长期施肥下红壤旱地的固碳效率①
柳开楼，叶会财，李大明，黄庆海*，余喜初，胡志华，徐小林，胡惠文，周利军，王赛莲
【摘 要】红壤旱地的有机碳含量普遍较低，通过外源添加有机肥是增加土壤有机碳含量的重要手段。本研究以红壤旱地长期肥料试验为基础，研究了不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律，并进一步探讨碳投入与玉米产量及土壤碳储量的量化关系。结果表明：施用有机肥可以大幅提升红壤旱地的有机碳含量，氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(OM)处理在 27年间的增加速率分别为 0.08 g/(kg·a)和 0.06 g/(kg·a)，有机碳储量的增加速率分别为 0.24 t/(hm2·a) 和0.16 t/(hm2·a)；与不施肥(CK)处理相比，NPKM和OM处理的土壤有机碳含量分别增加了51.5% 和42.0%，有机碳储量则分别增加57.1% 和45.7%。进一步分析表明，有机碳投入量与土壤有机碳储量变化速率之间存在显著的正相关关系(R2 = 0.971 5，P＜0.001)，且线性拟合方程(y = -0.158 + 0.086x)表明，双季玉米种植下红壤旱地的固碳效率为8.6%，当有机碳投入量为1.84 t/(hm2·a) 时，红壤旱地的有机碳储量保持平衡。因此，施用有机肥是提高红壤旱地有机碳储量的有效途径，固碳效率和土壤有机碳平衡点则可以有效指导红壤旱地有机肥的管理措施。 【期刊名称】土壤
【年(卷),期】2017(049)006 【总页数】6
【关键词】土壤有机碳；红壤旱地；长期施肥；有机碳投入量；拟合方程 红壤是我国南方地区重要的土地资源，总面积5 690万hm2，其中以红色黏土
发育的红壤面积分布最广，其自然特性为土层深厚、酸性强、黏重板结、有机质含量低、保肥保水性能差、生产力水平较低。再加上近年来不合理的土地利用，导致红壤肥力进一步下降，严重制约了该地区粮食增产潜力的发挥[1]。 土壤有机碳是陆地碳库的重要组成部分，其分解和积累的变化一方面直接影响了全球的碳平衡, 另一方面影响了土壤肥力和植物生长，从而间接影响粮食产量[2-3]。大量研究表明，通过施用有机肥、秸秆覆盖、还田和种植绿肥等措施可以同时实现增加作物产量和土壤有机碳含量[4-6]。但土壤是一个复杂的系统，有机碳在土壤中矿化、固定等周转过程受微生物、根系以及环境等诸多因素的影响，在以往的研究中，Kong 等[7]和 Liu等[8]研究发现土壤有机碳固定与累积碳投入存在显著的线性关系。Zhang 等[9]研究认为这种线性关系主要适用于那些土壤有机碳含量尚未达到饱和点的土壤，且认为这些土壤具有较大的潜力固定大气的CO2。因此，通过构建碳投入和固定的量化关系是研究土壤有机碳平衡的重要途径，但这些研究多集中在小麦、玉米、水稻等粮食主产区[8-11]。在红壤旱地上，虽然已有研究表明作物产量与土壤有机碳含量呈显著的正相关关系[4]，但有关土壤固碳效率对不同施肥措施的响应规律仍不明确[5]，尤其是双季玉米连作模式下。而研究不同培肥措施的固碳效率对于指导红壤旱地的有机肥管理意义重大。因此，本研究以双季玉米种植模式的红壤旱地长期肥料试验为基础，通过分析不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律，并进一步探讨了碳投入与玉米产量及土壤碳储量的相互关系，以期明确红壤旱地的固碳效率及碳投入的平衡点，从而指导该地区的玉米生产和肥料管理。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
长期试验地位于江西省进贤县张公镇江西省红壤研究所内(116o17'23''E、28o35'15''N)，地处中亚热带，年均气温 18.1 ℃，≥10 ℃ 积温 6 480 ℃，年降雨量 1 537 mm，年蒸发量 1 150 mm，无霜期约为 289 d，年日照时数 1 950 h。供试土壤为红壤，成土母质为第四纪红黏土。长期试验从 1986 年开始，初始时耕层土壤基本性质为：有机碳 9.39 g/kg，全氮 0.98 g/kg，碱解氮 60.3 mg/kg，全磷 0.62 g/kg，有效磷 5.6 mg/kg，全钾 11.36 g/kg，速效钾 70.25 mg/kg，pH 6.0。 1.2 试验设计
本研究共选取 7个施肥处理：①不施肥处理(CK)；②氮(N)；③氮磷钾(NPK)；④两倍氮磷钾(HNPK)；⑤氮磷钾+有机肥(NPKM)；⑥有机肥(OM)。每处理重复3次，小区面积22.2 m2，随机排列，各小区之间用60 cm深水泥埂隔开。种植方式为春玉米-秋玉米-冬闲制。玉米品种自试验开始后每季均为掖单13号。具体肥料用量详见表1，氮肥、磷肥和钾肥的种类分别为尿素(N为 46.2%)、钙镁磷肥(P2O5为46.2%)和氯化钾(K2O为60%)。磷肥、钾肥和有机肥在玉米种植前作基肥一次性施用，氮肥分基肥(70%)和追肥(30%)施用。玉米种植中采用河水灌溉，其他管理措施同农民习惯。 1.3 测定指标和方法
1.3.1 样品采集 每年在秋玉米收获后的11月中旬随机采集 0～20 cm 土壤，每小区取 5个点混合成一个样，室内风干，磨细过 1 mm 和 0.25 mm 筛，装瓶保存待分析。在每季玉米成熟期，每个小区采集3 棵有代表性的植株样，将籽粒和秸秆分开后烘干，研磨以备分析。
1.3.2 土壤和植株养分测定 土壤有机碳(SOC)采用 K2Cr2O7-H2SO4 氧化法测
长期施肥下红壤旱地的固碳效率
