彭華，紀(jì)雄輝*，吳家梅，朱堅(jiān)，田發(fā)祥

1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.中南大學(xué)隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410125；4.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙410125

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不同稻草還田模式下雙季稻土壤有機(jī)碳及碳庫(kù)管理指數(shù)研究

彭華1，2，3，紀(jì)雄輝1，3，4*，吳家梅1，3，朱堅(jiān)1，2，3，田發(fā)祥1，3

1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2.中南大學(xué)隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3.農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長(zhǎng)沙410125；4.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長(zhǎng)沙410125

摘要：研究雙季稻不同稻草還田模式下土壤總有機(jī)碳、活性有機(jī)碳及碳庫(kù)管理指數(shù)的變化，對(duì)稻田合理利用稻草資源和稻田土壤固碳具有重要意義。本文通過(guò)3年田間定位試驗(yàn)，研究了雙季稻無(wú)草+翻耕+冬季免耕休閑（CK）、雙季稻草焚燒還田+翻耕+冬季免耕休閑（BST）、雙季稻稻草覆蓋免耕+冬季高樁免耕（SNTH）、雙季稻稻草覆蓋免耕+冬季深埋（SNTB）和雙季稻稻草還田+翻耕+冬季稻草翻埋（STB）5種周年稻草還田模式對(duì)不同層次土壤有機(jī)碳、活性碳以及碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，旨在探明雙季稻田稻草高效碳管理模式，結(jié)果表明：無(wú)論是翻耕還是免耕，稻草還田均能顯著提高耕層0～15 cm土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量；稻草覆蓋免耕顯著增加0～5 cm土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳以及土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，而雙季稻稻草覆蓋免耕結(jié)合冬季翻埋稻草則有利于土壤有機(jī)碳在5～15 cm積累，彌補(bǔ)因稻草覆蓋免耕有機(jī)碳在整個(gè)耕層累積的不足。因此，認(rèn)為稻田免耕覆蓋稻草+冬季翻埋稻草是適合雙季稻田的周年稻草還田增碳的技術(shù)模式。

關(guān)鍵詞：雙季稻；稻草還田；有機(jī)碳；碳庫(kù)管理指數(shù)

引用格式：彭華，紀(jì)雄輝，吳家梅，朱堅(jiān)，田發(fā)祥.不同稻草還田模式下雙季稻土壤有機(jī)碳及碳庫(kù)管理指數(shù)研究［J］.生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2016，25（4）:563-568.

PENG Hua，JI Xionghui，WU Jiamei，ZHU Jian，TIAN Faxiang.Organic Carbon and Carbon Pool Management Index in Soil under Different Rice Straw Returning Way in Double-croping Paddy Fields ［J］.Ecology and Environmental Sciences，2016，25（4）:563-568.

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤有機(jī)碳（SOC）的轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定性與土壤可持續(xù)利用及碳循環(huán)關(guān)系密切。作為反映碳循環(huán)和土壤質(zhì)量、土壤健康的指標(biāo)，SOC是國(guó)內(nèi)外學(xué)者開(kāi)展研究的重點(diǎn)。水稻是我國(guó)重要的糧食作物，稻草資源十分豐富，稻草作為一種廉價(jià)的有機(jī)肥料能夠提高土壤肥力、改善土壤理化性狀、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)以及降低施肥成本。但是目前我國(guó)秸稈資源僅有20%～36%被用作肥料，被燃燒和廢棄的秸稈為45%～60%（包雪梅等，2003），這不僅浪費(fèi)了有機(jī)資源，同時(shí)也污染了環(huán)境。有研究表明，若稻田僅依靠系統(tǒng)根系、根系分泌物和凋落物的自然作用，其有機(jī)質(zhì)含量也會(huì)逐漸降低（王凱榮等，2005），因此，水田需要補(bǔ)充有機(jī)物料以維持土壤肥力。稻草還田是稻田重要的有機(jī)碳補(bǔ)充形式，秸稈還田的推廣是我國(guó)農(nóng)田表土有機(jī)碳含量增加的主要原因之一（Huang et al.，2006）。在稻田生態(tài)系統(tǒng)中，土壤耕作和秸稈還田是較為普遍的管理措施，隨著社會(huì)和生產(chǎn)的發(fā)展，秸稈還田方式和數(shù)量都不斷在變化，尤其是部分地區(qū)禁燒秸稈和留高茬直接還田技術(shù)的推廣，使秸稈直接還田數(shù)量不斷增加。另外，在保護(hù)性耕作條件下，少免耕和秸稈還田能增加土壤總有機(jī)碳、穩(wěn)定碳和碳庫(kù)指數(shù)（李琳等，2006）。因此，稻草還田和耕作措施相結(jié)合的農(nóng)田固碳對(duì)低碳農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重大意義。

土壤碳庫(kù)管理指數(shù)可作為土壤有機(jī)質(zhì)總量及其質(zhì)量變化的較系統(tǒng)和敏感的監(jiān)測(cè)指標(biāo)，是土壤管理措施引起土壤有機(jī)質(zhì)變化的重要依據(jù)。國(guó)外對(duì)碳庫(kù)管理指數(shù)研究較多（Blair et al.，1995；Mnajaish et al.，2000），近年來(lái)，對(duì)不同農(nóng)藝措施下水稻產(chǎn)量及土壤有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)變化研究逐漸增多，如長(zhǎng)期施肥（徐明崗等，2006；張貴龍等，2012）、秸稈還田（吳建富等，2013王丹丹等，2013）以及耕作方式（李琳等，2008；徐尚起等，2011）等管理措施下對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)影響的研究，前人的研究主要側(cè)重于水稻季稻草還田模式對(duì)有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，而冬閑季稻草還田的周年稻草管理對(duì)碳庫(kù)管理指數(shù)的影響以及不同土壤層次土壤碳庫(kù)管理指數(shù)也鮮有報(bào)道，研究土壤有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)能明確土壤管理和施肥的科學(xué)性，探索稻田溫室氣體排放和碳庫(kù)關(guān)系。因此，本研究對(duì)于評(píng)價(jià)南方雙季稻區(qū)稻田土壤碳優(yōu)化管理措施、農(nóng)作物秸稈循環(huán)利用及可持續(xù)發(fā)展具有重要理論意義和實(shí)踐價(jià)值。文章采用田間試驗(yàn)研究雙季稻田稻草還田周年調(diào)控模式對(duì)不同土壤層次有機(jī)碳、活性有機(jī)碳變化及土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，旨在明確雙季稻田土壤碳庫(kù)動(dòng)態(tài)變化過(guò)程，為雙季稻田稻草還田和耕作措施的出臺(tái)提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于湖南省長(zhǎng)沙縣干杉鄉(xiāng)大屋組（N28°08′18″，E113°12′0″），海拔42 m，年平均溫度為17.1 ℃，年降水量1500 mm，年積溫（≥10 ℃）5300～6500 ℃，為南方典型的雙季稻種植區(qū)。土壤類型為第四紀(jì)紅壤發(fā)育的紅黃泥水稻土，理化性質(zhì)：土壤pH（H2O）6.1，有機(jī)碳15.7 g·kg-1，全氮1.56 g·kg-1，全磷061 g·kg-1，全鉀8.7 g·kg-1，堿解氮146 mg·kg-1，有效磷7.1146 mg·kg-1，速效鉀53 mg·kg-1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)始于2012年4月─2014年12月，共3年，共設(shè)置5個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，田間隨機(jī)排列，試驗(yàn)小區(qū)面積為24 m2，5個(gè)處理分別為：（1）無(wú)草翻耕（CK）處理：水稻翻耕且周年稻草不還田；（2）焚燒翻耕（BST）處理：早稻翻耕稻草不還田，晚稻翻耕焚燒稻草還田，冬季休閑焚燒稻草還田；（3）稻草覆蓋（SNTH）處理：早稻免耕稻草不還田，晚稻免耕覆蓋早稻草還田，冬季休閑稻草留樁還田；（4）冬埋稻免（SNTB）處理：早稻免耕稻草不還田，晚稻免耕覆蓋早稻草還田，冬季休閑稻草翻埋還田；（5）冬埋稻翻（STB）處理：早稻翻耕稻草不還田，晚稻翻耕稻草還田，冬季休閑稻草翻埋還田。

早、晚稻季施氮量分別為150和180 kg·hm-2，P2O5施用量分別為90和60 kg·hm-2，K2O施用量分別為90和135 kg·hm-2，氮、磷、鉀肥分別為尿素、過(guò)磷酸鈣和氯化鉀。氮肥按照基肥∶分蘗追肥=8∶2施入稻田，磷肥、鉀肥作基肥一次性施入。稻草還田均按當(dāng)季稻草產(chǎn)量全量還田，稻草還田方式：稻草切割成約30 cm長(zhǎng)均勻撒施土表（覆蓋還田）、利用耕作與土混勻（翻耕還田）、翻埋在土壤15 cm處（翻埋還田）、機(jī)收后保留高樁并將碎草撒于表面（高樁還田）。水稻品種為湘早秈24號(hào)（早稻）和岳優(yōu)9113（晚稻）。

1.3樣品采集及測(cè)定指標(biāo)和方法

于2014年晚稻收割后，按照5點(diǎn)取樣法，分別采集耕層0～15 cm以及不同土壤層次0～5、5～10 和10～15 cm的土壤混合樣品，撿去其中作物根系和小石頭，自然風(fēng)干，磨碎，備用。土壤有機(jī)碳采用K2CrO7氧化法（魯如坤，2000）。土壤活性碳按文獻(xiàn)（徐明崗等，2006）的方法：稱量處理過(guò)的約含15 mg有機(jī)碳的土樣，放入塑料瓶（100 mL）內(nèi)，用25 mL 333 mmol·L-1KMnO4振蕩處理1 h，振蕩后4000 r·min-1離心5 min，取上清液，用去離子水按1∶250比例稀釋，然后用分光光度計(jì)565 nm比色測(cè)定，根據(jù)KMnO4的濃度變化計(jì)算活性有機(jī)碳碳量，單位mg·g-1（氧化過(guò)程中1 μmol·L-1KMnO4消耗0.175 μmol·L-1或9 mg碳）。

1.4計(jì)算公式

穩(wěn)態(tài)碳=總有機(jī)碳-活性碳；

碳庫(kù)指數(shù)（CPI）=農(nóng)田土壤有機(jī)碳/參考農(nóng)田土壤有機(jī)碳；

碳庫(kù)活度（A）=活性碳/穩(wěn)態(tài)碳；

碳庫(kù)活度指數(shù)（AI）=農(nóng)田碳庫(kù)活度/參考土壤碳庫(kù)活度；

碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）=碳庫(kù)指數(shù)×碳庫(kù)活度指數(shù)×100；

活性有機(jī)碳效率=土壤活性有機(jī)碳/土壤總有機(jī)碳×100。

以翻耕稻草不還田（CK）處理作為參考農(nóng)田土壤進(jìn)行計(jì)算。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 17.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，多重比較的顯著性檢驗(yàn)均采用Fisher’s LSD法。

2　結(jié)果與分析

2.1稻草還田對(duì)耕層土壤總有機(jī)碳含量的影響

不同稻草還田處理耕層0～15 cm土壤總有機(jī)碳含量如圖1。結(jié)果表明，與CK稻草不還田處理相比，稻草還田顯著增加耕層0～15 cm土壤有機(jī)碳含量，增加幅度為6.3%～10.6%（P＜0.05），0～15 cm土壤層總有機(jī)碳含量大小順序?yàn)椋篠NTB＞STB＞BST＞SNTH＞CK。與SNTH處理相比，BST、SNTB 和STB處理均能增加耕層0～15 cm土壤總有機(jī)碳含量，其中SNTB處理顯著增加土壤總有機(jī)碳。

不同土壤層總有機(jī)碳含量如圖2。0～5 cm土壤中，免耕處理較翻耕處理其總有機(jī)碳平均含量顯著增加5.0%（P＜0.05），與CK稻草不還田處理相比，稻草還田也顯著增加了0～5 cm土壤總有機(jī)碳含量，增加幅度為5.9%～10.4%（P＜0.05），以SNTH處理增碳效果最顯著，其余稻草還田處理之間差異不顯著。3年定位試驗(yàn)結(jié)果表明，雙季稻田稻季無(wú)論是翻耕還是免耕，稻草還田均顯著增加稻田0～5 cm總有機(jī)碳的積累，周年稻草覆蓋免耕0～5 cm土層總有機(jī)碳的積累效果最佳，其次為稻季免耕加冬季翻埋稻草措施。

圖1　不同處理土壤總有機(jī)碳含量差異Fig.1 Content of soil total organic carbon in different treatments

就5～10 cm土壤總有機(jī)碳含量而言，與CK處理相比，BST、SNTH處理有機(jī)碳含量略有增加，但差異不顯著，而SNTB與STB處理增碳效果顯著，增加幅度分別為5.2%（P＜0.05）和5.0%（P＜0.05）。稻草還田處理之間，SNTB處理較SNTH處理土壤總有機(jī)碳含量顯著增加5.8%（P＜0.05），表明稻季稻草覆蓋免耕，冬季采取稻草翻埋措施有利于提升5～10 cm土壤總有機(jī)碳的含量。

就10～15 cm土壤總有機(jī)碳含量而言，稻草還田能夠增加10～15 cm土壤總有機(jī)碳含量，除SNTH處理外，其余稻草還田處理顯著增加總有機(jī)碳含量，而翻耕、免耕有機(jī)碳含量未達(dá)顯著水平。不同處理之間，CK和SNTH處理有機(jī)碳含量差異不顯著，均顯著低于其他處理。與CK處理相比，BST、SNTB和STB處理總有機(jī)碳含量分別提高18.8% （P＜0.05）、22.0%（P＜0.05）和20.2%（P＜0.05），SNTB處理較SNTH處理總有機(jī)碳含量顯著增加13.9%（P＜0.05），表明稻草還田翻耕利于有機(jī)碳在10～15 cm土層積累，稻季免耕或翻耕，結(jié)合冬季翻埋稻草均能顯著增加10～15 cm土層有機(jī)碳含量，且土壤翻耕更利于有機(jī)碳在10～15 cm土壤累積。

圖2　稻草還田模式下不同土壤層土壤總有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量Fig.2 Contents of soil total organic carbon and active carbon in different soil layer by rice straw returning

2.2稻草還田對(duì)耕層土壤活性有機(jī)碳的影響

從圖2可以看出，不同稻草還田模式下耕層0～15 cm土壤活性碳含量與土壤總有機(jī)碳含量規(guī)律相同，即隨土層的增加其含量顯著降低，與CK處理相比，稻草還田顯著增加0～15 cm土壤活性有機(jī)碳含量，增加幅度為10.5%～14.5%（P＜0.05）。無(wú)論翻耕、免耕，稻草還田均能顯著增加0～5、5～10和10～15 cm土壤活性有機(jī)碳，平均增幅分別為6.6% （P＜0.05）、8.9%（P＜0.05）和24.0%（P＜0.05）。無(wú)論是否稻草還田，稻季免耕處理（SNTH和SNTB）較翻耕（CK、BST和STB）處理顯著增加0～5 cm土層活性有機(jī)碳（P＜0.05），但5～10和10～15 cm土層活性有機(jī)碳含量在翻耕、免耕處理間差異不顯著，表現(xiàn)出土壤5～15 cm活性有機(jī)碳含量受耕作方式影響較小。在稻草還田各處理中，稻季免耕SNTH處理較其他稻草還田處理（BST、SNTB和STB）顯著增加0～5 cm土層活性有機(jī)碳含量，但其5～10 和10～15 cm土層活性有機(jī)碳含量則低于其他稻草還田處理，而SNTB、STB處理均顯著增加10～15 cm土壤活性有機(jī)碳含量，表明稻季稻草覆蓋免耕不利于10～15 cm層土壤有機(jī)碳的累積，可以通過(guò)冬閑季翻埋稻草措施來(lái)彌補(bǔ)，該措施能夠達(dá)到周年稻草還田翻耕措施對(duì)10～15 cm土壤活性有機(jī)碳累積的效果。

土壤中活性有機(jī)碳占土壤總有機(jī)碳的百分比反映了土壤有機(jī)碳質(zhì)量，稻草還田主要顯著增加了5～15 cm土壤層活性有機(jī)碳效率，對(duì)0～5 cm土壤活性有機(jī)碳效率增加效果并不明顯（表2），可能與土壤表層有機(jī)碳的不穩(wěn)定性有關(guān)。不同處理之間，10～15 cm土壤層中土壤活性有機(jī)碳效率大小順序?yàn)椋篠NTH＞STB＞SNTB＞BST＞CK，表明稻草還田加上少耕、免耕措施對(duì)5～15 cm土壤有機(jī)碳質(zhì)量具有明顯提高作用。

2.3稻草還田對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

周年稻草還田調(diào)控模式對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)具有一定的影響，見(jiàn)表1?？傮w而言，稻草還田有利于提升耕層土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳、穩(wěn)態(tài)碳、碳庫(kù)指數(shù)以及碳庫(kù)管理指數(shù)。0～5 cm表層土壤碳庫(kù)活度（CPI）差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平，土壤碳庫(kù)管理指數(shù)（CPMI）除SNTH處理較CK處理顯著增加9.8%（P＜0.05）外，其余各處碳庫(kù)管理指數(shù)增加效果不顯著，表明周年稻草覆蓋免耕稻草僅顯著增加表層0～5 cm土壤碳庫(kù)。稻草還田各處理土壤5～10 cm碳庫(kù)活度較稻草不還田顯著增加，增加幅度為5.0%～8.4%（P＜0.05），與CK處理相比，SNTB、STB和BST處理顯著增加碳庫(kù)管理指數(shù)，增加幅度為5.7%～15.6%（P＜0.05），10～15 cm土層中，SNTH 和SNTB處理較其余各處理顯著增加土壤碳庫(kù)活度，表明稻田土壤碳庫(kù)受稻草還田和耕作措施的影響大于表層土壤，土壤層中碳庫(kù)管理指數(shù)順序?yàn)镾NTB＞STB＞BST＞SNTH＞CK，與SNTH處理相比，SNTB顯著增加土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，表明稻季稻草覆蓋免耕，冬季進(jìn)行稻草深埋能有效提高10～15 cm土層碳庫(kù)管理指數(shù)。

3　討論

表1　不同處理對(duì)土壤活性有機(jī)碳含量、有效率以及土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響Table 1 Effect of soil active organic carbon and availability of active carbon and carbon pool management index in defferent treatment

3.1稻草還田對(duì)土壤有機(jī)碳的影響

稻草還田是通過(guò)增加土壤有機(jī)碳的直接輸入實(shí)現(xiàn)增碳效果，稻草還田增加了外源有機(jī)物的投入，為微生物提供充足的碳源，提高微生物活性，微生物分解的有機(jī)質(zhì)以及秸稈腐解物是活性碳組分的主要來(lái)源。本研究表明，稻草還田顯著增加耕層土壤有機(jī)碳及活性有機(jī)碳含量，增加幅度分別為6.3%～10.6%（P＜0.05）和10.5%～14.5%（P＜0.05），與前人研究結(jié)果相似（吳家梅等，2010；曾研華等，2011）。同時(shí)，土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳隨土層的增加呈遞減趨勢(shì)，規(guī)律與盛浩等（2013）、李琳等（2006）研究相似。不同模式中，稻季免耕的SNTB處理較SNTH處理顯著增加有機(jī)碳含量，表明冬季翻埋稻草能夠顯著增加土壤0～15 cm總有機(jī)碳含量，主要原因可能是冬閑季稻草翻埋時(shí)期氣溫較低，微生物活性減弱，減緩了稻草的礦化，保存了大量有機(jī)物質(zhì)，次年稻季免耕措施也減少了因土壤翻動(dòng)導(dǎo)致的有機(jī)碳氧化和礦化，減少了其損失。研究中發(fā)現(xiàn)，稻草還田方式對(duì)耕層土壤有機(jī)碳含量影響較大，周年稻草覆蓋免耕措施土壤有機(jī)碳及活性有機(jī)碳呈土壤表層富集現(xiàn)象，原因可能是免耕避免了土壤擾動(dòng)，減少了土壤微生物的保護(hù)性物質(zhì)釋放，緩解了土壤有機(jī)質(zhì)的氧化和礦化，而稻草還田翻耕則利于土壤亞表層有機(jī)碳的累積，這與前人結(jié)果一致（何瑩瑩等，2010）；而周年稻草焚燒翻耕還田也能夠提升耕層0～15 cm有機(jī)碳及活性有機(jī)碳，結(jié)果與劉天學(xué)等（2003）研究報(bào)道稻草焚燒還田降低了土壤有機(jī)質(zhì)含量結(jié)論相悖，可能原因是稻草焚燒灰分里含有一定量的有機(jī)碳（馬靜等，2008），是否因?yàn)樗旧L(zhǎng)利用了這部分有機(jī)物質(zhì)，使水稻生長(zhǎng)旺盛，收獲后根茬殘留增多，從而增加了土壤有機(jī)碳含量，還需進(jìn)一步研究。而且，焚燒稻草還田措施造成有機(jī)質(zhì)的大量損失，又引起了新的環(huán)境問(wèn)題，是一項(xiàng)不可取稻草還田措施。

翻耕改善土壤通氣性，增強(qiáng)微生物活動(dòng)，增加土壤有機(jī)質(zhì)與空氣的接觸面積，因此通常會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)降解過(guò)程加速。傳統(tǒng)的耕作方式破壞土壤團(tuán)聚結(jié)構(gòu)，改變土壤的通氣性和孔性，使其溫度、水分狀況得以改善，從而使微生物活性提高，加速了土壤有機(jī)碳的分解。本研究得出，耕層土壤的分層現(xiàn)象受稻草還田影響較大，而受耕作措施影響較小，與李琳等（2006）研究結(jié)論相悖，主要是由于本研究土壤層次較淺（耕層土壤0～15 cm），且分層較多，土壤耕作使土壤攪動(dòng)混合比較均勻，縮小了土壤層之間的差異性，而李琳等研究土壤0～20 cm，可能土壤深度對(duì)耕作措施影響的效應(yīng)更明顯。稻田采取覆蓋免耕措施對(duì)增加土壤表層有機(jī)碳效果明顯，但覆蓋在稻田表層土壤有機(jī)碳易被微生物利用，覆蓋還田較翻埋還田增加了稻草碳的礦化，不利于稻田土壤固碳（王媛華等，2011）。另外，李新舉等（2001）研究表明，深埋15 cm秸稈腐解速度較慢，因此，我們連續(xù)3年進(jìn)行了稻季免耕、冬閑季翻埋稻草措施的嘗試，結(jié)果表明該方式有效增加土壤對(duì)有機(jī)碳的累積，主要原因可能是，冬閑季進(jìn)行稻草翻埋，由于氣溫較低，微生物活性減弱，減緩了稻草的礦化，保存了大量有機(jī)物質(zhì)，次年稻季免耕措施也減少了因土壤翻動(dòng)導(dǎo)致的有機(jī)碳氧化和礦化。

3.2稻草還田對(duì)土壤碳庫(kù)管理指數(shù)的影響

CPMI是反映土壤碳素動(dòng)態(tài)變化靈敏而有效的指標(biāo)，為培肥地力、增加土壤活性碳含量提供了量化依據(jù)。3年稻草還田定位試驗(yàn)表明，稻草還田提升土壤有機(jī)質(zhì)輸入，增加土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳，增加土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，這與前人研究結(jié)論一致（陳尚洪等，2008；展茗等，2009）。其原因可能是稻草腐爛分解，增加土壤微生物數(shù)量，提高微生物的活度，養(yǎng)分進(jìn)入土壤活性碳庫(kù)，有助于土壤活性碳庫(kù)的積累（王丹丹等，2013）。稻草還田提高土壤碳庫(kù)管理指數(shù)還與耕種年限（蔡太義等，2011）、稻草還田量（吳建富等，2013）和耕作方式（王桂林等，2012）等關(guān)系密切。本研究中，在雙季稻等量稻草還田下，免耕覆蓋僅顯著增加耕層土壤0～5 cm土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，而對(duì)5～15 cm亞表層土壤碳庫(kù)管理指數(shù)提升不顯著，而其余稻草還田措施對(duì)碳庫(kù)管理指數(shù)的影響則主要表現(xiàn)在5～15 cm土壤亞表層，這可能與耕作有關(guān)（羅友進(jìn)等，2007），翻耕措施有利于深層土壤有機(jī)碳的累積（吳家梅等，2010），稻季免耕加冬閑季稻草翻埋更有效提升土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，稻季免耕覆蓋還田，配合冬季稻草翻埋還田，既增加土壤深層有機(jī)質(zhì)，減少了因免耕導(dǎo)致的不同土層有機(jī)碳庫(kù)分布不均，并顯著增加土壤碳庫(kù)管理指數(shù)。

4　結(jié)論

通過(guò)3年的定位試驗(yàn)，研究雙季稻稻草還田周年調(diào)控模式對(duì)土壤有機(jī)碳和碳庫(kù)管理指數(shù)的影響，結(jié)果表明，（1）稻田0～15 cm土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳均隨土層的加深而顯著減少，無(wú)論翻耕還是免耕，稻草還田均顯著提高耕層0～15 cm土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量，0～15 cm土壤有機(jī)碳和活性有機(jī)碳含量受稻草還田影響較耕作措施大；（2）稻草覆蓋免耕顯著增加0～5 cm土壤有機(jī)碳、活性有機(jī)碳以及土壤碳庫(kù)管理指數(shù)，而稻草還田翻耕和冬季翻埋稻草有利于土壤有機(jī)碳在土壤5～15 cm積累，稻季免耕覆蓋結(jié)合冬季翻埋稻草措施能夠有效彌補(bǔ)因周年稻草覆蓋免耕僅表層有機(jī)碳積累的不足，是雙季稻值得推行的一項(xiàng)周年稻草還田模式。

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Organic Carbon and Carbon Pool Management Index in Soil under Different Rice Straw Returning Way in Double-croping Paddy Fields

PENG Hua1，2，3，JI Xionghui2，3，WU Jiamei1，2，3，ZHU Jian1，2，3，TIAN Faxiang2，3
1.Institute of Soil and Fertilizer，Hunan Academy of Agricultural Sciences，Changsha 410125，China；2.Longping Branch of Graduate School of Central South University，Changsha 410125，China；3.Ministry of Agriculture Key Laboratory of Agriculture Environment in Middle Reach Plain of Yangtze River，Changsha 410125，China；4.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China，Changsha 410125，China

Abstract：A 3-year field located experiment was conducted to study the effects of different rice straw returning ways on soil organic carbon，active organic carbon and soil carbon pool management index （CPMI） in different layer and to investigate a efficient carbon management mode under a double rice-cropping system.Five treatments included no straw and tillage （CK），incinerated burned straw returning and tillage （BST），coverd rice straw returning and no tillage and high stake （SNTH），coverd rice straw returning and no tillage and bury straw （SNTB），rice straw returning and tillage and bury straw （STB）.The result indicated that total organic carbon （TOC） and active organic carbon （AOC） pool were decreased with deeper layer.Whether tillage or not，0～15 cm soil organic carbon and active organic carbon contents was significantly improved by straw incorporation.The 0～5 cm soil organic carbon，active organic carbon and soil carbon pool management index was increased significantly by coverd rice straw returning with no tillage measure.Based on this mode of rice straw returning，then burying straw in winter was beneficial to soil organic carbon and can increase carbon manegement index in 5～15 cm soil layer.This is an effectively way to compensate for the shortage of organic carbon accumulation in surface under the straw mulching and no tillage treatment.It is considered a suitable straw returning technology model for double-cropping systems.

Key words：double-crop rice system； rice straw returning to paddy soil； organic carbon； carbon pool management index

DOI：10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.04.003

中圖分類號(hào)：S153.6； X144

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-5906（2016）04-0563-06

基金項(xiàng)目：國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2013BAD11B02）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31300413）

作者簡(jiǎn)介：彭華（1982年生），男，助理研究員，博士研究生，主要研究方向農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。E-mail:phlove10@163.com

*通信作者：紀(jì)雄輝，研究員，研究方向農(nóng)業(yè)環(huán)境。E-mail:jixionghui@sohu.com

收稿日期：2016-03-04