微咸水灌溉对旱作土壤有机碳形成和分解的影响及其机制

Brackish water irrigation is one of the important measures to alleviate the shortage of freshwater resources, however, long-term brackish water irrigation may also lead to secondary salinization of soil and reduce the quality of cultivated land. Therefore, the advantages and disadvantages of brackish water irrigation are still controversial. Brackish water irrigation affects crop growth, microbial activity and soil aggregation structure, which may further affect the formation and decomposition of soil organic carbon. However, it is not clear whether brackish water irrigation can increase soil organic carbon in rain-fed drylands. In this study, the soil of rain-fed area in Heilonggang is the research object, and the treatment of rain-fed and brackish water irrigation with different concentrations will be arranged. The mechanism of brackish water irrigation on the formation of new organic carbon in soil will be clarified by analyzing crop biomass, soil total organic carbon, aggregate organic carbon and its value of delta 13C. The soil microbial biomass carbon, extracellular enzyme activity and microbial respiration characteristics will be measured to clarify the effects of brackish water irrigation on the decomposition of soil native organic carbon. This study not only has important scientific and theoretical value, but also has important guiding significance for rational use of brackish water irrigation and improvement of cultivated land quality.

微咸水灌溉是缓解淡水资源不足的重要举措之一，但是长期微咸水灌溉也可能导致土壤次生盐渍化，降低耕地质量。因此微咸水灌溉的利弊还存在较大争议。微咸水灌溉影响作物生长、微生物活动和土壤团聚结构等，这些因素都可能进而影响土壤有机碳的形成和分解过程。然而，雨养旱作条件下，微咸水灌溉是否可以提高土壤有机碳尚不清楚。本研究以黑龙港雨养旱作区土壤为对象，布置雨养旱作和不同浓度微咸水灌溉处理，通过分析作物生物量、土壤总有机碳、团聚体有机碳及其δ13C值等，明确微咸水灌溉对土壤新有机碳形成的影响机制；通过测定土壤微生物量碳、胞外酶活性和微生物呼吸特征等，揭示微咸水灌溉对土壤老有机碳分解过程的影响机制。本研究既具有重要的科学理论价值，且对合理采用微咸水灌溉、提高耕地质量具有重要的指导意义。

微咸水灌溉是缓解淡水资源不足的重要举措之一，但是长期微咸水灌溉也可能导致土壤次生盐渍化，降低耕地质量。因此微咸水灌溉的利弊还存在较大争议。微咸水灌溉影响作物生长、微生物活动和土壤团聚结构等，这些因素都可能进而影响土壤有机碳的形成和分解过程。本研究以黑龙港雨养旱作区土壤为对象，通过长期定位田间的不同浓度微咸水灌溉处理试验，分析土壤总有机碳、团聚体有机碳及其δ13C值等，明确了长期8 g L-1咸水灌溉降低了表层土壤> 1 mm团聚体有机碳含量达60%以上，降低了土壤无机碳含量20.5%，但是采用4 g L-1咸水连续14年灌溉不会对土壤有机碳和无机碳含量产生显著影响。同时采用调查试验，采集了全国55个典型农田土壤样品，分析土壤因子和气象因子与土壤有机碳和δ13C值的相关性，结果表明，土壤有机碳含量与C3源有机碳含量呈显著正相关关系；而土壤有机碳的δ13C值与土壤pH呈显著正相关关系（P < 0.05），年均温度与土壤δ13C值呈驼峰状关系，当年平均气温为10.26°C时土壤有机碳的δ13C值最大；然而，年平均降雨量与年平均气温和δ13C值相关性的趋势相反，最小土壤有机碳的δ13C值出现在年均降雨量为1050 mm时意味着酸性土壤中很难积累C4源有机碳。为了进一步验证这个结果，采用了室内培养试验，将小麦和玉米秸秆分别添加到2种不同pH的土壤，培养18个月后，结果发现小麦和玉米秸秆在酸性和碱性土壤中分解速率相当，而在酸性土壤中，玉米秸秆的分解速率显著高于小麦秸秆的分解速率。土壤微生物群落结构结果分析表明，酸杆菌门的相对丰度决定着酸性土壤中玉米秸秆的分解速率。上述系列研究明确了咸水安全灌溉的浓度阈值，解析了高浓度咸水对土壤有机碳分解的影响机制，阐明了不同作物秸秆在不同pH下分解速率差异的原因，为合理利用咸水灌溉以及秸秆还田提升土壤有机质含量提供了理论依据，对提高耕地质量具有重要的指导意义。