長期定位試驗下砒砂巖與沙復配土的碳庫管理指數

郭 振,孫劍虹

(1.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安 710021；2.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，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實驗室，陜西 西安 710021；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075)

1 引言

土壤有機碳作為評價土壤質量的重要指標，在土壤物理特性、化學性質和生物作用中起著尤為重要的作用[1]。但是，土壤有機碳的數量只是碳庫輸入和輸出之間動態平衡的結果，不能反映土壤有機碳質量的任何變化[2,3]。土壤有機碳按照可利用的簡易程度可分為活性有機碳、緩效性有機碳和惰性有機碳，其中活性有機碳僅占土壤有機碳的一小部分，它對土地管理或環境條件的變化比其他穩定性有機碳組分更為敏感[4,5]。而碳庫管理指數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量狀況[6]。因此，利用活性有機碳和碳庫管理指數研究土壤碳庫穩定性已成為研究必要性和熱點話題。

2 材料與方法

為模擬陜晉蒙交界處毛烏素沙地區域土層的實際情況，在陜西富平中試基地進行毛烏素沙地耕作層復配成土研究，砒砂巖與沙均采自陜西省榆林市榆陽區大紀汗村，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，因此復配成土試驗設計混合層厚度為0～30 cm，30～70 cm全部用沙進行填充，整體深度為1 m。共設計4種不同復配比試驗，體積比分別為砒砂巖與沙0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)。水肥管理采用當地的管理措施，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0～10 cm土層土壤樣品，自然風干后過0.149 m篩用于有機碳和活性有機碳的測定。有機碳采用TOC分析儀測定，活性有機碳采用高錳酸鉀氧化法進行測定[7]。碳庫管理指數借鑒連玉珍等[1]計算方法。

3 結果與分析

3.1 復配土含碳量

本研究中非活性有機碳為總有機碳與活性有機碳含量差值，便于計算碳庫活度。結果表明(表1)，總有機碳含量介于2.02～4.41 g/kg之間，活性有機碳含量介于0.39～0.67 g/kg之間，非活性有機碳含量介于1.63～3.93 g/kg之間。與CK處理相比，總有機碳含量顯著提升了76.24%～118.32%，C1、C2和C3處理間無顯著差異；活性有機碳含量在CK、C1、C2和C3處理未表現出顯著差異；非活性有機碳含量變化趨勢與總有機碳含量一致，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 復配土0～10 cm表土層碳含量

3.2 復配土碳庫活度指數

本研究結果表明，碳庫活度和碳庫活度指數的變化趨勢一致(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 復配土0～10 cm表土層碳庫活度和碳庫活度指數

3.3 復配土碳庫管理指數

本研究結果表明，碳庫指數和碳庫管理指數的變化趨勢一致(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處理下的碳庫指數和碳庫管理指數均顯著增加，增幅分別為110%和65%。C1、C2和C3處理間的碳庫指數均未表現出顯著差異，但均顯著高于CK處理，其中C2和C3處理的碳庫指數較CK處理增加了77%和119%。CK、C2和C3處理間的碳庫管理指數均無顯著性差異，均低于C1處理。

圖2 復配土0～10 cm表土層碳庫指數和碳庫管理指數

4 結論

沙土中添加不同比例的砒砂巖后均可顯著增加總有機碳含量，而活性有機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有增加的趨勢，以C3處理最大，綜合碳庫指數和碳庫活度指數，碳庫管理指數以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%時碳庫有效性較高，土壤朝良性轉變。