长期定位试验下砒砂岩与沙复配土的碳库管理指数

郭 振,孙剑虹

(1.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安 710021；2.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710021；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075)

1 引言

土壤有机碳作为评价土壤质量的重要指标，在土壤物理特性、化学性质和生物作用中起着尤为重要的作用[1]。但是，土壤有机碳的数量只是碳库输入和输出之间动态平衡的结果，不能反映土壤有机碳质量的任何变化[2,3]。土壤有机碳按照可利用的简易程度可分为活性有机碳、缓效性有机碳和惰性有机碳，其中活性有机碳仅占土壤有机碳的一小部分，它对土地管理或环境条件的变化比其他稳定性有机碳组分更为敏感[4,5]。而碳库管理指数在综合土壤碳库总量与碳库活度的情况下，通常被用来表征不同研究背景下土壤碳库的质量状况[6]。因此，利用活性有机碳和碳库管理指数研究土壤碳库稳定性已成为研究必要性和热点话题。

2 材料与方法

为模拟陕晋蒙交界处毛乌素沙地区域土层的实际情况，在陕西富平中试基地进行毛乌素沙地耕作层复配成土研究，砒砂岩与沙均采自陕西省榆林市榆阳区大纪汗村，砒砂岩为紫红色砒砂岩。作物根系的生长土层一般位于30～40 cm之间，因此复配成土试验设计混合层厚度为0～30 cm，30～70 cm全部用沙进行填充，整体深度为1 m。共设计4种不同复配比试验，体积比分别为砒砂岩与沙0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)。水肥管理采用当地的管理措施，每年分别种植夏玉米和冬小麦。

2019年10月份夏玉米收获后，采集各小区0～10 cm土层土壤样品，自然风干后过0.149 m筛用于有机碳和活性有机碳的测定。有机碳采用TOC分析仪测定，活性有机碳采用高锰酸钾氧化法进行测定[7]。碳库管理指数借鉴连玉珍等[1]计算方法。

3 结果与分析

3.1 复配土含碳量

本研究中非活性有机碳为总有机碳与活性有机碳含量差值，便于计算碳库活度。结果表明(表1)，总有机碳含量介于2.02～4.41 g/kg之间，活性有机碳含量介于0.39～0.67 g/kg之间，非活性有机碳含量介于1.63～3.93 g/kg之间。与CK处理相比，总有机碳含量显著提升了76.24%～118.32%，C1、C2和C3处理间无显著差异；活性有机碳含量在CK、C1、C2和C3处理未表现出显著差异；非活性有机碳含量变化趋势与总有机碳含量一致，以CK处理最低，其次为C2、C1处理，C3处理的含量最大，较CK处理显著提升了92.64%～141.10%。

表1 复配土0～10 cm表土层碳含量

3.2 复配土碳库活度指数

本研究结果表明，碳库活度和碳库活度指数的变化趋势一致(图1)，均随着砒砂岩比例的增加而逐渐降低。与CK处理相比，C1处理下的碳库活度和碳库活度指数均无显著差异，降幅分别为20.83%和22%。C2处理与CK处理和C1处理相比，碳库活度分别显著降低了45.83%和31.58%，碳库活度指数分别降低了44%和28.21%。C3处理与CK处理和C1处理相比，碳库活度分别显著降低了50%和36.84%，碳库活度指数分别降低了49%和38.57%。C2处理和C3处理间无显著差异。

图1 复配土0～10 cm表土层碳库活度和碳库活度指数

3.3 复配土碳库管理指数

本研究结果表明，碳库指数和碳库管理指数的变化趋势一致(图2)，随着砒砂岩比例的逐渐增加先增加后降低再增加。与CK处理相比，C1处理下的碳库指数和碳库管理指数均显著增加，增幅分别为110%和65%。C1、C2和C3处理间的碳库指数均未表现出显著差异，但均显著高于CK处理，其中C2和C3处理的碳库指数较CK处理增加了77%和119%。CK、C2和C3处理间的碳库管理指数均无显著性差异，均低于C1处理。

图2 复配土0～10 cm表土层碳库指数和碳库管理指数

4 结论

沙土中添加不同比例的砒砂岩后均可显著增加总有机碳含量，而活性有机碳含量在各处理间则无显著性差异。碳库活度和碳库活度指数均随砒砂岩比例的增加而逐渐降低，沙土中添加不同比例的砒砂岩后碳库指数有增加的趋势，以C3处理最大，综合碳库指数和碳库活度指数，碳库管理指数以C1处理最大，其余处理间无显著差异，说明添加砒砂岩比例为16.67%时碳库有效性较高，土壤朝良性转变。