中國南方典型稻作梯田土壤有機碳積累及其來源表征

摘要：研究長期耕作管理下土壤有機碳（SOC）固持能力及其積累機制是當前農業可持續發展基礎研究的前沿。我國南方山區稻作梯田是國際社會公認的全球重要農業遺產，本研究旨在剖析其千年可持續水稻生產下有機碳的積累特征，探索基于自然的農田固碳技術途徑。以我國南方山區5處典型稻作梯田系統為研究對象，采集0～20 cm（表土）、20～40 cm（心土）和40～60 cm（底土）深度土壤樣品，分析土壤有機碳形態與分布特征，同時采用生物標志物分子提取和GC-MS鑒定技術，分析木質素及氨基糖含量變化來解析有機碳的不同來源。結果表明：供試5處梯田表土有機碳積累水平差異極大，發育于沉積巖的四川新山梯田和高坎梯田黏粒含量高達40%，各層有機碳含量在15.58～47.78 g·kg-1范圍內，而發育于花崗巖的江西上堡梯田、浙江云和梯田和湖南紫鵲界梯田的砂粒含量高達40%～66%，各層土壤有機碳含量在7.41～30.86 g·kg-1范圍內。在深度上，土壤有機碳分布存在分層性：表土有機碳含量（17.98～47.78 g·kg-1）大幅高于心土、底土；相較于表土，心土層SOC含量降低24.8%～62.2%，底土層SOC含量則降低47.1%～76.0%。表土具有較高的木質素含量及較低的氧化程度，較高的MBC（微生物生物量碳）/SOC值、POC（顆粒態有機碳）/MAOC（礦物結合態有機碳）值及較低的DOC（溶解性有機碳）/SOC值；相反，心土、底土有機碳含量較為匱缺（除高坎梯田外，均低于20 g·kg-1），MAOC占比較高。所有樣品的總有機碳含量與木質素酚含量間呈極顯著的正相關關系（R2=0.909，Plt;0.01）。研究表明，植物源有機碳因顆粒態物理保護作用而在黏質水稻土中積累，這是千年稻作梯田有機碳穩定積聚的主要機制。……