不同的氮肥减量措施对稻田土壤有机碳矿化与转化的影响

来源 :湖南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wish_hjl
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氮肥减施和土壤固碳的“双赢”对于我国稻田生态环境的可持续发展具有重要意义,研究不同的氮肥减量措施对亚热带地区稻田土壤有机碳周转的影响,可为该地区稻田氮肥减施的可能性以及土壤固碳的有效性提供理论依据。因此,本研究选取亚热带稻田氮肥减量定位试验中的五种不同施肥方式,分别为不施肥(NF)、常规化肥(RF)、减量化肥(DF)、秸秆配施低量化肥(RS+LF)和牛粪配施低量化肥(OM+LF),其中减量化肥处理的氮素施用量为常规化肥的75%,秸秆和牛粪配施低量化肥处理的氮素施入量与减量化肥相同。不同施肥处理的磷钾肥施用量相同。于25℃恒温黑暗条件下室内培养100 d,研究不同方式氮肥减量处理下稻田土壤有机底物(13C-葡萄糖)的矿化动态及其对土壤原有有机碳矿化的激发效应;分析有机底物分解转化产物在土壤有机质不同组分(颗粒有机碳、微生物生物量碳、溶解性有机碳)中的分配特点,以及与矿质成分(钙铁铝)的键合特性,揭示不同的氮肥减量措施下稻田土壤有机碳周转的特征与差异。主要研究结果如下:(1)在100 d培养期内,NF、RF、DF、RS+LF和OM+LF处理下有机底物的矿化速率分别介于0.05~6.67 mg/(kg·d)、0.06~7.27 mg/(kg·d)、0.05~7.05mg/(kg·d)、0.05~8.11 mg/(kg·d)和0.05~7.41 mg/(kg·d)。培养结束时,有机底物的累积矿化率分别为29%、28%、24%、25%和22%。与RF相比,DF和RS+LF处理有机底物的累积矿化率并无显著变化,但OM+LF处理下有机底物的累积矿化率显著低于RF。上述结果表明,单纯的减量施用氮肥以及配合秸秆施用并没有明显降低稻田土壤中有机底物的累积矿化率,而牛粪配施低量化肥则显著降低了有机底物的累积矿化率。有机底物对原有有机碳的激发效应表现为不施肥处理(42%)和常规施肥(62%)显著高于减量化肥处理(18%),减量化肥处理显著高于秸秆配施低量化肥(11%)和牛粪配施低量化肥(13%)处理。也就是说,不同施肥处理土壤原有有机碳对添加外源有机底物的响应存在差异,表现为减量化肥处理的正激发效应显著低于常规施肥处理,这其中又以氮肥减量配合有机肥施用下有机底物对原有有机碳的激发效应为最低。(2)有机底物向活性碳库(a1)的分配比例表现为秸秆、牛粪配施低量化肥(25%和26%)显著高于减量化肥(23%)处理,而减量化肥和常规施肥处理(22%)间无显著差异;同样,有机底物的周转速率也表现为秸秆(0.301mg/(kg·d))、牛粪配施低量化肥(0.338 mg/(kg·d))显著高于减量化肥(0.221mg/(kg·d))处理,减量化肥和常规施肥(0.193 mg/(kg·d))处理间无显著差异,而有机底物的半衰期则呈相反趋势。这表明相比于常规化肥处理,单纯的化肥减量施用并未改变有机底物的周转速率和周转时间,但是秸秆、牛粪配施低量化肥则显著提高了土壤中有机底物的周转速率,同时缩短了土壤中有机底物矿化的周转时间。(3)稻田土壤中有机底物的分解转化产物向有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)、微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)分配的比率分别为54%~62%、4.8%~7.9%、5.4%~11.5%和0.2%~0.4%。其中,13C-SOC在DF(55%)和RF(54%)间的分配比率无显著差异,但在RS+LF(60%)和OM+LF(62%)中的分配比例显著高于DF;13C-POC在DF(6.1%)和RF(5.7%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(6.8%)和OM+LF(7.9%)中的分配比例显著高于DF;13C-MBC在DF(7.7%)和RF(6.6%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(11.4%)和OM+LF(11.5%)中的分配比例显著高于DF;13C-DOC在DF(0.3%)和RF(0.2%)间的分配比率无显著,但在RS+LF(0.5%)和OM+LF(0.4%)中的分配比例显著高于DF。因此,常规施肥处理和减量化肥处理中有机底物分解产物在SOC组分中的分配比例无显著差异,但减量化肥配合秸秆、牛粪施用促进了有机底物在有机碳不同组分中的分配。(4)稻田土壤中有机底物的分解转化产物向钙键合态有机碳(Ca-SOC)和铁铝键合态有机碳(Fe/Al-SOC)的分配比率分别为0.05%~0.14%和0.37%~0.94%。13C-Ca/SOC在DF(0.07%)和RF(0.06%)间的分配比率无显著差异,但在RS+LF(0.14%)和OM+LF(0.13%)中的分配比例显著高于DF;同样,13C-Fe/Al/SOC在DF(0.65%)和RF(0.69%)间的分配比率也无显著差异,但在RS+LF(0.89%)和OM+LF(0.94%)中的分配比例显著高于DF。可见,与常规化肥相比,即使在氮肥施用量降低的前提下,有机无机肥按比例配施土壤中的有机质仍然具有更强的矿质成分的化学保护作用,也更有利于稻田土壤有机碳的积累与稳定。
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