长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化的影响

【目的】土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分释放、土壤质量保持以及温室效应密切相关。揭示稻田生态系统在长期施肥下土壤有机碳固存与矿化特征,旨在正确评价施肥对全球气候变化的影响。【方法】本研究以33年长期定位试验为依托,对红壤性水稻土土壤有机碳累积及矿化动力学特征等进行系统研究。长期定位试验始于1984年,选取其中5个处理:不施肥处理(CK),施氮磷钾化肥处理(NPK),施70%化肥+30%有机肥处理(70F+30M),施50%化肥+50%有机肥处理(50F+50M),施30%化肥+70%有机肥处理(30F+70M),于2017年早稻种植前采集耕层(0—20 cm)土壤样品,采用室内培养方法,测定土壤碳矿化释放CO2-C量和速率等,并采用一级动力学方程拟合土壤潜在可矿化有机碳量(C0)、易矿化有机碳量(C1)和周转速率常数等。【结果】各施肥处理均不同程度地提高了土壤总有机碳含量,NPK处理有机碳含量显著高于CK,较CK提高了27.32%。化肥配施有机肥处理(70F+30M、50F+50M和30F+70M)土壤有机碳显著高于NPK处理(P<0.05),平均较NPK处理提高了31.31%,以50F+50M和30F+70M处理较为显著。各处理有机碳矿化速率均在培养后的第1天达到峰值且差异显著,排序为50F+50M>30F+70M>70F+30M>NPK>CK,随后下降,11 d之后趋于稳定,稳定后各处理的土壤有机碳矿化速率大小排序为:30F+70M>50F+50M>70F+30M>NPK≈CK。在整个培养期,土壤有机碳矿化速率与培养时间呈对数曲线关系。培养35 d结束后,NPK处理较CK未能显著改变土壤有机碳累积矿化量(P>0.05),70F+30M、50F+50M和30F+70M处理土壤有机碳累积矿化量显著高于NPK处理(P<0.05),分别较NPK提高了50.99%、70.85%和86.39%。各处理土壤有机碳累积矿化率(累积矿化量占有机碳总量的比率)变化范围为3%—4%,30F+70M处理显著高于NPK处理(P<0.05)。施肥处理均不同程度地提高了土壤潜在可矿化有机碳量,以30F+70M处理最高,较NPK提高了1.19倍。不同施肥处理较不施肥均未明显改变土壤有机碳周转速率及半周转期。土壤潜在可矿化有机碳量(C0)、易矿化有机碳量(C1)、累积矿化量及累积矿化率均显著受土壤有机碳含量及投入碳量的影响,且呈现正相关关系。土壤潜在可矿化有机碳量(C0)/土壤有机碳比值与所投入碳量呈现显著正相关(P<0.05);土壤有机碳的周转速率常数(k)与土壤有机碳及投入碳量均未呈现显著性相关性。【结论】长期化肥配施有机肥可有效提高红壤性水稻土有机碳的矿化速率及促进有机碳的积累,并未显著改变土壤有机碳的矿化率,有利于红壤性水稻土的养分供应及固碳。