長期不同施肥下紅壤性水田和旱地土壤有機碳穩(wěn)定性差異研究.pdf

1、農(nóng)田土壤固碳不僅能夠減緩氣候變化，而且對提高土壤肥力和作物生產(chǎn)力具有重要意義。但是，土壤有機碳只有具備一定的穩(wěn)定性才能長期有效減緩氣候變化。而且，土壤有機碳的穩(wěn)定性決定其對未來氣候變化的響應(yīng)和反饋。大量研究證實，稻田土壤不僅有機碳含量高于旱地，而且固碳潛力較大，對減緩稻作系統(tǒng)的凈溫室效應(yīng)具有重要作用。雖然稻田土壤有機碳含量高于旱地，但其較高的土壤有機碳能否長期保存，即穩(wěn)定性如何，還不十分清楚。土壤有機碳的穩(wěn)定性受環(huán)境條件和有機碳自身穩(wěn)定

2、機制的共同控制。稻田土壤有機碳較低的分解速率究竟是取決于其特殊的淹水條件還是有機碳的穩(wěn)定機制，亦或是二者共同決定，目前還不是很清楚。
　　稻田土壤較高的有機碳含量可以從兩個方面來體現(xiàn):一是與相應(yīng)的旱地比;二是通過合理的農(nóng)田管理措施，特別是有機施肥，提高土壤有機碳的含量。但是，與相應(yīng)的旱地比，或是有機培肥后，稻田土壤較高的有機碳儲量能否長期保存，其主要的調(diào)控機制是什么？明確這些問題有利于增強我們對稻田土壤固碳機理和有機碳穩(wěn)定性調(diào)控機

3、制的認識，研制適宜的土壤固碳減排耕作栽培技術(shù)措施。因此，本研究借助兩個相鄰的紅壤性水田（雙季稻）和旱地（雙季玉米）長期施肥定位試驗，估算水田和旱地有機碳的輸入量和固碳效率（單位有機碳投入帶來的固碳量），明確水田較高的有機碳含量主要是由于有機碳輸入數(shù)量的增加還是由于固碳效率的提高。其次，采用土壤培養(yǎng)法和化學(xué)氧化分組法，評價長期不同施肥下水田和旱地土壤有機碳穩(wěn)定性的差異，采用不同的有機碳分組技術(shù)，揭示長期不同施肥下水田和旱地土壤有機碳穩(wěn)定機

4、制（團聚體物理保護和化學(xué)吸附）的差異。最后，開展不同水分和溫度模式的土壤培養(yǎng)實驗，揭示土壤水分和溫度對水田和旱地土壤有機碳穩(wěn)定性的調(diào)控效應(yīng)，明確水田和旱地土壤有機碳對未來氣候變化的反饋。主要結(jié)果如下:
　　(1)利用meta分析對我國長期田間試驗（＞5年）結(jié)果的分析表明，總體上，長期不施肥條件下(CK)，我國農(nóng)田土壤有機碳和總氮的含量均呈下降趨勢，但并未達到顯著水平。長期化肥氮磷鉀施用(NPK)和有機無機肥配施(NPKM)均能顯著

5、提高農(nóng)田土壤有機碳和總氮的含量。CK處理下旱地土壤有機碳含量顯著下降，而水田則呈增加趨勢，但統(tǒng)計不顯著。水田扣旱地NPK和NPKM處理土壤有機碳含量均呈顯著增加趨勢。水田和旱地各處理土壤有機碳含量的增加幅度均隨試驗?zāi)晗薜难娱L而提高，但旱地NPK和NPKM處理土壤有機碳含量在超過20年后無顯著變化，而水田則呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢。
　　(2)兩個相鄰的紅壤性水田和旱地長期施肥定位試驗表明，與初始值相比，不施肥條件下，長期旱地種植降低了

6、土壤有機碳的含量，而長期水稻種植則大幅提高了土壤有機碳的含量。無論是水田和旱地，NPKM處理的土壤有機碳含量顯著高于CK和NPK處理。與CK相比，長期氮磷鉀配施顯著提高了旱地土壤有機碳的含量，但是對水田無顯著影響。水田各處理土壤的固碳效率均高于旱地。無論是水田還是旱地，NPKM處理的土壤固碳效率均顯著低于NPK處理。土壤培養(yǎng)表明（30℃和60％持水量），水田單位土壤碳含量的CO2累積排放量顯著高于旱地，表明水田土壤有枳碳的生物穩(wěn)定性低于

7、旱地。無論是水田還是旱地，與NPK相比，有機無機肥配施顯著降低了土壤有機碳的穩(wěn)定性，而CK和NPK處理之間土壤有機碳的穩(wěn)定性無顯著差異。
　　(3)在化學(xué)氧化法下，水田土壤高活性有機碳、活性有機碳和低活性有機碳的含量均顯著高于旱地，但惰性有機碳的含量差異不顯著。無論是水田還是旱地，長期施肥對低活性有機碳和惰性有機碳的含量均無顯著影響，有機肥施用主要是提高了土壤高活性有機碳和活性有機碳的含量。水田土壤活性碳庫的比例（高活性有機碳和活

8、性有機碳）高于旱地。無論是水田還是旱地，有機肥施用有提高土壤活性碳庫的趨勢，但差異未達到顯著水平。因此，化學(xué)氧化法能夠反映不同土地利用方式下（即水田和旱地）土壤有機碳穩(wěn)定性的差異，但無法揭示出不同施肥方式的效應(yīng)。
　　(4)水田土壤大團聚體碳所占的比例顯著高于旱地，而微團聚體碳的比例顯著低于旱地。無論是水田還是旱地，大團聚體碳的比例均呈以下趨勢:CK＜NPK＜NPKM，而微團聚體碳的比例則正好相反。水田和旱地之間以及不同施肥處理之

9、間土壤粘粉粒碳所占的比重均無顯著差異。水田土壤的粘粒含量顯著高于旱地，但不同施肥處理之間差異不顯著。水田土壤游離氧化鐵的含量顯著低于旱地，而不同施肥方式間無顯著差異。
　　(5)不同土壤水分（60％持水量和1 cm淹水層）和不同溫度（20℃和30℃）模式下對水田和旱地長期不同施肥處理土壤進行的培養(yǎng)實驗表明，增溫顯著提高了單位土壤碳含量的CO2排放量，而淹水顯著降低了單位土壤碳含量的CO2排放量。水田單位土壤碳含量的CO2排放量顯著

10、高于旱地。無論是水田還是旱地，與CK和NPK處理相比，有機無機肥配施顯著提高了單位土壤碳含量的CO2排放量，而CK和NPK處理之間差異不顯著。僅有水田在20℃和30℃淹水條件下有顯著的CH4排放，增溫顯著提高了單位土壤碳含量的CH4排放量。與CK和NPK處理相比，有機無機肥配施顯著提高了單位土壤碳含量的CH4排放量。增溫顯著提高了單位土壤碳含量的全球增溫潛勢。淹水條件下單位土壤碳的全球增溫潛勢顯著高于有氧條件下。水田土壤單位土壤碳含量的

11、全球增溫潛勢顯著高于旱地。無論是水田還是旱地，與CK和NPK處理相比，有機無機肥配施顯著增加了單位土壤碳含量的全球增溫潛勢。
　　(6)淹水條件下，土壤CH4排放對溫度的敏感性(Q10)顯著高于CO2排放。NPKM處理CH4排放的Q10顯著高于NPK處理。土壤總碳排放的Q10與土壤CO2排放的Q10的變化趨勢相同:淹水顯著降低了土壤CO2排放的Q10;水田土壤CO2排放的Q10顯著低于旱地;無論是水田還是旱地，NPKM處理土壤CO

12、2排放的Q10顯著低于CK和NPK處理，而CK和NPK處理之間無顯著差異。淹水條件下土壤全球增溫潛勢的Q10顯著高于有氧條件下。旱地NPKM處理土壤全球增溫潛勢的Q10顯著小于NPK處理，而水田無顯著差異。土壤總碳排放的Q10與土壤有機碳含量呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。土壤總碳排放的Q10與土壤有機碳的芳香度呈顯著的正相關(guān)關(guān)系，而與土壤有機碳中烷氧碳的比例呈顯著的負相關(guān)關(guān)系。
　　因此，水田不僅有機碳含量較高，而且比旱地具有更強的固碳能力