秸稈還田和無(wú)機(jī)肥料的施用對(duì)水稻土壤肥力提升和溫室氣體（如CO2和CH4）排放起著至關(guān)重要的作用。然而，以往大多數(shù)研究都是針對(duì)化肥一次性施入后對(duì)土壤有機(jī)碳礦化、轉(zhuǎn)化過程的影響；而這與實(shí)際生產(chǎn)中在水稻不同生育期施用基肥和追肥的肥料施用方式不符。因此，研究秸稈還田條件下，化肥分次施入對(duì)秸稈分解及其激發(fā)效應(yīng)的影響和微生物機(jī)制，對(duì)于明確施肥方式對(duì)稻田溫室氣體排放與固碳效應(yīng)的影響機(jī)制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
基于此，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)通過以13C-水稻秸稈為外源有機(jī)碳，以(NH4)2SO4和NaH2PO4作為無(wú)機(jī)氮肥和磷肥，通過100d的室內(nèi)培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，定量研究了淹水條件下，化肥一次性施入和分次施入（分三次施入）兩種方式下，秸稈在稻田土壤中礦化及其激發(fā)效應(yīng)的影響機(jī)制。結(jié)果表明：與不施肥處理相比，化肥一次性施入使秸稈碳的礦化率增加了30%，而分次施肥使秸稈碳的礦化率降低了19%。盡管秸稈添加對(duì)稻田土壤CO2和CH4排放量產(chǎn)生了明顯的正激發(fā)效應(yīng)，但是化肥施入抑制了土壤原有有機(jī)碳的礦化，尤其是化肥分次施入顯著降低了總CH4的排放量，從而顯著降低了總溫室氣體排放當(dāng)量（以CO2和CH4計(jì)算）（圖1）。進(jìn)一步分析秸稈還田條件下，化肥分次施入降低了CO2和CH4排放的機(jī)制認(rèn)為：化肥分次施用使土壤中可利用態(tài)的氮磷維持在較高的含量水平，能夠滿足微生物對(duì)養(yǎng)分的計(jì)量學(xué)需求，降低微生物對(duì)土壤原有有機(jī)質(zhì)的養(yǎng)分礦化作用，提高微生物對(duì)秸稈碳的利用效率，促進(jìn)微生物的合成代謝過程（圖2）。所以，化肥分次施用是降低稻田生態(tài)系統(tǒng)溫室氣體排放，促進(jìn)稻田土壤有機(jī)質(zhì)積累的施肥管理措施，該研究結(jié)果可為制定合理的農(nóng)業(yè)管理措施提供科學(xué)參考。
該項(xiàng)研究近期以題為Split N and P addition decreases straw mineralization and the priming effect of a paddy soil: A 100-day incubation experiment發(fā)表在Biology and Fertility of Soils上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、湖南省自然科學(xué)基金、中科院亞熱帶農(nóng)業(yè)研究所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目的資助。
圖1 施肥措施對(duì)秸稈和土壤有機(jī)碳來(lái)源的CO2釋放當(dāng)量的影響
圖2 氮磷養(yǎng)分元素對(duì)秸稈碳在稻田土壤中的礦化及其激發(fā)效應(yīng)的影響機(jī)制