文章荐读
Pan等人(2024)在Soil and Tillage Research上发表论文"Higher soil carbon and nitrogen sequestration in rice than non-rice soils following land reclamation"。
文章简介
在沿海潮滩开垦后的长期水稻和非水稻种植会显著影响土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)的固存。然而，人们对沿海潮滩围垦后种植模式和时间对SOC和TN固存的影响仍然知之甚少。本研究旨在调查潮滩围垦后长期水稻和非水稻种植中SOC和TN固存的动态。从稻田(RP)和非水稻土壤(NR)分别取50年(RP50和NR50)、100年(RP100和NR100)、300年(RP300和NR300)和700年(RP700和NR700)的土壤样品，以阐明SOC和TN对长期栽培的响应。结果表明，栽培层在水稻栽培条件下，SOC和TN随时间增加，SOC(RP700)达到34.2 g kg-1的峰值，TN(RP300)达到2.0 g kg-1的峰值。此外，稻田土壤的有机碳是非稻田土壤的0.7-1.4倍，总氮是稻田土壤的0.6-1.1倍。与栽培层相比，深层的SOC和TN保持相对稳定。稻田土壤的CDE(D深度处的SOC与稳态条件下的SOC之差)和NDE(类似于CDE)在RP300达到最大值，分别为37.6和2.1 g kg-1，显著高于非水稻土壤。此外，SOC密度和TN密度随着水稻种植时间的延长而增加，分别在RP300(1.7 g cm-2)和RP700(0.2 g cm-2)达到峰值。总体而言，水稻种植的SOC和TN固存率比非水稻种植高出67.0%和62.7%，分别在水稻种植300年和700年后达到稳态平衡。在未来关于水稻和非水稻栽培土壤中长期土壤碳氮固存动态的研究中，应考虑与栽培层深度、障碍层厚度和特定微生物群落相关的稳定机制。
研究目的
文章假设，与非水稻栽培相比，长期水稻栽培下的SOC和TN固存量会更高。文章进一步预计，SOC和TN积累的增加将与土壤物理化学性质的变化有关。因此，该研究的目的是(i)沿50-700年的时间序列调查稻田和非水稻土壤的土壤性质趋势，(ii)评估水稻和非水稻种植(整个土壤剖面)50-700年间SOC和TN的累积趋势，以及(iii)阐明长期水稻和非稻米种植下土壤碳氮固存与物理化学性质之间的关系。这项研究的结果有望加深对潮滩开垦后不同时间尺度和土地利用情景下SOC和TN固存动态的理解。此外，这些发现可能有助于潮滩的可持续开发和可持续农业生态系统的建立。
研究结果
图1 研究区域和采样点的地理位置(右图显示了时序的识别和土壤采样点，其中标记的数字表示堤防位置和施工年份)。
图2 长期耕作下种植层(a和b)、犁底层(c和d)和底土层(e和f)土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量的变化。根据Duncan检验，不同小写字母在0.05概率水平上在栽培时间之间存在显著差异。
图3 种植层(a和d)、犁底层(b和e)和底土层(c和f)中水稻土和非水稻土之间的土壤有机碳(SOC)(a、b、c)和总氮(TN)(d、e、f)含量。根据Duncan检验，在0.05概率水平上，水稻土和非水稻土之间的不同小写字母存在显著差异。
图4 土壤剖面中长期耕作的水稻田土壤(a和b)和非水稻土壤(c和d)的土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)趋势。
图5 栽培过程中水稻田和非水稻土壤的SOC密度(a)和TN密度(b)(平均值±标准误差，n=3)。根据Duncan检验，不同小写字母在0.05概率水平上在栽培期之间存在显著差异。
图6 土壤有机碳、总氮与土壤理化性质的Pearson相关分析。星号表示显著性水平：***为p<0.001；**p<0.01；*p<0.05。
主要结论
在潮滩开垦后，水稻和非水稻种植的土壤理化性质都发生了显著变化。随着时间的推移，土壤pH值和盐度逐渐降低，然后趋于稳定，而SOC和TN随着耕作时间的推移逐渐增加，特别是在稻田土壤的种植层。土壤有机碳固存量逐渐增加，并在水稻种植300年后趋于稳定，而氮固存量即使在水稻种植700年后仍在继续增加。这项研究的结果表明，尽管土地利用变化可能会导致必需营养物质的损失，但水稻种植有可能在滩涂开垦后增强SOC和TN的固存。这种损失可能会长期阻碍SOC和TN的固存。尽管样本量相对有限，但这些结果为土壤生产力的维持提供了宝贵的见解，并可能有助于提高潮滩开垦后农业生态系统的可持续性。
文章来源：Pan, J., Wang, J., & Zhuang S. (2024). Higher soil carbon and nitrogen sequestration in rice than non-rice soils following land reclamation. Soil and Tillage Research, 237, 105963.
文字：孙赫晨
排版：孙赫晨
