長期定位試驗(yàn)下砒砂巖與沙復(fù)配土的碳庫管理指數(shù)

郭 振,孫劍虹

(1.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，陜西 西安 710021；2.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075)

1 引言

土壤有機(jī)碳作為評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)，在土壤物理特性、化學(xué)性質(zhì)和生物作用中起著尤為重要的作用[1]。但是，土壤有機(jī)碳的數(shù)量只是碳庫輸入和輸出之間動(dòng)態(tài)平衡的結(jié)果，不能反映土壤有機(jī)碳質(zhì)量的任何變化[2,3]。土壤有機(jī)碳按照可利用的簡易程度可分為活性有機(jī)碳、緩效性有機(jī)碳和惰性有機(jī)碳，其中活性有機(jī)碳僅占土壤有機(jī)碳的一小部分，它對(duì)土地管理或環(huán)境條件的變化比其他穩(wěn)定性有機(jī)碳組分更為敏感[4,5]。而碳庫管理指數(shù)在綜合土壤碳庫總量與碳庫活度的情況下，通常被用來表征不同研究背景下土壤碳庫的質(zhì)量狀況[6]。因此，利用活性有機(jī)碳和碳庫管理指數(shù)研究土壤碳庫穩(wěn)定性已成為研究必要性和熱點(diǎn)話題。

2 材料與方法

為模擬陜晉蒙交界處毛烏素沙地區(qū)域土層的實(shí)際情況，在陜西富平中試基地進(jìn)行毛烏素沙地耕作層復(fù)配成土研究，砒砂巖與沙均采自陜西省榆林市榆陽區(qū)大紀(jì)汗村，砒砂巖為紫紅色砒砂巖。作物根系的生長土層一般位于30～40 cm之間，因此復(fù)配成土試驗(yàn)設(shè)計(jì)混合層厚度為0～30 cm，30～70 cm全部用沙進(jìn)行填充，整體深度為1 m。共設(shè)計(jì)4種不同復(fù)配比試驗(yàn)，體積比分別為砒砂巖與沙0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)。水肥管理采用當(dāng)?shù)氐墓芾泶胧?，每年分別種植夏玉米和冬小麥。

2019年10月份夏玉米收獲后，采集各小區(qū)0～10 cm土層土壤樣品，自然風(fēng)干后過0.149 m篩用于有機(jī)碳和活性有機(jī)碳的測(cè)定。有機(jī)碳采用TOC分析儀測(cè)定，活性有機(jī)碳采用高錳酸鉀氧化法進(jìn)行測(cè)定[7]。碳庫管理指數(shù)借鑒連玉珍等[1]計(jì)算方法。

3 結(jié)果與分析

3.1 復(fù)配土含碳量

本研究中非活性有機(jī)碳為總有機(jī)碳與活性有機(jī)碳含量差值，便于計(jì)算碳庫活度。結(jié)果表明(表1)，總有機(jī)碳含量介于2.02～4.41 g/kg之間，活性有機(jī)碳含量介于0.39～0.67 g/kg之間，非活性有機(jī)碳含量介于1.63～3.93 g/kg之間。與CK處理相比，總有機(jī)碳含量顯著提升了76.24%～118.32%，C1、C2和C3處理間無顯著差異；活性有機(jī)碳含量在CK、C1、C2和C3處理未表現(xiàn)出顯著差異；非活性有機(jī)碳含量變化趨勢(shì)與總有機(jī)碳含量一致，以CK處理最低，其次為C2、C1處理，C3處理的含量最大，較CK處理顯著提升了92.64%～141.10%。

表1 復(fù)配土0～10 cm表土層碳含量

3.2 復(fù)配土碳庫活度指數(shù)

本研究結(jié)果表明，碳庫活度和碳庫活度指數(shù)的變化趨勢(shì)一致(圖1)，均隨著砒砂巖比例的增加而逐漸降低。與CK處理相比，C1處理下的碳庫活度和碳庫活度指數(shù)均無顯著差異，降幅分別為20.83%和22%。C2處理與CK處理和C1處理相比，碳庫活度分別顯著降低了45.83%和31.58%，碳庫活度指數(shù)分別降低了44%和28.21%。C3處理與CK處理和C1處理相比，碳庫活度分別顯著降低了50%和36.84%，碳庫活度指數(shù)分別降低了49%和38.57%。C2處理和C3處理間無顯著差異。

圖1 復(fù)配土0～10 cm表土層碳庫活度和碳庫活度指數(shù)

3.3 復(fù)配土碳庫管理指數(shù)

本研究結(jié)果表明，碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)的變化趨勢(shì)一致(圖2)，隨著砒砂巖比例的逐漸增加先增加后降低再增加。與CK處理相比，C1處理下的碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)均顯著增加，增幅分別為110%和65%。C1、C2和C3處理間的碳庫指數(shù)均未表現(xiàn)出顯著差異，但均顯著高于CK處理，其中C2和C3處理的碳庫指數(shù)較CK處理增加了77%和119%。CK、C2和C3處理間的碳庫管理指數(shù)均無顯著性差異，均低于C1處理。

圖2 復(fù)配土0～10 cm表土層碳庫指數(shù)和碳庫管理指數(shù)

4 結(jié)論

沙土中添加不同比例的砒砂巖后均可顯著增加總有機(jī)碳含量，而活性有機(jī)碳含量在各處理間則無顯著性差異。碳庫活度和碳庫活度指數(shù)均隨砒砂巖比例的增加而逐漸降低，沙土中添加不同比例的砒砂巖后碳庫指數(shù)有增加的趨勢(shì)，以C3處理最大，綜合碳庫指數(shù)和碳庫活度指數(shù)，碳庫管理指數(shù)以C1處理最大，其余處理間無顯著差異，說明添加砒砂巖比例為16.67%時(shí)碳庫有效性較高，土壤朝良性轉(zhuǎn)變。