摘要
农田生态系统土壤有机碳对农业生产、生态平衡和全球气候变化至关重要，有机碳组分构成及平均驻留时间对深入了解土壤有机碳特征及演变规律具有重要意义。土壤有机碳根据其分解速率大致分为活性碳、慢性碳和惰性碳（CENTURY模型概念分组），这种分组方法不仅适合定量化评价有机碳储量，还可以作为敏感性参数模拟有机碳未来演变趋势。同时，土壤有机碳作为农作物生产重要的肥力因素，各碳组分与土壤肥力也密切相关，其中活性碳是土壤肥力质量的标志，其大小可以反映潜在的养分含量，其速率可以反映养分循环和供应状况;活性碳和慢性碳控制着土壤养分的流失;慢性碳和惰性碳能稳定的储存在土壤中，维持土壤肥力。可见，土壤肥力活性与有机碳组分构成、分解速率及周转时间均有着密切关系。 水稻土是我国重要的耕作土壤，是重要的土壤有机碳碳库。目前，对水稻土碳库组分空间分布特征和有机碳的模拟已进行了大量的研究，但很少涉及有机碳组分（CENTURY模型概念分组）及其影响因素研究。由于陆地生态模型的碳循环模拟多数借用其他类型土壤的碳组分构成比例作为模型输入敏感性参数，在对区域模拟过程中，有的甚至未按类型、层次设定参数，模拟结果不确定性难以评估。对处于长期淹水与脱水循环交替的水稻土而言，不同类型水稻土有机碳组分构成特征如何，是否与土壤类型等自然属性类型有关，能否利用土壤自然属性预测碳组分构成，是本研究所关注的问题。所以本文选取了不同典型县（陆良、郫县、新都、兴安、桃源、东乡和青浦）的水稻土作为研究对象，通过土壤呼吸培养实验和三库一级动力学方程，模拟分析了典型县水稻土有机碳组分构成特征;并结合土壤理化性质、土壤调查数据和农田管理调查数据分析了有机碳组分的主要影响因素;最后利用土壤定量化属性与有机碳各组分进行相关、主成分和回归分析，建立不同空间尺度下（县域尺度、大区尺度和全国尺度）水稻土有机碳各组分预测模型。研究结果表明: 1.不同典型县水稻土有机碳组分（含量、比例和平均驻留时间）构成特征在0～40cm具有差异性。从含量上来看，研究区域表层(0～20cm)水稻土有机碳组分（活性碳、慢性碳和惰性碳）含量均高于亚表层(20～40 cm);从比例上看，研究区域内的各典型县水稻土0～40 cm土层活性碳百分比不超过4％，慢性碳比例总体范围在20％～50％，惰性碳比例总体范围在47％～78％。从平均驻留时间来看，水稻土表层活性碳平均驻留时间均低于亚表层（除东乡），表层慢性碳平均驻留时间同样低于亚表层（除青浦），可见表层水稻土活性碳和慢性碳的分解速率明显快于亚表层。 2.典型县水稻土(0～40cm)有机碳组分构成（含量、比例和平均驻留时间）在空间分布上具有明显的区域特征。从含量上来看，水稻土活性碳含量与慢性碳含量由西—东或由南—北均有相似的变化趋势，均在兴安和东乡两个典型县出现峰值，并以此为中心向两侧出现递减趋势;水稻土惰性碳含量与有机碳含量由西至东或由南至北也有相似的变化趋势。从比例上来看，慢性碳比例由南至北以兴安为分界点呈现低—高—低的“V”字变化趋势，惰性碳百分比则呈相反的变化趋势。从平均驻留时间来看，水稻土慢性碳平均驻留时间从西—东有逐渐增加的趋势，而活性碳平均驻留时间由南—北有减小的趋势。 3.各典型县的不同亚类（潴育型、淹育型、潜育型、渗育型）水稻土有机碳组分含量在0～100cm有随着剖面增加而逐渐降低的趋势，表层至亚表层的下降速率最大，亚表层到底层下降缓慢，且差异不大;而水稻土碳库组分比例和平均驻留时间在0～100cm没有显著的规律。从整体趋势来看，各典型县的不同亚类水稻土的活性碳百分比在5％以内，所占比例较小，而导致慢性碳和惰性碳的比例呈对称性的变化趋势。 4.通过方差分析和相关分析发现，各典型县水稻土有机碳组分构成的影响因素既有共性，也有差异性。共性表现在:在大区尺度，年均温度和年均降雨量是活性碳和慢性碳含量变化趋势的主要影响因子;pH和容重与有机碳组分呈显著的负相关，全氮和全磷与有机碳组分呈显著的正相关。差异性表现在:地理环境对有机碳组分构成特征的作用不同;速效磷和速效钾仅与部分县域（陆良、青浦和东乡）有机碳组分呈极显著正相关;农田管理措施对有机碳组分构成的影响在不同县域间具有差异性，对活性碳含量及平均驻留时间影响较大。 5.水稻土有机碳组分含量可利用土壤属性及环境变量通过建立模型进行定量预测。惰性碳含量的预测精度在不同空间尺度上都很高，可达到90％;活性碳和慢性碳含量的预测精度在不同空间尺度上差异较大，表现为大区尺度＞县域尺度＞全国尺度，大区尺度是水稻土有机碳组分含量预测的最佳空间尺度。
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