全 文 ：不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量
及固碳持续时间的影响*
朱利群1**摇 杨敏芳2 摇 徐敏轮1 摇 张武益1 摇 卞新民1,2
( 1南京农业大学农学院, 南京 210095; 2南京农业大学资源与环境科学学院, 南京 210095)
摘摇 要摇 基于我国南方 38 个稻田试验点 222 个样本的表土有机碳数据,设 5 种施肥措施类
型[无机氮肥(N)、无机氮磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(O)和有机
无机肥配施(OF)],研究了不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的相对年变化量和
固碳持续时间. 结果表明:5 种施肥措施下,稻田表土有机碳含量相对年变化量集中在
0 ~ 0. 4 g·kg-1·a-1,两熟制和三熟制的表土有机碳含量相对年均增量分别为 0. 20 和
0郾 26 g·kg-1·a-1;有机肥处理(O和 OF)比无机肥处理(N、NP和 NPK)的表土有机碳含量相
对年增量更高,其中,OF处理最高,为 0. 32 g·kg-1·a-1;随着时间的延长,土壤有机碳的累
积速率逐渐降低,N、NP、NPK、O 和 OF 处理下表土固碳持续时间分别为 22、28、38、57 和 54
年.从土壤固碳角度考虑,有机无机肥配施为我国南方稻田最佳施肥措施.
关键词摇 稻田摇 施肥摇 土壤有机碳摇 土壤固碳
文章编号摇 1001-9332(2012)01-0087-09摇 中图分类号摇 S154. 1摇 文献标识码摇 A
Effects of different fertilization modes on paddy field topsoil organic carbon content and
carbon sequestration duration in South China. ZHU Li鄄qun1, YANG Min鄄fang2, XU Min鄄lun1,
ZHANG Wu鄄yi1, BIAN Xin鄄min1,2 ( 1College of Agriculture, Nanjing Agricultural University, Nan鄄
jing 210095, China; 2College of Resources and Environmental Science, Nanjing Agricultural Univer鄄
sity, Nanjing 210095, China) . 鄄Chin. J. Appl. Ecol. ,2012,23(1): 87-95.
Abstract: Based on the organic carbon data of 222 topsoil samples taken from 38 paddy field exper鄄
iment sites in South China, calculations were made on the relative annual change of topsoil organic
carbon content (RAC) and carbon sequestration duration in the paddy fields in South China under
five fertilization modes (inorganic nitrogen fertilization, N; inorganic nitrogen and phosphorus ferti鄄
lization, NP; inorganic nitrogen, phosphorus, and potassium fertilization, NPK; organic fertiliza鄄
tion, O; and inorganic plus organic fertilization, OF). The RAC under the fertilizations was 0 -
0郾 4 g·kg-1·a-1, with an increment of 0. 20 and 0. 26 g·kg-1·a-1 in double and triple cropping
systems, respectively. The RAC was higher in treatments O and OF than in treatments N, NP, and
NPK, being the highest (0. 32 g·kg-1·a-1) in treatment OF. The topsoil organic carbon accumu鄄
lation rate decreased with increasing time, and the carbon sequestration duration in treatments N,
NP, NPK, O, and OF was about 22, 28, 38, 57, and 54 years, respectively. Inorganic plus or鄄
ganic fertilization was the most effective practice for soil carbon sequestration in the paddy fields in
South China.
Key words: paddy field; fertilization; soil organic carbon; carbon sequestration.
*国家公益性行业(农业)科研专项(201103001)资助.
**通讯作者. E鄄mail: zhulq@ njau. edu. cn
2011鄄05鄄03 收稿,2011鄄10鄄21 接受.
摇 摇 大气中的 CO2 浓度已经从工业革命前的
280 滋mol·mol-1上升到 2005 年的 379 滋mol·mol-1,
而且还将以每年 1郾 9 滋mol·mol-1的速度继续上
升[1] . 20世纪末以来,通过土壤固碳降低大气 CO2浓
度以减轻全球温室效应的研究得到越来越多的重视.
有研究表明,农业温室气体减排潜力有 90%来自土
壤固碳[1-2] .近年来, 很多学者从全国尺度[3]、省域尺
度[4], 或通过长期试验区域对比[5]对我国农田土壤
有机碳动态和土壤固碳效应进行了研究.
应 用 生 态 学 报摇 2012 年 1 月摇 第 23 卷摇 第 1 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Jan. 2012,23(1): 87-95
与自然土壤相比,农田土壤碳在全球碳库中比
较活跃,它的固定可以通过改善农业管理措施,如施
用有机肥和无机肥、秸秆还田、少免耕以及灌溉等实
现[6-13] .我国稻田面积约占全国耕地总面积的 1 / 4,
南方的比例更高,如湖南省达到了 80% [14],因此明
确我国南方稻田土壤有机碳在不同农业管理措施下
的累积特点十分重要. 20 世纪 70 年代末开始,我国
陆续开展了一些关于施用肥料、秸秆还田及耕作活
动的农田生态系统长期试验.目前,关于这些农业管
理措施对农田土壤有机碳变化的影响有很多报
道[15-21],但关于不同施肥措施对我国农田土壤有机
碳动态的总体影响研究较少,对南方稻田土壤的研
究更少. Wang 等[22]比较了不同施肥措施下我国旱
地和水田表土有机碳含量变化的差异,但未从区域
角度分析稻田表土有机碳含量的变化,且涉及稻田
的数据较少;Rui 和 Zhang[23]采用 meta 分析方法对
长江三角洲地区稻田在少免耕、秸秆还田、有机肥还
田等管理措施条件下的固碳大小及持续力进行了研
究,但未从不同施肥措施角度进行分析,而且研究区
域仅限长江三角洲地区.
本研究基于我国南方部分地区稻田的长期试验
资料,研究了长期不同施肥措施下我国南方稻田土
壤有机碳含量和固碳持续力,比较了两熟制和三熟
制稻田在不同施肥措施下土壤有机碳含量的差异,
为我国南方稻田固碳减排和粮食生产的可持续发展
提出了适宜的施肥管理方式.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区概况
研究区位于我国南方地区,包括江西、湖南、广
东、浙江、江苏、福建、云南、四川、广西、贵州、重庆和
上海 12 个省 /市(图 1). 该区属亚热带季风和季风
性湿润气候,年均气温 15郾 2 ~ 22郾 4 益,最冷月平均
气温-8 ~ 0 益,年积温 4500 ~ 8000 益,年降水量
800 ~ 1600 mm,夏季炎热、高温多雨,冬季温暖湿
润.土壤主要为水稻土.该区的主体种植制度为双季
稻两熟制、单季稻两熟制和双季稻三熟制.
1郾 2摇 数据来源
本研究收集了 1961—2009 年 40 篇(表 1)有关
我国南方稻田长期定位施肥试验(试验年限逸3 年)
的研究论文,提取数据包括土壤有机质和有机碳含
量,以及试验地点、土壤类型、种植制度、试验年限、
施肥处理和耕层深度等信息. 共涉及 38 个试验点
( 图1 ) ,222组数据样本,其中两熟制107组(占
图 1摇 研究地区和试验点分布
Fig. 1摇 Study area and distribution of experiment sites.
48郾 2% ),三熟制 115 组(占 51郾 8% ),土壤类型均为
水稻土.试验年限 3 ~ 27 年,平均 14郾 4 年,土壤样本
平均深度 18郾 84 cm.无机氮肥(N)处理的样本数为
18,占 8郾 1% ;无机氮磷肥配施(NP)为 14,占 6郾 3% ;
无机氮磷钾肥配施(NPK)为 58,占 26郾 1% ;单施有
机肥(O)为 28,占 12郾 6% ;有机无机肥配施(OF)为
104,占 46郾 8% .
1郾 3摇 研究方法
数据来自文献中的正文、表和图.其中,图中数
据采用 Getdata v郾 2郾 22 软件[24]提取. 土壤有机质
(SOM)含量转化为土壤有机碳含量(SOC,g·kg-1)
的转化系数为 0郾 58.
试验期间不同处理下有机碳含量年变化量
(AC, g·kg·a-1)= (SOC t-SOCo) / t.式中:t为试验
时间(a),是试验观测终止年与起始年的差值;SOCo
和 SOC t分别为试验观测起始年和终止年的有机碳
含量.
为了区分不同施肥措施对土壤固碳能力的实际
影响,需要扣除不施肥处理(CK)下土壤有机碳的变
化效应,即土壤有机碳含量相对年变化量(RAC).
任一施肥处理下的土壤有机碳含量相对年变化量为
试验观测期限内该施肥处理(TR)下有机碳含量年
变化量扣除不施肥处理(CK)下有机碳含量年变化
量后的净年变化量[3] .
RAC = [(SOCt - SOCo)TR - (SOCt - SOCo)CK] / t
采用一定的农业管理措施后,土壤有机碳将在
一定时期内达到新的平衡[25],达到新平衡需要的时
间,即土壤有机碳从开始增加(减少)到结束增加
(减少)的时间[26],为该农业管理措施的固碳持续时
间.利用下式可以计算出不同施肥处理下土壤有机
碳含量相对年变化率(Y),再采用 Sigmaplot 11郾 0 软
件[27]做出不同施肥处理下固碳持续时间的非线性
回归方程,即可得到不同施肥处理下的固碳持续
时间.
88 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
表 1摇 文献中长期田间试验信息
Table 1摇 Information of long鄄term field experiments in the published references
序号
No郾
试验地点
Site
土壤类型
Soil type
种植制度
Cropping system
施肥处理
Fertilization treatment
试验周期
Duration (a)
文献
Literature
1 江苏太湖 水稻土 水稻 OF 16 [16]
2 浙江黄岩 水稻土 大麦鄄早稻鄄晚稻 OF 10 [28]
3 湖南衡阳 水稻土 水稻鄄水稻 N, O 5 [29]
4 广东梅县 水稻土 水稻 N, O 5 [30]
5 江西进贤 水稻土 中稻鄄油菜 N, NPK, O, OF 12 [31]
6 江西进贤 水稻土 水稻鄄水稻鄄冬闲 NPK, OF 20 [32]
7 湖南祁阳 水稻土 早稻鄄晚稻 NPK, O, OF 16 [33]
8 浙江杭州 水稻土 大麦鄄早稻鄄晚稻 N , NP, NPK, O, OF 10 [34]
9 浙江嘉兴 水稻土 大麦鄄早稻鄄晚稻 N, OF 11 [35]
10 湖南望城 水稻土 早稻鄄晚稻 NP, NPK 25 [36]
11 江西进贤 水稻土 早稻鄄晚稻鄄绿肥 NPK, O, OF 23 [37]
12 湖南望城 水稻土 早稻鄄晚稻 NP, NPK, OF 27 [38]
13 浙江龙游 紫泥田 小麦鄄水稻鄄水稻 N 4 [39]
14 湖南长沙 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬作 NPK, O 14 [40]
15 湖南宁乡 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬作 NPK, OF 14 [40]
16 湖南桃江 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬作 NPK, OF 14 [40]
17 湖南株洲 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬作 NPK, OF 14 [40]
18 湖南武冈 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬作 NPK, OF 14 [40]
19 浙江嘉兴 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 O 10 [41]
20 浙江衢州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 O 10 [41]
21 浙江台州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 OF 26 [42]
22 湖南桃源 水稻土 早稻鄄晚稻鄄绿肥 NPK, O, OF 11 [43]
23 湖南新化 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 NPK, OF 17 [44]
24 湖南宁乡 水稻土 玉米鄄水稻 NPK, OF 17 [44]
25 湖南株洲 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 NPK, OF 17 [44]
26 湖南桃江 水稻土 玉米鄄水稻 NPK, OF 17 [44]
27 湖南武冈 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 NPK, OF 17 [44]
28 湖南桃源 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 NPK, O, OF 12 [45]
29 湖南宁乡 水稻土 玉米鄄水稻 NPK, OF 19 [46]
30 湖南桃江 水稻土 玉米鄄水稻 NPK, OF 19 [46]
31 湖南临澧 水稻土 玉米鄄水稻鄄肥 NPK, OF 19 [46]
32 湖南武冈 水稻土 玉米鄄水稻鄄肥 NPK, OF 19 [46]
33 湖南汉寿 水稻土 玉米鄄水稻鄄肥 NPK, OF 19 [46]
34 湖南新化 水稻土 玉米鄄水稻鄄肥 NPK, OF 19 [46]
35 湖南株洲 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 NPK, OF 19 [46]
36 江苏吴江 水稻土 早稻鄄晚稻 N, OF 18 [47]
37 湖南桃源 水稻土 早稻鄄晚稻鄄绿肥 N, NP, NPK, O, OF 14 [48]
38 江西进贤 水稻土 早稻鄄晚稻 NPK, O, OF 23 [49]
39 浙江杭州 水稻土 小麦鄄水稻 NPK, O, OF 12 [50]
40 安徽屯溪 水稻土 早稻鄄晚稻 N, NP, NPK, O, OF 5 [51]
41 广东天河 水稻土 早稻鄄晚稻 N, NP, NPK, O, OF 10 [52]
42 广东增城 水稻土 早稻鄄晚稻 NP, NPK, OF 16 [53]
43 湖南通城 水稻土 早稻鄄晚稻鄄冬闲 N, OF 22 [54]
44 湖北武汉 水稻土 小麦鄄水稻 N, NP, NPK, O, OF 20 [55]
45 江苏常熟 水稻土 小麦鄄水稻 N 10 [56]
46 江西进贤 水稻土 早稻鄄晚稻 NPK, O, OF 23 [57]
47 江西进贤 水稻土 早稻鄄晚稻 N, NP, NPK, OF 22 [58]
48 上海郊区 水稻土 小麦鄄晚稻 NPK 15 [59]
49 四川武胜 水稻土 早稻鄄晚稻 N, O, OF 16 [60]
50 四川重庆 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 N, OF 10 [61]
51 四川武胜 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 N, OF 10 [61]
52 四川遂宁 水稻土 水稻鄄水稻鄄肥 N, OF 10 [61]
53 云南楚雄 水稻土 小麦鄄水稻 NP, NPK, O, OF 12 [62]
54 浙江杭州 水稻土 小麦鄄水稻 NPK, O, OF 10 [63]
55 浙江衢州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 NPK, OF 3 [64]
56 浙江衢州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 NPK, OF 6 [64]
57 浙江衢州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 NPK, OF 10 [64]
58 浙江衢州 水稻土 小麦鄄水稻鄄水稻 NPK, OF 15 [64]
59 江西鹰潭 水稻土 早稻鄄晚稻 NP, NPK 14 [65]
60 江苏镇江 黄棕壤 早稻鄄晚稻 NPK, OF 15 [66]
N:无机氮肥 Inorganic nitrogen fertilization; NP:无机氮磷肥配施 Inorganic nitrogen and phosphorus fertilization; NPK:无机氮磷钾肥配施 Inorganic
nitrogen, phosphorus and potassium fertilization; O:单施有机肥 Organic fertilization; OF:有机无机肥配施 Inorganic and organic fertilization. 下同
The same below.
981 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱利群等: 不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响摇 摇 摇 摇 摇
摇 摇 Y = (SOCt - SOCo) TR - (SOCt - SOCo) CK(SOCo) TR 伊 t
伊 100%
考虑到我国南方稻田在不同种植制度下土壤固
碳能力的差异,按照两熟制和三熟制 2 种种植制度
进行比较分析.所有数据都用平均值依标准差表示.
采用 SPSS 13郾 0 软件,对不同处理间的有机碳含量
相对年变化量进行差异显著性检验(琢=0郾 05).
2摇 结果与分析
2郾 1摇 我国南方稻田表土有机碳含量变化总体分布
本文所统计的我国南方稻田表土有机碳含量相
对年变化量为 - 0郾 05 ~ 1郾 17 g· kg-1 ·a-1,平均
0郾 23 g·kg-1·a-1 . 其中,两熟制稻田为 - 0郾 05 ~
0郾 62 g·kg-1·a-1,平均 0郾 20 g·kg-1·a-1;三熟制
稻 田 为 -0郾 09 ~ 1郾 17 g· kg-1 · a-1, 平 均
0郾 26 g·kg-1·a-1(表 2). 从图 2 可以看出,222 个
试验样本中,仅有 4郾 1%的样本有机碳含量减少,其
他样本的有机碳含量均增加,其中,107 个两熟制样
本中有 6郾 5%的样本减少,而在 115 个三熟制样本
中仅有 1郾 7%的样本减少. 两熟制和三熟制稻田表
土有机碳含量相对年变化量均集中在 0 ~
0郾 4 g·kg-1 · a-1, 有机碳含量相对年变化量
>0郾 5 g·kg-1·a-1的样本中,三熟制稻田明显多于
图 2摇 我国南方稻田表土有机碳含量相对年变化量(RAC)
的频率分布
Fig. 2摇 Frequency distribution of relative annual change (RAC)
of topsoil organic carbon in paddy fields in South China.
两熟制.
2郾 2摇 不同施肥措施下稻田表土有机碳含量的变化
从表 3 可以看出,不同施肥措施下我国南方稻
田表土有机碳含量相对年变化量依次为:OF>O>
NPK>N>NP,其中两熟制稻田为:OF>O>NPK>NP>
N,三熟制稻田为:OF>O>NPK>N>NP. 无机肥处理
下(N、NP 和 NPK),两熟制稻田表土有机碳年变
化量在0 郾 05 ~ 0 郾 09 g·kg-1 ,三熟制在0 郾 11 ~
表 2摇 我国南方两熟制和三熟制稻田表土有机碳含量相对年变化量动态
Table 2摇 Dynamics of relative annual change (RAC) of topsoil organic carbon in double cropping system and triple cropping
system in paddy fields in South China
熟制
Cropping system
有机碳动态
SOC change
样本数
Sample
number
相对年变化量 RAC
(g·kg-1·a-1)
总体增量
Overall RAC
(g·kg-1·a-1)
试验年限
Experimental duration
(a)
平均年限
Mean duration
(a)
两熟制 增加 Increase 100 0郾 21依0郾 15 0郾 20依0郾 15 15郾 7依6郾 4 15郾 5依6郾 3
Double cropping system 减少 Decrease 7 -0郾 02依0郾 02 13郾 1依4郾 1
三熟制 增加 Increase 113 0郾 27依0郾 23 0郾 26依0郾 23 13郾 5依5郾 0 13郾 5依4郾 9
Triple cropping system 减少 Decrease 2 -0郾 06依0郾 04 12郾 5依2郾 1
合计 增加 Increase 213 0郾 24依0郾 20 0郾 23依0郾 20 14郾 5依5郾 8 14郾 4依5郾 7
Toal 减少 Decrease 9 -0郾 02依0郾 03 13郾 0依3郾 7
表 3摇 不同施肥措施下我国南方表土有机碳含量相对年变化量
Table 3摇 Relative annual change (RAC) of topsoil organic carbon under different fertilization treatments in paddy fields in
South China (g·kg-1)
施肥处理
Fertilization
treatment
两熟制
Double cropping system
样本数
Sample
number
相对年变化量
RAC
(g·kg-1
·a-1)
试验年限
Experimental
duration
(a)
三熟制
Triple cropping system
样本数
Sample
number
相对年变化量
RAC
(g·kg-1
·a-1)
试验年限
Experimental
duration
(a)
合计
Total
样本数
Sample
number
相对年变化量
RAC
(g·kg-1
·a-1)
试验年限
Experimental
duration
(a)
N 11 0郾 05依0郾 06b 13郾 1依6郾 6 7 0郾 16依0郾 12bc 8郾 0依4郾 0 18 0郾 10依0郾 11b 11郾 1依6郾 2
NP 11 0郾 05依0郾 06b 18郾 9依7郾 8 3 0郾 11依0郾 10c 11郾 3依2郾 3 14 0郾 06依0郾 07b 17郾 2依7郾 6
NPK 28 0郾 09依0郾 09b 17郾 3依5郾 0 30 0郾 18依0郾 17bc 13郾 9依4郾 8 58 0郾 14依0郾 14b 15郾 5依5郾 1
O 18 0郾 27依0郾 12a 10郾 4依6郾 6 10 0郾 29依0郾 25ab 12郾 3依4郾 0 28 0郾 28依0郾 17a 11郾 1依5郾 8
OF 39 0郾 31依0郾 15a 16郾 5依5郾 0 65 0郾 33依0郾 26a 14郾 2依5郾 0 104 0郾 32依0郾 22a 15郾 1依5郾 2
合计 Total 107 0郾 20依0郾 15 15郾 5依6郾 3 115 0郾 26依0郾 23 13郾 5依4郾 9 222 0郾 23依0郾 20 14郾 4依5郾 7
不同小写字母表示处理间差异显著(P<0郾 05) Different small letters meatn significant difference among different treatments at 0郾 05 level.
09 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 23 卷
图 3摇 N(a)、NP(b)、NPK(c)、O(d)和 OF(e)处理下土壤有
机碳含量相对年变化率
Fig. 3摇 Relative annual change rate of soil organic carbon con鄄
tent under N(a), NP(b), NPK(c), O(d) and OF(e) treat鄄
ments, respectively.
0郾 18 g·kg-1,其中,两熟制和三熟制的 NPK 处理下
表土有机碳年增量均最高,分别为 0郾 09 和 0郾 18 g·
kg-1 .有机肥处理下(O 和 OF),两熟制稻田表土有
机碳 含 量 相 对 年 变 化 量 分 别 为 0郾 27 和
0郾 31 g·kg-1, 三 熟 制 稻 田 分 别 为 0郾 29 和
0郾 33 g·kg-1 .可见,有机无机肥配施处理下稻田表
土有机碳含量相对年变化量明显高于单施有机肥.
另外,单施有机肥和有机无机肥配施处理下的土壤
有机碳含量平均增加量约为 NPK配施处理下的 2郾 0
和 2郾 3 倍,两熟制稻田甚至达到 3郾 0 和 3郾 4 倍.
2郾 3摇 不同施肥措施对我国南方稻田表土固碳持续
时间的影响
从图 3 可以看出,在试验持续时间短于 10 年的
情况下,所有施肥措施下的表土有机碳含量相对年
变化率均较高,但随着时间的延长,均呈现出逐渐下
降趋势,最终变为零,此时土壤有机碳达到了一种新
的平衡.在下降幅度方面,所有施肥措施下的表土有
机碳含量相对年变化率在前 10 年中下降速度均很
快,而 10 年后下降速率逐渐减慢. N、NP、NPK、O 和
OF 5 种施肥措施的表土有机碳含量相对年变化率
(Y)和持续时间( t)的关系可用以下 5 个非线性回
归方程表达:
摇 摇 Y=6郾 3550 / t-0郾 2489摇 (n=18,P<0郾 01)
Y=6郾 4229 / t-0郾 2329摇 (n=14,P<0郾 01)
Y=7郾 8132 / t-0郾 2069摇 (n=58,P<0郾 01)
Y=10郾 2847 / t-0郾 1788摇 (n=28,P<0郾 01)
Y=12郾 2637 / t-0郾 2285摇 (n=104,P<0郾 01)
由以上方程可以看出,N、NP、NPK、O 和 OF 5
种施肥措施下,我国南方稻田表土有机碳固碳持续
时间存在明显差异,分别为 22、28、38、57 和 54 年.
如果将上述施肥措施各自的固碳持续时间考虑在
内,可以得到该 5 种施肥措施在整个固碳周期内所
能增加的有机碳比例,分别为 11郾 4% 、 12郾 9% 、
21郾 8% 、44郾 4%和 50郾 4% ,以 OF处理下增加的比例
最高(图 3).
3摇 讨摇 摇 论
本研究表明,我国南方稻田不同施肥措施(N、
NP、NPK、O和 OF)下表土有机碳含量相对年变化量
平均为 0郾 23依0郾 20 g·kg-1·a-1,说明长期施肥有利
于稻田土壤有机碳的增加. 本研究结果明显高于
Pan等[3]对我国稻田表土有机碳进行监测所显示的
0郾 11依0郾 24 g·kg-1·a-1,也稍高于 Wang 等[22]研究
得出的 0郾 19依0郾 18 g·kg-1·a-1,其原因可能是后者
研究的水田中包含北方一熟制稻田,而本研究中的
稻田为二熟制和三熟制.本研究中,三熟制稻田表土
有机碳含量相对年变化量比两熟制稻田高,其原因
可能是水稻一年内三熟比一年内两熟更能有效利用
土壤中的有机质,更易促进土壤有机质活性的提
高[28] .在长期的无机肥(N、NP 和 NPK)处理下,无
论是两熟制还是三熟制,NPK 处理下表土有机碳年
增量均最高,这和 Wang 等[22]研究结果基本一致,
191 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱利群等: 不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响摇 摇 摇 摇 摇
其原因可能与 NPK 处理下作物产量和作物残留物
量比 N、NP 处理下更高有关[67] . 在长期有机肥(O
和 OF)处理下,有机无机肥配施比单施有机肥的表
土有机碳含量相对年增量提高了 14郾 3% ,这可能是
由于有机无机肥配施能够促进土壤大团聚体内微团
聚体的形成,从而使更多新添加的颗粒有机物被新
形成的微团聚体固定[68-69],而土壤有机碳储存向微
团聚体的转移又有利于土壤碳库的长期保存[70] .无
论是两熟制还是三熟制,有机肥处理下表土有机碳
含量相对年增量均高于无机肥处理. 虽然单施化肥
可使土壤中每年存留大量的作物根系,从而增加土
壤有机质含量[33],但在有机肥处理下,除了残留的
作物根系外,还有秸杆、厩肥等有机物质的额外添
加.因此,在土壤累积有机质作用方面,无机有机肥
配合施用和单施有机肥的措施均比单施无机肥更优
越.孟磊等[20]在研究长期施肥对黄淮海平原潮土土
壤碳储量和作物固定碳的影响时也得到相似的结
论.
各农业管理措施下的土壤有机碳固定能力不是
无限的,土壤有机碳含量会在几十年后达到一种饱
和状态[71],该管理措施下土壤固碳的持续时间就是
土壤有机碳达到稳定状态的时间[26] . 本研究表明,
N、NP、NPK、O 和 OF 5 种施肥措施下,我国南方稻
田表土固碳持续时间分别为 22、28、38、57 和 54 年.
其中,单施有机肥措施下稻田表土固碳持续时间最
长,比 Rui 和 Zhang[23]估算的 40 年长,与陈泮勤
等[72]估算的 60 年接近. 虽然有机无机肥配施下的
土壤固碳持续时间比单施有机肥稍短,但两者差异
不大.无机肥处理下,NPK 平衡施肥的土壤固碳持
续时间明显高于单施 N 和 NP 配施,这可能与 NPK
配施更有利于增加作物产量和作物残留物有关[67] .
本研究还表明,在固碳周期内,N、NP、NPK、O 和 OF
施肥措施下,我国南方稻田表土所能增加的有机碳
比例分别为 11郾 4% 、 12郾 9% 、 21郾 8% 、 44郾 4% 和
50郾 4% ,其中,有机无机肥配施下的土壤固碳率最
高,而单施有机肥所能增加的有机碳比例明显低于
Rui和 Zhang[23]对我国长江三角洲地区稻田的估算
(76% ).
明确不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳
含量的变化特点及固碳持续时间,对制定我国南方
气候政策和土地管理策略有重要作用. 虽然区域性
的数据分析能够较有效地反映不同施肥措施下我国
南方稻田表土有机碳含量的变化特点及固碳持续时
间,但由于本研究中稻田长期试验点主要集中在东
南部,并未完全覆盖我国南方所有区域,故研究结果
有一定缺陷.另外,施肥可以增加稻田表土有机碳含
量,同时也可能会增加温室气体,如 CH4等的排
放[73] .因此,在今后的研究中需要注意对云南、贵
州、重庆等稻田长期施肥试验较少区域的试验研究,
而且在对不同施肥措施下稻田土壤固碳研究的同时
须考虑温室气体的排放,从而使研究结果更具说
服力.
4摇 结摇 摇 论
在长期施肥措施下,我国南方稻田表土有机碳
含量总体呈增加趋势,三熟制比两熟制更容易促进
稻田表土有机碳的累积. 5 种施肥措施中,有机无机
肥配施下稻田表土有机碳含量相对年变化量最大;
无机肥处理下,NPK 配施比单施 N 和 NP 配施更能
有效地提高土壤有机碳含量的相对年变化量. N、
NP、NPK、O 和 OF 施肥措施下,土壤固碳持续时间
分别为 22、28、38、57 和 54 年. 在整个固碳周期内,
OF处理下土壤所能增加的有机碳比例最高.对于我
国南方稻田的表土固碳,有机无机肥配施在 5 种施
肥措施中最佳.
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作者简介摇 朱利群,男,1975 年生,博士,副教授. 主要从事
农业生态与耕作制度研究, 发表论文 20 篇. E鄄mail: zhulq@
njau. edu. cn
责任编辑摇 孙摇 菊
591 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 朱利群等: 不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响摇 摇 摇 摇 摇