土壤碳循环是与全球气候变化密切相关的地球表层系统过程,开展土壤碳循环研究对于促进陆地生态系统碳的固定及提高其稳定性、减少温室气体排放、缓解气候变化有着重要意义。保护性耕作是一种土壤资源可持续发展的合理农田措施,其农田土壤碳增汇作用也己被众多国内外学者所证实。垄作免耕是我国南方稻田保护性耕作方式中的突出代表。加强垄作免耕下稻田土壤碳循环的研究,全面认识免耕垄作下稻田土壤有机碳累积、转化的特殊性及其内部机制,能为构建环境效益和经济效益和谐统一的稻田农作体系提供重要的参考依据。本文以稻田长期定位实验为平台,研究了常规平作(中稻)、垄作免耕(中稻)、垄作免耕(稻油)和水早轮作(稻油)四种耕作制度对稻田土壤有机碳含量、有机碳稳定性和有机碳矿化动力学特性,主要结果有以下几个方面:　　 1.不同的耕作制度实施20年后表层土壤有机碳的含量与原土相比有了明显的差异,均有不同程度的增加,垄作免耕(稻油)增加得最多。表层土壤有机碳含量的顺序为垄作免耕(稻油)＞常规平作(中稻)＞垄作免耕(中稻)＞水早轮作(稻油)。把土壤有机碳含量与土壤深度做相关分析,结果表明两者间呈极显著的直线负相关(R2=-0.938,P＜0.001)。随土层的加深,剖面土壤有机碳含量均呈下降趋势。不同处理中20-40 cm土层有机碳密度顺序为垄作免耕(稻油)＞垄作免耕(中稻)＞常规平作(中稻)＞水旱轮作(稻油),且各处理间存在显著差异(P＜0.05),表明垄作免耕有利于有机碳在该层累积,尤其是垄作免耕(稻油)处理。各处理土壤复合体随粒径的增加,有机碳含量减少。传统耕作方式与垄作免耕相比,大粒级复合体中有机碳分布的较少,而小粒级复合体中有机碳分布较多。　　 2.常规平作(中稻)耕作方式下的土壤易氧化有机碳含量大于其他处理,且差异性显著,而水旱轮作(稻油)显著低于其余处理,耕作方式对底层土壤易氧化有机碳含量的影响很小。有机碳氧化稳定系数在不同耕作方式下、同一耕作处理的不同土层之间,差异性显著,表现为垄作免耕＞常规平作＞水旱轮作,底层土壤＞表层土壤。由于耕作使得小粒级复合体含量增多,因此传统耕作在小粒级复合体(＜2μm和2-10μm)中易氧化有机碳含量较高。实行轮作的土壤复合体中易氧化有机碳的含量都较高。所以在提高土壤质量和肥力这方面,垄作免耕优于传统耕作。传统耕作在小粒级复合体(＜2μm和2-10μm)中Kos值较小,可能是因为耕作破坏了土壤大团聚体,微团聚体较多,所以使得小粒级复合体中的有机碳稳定性较低。垄作免耕耕作方式在10-50μm和＞50μm复合体中Kos稳定性较高,这是由于保护性耕作有利于土壤大团聚体的形成,团聚体对有机碳的保护和稳定作用使得在大粒级的土壤复合体中有机碳稳定性较高,不易被分解和矿化。　　 颗粒有机碳与土壤有机碳含量呈正相关,土壤经耕作后土壤颗粒有机碳含量明显下降。不同耕作方式下的土壤POC含量、颗粒态土壤质量分数以及POC分配比顺序均为垄作免耕(稻油)＞常规平作(中稻)＞垄作免耕(中稻)＞水早轮作(稻油)。垄作免耕(稻油)与传统耕作方式相比,其各层土壤的DOC含量都显著增加,从而增加对作物有效养分的供应,达到作物增产的目的。各耕作制度下土壤微生物量碳含量大小为垄作免耕(稻油)＞垄作免耕(中稻)＞常规平作(中稻)＞水旱轮作(稻油),垄作免耕下的土壤微生物量碳含量显著高于传统的耕作方式。碳库活度、活度指数、碳库指数以及碳库管理指数的表现与土壤总有机碳、活性有机碳有着相似的规律。垄作免耕下各个土层的碳库管理指数都大于100,说明垄作免耕这种耕作方式可以有效保持和提高土壤质量,使土壤碳库处于良性状态,是一种科学耕作制度。土壤总有机碳与各活性有机碳组分以及各活性有机碳组分之间的相关分析表明,土壤总有机碳、易氧化有机碳、颗粒有机碳、溶解性有机碳、微生物量碳相互之间均存在着极显著正相关性。　　 3.各耕作处理下的土壤有机碳矿化速率在培养的第1 d均达到最大,最大矿化速率为常规平作(中稻)＞水旱轮作(稻油)＞垄作免耕(中稻)＞垄作免耕(稻油),有机碳矿化率和pH呈显著正相关。各耕作制度下土壤有机碳的矿化速率差异显著,随时间延长,处理间的差异趋于减小,逐渐达到稳定状态。各处理累积矿化量与培养时间均呈极显著的对数正相关(P＜0.01),不同处理的矿化规律表现出较好的一致性,累积矿化量在培养前期快速增加,然后逐渐变缓。各耕作制度下土壤有机碳总矿化强度为常规平作(中稻)＞水旱轮作(稻油)＞垄作免耕(中稻)＞垄作免耕(稻油)。通过把不同耕作方式下土壤有机碳矿化量和土壤有机碳氧化稳定性进行回归分析发现,供试土壤的有机碳矿化量与有机碳氧化稳定性之间具有极显著的线性关系(R2=0.6708,n=12,p＜0.01)。土壤有机碳矿化量随着有机碳稳定性的升高而降低,垄作免耕这种耕作方式有利于土壤肥力的提高和减少温室气体的排放。