秸稈還田配施石灰對酸性水稻土有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的影響
期刊：環(huán)境科學(xué)
期刊分區(qū)：環(huán)境科學(xué)技術(shù)及資源科學(xué)技術(shù)類核心期刊
全文鏈接：秸稈還田配施石灰對酸性水稻土有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的影響 - 中國知網(wǎng)
1 導(dǎo)讀
農(nóng)田土壤有機(jī)碳(SOC)是重要的有機(jī)碳庫，在全球碳循環(huán)過程中發(fā)揮著重要作用；同時，SOC是土壤肥力的基礎(chǔ)，對維持耕地質(zhì)量、糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。華南地區(qū)酸性水稻土SOC含量低，土壤肥力普遍較低，水稻產(chǎn)量不高。秸稈還田配施石灰是改善華南地區(qū)水稻土酸化問題的有效措施，節(jié)肥增產(chǎn)增收效果顯著，但秸稈還田配施石灰對酸性水稻土的有機(jī)碳含量及其組分變化情況尚不明確。因此，探索秸稈還田配施石灰條件下酸性水稻土有機(jī)碳及碳庫管理指數(shù)的變化情況，對稻田固碳減排和耕地質(zhì)量提升具有重要意義。本研究通過開展田間試驗，設(shè)置常規(guī)施肥(CK)、秸稈還田+常規(guī)施肥(RS)和秸稈還田配施石灰+常規(guī)施肥(RS+L)3個處理，研究秸稈還田條件下稻田土壤有機(jī)碳固存機(jī)制，分析了土壤總有機(jī)碳(TOC)、水溶性有機(jī)碳(DOC)、活性有機(jī)碳(LOC)、顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)、微生物量碳(MBC)、碳庫指數(shù)(CPI)、穩(wěn)定性有機(jī)碳(IOC)、碳庫活度(L)、碳庫活度指數(shù)(CPAI)和碳庫管理指數(shù)(CPMI)的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)秸稈還田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有機(jī)碳組分的積累，從而提高土壤總有機(jī)碳含量和穩(wěn)定性，是提升酸性水稻土固碳減排功能的有效途徑。
2 結(jié)果
2.1 秸稈還田配施石灰對土壤有機(jī)碳含量和碳庫管理指數(shù)的影響
從圖1(a)和圖1(b)可知，與CK相比，RS處理的土壤總有機(jī)碳(TOC)含量提高了2.66%～13.51%(白云)和6.68%～17.61%(惠陽)；白云試驗點中，RS和RS+L處理15、30、45、60和106d的TOC含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，；惠陽試驗點中，RS處理15、60和103d的TOC含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，平均增幅為10.20%，RS+L處理15、30、45、60、75和103d的TOC含量均顯著高于CK處理(P＜0.05)，平均增幅為17.79%?；蓐栐囼烖cRS+L處理15d和60d的TOC含量顯著高于RS處理(P＜0.05)，其余生育期差異不顯著；白云試驗點RS+L處理和RS處理的TOC含量無差異。
從圖1(c)和圖1(d)可知，不同秸稈還田處理顯著影響水溶性有機(jī)碳(DOC)含量，水稻生長前期(移栽后15～45d期間)的影響更明顯。白云試驗點，RS和RS+L處理15、30、45、75和106d的DOC含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，全生育期的平均增幅分別為40.68%和48.79%；惠陽試驗點，RS和RS+L處理15、45和60d的DOC含量顯著高于CK處理(P<0.05)，平均增幅分別為31.42%和59.68%。白云試驗點，RS+L處理15d的DOC含量顯著高于RS處理(P＜0.05)，增幅達(dá)16.08%，其他生育期差異不顯著；惠陽試驗點，RS+L處理15、45和60d的DOC含量顯著高于RS處理(P＜0.05)，其增幅分別為16.08%、7.05%和7.68%。
圖 1 秸稈還田配施石灰對酸性水稻土總有機(jī)碳和溶解性有機(jī)碳含量的影響
2.2 秸稈還田配施石灰對土壤活性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳和微生物量碳含量的影響
從圖2可知，不同秸稈還田處理顯著影響活性有機(jī)碳(LOC)、顆粒態(tài)有機(jī)碳(POC)和微生物量碳(MBC)含量。惠陽試驗點，RS處理的LOC含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，增幅達(dá)42.70%。與CK處理相比，RS+L處理顯著提高了LOC、POC和MBC含量，其增幅分別為34.49%～44.37%、19.27%~23.59%和33.36%～43.26%(P＜0.05)。RS和RS+L處理間的LOC、POC和MBC含量無顯著差異。
圖 2 秸稈還田配施石灰對酸性水稻土活性有機(jī)碳、顆粒有機(jī)碳和微生物量碳含量的影響
2.3 秸稈還田配施石灰對土壤碳庫管理指數(shù)的影響
不同秸稈還田處理對酸性水稻土的土壤碳庫管理指數(shù)影響見表2。與CK處理相比，RS+L處理顯著提高穩(wěn)定性有機(jī)碳(IOC)含量，增幅為8.32%～15.57%(P<0.05)；RS處理顯著提高白云試驗點IOC含量，增幅達(dá)13.34%(P＜0.05)。與CK處理相比，RS和RS+L處理顯著提高碳庫指數(shù)(CPI)，其增幅分別為14.00%~18.00%和14.00%～20.00%(P＜0.05)。不同處理的碳庫活度(L)、碳庫活度指數(shù)(CPAI)和碳庫管理指數(shù)(CPMI)無顯著差異。
2.4 土壤有機(jī)碳各組分的相關(guān)性
從圖3可知，TOC與各種有機(jī)碳組分均存在極顯著/顯著正相關(guān)性，其相關(guān)系數(shù)大小表現(xiàn)為：IOC>DOC＞MBC＞LOC＞POC；LOC與DOC顯著正相關(guān)，CPAI與LOC極顯著正相關(guān)，與其他土壤有機(jī)碳組分的相關(guān)性不顯著；CPMI與LOC存在極顯著正相關(guān)性，并與DOC顯著正相關(guān)。
圖 3 土壤有機(jī)碳各組分的相關(guān)性
注：TOC 表示土壤總有機(jī)碳，DOC表示溶解性有機(jī)碳，LOC表示活性有機(jī)碳，MBC表示微生物量碳，POC表示顆粒態(tài)有機(jī)碳，IOC表示穩(wěn)定性 有機(jī)碳，CPAI表示碳庫活度指數(shù)，CPMI 表示碳庫管理指數(shù)；*表示P＜0.05，＊＊表示P＜0.01，＊＊＊表示P＜0.001；紅色表示正相關(guān)，藍(lán)色表示負(fù)相關(guān)，顏色深淺表示相關(guān)性強(qiáng)弱。
2.5 秸稈還田配施石灰水稻產(chǎn)量和土壤其他理化性狀
從表3可知，與CK處理相比，RS和RS+L處理的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子均無顯著差異。從表4可知，RS處理的土壤速效鉀含量高于CK處理，其中惠陽試驗點RS處理的速效鉀含量顯著高于CK處理(P＜0.05)，增幅達(dá)23.87%；RS+L處理的土壤pH值顯著高于CK處理(P＜0.05)；RS和RS+L處理的土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮和有效磷含量較CK處理有一定的提高趨勢，但差異不顯著。
2.6 秸稈還田配施石灰對有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)的綜合影響
以TOC、DOC、LOC、POC、MBC、IOC、MBC、CPAI、CPMI、NO3－-N、NH4+-N、AP、AK、pH和水稻產(chǎn)量為原始變量，采用主成分降維分析方法，探討秸稈還田配施石灰對有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)的綜合影響，其結(jié)果如圖4所示。從圖4(a)可知，通過主成分將各種有機(jī)碳指標(biāo)降維為主成分一(PC1)和主成分二(PC2)。PC1主要由TOC、DOC、POC、MBC、LOC和CPMI等土壤有機(jī)碳指標(biāo)構(gòu)成，PC2主要由CPAI和IOC等土壤有機(jī)碳指標(biāo)構(gòu)成。從圖4(b)可知，CK、RS和RS+L處理在PC1和PC2平面上的空間分布相對聚集，重復(fù)性高；RS和RS+L處理在PC1和PC2平面上的空間分布相對集中，均沿著PC1和PC2的正軸方向與CK處理明顯分開，說明RS和RS+L處理的有機(jī)碳含量和組分構(gòu)成情況較接近，且區(qū)別于CK處理。其中，RS與CK處理的置信區(qū)間有一定的交叉，而RS+L處理則明顯遠(yuǎn)離CK處理。從圖4(a)可知，與CK處理相比，RS和RS+L處理整體往土壤有機(jī)碳含量和碳庫管理指數(shù)提升的方向遷移，尤其與POC、MBC和IOC提升的方向高度重合；同時，RS+L處理的遷移距離較RS處理更大．另外，與CK處理相比，RS和RS+L處理往pH、NO3－-N、NH4+-N、AP和AK提升的方向遷移，表明秸稈還田配施石灰通過改善酸性水稻土的pH值和養(yǎng)分含量，驅(qū)動MBC和POC等有機(jī)碳組分的形成和積累，促進(jìn)TOC的提升。水稻產(chǎn)量主要與DOC、LOC、CPAI和CPMI相關(guān)，但對土壤有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)變化的貢獻(xiàn)率較低。與CK處理相比，RS和RS+L處理往水稻產(chǎn)量提升的方向遷移小。
圖 4 不同處理土壤有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)的主成分分析
3 結(jié)論：
秸稈還田配施石灰+常規(guī)施肥(RS+L)較秸稈還田+常規(guī)施肥(RS)處理的TOC、LOC、POC和MBC分別提高了2.15%～6.95%、1.17%～17.90%、4.27%～8.65%和12.99%～14.53%。與常規(guī)施肥(CK)相比，秸稈還田配施石灰+常規(guī)施肥(RS+L)理顯著提高IOC和CPI，其增幅分別為8.32%～15.57%和14.00%～20.00%(P＜0.05)。因此，秸稈還田配施石灰有利于酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有機(jī)碳組分的積累，從而提高土壤總有機(jī)碳含量和穩(wěn)定性，是提升酸性水稻土固碳減排功能的有效途徑。