1、水稻土是我國重要的糧食生產資源和農田土壤碳庫，同時產生溫室氣體排放，對于國家糧食安全和減緩氣候變化具有至關重要的地位。我國面臨著日益嚴峻的應對氣候變化的嚴峻挑戰(zhàn)，稻田土壤碳匯和溫室氣體減排已成為稻田可持續(xù)發(fā)展的重要任務。隨著我國經濟的快速發(fā)展，土地利用變化和環(huán)境污染日益加劇，水稻土有機碳碳匯的未來變化成為水稻土碳循環(huán)和全球變化研究的重要內容。本文從土壤有機碳的直接變化和土壤呼吸變化的實驗測定，研究水稻土轉變土地利用和重金屬環(huán)境污染下水稻

2、土有機碳的損失和溫室氣體產生和排放的變化，并討論其土壤和生態(tài)系統(tǒng)過程機理，為科學分析土地利用和重金屬污染對水稻土碳循環(huán)和碳匯的變化提供科學依據。
　　 本文以太湖地區(qū)典型水稻土－烏泥土為研究對象，就土地利用變化和重金屬污染兩個因素，選擇了一直種植水稻的田塊和改種水稻玉米3年的田塊，采集其剖面不同深度的土壤樣品，進行了土壤團聚體顆粒組分離，分別測定全土和分離的土壤團聚體總有機碳(TOC)、土壤溶解有機碳(DOC)和微生物生物量碳(

3、SMBC)，并對選擇性樣本測定了有機質的813C值。選擇了重金屬嚴重污染的田塊與非污染的田塊作為對比，進行了表土有機碳變化和土壤呼吸變化的野外和實驗室培養(yǎng)研究，并分析了不同的有機碳組分和微生物生物量、細菌基因多樣性變化等，獲得的主要結果如下：
　　 1，水田改種玉米3年后，耕層土壤TOC明顯下降，但DOC和SMBC趨向增加;粗團聚體顆粒組(2～0.2mm)的TOC含量降低，而其他團聚體顆粒組TOC無顯著變化。改種玉米后表層土壤(

4、0～15cm)原土及各粒級團聚體的613C值均明顯高于原稻田，計算表明玉米新碳絕大部分集中在0～20cm土層，且主要富集在粗團聚體顆粒組中。水田轉變成旱地后，耕層土壤粗團聚體顆粒組中有機碳更新周期明顯較短，有機碳分解加速，碳儲量快速損失。這說明水稻土中物理保護的有機碳在旱地耕作下團聚體破壞而快速分解，玉米新碳可能刺激了微生物活動而加快水稻土老碳分解。
　　 2，重金屬污染土壤的基底呼吸速率為81.92mgCO2-C.m-2.h－

5、1，明顯高于無污染農田的土壤呼吸速率71.19mgCO2-C.m-2.h-1，因而重金屬污染顯著地提高了水稻土土壤呼吸的強度。與無污染農田的土壤相比，長期重金屬污染下土壤呼吸強度提高了15.10％，并且顯著降低了土壤的微生物生物量碳、微生物商、土壤有機碳和微生物量碳氮比。相關分析顯示，重金屬污染還顯著提高了土壤呼吸對土壤溫度響應的敏感性.因此，重金屬污染影響了稻田的土壤有機碳庫的積累，降低了土壤有機碳庫的穩(wěn)定性，使其容易受外界的溫度變化

6、的影響。
　　 3，在整個水稻生長季，稻田生態(tài)系統(tǒng)的CO2和CH4排放高峰分別出現在水稻生育前期和中期。重金屬污染稻田的CO2和CH4排放量都顯著低于未污染的稻田，結合重金屬污染顯著降低了地上部生物量的結果，可以認為是重金屬的污染危害到水稻生長，減弱植株的光合作用從而影響其生物量的生產，導致農田CO2和CH4排放量降低。對比稻田生態(tài)系統(tǒng)和土壤的CH4排放差異，可以看出水稻植株對CH4排放具有巨大的貢獻。麥田生態(tài)系統(tǒng)的CO2排放量

7、顯著的低于稻田生態(tài)系統(tǒng)的CO2排放量。同時，重金屬對小麥生態(tài)系統(tǒng)的CO2排放通量的影響顯著的低于對稻田生態(tài)系統(tǒng)的影響。重金屬污染降低土壤－作物系統(tǒng)呼吸排放的同時，顯著提高了無植株參與的土壤CO2的排放通量，而對CH4的排放通量沒有影響。
　　 4，重金屬污染下實驗室培養(yǎng)的水稻土有機碳的礦化率為0.33mgC·g-1·OC·d-1，顯著高于無污染土壤有機碳礦化率(0.29mgC·g-1·OC·d-1)。這種差異主要集中于培養(yǎng)前期，

8、這說明重金屬污染加快了活性碳庫的分解，對土壤惰性碳庫的影響不甚強烈；重金屬污染下SOC、DOC和土壤微生物生物量碳都降低，土壤有機碳穩(wěn)定系數(Kos)也低于無污染土壤。重金屬污染影響著作物對水稻土有機碳的輸入積累并影響了土壤有機碳的穩(wěn)定性，從而可能對水稻土長期的固碳潛力產生重要影響。
　　 5，重金屬污染下水稻土表土細菌數量增加，而放線菌和真菌的數量顯著降低，并強烈地降低了土壤真菌/細菌比。PCR-DGGE圖譜分析表明，重金屬污

9、染降低了土壤細菌的群落結構和多樣性，從而影響了土壤微生物群落對有機碳的礦化分解強度?？梢?，重金屬污染通過改變土壤微生物的群落結構而影響了水稻土碳循環(huán)與溫室氣體排放。
　　 綜上所述，土地利用的變化和重金屬污染深刻影響水稻土土壤有機碳的變化。這些變化與土壤團聚體組成和有機碳的性質、土壤微生物的群落結構和多樣性，因此，土地利用變化和重金屬污染通過有機質性質－土壤微生物結構與功能－土壤生物物理過程的效應和過程的聯系而影響水稻土碳循環(huán)過