控制条件下水肥耦合对黄泥田还田秸秆腐解及土壤碳转化的影响

摘要

[目的]研究秸秆还田后不同水温和肥剂管理措施下土壤碳素转化特征.[方法]以华中双季稻区低产水稻土黄泥田为供试材料,模拟早稻和晚稻秸秆还田的田间环境,在实验室控制条件下,开展了两种温度环境中(15℃、35℃)不同水分(40％和100％最大田间持水量,即40％ WHC、100％ WHC)、配施氮肥类型(尿素、猪粪即U、M)、以及促腐菌剂添加对秸秆腐解效果及其过程中土壤碳素转化影响的研究.对水稻秸秆腐解过程中土壤CO2释放量、以及土壤可溶性有机碳(DOC)和总有机碳(TOC)含量在105天培养周期内变化特征进行动态监测分析.[结果]两种温度环境中整个培养周期内,各处理的CO2释放速率和释放总量通常表现为100％WHC-M＞100％WHC-U＞40％WHC-M＞40％WHC-U,即猪粪优于尿素的规律,而不论配施何种氮肥都存在100％ WHC＞40％ WHC (P ＜0.01)的现象,同时40％ WHC条件下辅施菌剂可显著提升CO2释放量;与此相反,两种温度环境下DOC含量都表现为40％WHC-M＞40％WHC-U ＞100％WHC-M＞100％WHC-U(后两者差异小),即40％WHC条件下DOC含量显著高于100％ WHC(P ＜0.05),且配施猪粪处理优于配施尿素处理,但这两种氮肥处理间差异随培养时间延长而减小;以CO2-C释放量计算0～7 d、0～28 d、0～105 d内物料分解率,结果表明,35℃时100％ WHC-U的处理中物料分解最快,15℃时40％ WHC-M的处理中物料分解最慢.与之对应,105 d内TOC含量和净增量则在35℃时100％ WHC-U的处理中最小(P＜0.01),而在15℃时40％ WHC-M的处理中最大(P＜0.01);TOC的净增量和净损失量在相同温度条件下,尤其试验前期不同水分(P＜0.01)、氮素(P＜0.05)间均存在显著差异,且促腐菌剂添加普遍减小TOC含量;培养周期内所有处理的CO2释放速率与DOC含量间存在显著相关(P＜0.05).[结论]水分状况对碳素的转化存在极大影响,其次是氮肥类型,且氮肥的影响作用随秸秆还田时间的延长而减弱;高湿条件更利于促进秸秆腐解,但导致土壤DOC含量较低,TOC的固持量也较少,而配施猪粪则可促进土壤DOC含量的提升及TOC的固持;促腐菌剂添加可促进秸秆腐解,但由于40％ WHC条件下显著激发了CO2的释放而不利于土壤固碳.因此在华中低产黄泥田双季轮作稻区,早稻还田时由于气温高周期短,建议保持100％ WHC、辅施适量尿素、并配合添加秸秆腐解菌剂,侧重秸秆快腐;而晚稻还田时气温低周期长,建议保持40％ WHC并辅施缓效猪粪,侧重土壤固碳.