期刊封面
不同水分条件下添加白云石对酸性水稻土有机碳(4)
2.3 影响CO2排放的主要因素
2.3.1相关性分析
由表4可知,2种土壤DOC含量均与pH值显著正相关,CO2通量均与DOC含量显著正相关。红壤NH4+-N含量与CO2通量显著正相关。
2.3.2路径分析
由图6可知,路径分析采用的模型表现出较好的拟合效果,并分别解释了棕红壤和红壤中79%和78%的CO2通量的总方差。路径分析结果还表明,pH值对2种土壤DOC含量有显著的、直接影响,但对MBC含量无影响。DOC含量对土壤CO2通量有显著的、直接影响。pH值对土壤CO2通量无直接影响。MBC含量对土壤CO2通量无影响。
图5 培养期间土壤NH4+-N和NO3?-N含量的变化Fig.5 Variation of soil NH4+-N and NO3?-N contents during incubation
表4 变量间的皮尔逊相关系数Table 4 Pearson’s correlation coefficients among measured variables棕红壤Brown red soil红壤Red soil pH值pH valueNH4+-NNO3?-NDOCMBCCO2pH值pH valueNH4+-NNO3?-NDOCMBCCO2 pH值-pH值- NH4+-+-N-0.020- NO3?-?-N-0.360*-0.418**- DOC0.484**-**-DOC0.549**0.588**-0.560**- *-0.065- CO20.492**-**0.859**-**0.475**-0.564**0.872**-0.055-
注:线宽度表示标准化路径系数的强度,实线和虚线分别表示正的和负的效应。χ2/dF:卡方自由度比值;P:显著性概率值;CFI:比较适配指数;NFI:规准适配指数;IFI:增值适配指数;RMSEA:渐进残差均方和平方根。Note: The width of the line indicates the standardized path coefficient strength. The solid and dashed lines indicate positive and negative effects, respectively. χ2/dF: The ratio of chi-square to degree of freedom; P: The significance probability; CFI: Comparative fit index; NFI: Normed fit index; IFI: Incremental fit index; RMSEA: Root mean square error of approximation.图6 影响土壤CO2通量因素的路径分析结果Fig.6 Results of path analysis on factors affecting the fluxes of soil CO2 emission
3 讨 论
在本研究中,CO2的释放可能来源于微生物对SOC的矿化作用和白云石的化学溶解过程,其中,白云石化学溶解过程释放CO2主要受土壤pH值(土壤酸度)的影响。由路径分析结果可知,DOC含量对2种土壤CO2通量有显著的、直接影响,但pH值对土壤CO2通量无直接影响,表明微生物作用在土壤CO2排放中起主导作用,非生物作用(白云石自身溶解)对CO2排放的贡献可以忽略不计。
3.1 不同水分条件下添加白云石对SOC矿化的影响
添加白云石对SOC矿化有显著影响。3种水分状况下添加白云石均导致2种土壤有机碳矿化量增加,说明添加白云石促进SOC矿化。白云石添加对SOC矿化的促进作用主要归因于土壤pH值的提升,从而增加了土壤DOC含量。底物含量的增多对SOC矿化速率有促进作用[25]。pH值、DOC和CO2通量三者间彼此的显著正相关关系进一步证实了这一点。相反,也有文献报道,施用石灰对SOC矿化无影响或有抑制作用[26-27]。这些相互矛盾的结论可能与石灰施用量有关[28]。Guo等[29]研究表明,较高的CaCO3添加量(7.5 t/hm2)导致土壤呼吸速率降低了8%,而较低的添加量(2.25 t/hm2)未显著影响土壤呼吸速率。
水分对2种土壤有机碳矿化的影响存在差异。水分是SOC矿化最为关键的调控因子之一[30-31]。通常,当土壤含水量较低时,土壤孔隙水连通性较差,有机碳传递受阻,SOC生物有效性和矿化度随之降低[32];土壤未达饱和时,土壤含水量增加有利于可溶性基质(如有机碳和营养元素)向微生物细胞扩散,从而提高微生物活性,并促进SOC矿化[33],这可能是本研究中2种土壤湿润状态下SOC矿化量显著高于干燥状态下的原因。在淹水或厌氧条件下,溶解氧可能成为限制有氧呼吸的主要因素[18],导致SOC矿化速率降低。这可能是红壤在130% WHC含水量下(淹水状态)的有机碳矿化量低于90% WHC含水量下(湿润状态)的原因。然而,此时棕红壤中的情形却刚好相反。研究结果表明,淹水条件下棕红壤有机碳矿化量高于湿润条件。李忠佩等[34]也发现了类似的结果。导致这种现象的原因可能与淹水增加了棕红壤DOC含量有关。淹水促进土壤团聚体分散和SOC释放,增加DOC含量,从而增加SOC矿化速率[35]。另一个可能的原因是在淹水条件下,棕红壤中的微生物为了获取必需的能量需要比湿润状态分解更多的有机物,导致更高的SOC矿化速率[36]。
研究结果还表明,在未添加白云石时,2种土壤在湿润和淹水状态下有机碳矿化速率在培养的0~5 d内逐渐增加。导致这一结果的原因可能是:土壤水分的大幅增加(由40% WHC分别增至90%、130% WHC)有助于SOC的溶出,增加了DOC含量(图3),但土壤pH值在此阶段仍较低且逐渐增加(图2),微生物活性也随着pH值的增加而逐渐增强,从而加速了SOC的矿化。
文章来源:《煤矿现代化》 网址: http://www.mkxdh.cn/qikandaodu/2021/0717/1466.html