摘要
以滨海盐土为研究对象开展田间试验,设置常规施肥(CK)、有机肥(OF)、生物有机肥(BF)、沼渣堆肥(BRF)和生物炭(B)5 个处理,研究不同有机物料添加对盐土有机碳(SOC)和活性有机碳组分的影响。于 2023 年 10 月布置试验,2024 年 6 月采集表层 0 ~ 20 cm 耕层土壤,分析不同有机物料添加下 SOC、活性有机碳组分、碳库管理指数和土壤主要理化指标的变化特征及其相关关系。结果表明 , 与 CK 相比,有机物料添加显著提高了盐土 SOC 含量,增幅为 11% ~ 83%,其中 B 处理 SOC 提升效果最为显著,达 83%;OF、BRF 和 B 处理土壤易氧化有机碳含量分别提高了 77.5%、52.5% 和 52.5%;OF 和 B 处理土壤水溶性有机碳含量提高了约 8%;4 种有机物料均未对土壤微生物量碳产生显著影响。OF 和 BRF 处理土壤碳库活度分别增加了 33.3% 和 47.6%,BF 和 B 处理土壤碳库活度分别降低了 38.1% 和 19.0%。土壤化学性质方面,与 CK 相比,OF、BF、BRF 和 B 处理土壤全氮分别增加了 47.3%、56.8%、54.6% 和 53.4%,OF、BF 处理土壤碳氮比(C/N)无显著变化,BRF 处理 C/N 降低了 1.20、B 处理 C/N 增加了 0.80;OF 处理土壤 pH 升高了 0.40,BF 处理土壤 pH 降低了 0.32;BF 处理土壤电导率(EC)提高了 79.8%,BRF 处理土壤 EC 降低了 56.5%。相关性分析结果表明,活性有机碳组分主要受土壤全氮含量及土壤 C/N 影响。有机肥和沼渣堆肥添加对盐土碳库质量提升作用最好,生物有机肥添加对盐土碳库稳定性提升效果最好,沼渣堆肥添加对促进盐土盐分降低效果最明显。
Abstract
A field experiment was conducted on coastal saline soil with five treatments:conventional fertilization(CK), organic fertilizer(OF),bio-organic fertilizer(BF),biogas residue compost(BRF),and biochar(B). The study investigated the effects of different organic material amendments on soil organic carbon(SOC)and labile organic carbon fractions. The experiment was established in October 2023,with surface soil samples(0-20 cm)collected in June 2024 to analyze variations in SOC,labile organic carbon fractions,carbon pool management index,key soil physicochemical properties and their correlations. The results showed that organic amendments significantly enhanced SOC content by 11%- 83%,compared to CK,B treatment showing the most pronounced improvement(83%). OF,BRF,and B treatments increased easily oxidizable organic carbon by 77.5%,52.5%,and 52.5%,respectively. Both OF and B treatments elevated water-soluble organic carbon by approximately 8%. Carbon pool activity increased by 33.3% and 47.6% under OF and BRF treatments,respectively,but decreased by 38.1% and 19.0% under BF and B treatments. In terms of soil chemical properties,compared with the CK treatment,the OF,BF,BRF,and B treatments increased soil total nitrogen by 47.3%, 56.8%,54.6%,and 53.4%,respectively. The soil carbon and nitrogen ratio(C/N)showed no significant changes in the OF and BF treatments,descreased by 1.20 in the BRF treatment,and increased by 0.80 in the B treatment. The soil pH increased by 0.40 in the OF treatment and decreased by 0.32 in the BF treatment. The electrical conductivity(EC)value increased by 79.8% in the BF treatment,while it decreased by 56.5% in the BRF treatment. Correlation analysis revealed that active organic carbon fractions were primarily influenced by soil total nitrogen content and the soil C/N ratio. The application of organic fertilizer and biogas residue compost was most effective on enhancing the carbon pool quality of saline soil,while bioorganic fertilizer showed the best performance in improving carbon pool stability. Notably,biogas residue compost exhibited the most significant effect on promoting salt reduction in saline soil.
随着人口的激增、工业用地的扩张,土地资源数量和质量不断降低,海岸带地区人地矛盾异常突出,土地资源成为制约海岸带区域经济发展与生态环境建设的重要障碍,土地可持续利用面临的挑战日益加剧[1-2]。滨海盐碱地作为重要的后备土地资源,土壤肥力贫瘠和盐渍化是制约其开发利用的主要障碍[3-4]。
外源有机物料施用是当前盐碱地土壤肥力提升的常见改良措施[5-12]。土壤有机碳(SOC)作为反映土壤质量的一个重要指标,对于提高土壤肥力具有重要意义[13]。根据有机碳的周转性和稳定性的不同,可分为活性、慢性和惰性有机碳[14],其中活性有机碳包括易氧化有机碳(ROC)、水溶性有机碳(DOC) 和微生物量碳(MBC)[8]。土壤活性有机碳易被微生物利用、循环速率快,是土壤碳循环和养分周转的敏感指标。缪玉琳等[15]研究发现,有机肥施用后 SOC 提高比例为 10.1%~27.3%,有机肥的施用对土壤活性有机碳含量影响较小,但显著提高了惰性有机碳的含量,SOC 的稳定性显著提高。张月鲜等[16] 研究表明,生物炭、粪肥和秸秆施用后 SOC 提高了 21.3%~25.7%,不同物料间无显著差异 (P>0.05),ROC 含量则表现为粪肥 >秸秆 >生物炭,且三者间具有显著差异,同时粪肥处理碳库活度也显著高于秸秆和生物炭处理。肖欣娟等[17]研究表明,生物质碳添加可有效提高 SOC 含量及其稳定性,且 SOC 含量及其稳定性随添加量的增加而增加。不同有机物料化学性质具有较大差异,植物残体含有单宁、木质素等芳香物质[18],畜禽粪便堆肥后脂肪类物质减少、芳香结构成分增加,腐殖化程度高[19]。木质素含量高的物料分解速率慢,碳释放周期长,但稳定效率更高[20]。易分解物料短期内提升 SOC 含量,但碳损失率高[9]。木质素酚类物质通过选择性保留形成颗粒有机碳,而脂类化合物更易转化为矿物结合碳[21]。多酚-蛋白质复合物(如堆肥中的腐殖质)通过共沉淀作用增强碳稳定性[22],因此不同外源碳的输入对 SOC 组分和稳定性产生不同的影响。
2020 年我国厨余垃圾产生量达 1.2 亿 t [23],其中湿式厌氧发酵技术在我国厨余垃圾资源化领域得到了广泛应用,是生活垃圾分类后厨余垃圾处置的主导方式[24]。上海市厨余垃圾湿式厌氧发酵沼渣产量约 700 t/d,沼渣产率约为 7.6%[25]。厨余垃圾湿式厌氧发酵沼渣富含有机质、腐植酸、粗蛋白和氨基酸等营养成分,经与园林绿化废弃物协同堆肥后可生产优质沼渣堆肥。将这些城市有机废弃物转变为有机肥料返回土壤,不仅可以提高土壤质量,还能实现城市有机废弃物资源的循环再利用。然而,目前有关有机物料添加对 SOC 组分和碳库活度的影响研究多集中于农作物秸秆和有机肥,且施用对象大多为农田土壤。滨海盐土盐渍化程度高、土壤碱性强、容重大、微生物活性低[1],同时土壤性质也会通过影响微生物的数量和活性,间接影响外源有机碳的转化分解[15]。沼渣堆肥与秸秆及传统有机肥在理化性质上具有一定差异,添加沼渣资源化产品对滨海盐碱地土壤碳积累的规律是否与有机肥在传统农田土壤施用相似还有待明确。土壤碳库管理指数(CPMI)是评估土壤质量与土地管理的关键性指数,其充分考虑了土壤碳库数量与土壤碳库活度之间的关系,比活性有机碳能更为敏感地指示土壤碳库对不同管理措施的响应,可准确评价土壤质量水平[14]。本研究在滨海盐碱地开展大田试验,分析了不同有机物料添加对 SOC 固存效应、活性组分含量及 CMPI 的影响,以期为提升滨海盐土土壤碳“汇”能力提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
试验开展于江苏省南通市通州湾滨海园区 (32°11′N,121°22′E)。该区域属北亚热带季风性湿润气候,年平均降水量为 1000~1080 mm,年平均气温为 14~15.0 o C,土壤母质为海相和河相沉积物,属砂质壤土,盐渍化程度高。试验区 2008 年围垦用于海水养殖,于 2015 年进行土地平整,平整后海拔为 2.8~3.5 m,地下水埋深为 1.2~1.8 m,土壤理化性质见表1。
表10~20 cm 土层土壤理化性质
注:表中数值为平均值 ± 标准差,下同。
1.2 试验设计
平地后该区域开展冬小麦-夏玉米轮作种植,本试验开始于 2023 年 10 月,试验前将土壤翻耕至 20 cm 深度,并修建 15 个 2.5 m×5 m 的试验小区。试验设置 5种处理措施,每种处理设 3 次重复,其中对照处理(CK)为农户常规操作,氮磷钾复合肥(N-P2O5-K2O=14-16-15) 用量 200 kg/hm2;其余 4 种有机物料均按照 10000 kg/hm2 用量撒施后,0~20 cm 翻匀,其中有机肥(OF)为商品有机肥;生物有机肥(BF)为商品生物有机肥;沼渣堆肥(BRF)为厨余垃圾湿式厌氧发酵沼渣与园林废弃物协同堆制;生物炭(B) 为商品生物炭,各有机物料性质见表2。
表2有机物料性质
1.3 样品采集与分析
在小麦收获后使用直径为 3 cm 的螺旋钻,采集 0~20 cm 土壤样品。每个土壤样品在田块内随机采集 3 次并混合均匀,放在聚乙烯袋中。在实验室中将土壤样品分为两部分,一部分烘干过 2.0 mm 筛用以测定土壤理化性质,另一部分储存在 4℃冰箱中用以测定土壤 MBC。
1.4 数据处理
将 CK 处理碳库活度和 SOC 含量作为参考,计算不同有机物料添加对土壤 CPMI 的影响。具体计算方法[14]如下:碳库指数(CPI)可反映有机物料添加对 SOC 的相对影响;CPI= 处理 SOC 含量 / 对照 SOC 含量。碳库活度可一定程度反映有机碳库的活性及微生物碳源可利用性;碳库活度 = ROC 含量 /(SOC 含量-ROC 含量)。碳库活度指数(CPAI)可反映各有机物料添加处理下有机碳库活性与对照处理的相对变化;CPAI= 各有机物料添加处理碳库活度 /CK 处理碳库活度。CPMI 可用来反映土壤肥力和生产潜力;CPMI=CPI×CPAI× 100。
采用 Excel 2016 对数据进行整理,采用 SPSS 22.0 进行单因素方差分析和 LSD 多重比较 (P<0.05),采用相关性分析验证指标间的 Pearon 相关系数是否存在显著差异(P<0.05),采用 SigmaPlot 14 进行绘图。
2 结果与分析
2.1 不同有机物料添加对土壤理化性质的影响
2.1.1 土壤有机碳与土壤全氮
图1为各处理下 SOC 和全氮(TN)含量。由图1可知,与 CK 相比,OF、BF、BRF 和 B 处理均显著提高了滨海盐土 SOC 含量(P<0.05)。B 处理 SOC 含量显著高于 OF、BF 及 BRF 处理,OF 和 BF 处理间 SOC 含量无显著差异(P>0.05),但均显著高于 BRF 处理。与 CK 相比,OF 处理 SOC 含量增加了 40%,BF 处理 SOC 含量增加了 49%, BRF 处理 SOC 增加了 11%,B 处理 SOC 增加了 83%。
由图1可知,与 CK 相比,OF、BF、BRF 和 B 处理均显著增加了 TN 含量,但各有机物料添加处理间无显著差异。有机物料添加后 TN 增量为 0.27~0.32 g/kg,TN 增幅为 47.3%~56.8%。
2.1.2 土壤碳氮比
土壤碳氮比(C/N)可一定程度反映土壤碳汇能力和土壤中氮素的丰缺状况。试验各处理土壤 C/N 范围为 2.97~4.93(图2)。CK、OF 和 BF 处理土壤 C/N 无显著差异,其 C/N 分别为 4.14、3.98和 3.93。BRF 处理土壤 C/N 显著低于 CK,为 2.97; B 处理土壤 C/N 则显著高于 CK(P<0.05),为 4.93。
图1不同处理下土壤有机碳和全氮含量
注:柱上不同小写字母表示处理间土壤有机碳含量差异显著(P<0.05),不同大写字母表示处理间土壤全氮含量差异显著(P<0.05)。
图2不同处理下土壤碳氮比
注:柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。
2.1.3 土壤 pH、电导率和全盐量
表3为各处理土壤酸碱度和含盐量,由表3可知,OF 处理土壤 pH 为 9.38,显著高于 CK 处理的 8.98(P<0.05);BRF、B 处理土壤 pH 与 CK 相比无显著差异(P>0.05);BF 处理则显著降低了盐土 pH。
由表3可知,与 CK 相比,BF 处理显著提高了土壤含盐量,其电导率(EC)增量为 306.1μS/cm,增幅为 79.8%,其全盐量增量为 1.10 g/kg,增幅为 74.8%。与 CK 相比,BRF 处理显著降低了土壤含盐量,其 EC 降低了 216.8 μS/cm,降幅为 56.5%,其全盐量降低了 0.43 g/kg,降幅为 29.3%。相关性分析结果表明,土壤全盐量与 EC 呈极显著正相关,相关系数达到 0.98。
表3不同处理下土壤酸碱度和含盐量
注:同列数据后不同字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同。
2.2 不同有机物料添加对土壤有机碳库的影响
2.2.1 土壤易氧化有机碳
图3为各处理下 ROC 含量,由图3可知,与 CK 相比,OF 处理显著提高了 ROC 含量(P<0.05), ROC 含量由 0.40 g/kg 提升为 0.71 g/kg,增幅为 77.5%。BF 处理 ROC 含量与 CK 无显著差异 (P>0.05)。BRF 和 B 处理 ROC 含量显著高于 CK (P<0.05),但二者间无显著差异,ROC 含量由 0.40 g/kg 提升为 0.61 g/kg,增幅为 52.5%。
图3不同处理下土壤易氧化有机碳含量
ROC 与 SOC 的比值为土壤有机碳活性指数,可用于指征 SOC 的活性。图4为各处理下土壤有机碳活性指数,由图4可知,与 CK 相比,OF、BRF 处理均可显著提高土壤有机碳活性指数(P<0.05),其中 CK 有机碳活性指数为 17.2%,OF 处理为 21.6% (增幅 25.6%),BRF 处理为 23.5%(增幅 36.6%),且 OF 和 BRF 处理间无显著差异(P>0.05)。相比于 CK,BF 和 B 处理均显著降低了土壤有机碳活性指数(P<0.05),其中 BF 处理土壤有机碳活性指数为 11.9%(降幅 30.8%),B 处理土壤有机碳活性指数为 14.3%(降幅 16.9%),且 BF 和 B 处理间无显著差异(P>0.05)。
图4不同处理下土壤有机碳活性指数
2.2.2 土壤水溶性有机碳
DOC 是土壤活性有机质的重要组成部分,易被微生物分解,是 SOC 组分中循环速率较快的组分。由图5可知,与 CK 相比,OF 和 B 处理均显著提高了 DOC 含量(P<0.05),但 OF 和 B 处理间 DOC 含量无显著差异(P>0.05);其中 CK 处理 DOC 含量为 85.0 mg/kg,OF 和 B 处理 DOC 含量分别为 91.6 和 92.2 mg/kg(增幅 8%)。BF 和 BRF 处理 DOC 含量与 CK 间无显著差异(P>0.05),但表现出一定的增长趋势,分别为 88.0 和 89.2 mg/kg。各有机物料施用处理间 DOC 含量为 88.0~92.2 mg/kg,各处理间未表现出显著差异(P>0.05)。
图5不同处理下土壤水溶性有机碳含量
2.2.3 土壤微生物量碳
MBC 是土壤微生物活性指标之一。由图6可知,与 CK 相比,各有机物料施用对 MBC 含量均无显著差异(P>0.05)。但有机物料的添加增加了土壤中 MBC 含量的变异系数,其中 CK 变异系数为 3%,OF 处理为 22%,BF 处理为 21%,BRF 处理为 15%,B 处理为 20%,有机物料的添加增加了 MBC 在土壤中的异质性。
图6不同处理下土壤微生物量碳含量
2.3 土壤有机碳、活性碳组分与主要化学性质之间的关系
表4为 SOC 及各活性有机碳组分与土壤化学性质之间的相关性分析,由表4可知,滨海盐土中 SOC 与 DOC 呈显著正相关,相关系数为 0.613; 与土壤 pH 呈极显著正相关,相关系数为 0.803; 与 TN 呈显著负相关,相关系数为-0.616;与土壤 EC 呈显著负相关,相关系数为-0.627。ROC 仅与 DOC 呈显著正相关,相关系数为 0.571,与其他土壤指标均无显著相关性。 DOC 与 SOC、ROC 和 C/N 均表现为显著正相关,与 TN 呈显著负相关。MBC 则与各指标均无相关性。TN 与 SOC 和 DOC 均呈显著负相关,与 C/ N 呈极显著负相关。土壤 C/N 与 SOC、pH 呈极显著正相关,与 DOC 呈显著正相关,与 TN 呈极显著负相关,与 EC 呈显著负相关。土壤 pH 与 SOC、C/N 呈极显著正相关,与 EC、全盐量呈极显著负相关。土壤 EC 与 SOC、C/N 呈显著负相关,与 pH 呈极显著负相关性,与全盐量呈极显著正相关。
表4土壤有机碳及其活性组分与土壤化学性质之间的相关分析
注:SOC、ROC、DOC、MBC、TN、C/N、EC、TS 分别为土壤有机碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、微生物量碳、全氮、碳氮比、电导率、全盐量。下同。* 表示指标在 0.05 水平相关性显著,** 表示指标在 0.01 水平相关性显著。
2.4 土壤碳库管理指数
表5为不同有机物料添加后的土壤 CPMI,由表5可知,各处理 CPI 显著大于 CK,表明有机物料施用均在一定程度上提升了 SOC 含量,其中 B 处理显著高于 OF、BF、BRF 处理,OF 和 BF 处理间无显著差异,但均显著高于 BRF 处理。与 CK 相比,仅生物有机肥的添加显著降低了 CPAI,有机肥、沼渣堆肥则显著提高了土壤碳库活度。与 CK 相比,有机肥、沼渣堆肥和生物炭添加均提高了土壤 CPMI,其中有机肥处理增幅最大,达 86.0%,其次为沼渣堆肥处理,增幅为 65.0%,生物炭处理增幅为 47.0%。
表6为各 SOC 组分与土壤碳库指数间的相关性,由表6可知,CPI 与 SOC 含量呈极显著正相关(0.999),与 DOC 含量呈显著正相关(0.616); 但与 ROC/SOC 显著负相关(-0.532),与 DOC/ SOC 和 MBC/SOC 更是达到极显著负相关(-0.974 和-0.716)。碳库活度和 CPAI 与各指标的相关性基本一致,与 SOC 含量呈显著负相关(-0.535);与 ROC 及 DOC/SOC 呈显著正相关(0.635 和 0.557),与 ROC/SOC 呈极显著正相关(0.994)。CPMI 与 ROC、 ROC/SOC、碳库活度及 CPAI 呈极显著正相关。
表5不同有机物料添加对土壤碳库管理指数的影响
表6土壤有机碳组分与土壤碳库指数间的相关性
注:CPI、CPA、CPAI、CPMI 分别为碳库指数、碳库活度、碳度活度指数、碳库管理指数。* 表示指标在 0.05 水平相关性显著,** 表示指标在 0.01 水平相关性显著。
3 讨论
3.1 有机物料添加对盐碱地土壤有机碳库的影响
SOC 的固存主要取决于有机物料投入与土壤有机质的矿化和淋溶等形式损失之间的动态平衡[26],因此外源有机物料的人为输入是提高 SOC 含量和土壤固碳效率的有效途径。滨海盐碱地由于植物生物量低,导致有机物料的自然投入量较少,土壤有机质的矿化量大于投入量,故土壤有机质含量较低,因此向盐碱地土壤人为输入有机物料是提升盐碱地 SOC 含量的必要措施[16]。本研究结果表明,有机肥、生物有机肥、沼渣堆肥、生物炭 4 种有机物料的添加均可显著提高 SOC 含量,这与秦天扬[5]、李传福等[8]、李心可等[9] 的研究结果相似。不同外源有机物料因其理化性质和有机碳化学结构的差异,在土壤中的转化速率具有较大差异[27]。有机物料施用后不仅 SOC 含量会发生变化,而且其有机碳组分也会发生变化,并改变 SOC 化学组成及其稳定性[28]。本研究结果表明,沼渣堆肥添加 SOC 增幅最小,生物炭添加 SOC 增幅最大。这主要是因为生物炭以稳定的多碳芳香族结构为主,难以被微生物利用,因此可以更多地固存于土壤中[29]。有机肥、生物有机肥及沼渣堆肥则因为经过了充分的腐熟过程,含有更多的活性物质,更易被微生物利用,因此其有机碳固存效率更低。可见,不同有机物料化学性质和有机碳结构差异导致外源有机碳在土壤中的分解和固存的效率具有较大差异。前人研究也表明,外源有机物料的腐解过程受物料性质、气候条件和土壤性质等的影响[30]。因此在进行盐碱地土壤培肥时,外源有机物料的种类和添加方式还需进一步研究。
土壤活性有机碳组分对外界环境变化反应更敏感,在土壤碳循环和固定中有着重要的作用[31]。本研究结果表明,有机肥、沼渣堆肥和生物炭添加显著提高了滨海盐土 ROC 含量;有机肥和生物炭添加显著提高了滨海盐土 DOC 含量;4 种有机物料均未对土壤 MBC 产生显著影响,与肖欣娟等[17]、田慎重等[31]的研究基本一致,这可能是因为有机物料虽含有多种营养元素,但其比例与微生物的需求并不完全匹配[32]。其中,有机肥添加对土壤 ROC 和 DOC 的提升效果最佳,生物有机肥添加则与 CK 无显著差异。这可能是因为生物有机肥与普通有机肥虽然总有机质含量相近,但其所含有的活性物质更多,且生物有机肥中微生物数量和活性远大于普通有机肥,因此在生物有机肥添加到滨海盐土之后,其活性有机碳组分被微生物迅速转化利用,并以微生物残体碳的形式稳定于土壤中。故在 1 年后取样时,土壤中的活性有机碳组分会显著低于可供微生物持续、缓慢利用的普通有机肥处理。
CPMI 能敏感、系统地表征施肥对土壤质量的影响,通常 CPMI 大于 100 即认为该管理方式是可持续的[16]。本研究结果表明,添加有机肥、沼渣堆肥和生物炭后土壤 CPMI 显著提高,表明这 3 种有机物料添加可显著提高土壤质量。然而生物有机肥处理虽然提高了 SOC 含量,但土壤碳库活性降低,土壤有机碳稳定性增强,不易被土壤微生物分解利用,故其对提高土壤有机质质量的效果相对较差,但更有利于 SOC 的长期固存。本研究对不同有机物料添加后滨海盐土中有机碳组分及碳库活性进行了分析,但土壤有机碳库变化是一个长期动态的过程,在 1 年的研究期限内研究结果仅可反映短期的碳库变化,张月鲜等[16]的研究也表明秸秆在苏打盐碱土施用后第一年内可显著提高 SOC 含量、降低 ROC 含量,但在第二年 SOC 和 ROC 均与对照无显著差异,因此本研究还需要对有机物料施用后的土壤碳库进行更长时间的监测,以准确阐述不同有机物料施用后 SOC 组成和碳库活性的变化特征。本研究中,碳库指数 CPI 与 SOC 含量呈极显著正相关,与 DOC 含量呈显著正相关;但与 ROC/SOC 显著负相关,与 DOC/SOC 和 MBC/SOC 更是达到极显著负相关。表明 SOC 的增加可有效提高 DOC 含量,但 DOC/ ROC 的提高会显著提高土壤碳库质量,降低土壤碳库稳定性,因此与 CPI 呈显著负相关。土壤 CPMI 与 ROC、ROC/SOC、碳库活度及 CPAI 呈极显著正相关,表明土壤 CPMI 主要受 ROC 含量及 ROC/SOC 调控。因此在进行滨海盐土 CPMI 和有机碳质量调控时,要着重关注对土壤 ROC 含量的提升。
3.2 有机物料添加对盐碱地土壤化学性质的影响
盐碱地改良的首要目标就是降低土壤 pH 和含盐量[33]。本研究结果表明,仅生物有机肥添加显著降低了滨海盐土 pH,仅沼渣堆肥添加显著降低了土壤含盐量。生物有机肥可有效降低滨海盐土 pH 可能与生物有机肥含有较多小分子有机酸类物质,且自身 pH 较低有关。酸性的生物有机肥添加到滨海盐土之后,其有机酸和酸根离子可与碱基离子水解产生的氢氧根离子中和,从而降低土壤 pH。土壤含盐量则主要通过水分的淋洗来降低。不同有机物料由于其孔隙结构和比表面积的差异,对滨海盐土中盐分的淋洗速率影响各异。张月鲜等[16]的研究也表明,粪肥添加由于分解产生更多的腐植酸而对滨海盐土酸碱度的调节作用更为显著,秸秆因含有大量的纤维素、半纤维素和木质素等比表面积较大的结构而抑制盐分的淋洗。本研究中,SOC 与 DOC 呈显著正相关,与土壤 pH、EC 及 TN 呈显著负相关,表明各有机物料添加后,在增加 SOC 的同时对 DOC 也有显著的提升作用。同时高 SOC 含量土壤中腐殖化过程产生的腐植酸对土壤 pH 和 EC 均有较好的抑制作用,因此 SOC 与土壤 pH、EC 呈显著负相关。盐碱地 SOC 含量较低,外源有机物料加入之后,在微生物的作用下分解矿化释放养分。C/N 是影响微生物对碳源利用的重要影响因素。高 TN 条件下微生物对 SOC 的分解作用更强,故 SOC 与 TN 呈显著负相关。本研究中 4 种有机物料添加均可促进有机碳在滨海盐土中的固存和积累,其中生物炭添加更有利于总有机碳的积累,有机肥添加更有利于活性有机碳含量的提升。且研究区域土壤 C/N(2.8~5.1)远低于我国陆地土壤 C/N 平均值(约为 11.9)[34],表明滨海盐土有机碳含量远未达潜在平衡量,具有较大的固碳潜力。
4 结论
滨海盐土肥力贫瘠,SOC 平均含量仅 2.31 g/ kg,有机肥、生物有机肥、沼渣堆肥和生物炭 4 种有机物料的施用均可显著提高滨海盐土 SOC 含量,其中生物炭添加对 SOC 提升效果最为显著。有机肥、沼渣堆肥和生物炭添加显著提高了滨海盐土 ROC 含量;有机肥和生物炭添加显著提高了滨海盐土 DOC 含量;4 种有机物料均未对土壤 MBC 产生显著影响。
有机肥和沼渣堆肥添加提升了滨海盐土碳库活度,生物有机肥和生物炭则降低了滨海盐土碳库活度。各有机物料添加显著提高了滨海盐土 TN 含量,且各有机物料施用后土壤 C/N 均表现为不同程度的降低;有机肥添加显著提高了滨海盐土 pH,生物有机肥添加则显著降低了滨海盐土 pH;生物有机肥添加显著提高了滨海盐土 EC,沼渣堆肥添加则显著降低了滨海盐土 EC。
有机肥和沼渣堆肥添加对滨海盐土碳库质量提升作用最好,生物有机肥添加对滨海盐土碳库稳定性提升效果最好,沼渣堆肥添加对促进滨海盐土盐分降低效果最明显。