生物质炭施用对水稻土不同密度组分有机碳组成的影响OA

土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)与土壤矿物的结合是维持有机质长期稳定固存与养分持续供应的关键机制。然而,稻田土壤有机碳与不同类型矿物的结合状态及其对生物质炭施用的响应规律尚不清楚。本研究基于连续密度分组技术,系统解析了生物质炭施用两年后田间土壤样品各密度组分的颗粒形貌、矿物成分、SOC含量及其赋存特征。结果表明:(1)通过扫描电镜(SEM)及X射线衍射(XRD)表征,土壤密度梯度可依据SOC含量及土壤矿物学特征划分为三个典型区域:颗粒态有机碳(POC)区(<1.85 g·cm^(–3))、黏土矿物区(1.85~2.45 g·cm^(–3))和原生矿物区(>2.45 g·cm^(–3))。红外光谱分析(FTIR)显示,脂肪族O-H键及芳香族C=C键的峰强度在施用生物质炭(C15)和未施生物质炭(C0)处理中均随密度增加呈递减趋势,而SOC的稳定性则逐渐增加。(2)生物质炭施用显著降低部分黏土矿物区(1.85~2.05 g·cm^(–3))土壤有机碳的相对贡献(–37.4%),但分别促使<1.65 g·cm^(–3)和1.65~1.85 g·cm^(–3)组分的有机碳相对贡献显著增加150.1%和60.9%。δ^(13)C同位素示踪分析表明,各密度组分中均存在来源于玉米秸秆源生物质炭,但本底有机碳(native SOC)含量在<1.65、1.85~2.05、2.05~2.25、2.45~2.65、>2.65 g·cm^(–3)组分中均出现不同程度的消减,特别是POC区因生物质炭输入诱导产生的正激发效应对本底有机碳的消耗尤为突出,而且这种效应进一步延伸至相对稳定的矿物保护性碳库。因此,尽管表观上看生物炭施用两年后土壤总有机碳含量显著增加,但本底有机碳因生物质炭施用产生的激发效应的变化不容忽视。本研究对评估生物质炭施用下水稻土的固碳潜力及深化土壤矿物固碳机制提供了新的认识。