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外源秸秆添加对红壤及黑土有机碳固定的影响
引用格式：石含之, 熊振乾, 曹怡然, 吴志超, 文典, 李富荣, 李冬琴, 王旭, 2024. 外源秸秆添加对红壤及黑土有机碳固定的影响[J]. 生态环境学报, 33(9): 1372-1383.
文章亮点
1
本研究揭示了秸秆添加到红壤和黑土中，各类型有机碳、铁氧化物的动态变化过程。
2
明确了各类型铁氧化物、时间对有机碳固定的作用，在黑土中，两类矿物与各类型有机碳的结合受时间影响更大。
3
在红壤中，时间促进了两类矿物与各类型有机碳的结合，秸秆促进了铁氧化物与各类型有机碳的结合。
导读
中国提出了碳排放力争于2030年前达到峰值、2060年前需实现碳中和的目标。土壤是陆地系统最大的碳库，据估计全球表层土壤中碳储量在700×1015－2946×1015 g之间，占陆地生态系统的2/3。土壤碳库作为大气碳库的汇和源，对维持全球碳循环平衡、减缓温室效应意义重大。因此，积极探索发挥土壤碳的自然中和载体作用，充分发挥土壤巨大的固碳能力为实现碳中和愿景目标提供了新的途径和思路。
过去研究通常认为，有机碳在土壤中固存时间的长短是由其分子结构特征所决定。近年来，越来越多的证据表明土壤环境条件，如团聚体、活性铁/铝氧化物等，在有机碳的固存中起到更重要的作用。土壤中铁氧化物被称为“锈汇”，能捕捉陆地来源的有机碳，是长期土壤有机碳储存的关键因素，在许多中性和酸性土壤中，可作为主要的预测因子。根据在土壤中的赋存形式，铁氧化物包括游离铁、非晶型铁和络合铁，通常通过吸附或者共沉淀的方式与有机碳结合。由于具有更大的比表面和更高的吸附亲和力，非晶型氧化物被认为比晶型氧化物具有更高的有机质吸附能力。晶型氧化物结合态有机碳比非晶型氧化物结合态有机碳要稳定。因此，在研究铁氧化物对有机碳固存的贡献时，除了关注铁含量与有机碳含量的相关性、铁氧化物结合态有机碳含量和组成之外，不同铁氧化物类型与各类型有机碳的稳定性间的联系也不容忽视。
在人为因素的影响下如：灌溉、施肥等，铁氧化物的不同形态之间会发生转变，铁氧化物的相互转化过程与有机碳的动态变化紧密耦合。在农业生产中，秸秆还田是维持农田土壤有机碳平衡或提高土壤肥力的一项最主要管理措施，也是重要的土壤固碳途径之一。秸秆加入后，会影响土壤中有机碳的含量、结构及与矿物的结合强度等。
以往研究关注较多的是土壤中铁氧化物对有机碳的吸附量及线性关系，但在长时间范围内，不同类型铁氧化物与各类型有机碳含量的相关性、官能团的空间分布、有机碳的稳定性的研究还较少。基于此，本研究选取2种地带性土壤，红壤和黑土，设计添加秸秆的土壤培养试验。在24个月的培养过程中，每4个月取样。测定土壤中不同类型有机物、铁氧化物的含量，并利用同步辐射红外光谱，得到不同培养时期土壤中矿物、有机碳官能团的空间分布图谱及相关性。研究结果可得到秸秆还田后土壤中不同类型有机碳与矿物的结合规律，对于认识秸秆还田后不同类型土壤中有机碳归趋及循环具有重要意义。
数据图表
主要结论
（1）红壤中有机碳达到平衡时间为12个月，黑土中有机碳在培养20个月后分解量增加。
（2）红壤中晶型铁对于总有机碳的固定起促进作用，黑土中晶型铁对固相有机碳的固定起促进作用。
（3）同步辐射红外结果显示：在红壤中秸秆促进了铁氧化物与有机碳的结合，时间促进了矿物与有机碳的结合；在黑土中，相较于外源有机物，矿物与有机碳的结合受时间的影响更大。
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