论文摘要
【目的】:绿洲农业的高效发展必须基于土壤的可持续利用,土壤中有机碳含量不仅能够说明营养元素N、P等的可利用状态,影响着土壤的物理性状,而且是农田系统稳定性与持续性的重要指标。玛纳斯河流域是北疆最大的植棉产区,棉花种植面积占总耕地面积的60～70%（山前平原除外）,种植结构单一。因此,本文以流域为例,研究该流域棉田土壤有机碳含量的空间分布及不同种植方式下土壤有机碳含量的变化趋势。【方法】:以第二次土壤普查数据为基础,2005、2006年土壤取样测定为依据,利用定位试验、空间替代法、土壤颗粒分形维数及DNDC模型法,分析玛纳斯河流域棉田土壤有机碳含量的时空变化。【结果】:玛河流域耕层土壤有机碳储量为11354.65×106～11753.06×106kg。以石河子棉区为例,土壤有机碳含量由南到北大致呈降低的趋势,且有机碳储量冲积扇>冲积平原>干三角洲。土壤有机碳总量与土壤颗粒的分形维数达显著水平,由南向北逐渐降低,土壤粘粒在土壤有机碳含量的积累过程中起到了重要的作用。随着纬度的增加,富里酸碳和胡敏素碳与总有机碳的变化趋势相近,呈递减趋势;胡敏酸碳在扇缘有最大值,冲积平原下降,干三角洲呈增加趋势。胡富比与有机碳氧化稳定性随纬度呈增加的趋势。总有机碳含量在土壤剖面上的变化表现出自表层至下层逐渐降低的趋势,但有机碳组成在不同地貌下略有不同。玛河流域棉田土壤有机碳90年代以前呈下降趋势;90年代中期以后,随着秸秆还田面积的不断扩大,棉田土壤有机碳呈盈余状态。棉田土壤有机碳总量在秸秆还田技术下随连作年限的增加而提高,但主要增加了胡敏素碳。胡富比随连作年限呈下降趋势,在连作8年之后变为1;氧化稳定性在连作1～9年呈下降趋势,随后开始增长。棉花—青贮玉米—棉花轮作,胡富比呈增加趋势,氧化稳定性呈下降趋势。通过长期定位监测数据,验证了DNDC模型在玛河流域的适应性,在对玛河流域棉田土壤有机碳含量20年的模拟中表明:初始有机碳含量为5.8 g/kg,棉花秸秆100%和50%还田的土壤有机碳含量都处于增加趋势,不还田的持续下降。初始有机碳含量为15.0 g/kg的棉田土壤有机碳在秸秆不还田的情况下也处于不断降低的趋势,而在秸秆100%还田和50%还田的情况下,在最初两年增加,随后也开始下降。棉花与青贮玉米逐年轮作,土壤有机碳含量呈增长的趋势,但增加幅度远不如连作棉田土壤有机碳含量的增加,棉田连作8年后再与青贮玉米轮作,不仅可以打破原有土壤有机碳含量的平衡关系,而且种植20年后土壤有机碳增加10699kg/hm2,大于棉花连作20年增加的量7921kg/hm2。【结论】:玛河流域棉田土壤有机碳含量由南到北逐渐降低,土壤颗粒的分形维数可以作为衡量土壤有机碳含量高低的指标;连作棉田土壤有机碳含量在秸秆还田的技术下,呈增加趋势,8-9年是连作棉田土壤有机碳质量衰退的警戒年限,棉花—青贮玉米—棉花轮作可以改善土壤有机碳含量的品质,棉田连作8年后与青贮玉米轮作,不仅可以改善土壤有机碳的品质,而且还可以提高土壤有机碳含量的积累。