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等碳量添加不同有机物料对土壤有机碳组分及 土壤呼吸的影响

时间:2021-07-09  来源:  作者:
       随着我国现代农业的快速发展,集约化生产已成为其显著特点,在生产规模和效益不断提高的同时,土壤退化问题日趋严重,尤其是土壤有机碳及碳氮比下降越来越明显。土壤有机碳是影响土壤肥力的重要因素,是土壤质量的核心。土壤有机碳总量及其各组分含量比例的变化不仅影响土壤的结构、持水性、缓冲性及作物养分的有效性,而且影响土壤与大气间的碳素平衡。土壤总有机碳(TOC)只能反映有机碳矿化分解和合成的最终结果,不足以全面反映土壤质量的内在变化。土壤活性有机碳(AOC)指在一定的时空条件下 , 受植物、微生物影响强烈 , 具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化、分解、易矿化 , 对植物、微生物来说活性比较高的那一部分土壤碳素。AOC 虽然占总有机碳的比例较小,但可以作为反映农业管理措施引起的土壤质量改变的敏感性指标,已成为土壤、生态等学科领域研究的热点之一。土壤微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(ROC)和可溶性有机碳(DOC)等常被用作土壤 AOC 的主要表征指标,来指示土壤有机碳库的更新变化状况。
      秸秆是一种宝贵的可再生资源,秸秆还田是土壤碳输入的主要方式之一,也是改良土壤的主要途径之一。许多研究表明,秸秆还田能够显著提高土壤TOC 和 AOC 的含量、提高 AOC 占 TOC 含量的比重;降低土壤容重、促进烟草根系发育,提高烤烟中部叶比例及烟叶品质。秸秆还田增加了土壤 TOC 含量,为土壤微生物的代谢活动提供了丰富的碳源,并可通过改善土壤理化性质及环境来促进土壤微生物的代谢活动,对土壤呼吸产生显著的影响,从而增加土壤温室气体 CO2 的释放速率;且随着秸秆还田量的增加,土壤呼吸通量显著增加。但Naser 等研究表明秸秆还田能够减少 CO2 的排放。可见,关于秸秆还田对温室气体排放的影响有不同的结论。
      生物炭是生物质在完全或部分缺氧的条件下经高温裂热解炭化产生的一类多孔富碳、高度芳香化、难降解的物质。研究表明,添加生物炭可以提高土壤TOC、ROC、DOC 含量和土壤碳库管理指数;添加适量生物炭促进根系发育和烟株生长, 提高烟叶品质, 过量生物炭会对烤后烟叶品质产生负面影响 。生物炭的输入会改变土壤有机碳各组分的分配比例,使其朝“惰性化”方向发展,与秸秆直接还田相比,生物炭可以减缓有机碳的更新,有较大的固碳增汇潜力。与不施生物炭相比,施用生物炭降低了土壤碳的矿化作用,减少了土壤生态系统 CO2 等温室气体排放。由于生物炭在土壤培肥、温室气体减排方面表现出巨大的潜力,已成为近年来研究的焦点,在土壤改良方面大有替代秸秆还田之势。但是生物炭输入对土壤呼吸速率影响的研究结果存在争议,有研究表明,8% 生物炭施用量能降低土壤呼吸,小于 8% 施用量则提高了土壤呼吸作用。刘杏认等研究表明,施用生物炭可显著增加 CO2 排放通量,且随着生物炭用量的增加 CO2 排放通量也在增加。前人研究表明,添加生物炭和秸秆均有明显提高土壤有机碳的作用,但不同人的研究结果差异较大;添加生物炭和秸秆对土壤 CO2 排放通量的影响也存在较大的争议,究其原因主要与生物炭和秸秆的施用量、施用方式及土壤背景不同有关。本文通过田间试验,研究了等碳量施入秸秆、生物炭以及两种有机物料混施对土壤有机碳组分和土壤呼吸速率的影响,旨在为提高植烟土壤有机碳含量以及土壤质量、科学改良土壤提供依据。
结论
       等碳量添加不同有机物料,对土壤总有机碳、活性有机碳及土壤呼吸速率的影响具有明显差异。单施秸秆,提高土壤活性有机碳中 DOC、ROC 的效果最显著,短期内可明显改善土壤有机碳库质量,对土壤养分的补充作用明显,但土壤呼吸速率(CO2 排放通量)最高,不利于碳的储存;单施生物炭土壤活性有机碳增加幅度最小,短期内对土壤有机碳库质量的提高及土壤养分的补充作用较小,但土壤总有机碳增加幅度最高,土壤呼吸速率增加幅度最小,有较好的固碳减排效果。生物炭与秸秆配施,土壤MBC含量最高,TOC、DOC、ROC 及土壤呼吸速率介于生物炭和秸秆之间,在增加土壤碳库储量的同时能保证作物养分供应,可以有效克服秸秆和生物炭单独施用的弊端,对土壤肥力的综合提升效果更好。