水稻土是在長(zhǎng)期淹水條件下形成的特殊土壤，具有微生物生物量大，管理類(lèi)型廣泛的特點(diǎn)。與旱地土壤不同，水稻土具有特殊的氧化還原過(guò)程，影響?zhàn)B分循環(huán)利用以及微生物介導(dǎo)的土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）周轉(zhuǎn)。因此，稻田與旱地的SOM形成和保存機(jī)制有很大的差異，導(dǎo)致其土壤有機(jī)碳（SOC）和全氮（TN）含量明顯高于旱地土壤。然而，這一現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制還缺乏系統(tǒng)地揭示解釋。
中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所吳金水研究團(tuán)隊(duì)從Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中篩選了578個(gè)水稻土的SOC和TN含量及其碳氮儲(chǔ)量，對(duì)其進(jìn)行了薈萃分析，并與鄰近旱地土壤進(jìn)行了比較。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，稻田土壤SOC和TN含量分別是旱地土壤的1.5～1.8倍和1.4～1.6倍。旱地土和水稻土在35 cm深度的平均碳儲(chǔ)量分別為31和47 Mg C ha-1，氮儲(chǔ)量分別為2.2和3.2 Mg N ha-1。對(duì)氣候和土壤理化因子的定量分析表明：1）氣候效應(yīng)被人類(lèi)活動(dòng)（如耕作和淹水）減弱，特別是在稻田中控制土壤有機(jī)質(zhì)穩(wěn)定的因素更為重要，如與鐵（氫）氧化物的有機(jī)結(jié)合、粘土礦物、酚類(lèi)化合物的沉淀以及微團(tuán)聚體內(nèi)更長(zhǎng)時(shí)間的保護(hù)；2）氣候（如年平均降水量）主要影響旱地土壤C、N儲(chǔ)量，而化學(xué)性質(zhì)（如pH）則主要影響水稻土C、N儲(chǔ)量。
相比于旱地土，水稻土碳氮儲(chǔ)量增加主要是由于1）水稻秸稈和根系分泌物等對(duì)土壤有機(jī)碳的輸入量大于大多數(shù)旱地谷物；2）植物殘?bào)w和有機(jī)質(zhì)在稻田缺氧條件下的分解較慢；3）鐵氧化物在有機(jī)質(zhì)的穩(wěn)定中更為重要（圖1）。因此，盡管經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的集約化管理，水稻土比其臨近旱地土固定了更多的有機(jī)碳和氮，研究結(jié)果可為農(nóng)田土壤有機(jī)碳庫(kù)管理提供有力科學(xué)依據(jù)。
研究成果以Comparing carbon and nitrogen stocks in paddy and upland soils: Accumulation, stabilization mechanisms, and environmental drivers為題，發(fā)表在Geoderma上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目資助。
圖 1 水田和旱地土壤碳氮儲(chǔ)量差異的影響因素概念框架圖