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期刊：Soil and Tillage Research 1区TOP/IF=6.5![]() 稻虾共养周期越长，1 m深度的SOC水平升高，并呈上升趋势；![]() 稻虾共养有助于提高SOC的结构复杂性和化学稳定性；![]() 稻虾共养通过增加cPOM和减少free-SC改善土壤团聚体；![]() 富集有机碳和激活铁氧化物有助于碳-铁结合。 |
土壤有机碳(SOC)和团聚体稳定性是评价农业系统碳固存潜力的重要指标。最近的研究表明，水稻-小龙虾共养(RCC)提高了表层土壤有机碳储量。然而，目前对长期RCC中深层土壤有机碳和土壤团聚体的响应及其机理的认识还很有限。本文以潜江市为研究对象，研究了不同种植年限(5年、10年和15年)对稻田土壤有机碳(SOC)、有机碳官能团、团聚体、有机质组分和铁氧化物垂直分布的影响。本研究的目的是:(a)比较不同RCC时间下不同土壤剖面的SOC储量、官能基团、团聚体稳定性和SOM组分分布，(b)研究不同形态铁氧化物在土壤剖面中的分布和含量，(c)评估土壤环境变量和铁氧化物对SOC含量和团聚体稳定性的相对贡献。本研究强调了RCC在提高土壤质量和碳固存能力方面的重要性，为可持续农业的创新实践提供了见解。![]()
本研究位于湖北省潜江市观山农场，北纬30°11′N，东经112°43′E。该地区属于江汉平原低湖区，冬季静态地下水位40-60 cm。江汉平原位于湖北省中部，地势平坦，水系密布，适宜水稻水产综合养殖。气候为北亚热带季风气候，年平均气温16.1°C，年平均降水量1100 mm。土壤类型为湖泊沉积物发育的潮水性水稻土(Yuan et al.， 2022)。该地区地下水位高达30 cm左右，水资源丰富，以龙湖和白鹿湖为主要水资源。水稻一般在6月中旬以直播种方式播种。在水稻种植季节，RCC和RM以当地通常的方式保持相同的水和肥料管理。水稻收获后，稻田被淹没在50-100 厘米的水里，直到第二年5月底。在RM系统中，在水稻种植区周围疏散一条约3-4 ~ m宽、1-1.5 m深的环形沟作为小龙虾的场所，其面积占稻田总面积的10-20 %。此外，还预留了一条3 米宽的机械化轨道，用于进入水稻种植区。大豆和玉米饲料全年使用，特别是在非水稻生长季节。此外，还在田间种植水草，为小龙虾提供庇护。水稻种植前，农田水位下降，小龙虾的主要栖息地退到周边沟渠。秸秆还田和碾压还田两种耕作方式下，秸秆还田和碾压还田方式分别为一年还田和三年还田。土壤调查采样于2020年10月水稻收获后进行。选取15个地理位置相近、土壤背景相似、水田养殖年限不同的RCC田块作为采样对象。其中，选取3个水稻单作田(简称Y0)和12个共养5年(Y5)、10年(Y10)、15年(Y15)的RCC田进行进一步研究。采样土壤的地理位置和背景细节见表1。
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有近几年水稻小龙虾的田地被归为一组处理。在每个田的中心挖一个长1.5 m、宽1 m、深1 m的土壤剖面。去除土壤表面的植物残体、碎石等杂质后，从不同深度(0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm)采集土壤样品。采集的土壤样品中，一半风干过筛，另一半保存在−20℃的冰箱中。在RM样地中，在水稻季节以常规方式进行种植，在非水稻季节撂荒和不淹水。相比之下，水稻-小龙虾系统的土壤在水稻收获后被淹没到不同深度，以饲养小龙虾，直到第二年水稻种植。此外，农户还在RCC系统中实施了饲料喂养、小龙虾捕捞等一系列措施。土壤理化特征
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图1 Y0、Y5、Y10和Y15水稻剖面0-100 cm土壤理化特征的选择。Y0，水稻单作;Y5，水稻-小龙虾共养5年;Y10，水稻-小龙虾共养10年;Y15，水稻-小龙虾共养15年;Eh，氧化还原电位;BD:堆积密度;CEC:阳离子交换容量;TN，全氮;TP为总磷;TK，全钾。
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图2 (a)不同土层的有机碳含量，(b) 0-100 cm的盒样地有机碳含量，(c) 0-20 cm、20-100 cm和0-100 cm的有机碳储量。Y0，水稻单作;Y5，水稻-小龙虾共养5年;Y10，水稻-小龙虾共养10年;Y15，水稻-小龙虾共养15年。
土壤团聚体粒径分布及稳定性
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图3 Y0、Y5、Y10、Y15水稻剖面0 ~ 100 cm不同团聚体粒级(%)的质量分布。Y0，水稻单作;Y5，水稻-小龙虾共养5年;Y10，水稻-小龙虾共养10年;Y15，水稻-小龙虾共养15年;M,大颗粒团聚体;Fm:自由微团聚体;SC，非团聚粉粒和粘粒。
SOM分数
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图5 Y0、Y5、Y10、Y15水稻剖面0 ~ 100 cm处不同集料C池分数(%)的质量分布
铁氧化物和铁结合有机碳
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图6 Y0、Y5、Y10和Y15水稻剖面0 ~ 100 cm处铁氧化物、铁结合态有机碳及其相关参数的垂直分布特征。Y0，水稻单作;Y5，水稻-小龙虾共养5年;Y10，水稻-小龙虾共养10年;Y15，水稻-小龙虾共养15年;Fed，土壤成因的铁氧化物;Feo，结晶较差的铁氧化物;Fep，有机络合铁氧化物;Fep / Fed表征铁与有机质的络合程度;Feo / Fed表示氧化铁的活性程度;Fe- oc，铁结合态有机碳; fFe-OC: Fe-OC占土壤总有机碳的百分比;OC/Fe摩尔比，Fe-OC中碳与铁的摩尔比。
土壤性质与SOC和MWD的关系
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图7 土壤有机碳(SOC)含量、平均重径(MWD)与潜在驱动因子的关系，随机森林分析评价土壤有机碳(a)和土壤随钻距离(b)的均方误差(%IncMSE)增加百分比与SOC、MWD和土壤性质之间的Spearman相关性;土壤有机碳含量与总氮(TN)的关系c)和OC- fe摩尔比(OC/Fe_mr;e)以及MWD与氧化还原电位的关系(Eh;d)和有机络合铁氧化物(Fep;f)。BD:堆积密度;CEC:阳离子交换容量;TP：总磷;TK:全钾;C/N，碳氮比;Feo，结晶较差的铁氧化物;饲喂的，土壤成因的铁氧化物。
研究结果证实了江汉平原1 m土壤尺度下RCC持续时间与土壤有机碳积累呈正相关关系。土壤碳库增加的主要原因是RCC增强了土壤肥力和有机物质的输入，增加了土壤有机碳的积累，尤其是表层有机碳的积累;RCC持续时间延长对有机碳化学组成的影响促进大团聚体和POM的形成，增强SOC的物理保护;增强铁氧化物的活化和络合作用，有利于SOC的长期保护。水稻-小龙虾共培养系统中不同团聚体和SOM组分的碳储量变化机制有待进一步研究。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
