水稻秸秆/根系添加对红壤性水稻土有机碳组成的影响

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:frankcody
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依托于江西鹰潭孙家典型红壤小流域,以新稻田(NP,20~30yrs)、中期稻田(MP,50~60yrs)及老稻田(OP,400~500yrs)为对象,按土壤发生层至下而上采集母质层(C)、氧化还原层(Brs,Br,Br1,Br2)、犁底层(Ap2)及水耕表层(Ap1)的土壤样品,采用Six等建立的土壤有机碳分组方法,将各发生层土壤有机碳逐级筛分为游离态颗粒有机碳(fPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)及矿物结合态有机碳(MOC),分析了各组分有机碳所占比例(fPOCp、oPOCp及MOCp)的大小,探讨了植稻年限对剖面土壤总有机碳含量(TOC)及各组分有机碳的影响差异;基于等碳量添加水稻秸秆(S)、根茬(R)及二者混合物(S+R)的室内培养试验(0~210天),探讨了水稻秸秆与根系添加30、60、120天和210天后,新稻田土壤中各有机碳组分的变化趋势与差异,并用一级动力学方程对稻田土壤有机碳矿化量(M)进行拟合,分析了水稻秸秆与根系添加对稻田土壤有机碳日均矿化量(ADM)、累积矿化量(CM)、潜在可矿化有机碳量(C0)、矿化速率常数(k)及半周转期(T1/2)的影响过程与机制。主要研究结果如下:(1)红壤性水稻土中TOC含量大小为:OP>MP>NP,且随土壤深度加深呈显著降低趋势。与NP相比,MP和OP的Ap1层TOC含量分别显著增加了110.2%和92.0%,但MP和OP间无显著变化。稻田土壤剖面中fPOCp和MOCp最高分别可达72.2%和72.9%,而oPOCp最高不超过7.2%。等碳量添加秸秆、根系及二者混合物使新稻田土壤剖面各层的TOC含量均显著增加,且随培养时间的增加呈显著降低趋势。与培养30天相比,仅培养120天时S处理使Ap1层土壤TOC含量显著减少了19.6%,而R和S+R处理无显著影响。(2)红壤性水稻土中fPOC含量大小为:OP>MP>NP,且随土壤深度的加深有减少趋势。与NP相比,MP和OP的Ap1、Ap2层fPOC含量分别显著提高了176.7%和138.2%及76.4%和51.9%,但MP与OP无显著差异;NP和MP中fPOCp随土壤深度的加深有减少趋势,而OP变化不显著。与NP相比,MP的Ap2层fPOCp显著提高了31.9%,而OP无显著影响。与MP相比,OP的Ap2层fPOCp显著降低了15.2%。等碳量添加秸秆、根系及二者混合物使新稻田土壤剖面各层的fPOC含量均显著增加,且随培养时间的增加呈显著增加趋势。与培养30天相比,仅培养210天时S+R处理使Ap1层fPOC含量显著增加了44.8%,而S和R处理无显著影响。(3)红壤性水稻土oPOC含量大小依次为:OP>MP>NP,且随土壤深度加深有显著减少趋势。与NP相比,OP的Ap1层oPOC含量显著增加了560.0%,而MP无显著变化。红壤性水稻土oPOCp随土壤深度加深也呈显著减少趋势。与NP相比,OP的Ap1层oPOCp显著增加了157.5%,而MP无显著变化。等碳量添加秸秆、根系及二者混合物使稻田土壤剖面各层的oPOC含量均显著增加,且随着培养时间的增加呈显著减少趋势。与培养30天相比,培养60天与120天后S处理使Ap1和Br1层oPOC含量分别最多显著降低了54.1%和40.3%,而R处理则使Ap2和Br1层oPOC含量分别最多显著降低了46.6%和41.7%;培养60天后S+R处理的Ap1和Ap2层中oPOC含量降低比例分别高达25.8%和27.0%。(4)红壤性水稻土中MOC含量大小依次为:OP>MP>NP,且随土壤深度加深有显著减少趋势。与NP相比,MP和OP的Ap1层中MOC含量分别显著提高了79.5%和140.5%,但MP和OP间无显著差异。红壤性水稻土中MOCp随土壤深度加深有显著增加趋势;与NP相比,MP和OP的Ap2层中MOCp分别显著降低了27.4%和13.7%;与MP相比,OP的Ap2层中MOCp则显著增加了18.8%。等碳量添加秸秆、根系及二者混合物使新稻田土壤剖面各层的MOC含量均显著增加,但随培养时间的增加呈显著降低趋势。与培养30天相比,培养60、120和210天时S、R和S+R处理使Ap1、Ap2层中MOC含量最高降低比例分别高达31.1%和21.2%。(5)等碳量添加水稻秸秆、根系及二者混合物均可显著提高新稻田剖面各层土壤有机碳的日均矿化量(ADM),且在培养前3天内ADM达到最大值,而随着培养时间的延长,呈先显著降低后平缓变化的趋势。与CK相比,S和S+R处理使各层土壤最大ADM分别显著增加了6.1~54.8倍和4.3~33.2倍,而R处理无显著影响。有机碳累积矿化量(CM)大小为:S>S+R>R>CK,随培养时间的延长呈先显著增加后趋于平缓的趋势。与培养第1天相比,CM在培养第7天的增幅高达357.2%,而培养7~35天的增幅不超过47.3%,培养35天后CM的增加量最低。各层土壤ADM达到稳定前时累积矿化量占总累积矿化量的比例大于等于51.8%,是矿化总量的主要贡献部分。与CK相比,S、R和S+R处理中C0分别显著增加了407.8%、115.0%和254.5%;S处理的k值显著增加;而R和S+R处理的k值则显著降低;S和S+R处理可显著减少T1/2,而R处理可显著增加T1/2。随土壤中TOC、fPOC和oPOC含量的增加,C0和k也显著增加;而随土壤中fPOCp和MOCp的增加,C0则分别呈显著增加与减少的趋势。(6)等碳量添加R或S+R的处理对新稻田TOC的增加效果均显著均高于S处理,且S+R处理中CM在培养期内均为最低;其中,新稻田Br1层TOC的增加量均显著高于Ap1和Ap2层,且CM最低。因此,将秸秆和根系的混合物深还至Br1层(20~40 cm)可以有效地提高新稻田土壤有机碳的固存量、降低有机碳的矿化量。
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