施肥和秸秆还田对红壤水稻土有机碳分布变异及其矿化特性的影响

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1、万方数据施肥和秸秆还田对红壤水稻土有机碳分布变异及其矿化特性的影响①马力1，杨林章P，肖和艾2，夏立忠1，李运东1，刘晓春3(1中国科学院南京二匕壤研究所，南京2l0008：2中国科学院亚热带农业生态研究所。亚热带农业生态过程重点实验室，长沙4101253中国环境科学研究院，北京100012)摘要：利用始于1990年的湖南桃园红壤水稻土长期定位试验，研究了长期施肥和秸秆还田对红壤水稻土剖面有机碳含量和6bC值分布，有机碳密度和变异幅度，以及有机碳矿化特性的影响。结果表明，长期施肥和秸秆还田使红壤稻田土壤表层有

2、机碳含量显著升高，秸秆还田对有机质的累积作用明显优于仅施化肥处理。施肥或秸秆还田使0～25cm和O～50cm土层的有机碳密度均明显提高，且有机碳变异幅度也明显增大。O．10cm表层土壤613C值与对照的差异最大．而施化肥或秸秆还田处理之间的差异不大。各施肥处理二L壤有机碳在培养初期的矿化速率较大，并在l～3周内迅速降低且逐渐达到稳定状态。秸秆还田使各处理有机碳矿化速率的提高较明显，各处理的平均矿化速率为c0247．75—31．16m1／(瞻·d)，稳定矿化速率为C0240—60ml／(kg·d)。12周培养期

3、内累积矿化量大小为CK+C>NP+C>N+C>NPK+C>NP>NPK>N>NK>CK。长期施化肥和秸秆还田，均使土壤有机碳的累积矿化量提高，而秸秆还田作用更明显。因此，长期施肥和秸秆还田作为土壤有机碳累积的途径．有利于提高红壤水稻土的养分供应能力，并且能够维持稻田生态系统有机碳库的缓冲性和长期稳定性。关键词：施肥；秸秆还田；水稻土；有机碳；分布；变异；矿化中图分类号：S151．9；S153．6土壤有机碳库在维持土壤肥力和农业生态系统稳定方面有着重要作用。作为全球生态系统中最大的碳库，有机碳固定和矿化过程对全

4、球大气CO：浓度起到重要的调节作用【l_3】。红壤是我国亚热带地区重要的土壤资源，在长期水耕熟化过程中发育而成的红壤水稻土在南方稻作区分布很广【4】。稻田生态系统是土壤生态系统的一个子系统，也是农田生态系统的重要组成部分【51。长期水耕熟化过程对水稻土有机碳库的累积将对稻田土壤生态系统稳定性产生重要影响。目前，研究农业土壤有机碳的分布转化是研究陆地生态系统碳循环和全球变化的重要领域之一161引。土壤有机质”C同位素自然丰度(6”C)受生长植物类型、土壤质地和有机质分解特征的影响很大，6BC值的变化可以反映土壤

5、有机碳来源、分解周转规律和受施肥耕作的影响程度【1416】。目前，虽然利用长期定位试验研究水稻土有机碳循环的相关报道较多【"2们，但水稻土有机碳库的分布变异及养分供应强度与长期施肥、耕作及气候因素之间关系和作用机理，仍尚不明确，稻田土壤的固碳潜力问题也存在不确定性【10】。长期定位试验是研究施肥、作物及耕作活动对土壤生态系统长期影响的主要手段【2¨，本研究利用始于1990年的湖南桃园地区红壤水稻土长期定位试验，并运用13C稳定性同位素自然丰度指标，深入探讨了长期施肥对水稻土剖面有机碳分布和分解状况、有机碳密度

6、和变异幅度、以及有机碳矿化特性的影响，旨在为阐明长期施肥和秸秆还田作用下红壤水稻土有机碳库的变化机理，及其碳循环过程与稻田土壤生态系统稳定性之间的联系提供科学依据。1材料与方法1．1研究区概况试验地点是位于湖南省桃源县的中国科学院桃源农业生态站宝洞峪试验场(1l1033，E，28055，N)，该地属于中亚热带向北亚热带过渡的季风湿润气候区，①基金项目：国家重点基础研究发展规划项目(2005CBl2l108)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCx2．Yw．407)资助。+通讯作者(1矽ang@iss勰．

7、ac．cn)作者简介：马力(1979一)，男，安徽阜阳人，博士，助理研究员，主要从事土壤生态系统养分循环与面源污染控制方耐研究。E—mailIma@iss髂ac．cn万方数据土壤第43卷年均温16．5℃，降雨量1447．9mm，日照l531．4h，太阳辐射322．6kJ／cm2，无霜期283天，代表区域为江南红壤丘陵单、双季稻作复合农业生态类型区。供试土壤为第四纪红色黏土发育的水稻土，试验前的土壤背景值如下：pH(H20)5．74，有机质23．3g，I(g，全氮1．39∥kg，全磷O．604g／kg，全钾14

8、．94g／l(g，速效氮53．4mg瓜g，速效磷14．7mg／I(g，速效钾67．7mg／l(g。1．2试验设计试验始于1990年，以“早稻一晚稻一绿肥”种植制度为基础，设9个处理，3次重复，完全随机区组排列，小区面积33．2m2(4．1m×8．1m)，各小区之间用水泥田埂分隔，其地下埋深O．5m，地表露出0．2m。处理设计如下：①不施肥对照(CK)：②不施化肥，仅用稻草秸秆还田(CK+C)：③施化