期刊：環境科學
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全文鏈接：秸稈還田配施石灰對酸性水稻土有機碳及碳庫管理指數的影響 - 中國知網
1  導讀
農田土壤有機碳(SOC)是重要的有機碳庫，在全球碳循環過程中發揮著重要作用；同時，SOC是土壤肥力的基礎，對維持耕地質量、糧食穩產高產和農業可持續發展起著至關重要的作用。華南地區酸性水稻土SOC含量低，土壤肥力普遍較低，水稻產量不高。秸稈還田配施石灰是改善華南地區水稻土酸化問題的有效措施，節肥增產增收效果顯著，但秸稈還田配施石灰對酸性水稻土的有機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碳及碳庫管理指數的變化情況，對稻田固碳減排和耕地質量提升具有重要意義。本研究通過開展田間試驗，設置常規施肥(CK)、秸稈還田+常規施肥(RS)和秸稈還田配施石灰+常規施肥(RS+L)3個處理，研究秸稈還田條件下稻田土壤有機碳固存機製，分析了土壤總有機碳(TOC)、水溶性有機碳(DOC)、活性有機碳(LOC)、顆粒態有機碳(POC)、微生物量碳(MBC)、碳庫指數(CPI)、穩定性有機碳(IOC)、碳庫活度(L)、碳庫活度指數(CPAI)和碳庫管理指數(CPMI)的變化。結果發現秸稈還田配施石灰有利於酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有機碳組分的積累，從而提高土壤總有機碳含量和穩定性，是提升酸性水稻土固碳減排功能的有效途徑。
2  結果
2.1  秸稈還田配施石灰對土壤有機碳含量和碳庫管理指數的影響
從圖1(a)和圖1(b)可知，與CK相比，RS處理的土壤總有機碳(TOC)含量提高了2.66%～13.51%(白雲)和6.68%～17.61%(惠陽)；白雲試驗點中，RS和RS+L處理15、30、45、60和106d的TOC含量顯著高於CK處理(P＜0.05)，；惠陽試驗點中，RS處理15、60和103d的TOC含量顯著高於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含量均顯著高於CK處理(P＜0.05)，平均增幅為17.79%。惠陽試驗點RS+L處理15d和60d的TOC含量顯著高於RS處理(P＜0.05)，其餘生育期差異不顯著；白雲試驗點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碳(DOC)含量，水稻生長前期(移栽後15～45d期間)的影響更明顯。白雲試驗點，RS和RS+L處理15、30、45、75和106d的DOC含量顯著高於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含量顯著高於CK處理(P<0.05)，平均增幅分別為31.42%和59.68%。白雲試驗點，RS+L處理15d的DOC含量顯著高於RS處理(P＜0.05)，增幅達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含量顯著高於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碳和溶解性有機碳含量的影響

2.2  秸稈還田配施石灰對土壤活性有機碳、顆粒有機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碳(LOC)、顆粒態有機碳(POC)和微生物量碳(MBC)含量。惠陽試驗點，RS處理的LOC含量顯著高於CK處理(P＜0.05)，增幅達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碳、顆粒有機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影響見表2。與CK處理相比，RS+L處理顯著提高穩定性有機碳(IOC)含量，增幅為8.32%～15.57%(P<0.05)；RS處理顯著提高白雲試驗點IOC含量，增幅達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(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(CPAI)和碳庫管理指數(CPMI)無顯著差異。

2.4  土壤有機碳各組分的相關性
從圖3可知，TOC與各種有機碳組分均存在極顯著/顯著正相關性，其相關係數大小表現為：IOC>DOC＞MBC＞LOC＞POC；LOC與DOC顯著正相關，CPAI與LOC極顯著正相關，與其他土壤有機碳組分的相關性不顯著；CPMI與LOC存在極顯著正相關性，並與DOC顯著正相關。

圖 3 土壤有機碳各組分的相關性

注：TOC 表示土壤總有機碳，DOC表示溶解性有機碳，LOC表示活性有機碳，MBC表示微生物量碳，POC表示顆粒態有機碳，IOC表示穩定性 有機碳，CPAI表示碳庫活度指數，CPMI 表示碳庫管理指數；*表示P＜0.05，＊＊表示P＜0.01，＊＊＊表示P＜0.001；紅色表示正相關，藍色表示負相關，顏色深淺表示相關性強弱。
2.5  秸稈還田配施石灰水稻產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處理的產量和產量構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於CK處理，其中惠陽試驗點RS處理的速效鉀含量顯著高於CK處理(P＜0.05)，增幅達23.87%；RS+L處理的土壤pH值顯著高於CK處理(P＜0.05)；RS和RS+L處理的土壤硝態氮、銨態氮和有效磷含量較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碳和碳庫管理指數的綜合影響
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碳和碳庫管理指數的綜合影響，其結果如圖4所示。從圖4(a)可知，通過主成分將各種有機碳指標降維為主成分一(PC1)和主成分二(PC2)。PC1主要由TOC、DOC、POC、MBC、LOC和CPMI等土壤有機碳指標構成，PC2主要由CPAI和IOC等土壤有機碳指標構成。從圖4(b)可知，CK、RS和RS+L處理在PC1和PC2平麵上的空間分布相對聚集，重複性高；RS和RS+L處理在PC1和PC2平麵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處理的有機碳含量和組分構成情況較接近，且區別於CK處理。其中，RS與CK處理的置信區間有一定的交叉，而RS+L處理則明顯遠離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碳含量和碳庫管理指數提升的方向遷移，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值和養分含量，驅動MBC和POC等有機碳組分的形成和積累，促進TOC的提升。水稻產量主要與DOC、LOC、CPAI和CPMI相關，但對土壤有機碳和碳庫管理指數變化的貢獻率較低。與CK處理相比，RS和RS+L處理往水稻產量提升的方向遷移小。

圖 4 不同處理土壤有機碳和碳庫管理指數的主成分分析

3  結論：
秸稈還田配施石灰+常規施肥(RS+L)較秸稈還田+常規施肥(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%。與常規施肥(CK)相比，秸稈還田配施石灰+常規施肥(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於酸性水稻土MBC、POC、LOC和IOC等有機碳組分的積累，從而提高土壤總有機碳含量和穩定性，是提升酸性水稻土固碳減排功能的有效途徑。