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土壤酸化是制约农田土壤地力的主要因素之一。世界上约30%的土壤受到酸化影响。在中国,约有2百万km2的土壤为酸性土壤,主要分布在热带和亚热带地区。农业生产中施用石灰和白云石等是改良酸性土壤的有效措施。然而,向土壤中施用石灰或白云石会改变土壤碳(C)和氮(N)循环过程,必将影响到土壤温室气体(GHG)的排放。因此,明确酸性土壤施用白云石后GHG排放特征及影响机制是摆在我们面前亟待解决的问题。本文设置了系列的室内培养实验,研究了添加白云石对酸性土壤GHG排放的影响。研究结果能为白云石改良酸性土壤后的GHG排放特征提供一定科学依据。本研究主要内容包括: ⑴研究选用第四季红粘土发育的两种不同轮作模式的水稻土,其一为油菜-水稻轮作(简称PR,pH5.25),其二为水稻-冬闲淹水(简称PF,pH5.52),两土壤均采自湖北省成宁市贺胜桥附近。土壤经风干过筛后设置了不同的培养实验,定期取样分析土样相关指标以及三种温室气体,主要结果和结论如下: ⑵与对照相比,添加白云石在前期培养阶段(1~17天)能快速增加酸性土壤的pH值,之后缓慢增加直至培养结束。在低量(L)和高量(H)添加量下,土壤pH值范围从5.30提高至7.70,白云石添加量越大,土壤pH值增加越大;土壤水分也影响到了pH值,土壤在90% WFPS的pH高于55% WFPS;研究还发现,与水稻秸秆相比,添加相同量的绿豆秸秆后土壤pH更高;而添加DCD对土壤的pH无显著影响;几种添加培养实验中,90% WFPS条件下添加2 g kg-1的白云石后对土壤酸性改良效果最佳,但在该条件下添加氮肥后一定程度降低了土壤pH。 ⑶与PR土壤相比,PF本底氮含量较高,培养过程中具有更高NH4+-N浓度。添加白云石也能促进土壤NH4+-N的释放,且浓度随添加量的增加而提高。施氮和提高土壤含水量均能增加土壤NH4+-N的浓度;与水稻秸秆相比,添加绿豆秸秆促进了土壤更高NH4+-N的释放;同样,添加DCD硝化抑制剂后也能显著促进土壤NH4+-N含量,且铵态氮浓度受DCD添加量的影响。 ⑷土壤硝态氮含量随培养时间不断上升暗示了试验土壤处于硝化过程。一般而言,培养结束时土壤中NO3--N浓度最高。与L处理相比,H处理下的白云石能促进土壤更高的NO3--N含量;施用氮肥和添加秸秆均能提高土壤NO3--N含量,但绿豆秸秆促进了土壤更高NO3--N含量;添加DCD后降低了土壤NO3--N浓度。 ⑸土壤DOC和MBC浓度在培养初期较高,随培养的延续而不断下降。提高土壤水分和H处理下的白云石均可提高土壤MBC和DOC含量。氮肥和DCD的应用也可适度增加DOC和MBC含量,但不同处理间的差异并不显著。添加秸秆提高了土壤MBC和DOC含量,且绿豆秸秆的促进效果更佳。 ⑸培养初期,土壤N2O排放通量较高,随培养时间延续而降低。与55% WFPS相比,90% WFPS条件下排放了更多的N2O。90% WFPS条件下添加氮肥N2O排放峰值为0.59μg N2O-N kg-1 h-1。添加秸秆后N2O排放通量为0.31~4.32μg N2O-Nkg-1 h-1,与水稻秸秆相比,添加绿豆秸秆促进了更多N2O排放;与L处理相比,H处理下添加白云石后,降低了土壤N2O数量级的排放,整个培养期间,土壤pH值与N2O通量呈显著负相关关系;添加DCD也能显著降低土壤N2O排放通量,且减排效果与DCD添加量密切相关,主要是因为DCD抑制了硝化过程。相比而言,DCD和白云石复合处理下N2O排放量最低。 ⑹添加白云石促进土壤对CH4的吸收,因而降低了CH4累积排放量。H处理的土壤CH4减排效果更佳。不同水分下,CH4排放差异明显,90%WFPS条件下土壤CH4以排放为主,而55%WFPS条件下以吸收为主。此外,施用氮肥增强了土壤CH4排放,但DCD却抑制了甲烷排放。整个培养期间,土壤pH值与CH4通量呈显著负相关关系。 ⑺添加白云石后,在提高土壤pH值的同时也促进了土壤呼吸。在培养前期,因有充足的基质碳源,土壤CO2排放通量较高,后期随土壤DOC和MBC浓度的降低而下降。此外,培养过程中土壤pH值随土壤中可溶性碳的逐渐溶解而增加,该条件又会促进土壤微生物的活性。因而,添加白云石后,可促进无机碳释放到大气中。土壤DOC和MBC含量随着土壤水分的增加效果并不显著。同样,添加DCD对土壤CO2的排放无明显影响。但添加秸秆能为土壤提供更多可利用性碳源,因而能显著促进土壤CO2的排放,与水稻秸秆相比,添加绿豆秸秆后促进了更多CO2的排放。 ⑻向土壤中添加白云石能显著提高土壤pH值,具有较好的酸性改良效果。土壤pH值上升后激发了土壤有机碳和矿质氮的的矿化,进而影响到土壤N2O,CH4和CO2的排放效应。具体表现为,减少了土壤N2O和CH4排放通量,但增加了土壤CO2排放。因此,本研究暗示,添加白云石是改良酸性土壤的一种有效措施,不仅可促进土壤养分的释放,还可降低土壤N2O和CH4排放,但同时也会增加土壤CO2排放。