C在这些群组中周转和根际呼吸，但是双季稻体系转变为玉米-水稻轮作体系四年后对SOC总量没有表现出明显的影响。其主要机制是玉米的生物量大从而能通过根或根系分泌归还更多的C到土壤，补偿了因旱作条件促进新加入C和原有SOC的分解而造成的C损失。此外，研究也发现以相当于3000kg C/ha的秸秆还田（双季稻中早稻，而玉米-水稻体系为玉米）也没有引起SOC的增加；而通过归还生物碳能显著提高双季稻以及玉米-水稻体系的SOＣ，而且在玉米-水稻体系中，这种作用更加显著。也需要指出的是，田间试验条件下SOC变化为双季稻转变为玉米-水稻体系四个轮作周期后的结果，仍需要更长期的观察。这些研究为玉米-水稻以及水旱轮作体系的SOC管理，稻作体系C循环和周转的微生物学基础提供理论依据。主要研究结果分别发表在Soil Biology and Biochemistry、Plant and Soil和Soil Use and Management 等刊物上。