长期不同轮作模式对黄壤稻田土壤微生物量碳及其周转特性的影响机制研究

本研究通过26年长期定位试验，揭示了稻-麦(RWR)、稻-油(RRR)、稻-绿肥(RGR)轮作相较水稻连作(RM)显著提升土壤微生物量碳(MBC)18.0-26.7%，β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)活性34.7-56.8%，纤维二糖水解酶(CBH)活性37.4-86.5%，土壤呼吸速率(Rs)158.2-176.0%，阐明冬季作物残体还田碳量(C)通过调控MBC、总有机碳(TOC)及酶活性影响周转时间(TT)的关键路径，为稻田碳汇型轮作体系构建提供理论依据。

　　

Highlight

轮作模式通过冬季作物残体还田碳量显著调控黄壤稻田碳周转过程

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试验概况

本研究基于1995年建立的黄壤长期定位试验站（中国贵州贵阳，106°39′52″E，26°29′49″N），亚热带季风气候区，海拔1071米。设置水稻连作(RM)、稻-麦(RWR)、稻-油(RRR)、稻-绿肥(RGR)四种模式，采集水稻/冬季作物各生育期0-20 cm土层样品，测定土壤MBC含量、碳转化酶活性及土壤呼吸速率(Rs)，计算MBC周转时间(TT)。

土壤理化性质

长期轮作显著改善土壤性质：相较RM处理，轮作使土壤容重(BD)降低4.1-19.7%，总有机碳(TOC)和全氮(TN)含量分别提升7.5-15.0%和8.0-17.8%。RWR和RRR处理提高pH值和有效磷(AP)含量，但降低速效钾(AK)。

不同轮作模式对土壤MBC的影响

土壤MBC作为有机-无机碳转化的核心载体，其动态变化直接反映碳循环特征。研究发现冬季作物残体还田是提升稻田微生物量的关键——轮作使MBC年平均值显著增加18.0-26.7%，其中RWR和RGR处理增幅最大。

结论

土壤MBC含量与BG、CBH活性及Rs呈显著正相关，而ΔMBC与ΔCBH呈极显著负相关。随机森林和通径分析揭示：冬季作物残体碳量(C)、土壤容重和TOC是驱动MBC、BG、CBH及Rs的关键因子；BG、CBH和Rs共同调控TT——CBH负向调节TT，而BG和Rs发挥正向作用。C既可直接调控BG，也可通过影响MBC和TOC间接作用于Rs/BG/CBH，最终决定TT。稻-麦和稻-绿肥轮作模式综合效果最优。