长期不同培肥下双季稻田土壤有机碳稳定性的差异及不同稳定机制的相对贡献

The stability of soil organic carbon (SOC) pools controls their responses and feedbacks to climate change. First, we investigate the long-term effect of different fertilization (control, inorganic NPK, manure, and inorganic NPK combined with manure) on changes in SOC stocks over time, its vertical distribution, and carbon sequestration efficiency in a double rice field which has been manipulated under different fertilizer manmagement for 33 years. Second, the mineralization potential of SOC is determined through incubation experiments in order to assess the difference in SOC stability under different fertilization and to examine the influence of soil temperature and water conditions on SOC stability. Lastly, different SOC fractionation methods (physical fractionation, the capacity of chemical adsorption, and molecular composition of SOC) are employed to quantify the relative contribution of various protection mechanisms to SOC stability (physical and chemical protections and biochemical recalcitrance). Thus, the overall objective of this study is to examine the long-term effect of different fertilization on SOC stability and the relative role of various stabilization mechanisms in the double rice field.

揭示土壤有机碳的稳定机制对明确土壤碳库对未来气候变化的响应和土壤碳库调控至关重要。本研究拟利用已有33年历史的双季稻田长期定位试验，（1）明确不同培肥措施下（无肥对照、化肥NPK配施、有机肥、有机无机肥配施）土壤有机碳的长期演变趋势、剖面分布特征以及固碳效率的差异；（2）开展土壤培养实验，监测不同温度和水分条件下，不同培肥处理土壤有机碳的矿化能力，评价长期不同培肥措施下双季稻田土壤有机碳稳定性的差异，揭示土壤温度和水分条件对有机碳稳定性的调控效应；（3）采用不同的有机碳分组技术（物理分组、化学吸附性能和有机碳分子结构分析），对比分析土壤有机碳组分的变化，明确不同稳定机制（物理保护、化学保护和生化稳定性）对双季稻田土壤有机碳稳定性的相对贡献，揭示长期不同培肥措施下双季稻田土壤有机碳稳定性的差异及其调控机制，明确其对未来气候变化的响应和反馈作用。

稻田土壤有机碳的稳定性决定了其对气候变化的反馈作用。基于红壤性双季稻田长期施肥定位试验，该项目旨在揭示长期不同施肥对稻田土壤有机碳稳定性的影响及机理。本研究表明，与初始值相比，不施肥条件下（Control），长期双季稻种植依然大幅提高了土壤有机碳的含量。有机无机肥配施处理（NPKM）的土壤有机碳含量显著高于Control和化学NPK肥处理（NPK）。但是，NPKM处理的土壤固碳效率显著低于NPK处理。.利用化学氧化法研究表明，长期施肥对低活性有机碳和惰性有机碳的含量均无显著影响。有机肥施用主要是提高了土壤高活性有机碳和活性有机碳的含量。而土壤培养法（30℃和60%持水量）结果表明，与NPK相比，有机无机肥配施显著降低了土壤有机碳的稳定性，而Control和NPK处理之间土壤有机碳的稳定性无显著差异。因此，化学氧化法敏感性较低，无法揭示出不同施肥方式对稻田土壤有机碳稳定性的影响。.不同土壤水分（60%持水量和1 cm淹水层）和不同温度（20℃和30℃）模式下的培养实验表明，与Control和NPK处理相比，有机无机肥配施显著提高了单位土壤碳含量的CO2排放量。与Control和NPK处理相比，有机无机肥配施显著提高了单位土壤碳含量的CH4排放量。增温显著提高了单位土壤碳含量的全球增温潜势。与Control和NPK处理相比，有机无机肥配施显著增加了单位土壤碳含量的全球增温潜势。淹水条件下，土壤CH4排放对温度的敏感性（Q10）显著高于CO2排放。NPKM处理CH4排放的Q10显著高于NPK处理。.长期施肥下，稻田大团聚体碳的比例均呈以下趋势：Control<NPK<NPKM，而微团聚体碳的比例则正好相反。不同施肥处理之间土壤粘粉粒碳所占的比重均无显著差异。不同施肥处理之间土壤的粘粒含量和游离氧化铁的含量均无显著差异。长期不同施肥处理对各土壤有机碳功能团的分子组成无显著影响。因此，有机肥虽然提高了土壤有机碳的含量，但是降低了有机碳的稳定性。.因此，有机肥处理土壤有机碳稳定性的下降主要是因为其大团聚体碳比例的升高，导致物理保护机制的减弱。