李健銘，閆芳芳，李志宏，張?jiān)瀑F，王 鵬，熊維亮，李 君，艾 棟，張美娟，劉青麗*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 / 煙草行業(yè)生態(tài)環(huán)境與煙葉質(zhì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100081；2 四川省煙草公司攀枝花市公司，四川攀枝花617026；3 黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江大慶163319；4 福建農(nóng)林大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，福建福州350002）

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是全球碳庫中最活躍的部分，頻繁受到人類活動(dòng)的干擾，并可以在較短的時(shí)間尺度上調(diào)節(jié)碳庫，提高農(nóng)田土壤碳儲(chǔ)備是改善土壤碳平衡的重要途徑[1–2]。土壤呼吸是陸地生態(tài)系統(tǒng)向大氣釋放CO2的主要過程，是表征農(nóng)田土壤肥力和土壤質(zhì)量的重要指標(biāo)[3–6]。土壤呼吸作為植煙土壤有機(jī)碳的主要輸出形式，影響著植煙土壤的碳平衡，研究土壤呼吸是預(yù)測和評價(jià)植煙土壤碳周轉(zhuǎn)和碳收支的重要前提與基礎(chǔ)[7–8]。煙草作為我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，其品質(zhì)和產(chǎn)量在一定程度上取決于土壤肥力，常年不合理的施肥將引起土壤碳含量減少，土壤肥力降低，施用有機(jī)肥是提升土壤碳含量的有效途徑之一，且不同有機(jī)肥類型對土壤碳的影響存在差異[9–10]。在全球變暖的背景下，農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)CO2排放和碳平衡問題日漸成為關(guān)注的熱點(diǎn)。

化肥配施有機(jī)肥能增加煙田土壤總呼吸率，有利于提高土壤活性，促進(jìn)土壤有機(jī)碳的積累[11]，有利于農(nóng)田生產(chǎn)力的提高和農(nóng)田可持續(xù)利用[12]。施用有機(jī)肥增加了土壤有機(jī)碳的輸入量，但同時(shí)增加了土壤有機(jī)碳礦化輸出量，從碳收支平衡的角度來分析，土壤有機(jī)碳呈現(xiàn)出增加趨勢[13]。有機(jī)肥施用與否、施肥種類和施肥量對土壤總有機(jī)碳(TOC)、易氧化有機(jī)碳(LOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性有機(jī)碳(DOC)和碳庫管理指數(shù)(CPMI) 皆有著至關(guān)重要的影響，有機(jī)物料與有機(jī)肥的配合施用對提高土壤碳庫各組分含量和 CPMI 作用突出[10]，所以種植烤煙必須重視有機(jī)肥的選擇和配合施用。目前，不同類型有機(jī)肥施用下的農(nóng)田碳平衡研究主要集中在水稻、玉米、小麥、棉花、大豆等大田作物，對植煙土壤呼吸的變化和碳平衡方面的研究還鮮見報(bào)道[14]。本研究主要在四川攀枝花地區(qū)，以碳投入與碳排放為切入點(diǎn)，通過研究不同有機(jī)肥施用對植煙土壤碳平衡的影響，明確維持土壤碳平衡的有機(jī)物質(zhì)投入量，探索不同碳源對土壤碳的提升作用，以期為煙田生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)和碳平衡的深入研究提供相關(guān)理論依據(jù)和方法指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017—2019年4—9月在四川省攀枝花市仁和區(qū)平地鎮(zhèn)進(jìn)行，位于東經(jīng)101°47′51″，北緯26°12′7″，海拔 1910 m。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季不分明，晝夜溫差大，氣候干燥，日照長，年平均氣溫20.4℃，年積溫達(dá)7450℃ ，年日照時(shí)數(shù)達(dá)2745 h，無霜期300天以上。2017—2019年烤煙生長季日平均溫度為25.45℃，累積降水量655.7 mm，具體情況如圖1所示。試驗(yàn)田土壤為紫色土，土壤養(yǎng)分含量較低，全碳含量為1.151%，硝態(tài)氮8.4 mg/kg，銨態(tài)氮 1.7 mg/kg，有效磷 14.3 mg/kg，速效鉀 136 mg/kg，pH 7.7。

圖1 2017—2019年烤煙生長季溫度和降雨Fig. 1 Temperature and rainfall during flue-cured tobacco growing season in 2017–2019

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為不施有機(jī)肥對照(T1)、水稻秸稈(T2)、羊糞(T3)、油枯 (油菜籽，T4)、羊糞+油枯 (T5)?；什捎?N–P2O5–K2O 含量為 12–12–25和5–5–46的煙草專用肥，羊糞、油枯、水稻秸稈養(yǎng)分含量見表1。

表1 有機(jī)肥養(yǎng)分含量Table 1 Nutrient contents of different organic fertilizers

1.3 田間管理

大田試驗(yàn)品種采用當(dāng)?shù)刂髟云贩N‘云煙87’，移栽苗選用漂浮育苗。分別于2017年5月2日、2018年5月14日、2019年5月11日進(jìn)行移栽，種植密度為16500株/hm2。在烤煙移栽前土壤深耕起壟，以110 cm行距、55 cm株距打穴，之后施肥。煙草專用肥的基肥和追肥比例為3:2，每個(gè)小區(qū)化肥用量均為 N 87 kg/hm2、P2O587 kg/hm2、K2O 288 kg/hm2。有機(jī)物料全部做基肥施，其中水稻秸稈均粉碎至1 cm 長。在煙草移栽點(diǎn)挖 20 cm×20 cm×10 cm 穴，2017、2018年，施用煙草專用肥和有機(jī)肥與穴內(nèi)土壤混勻，作為基肥。2019年基肥采用煙草專用肥和油枯穴施后，穴與穴中間同等深度開溝，將水稻秸稈與羊糞條施。起壟施肥后移栽，然后覆蓋地膜?？緹熞圃院?0 天，將追施煙草專用肥用少量水溶解澆在距煙根5 cm處，用土覆蓋?？緹熞圃院?5天揭膜，再次追施煙草專用肥于煙根5 cm處，培土覆蓋，現(xiàn)蕾后打頂。田間管理按優(yōu)質(zhì)煙生產(chǎn)技術(shù)措施實(shí)施。2017年有機(jī)肥為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量，2018、2019年增加了有機(jī)物料用量，具體用量見表2。

表2 各處理有機(jī)肥料投入量(kg/hm2)Table 2 Organic fertilizer input of each treatment

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤呼吸測定 采用靜態(tài)箱–紅外CO2分析法測定土壤呼吸。儀器為便攜式紅外CO2分析儀(型號VaisalaMI70，芬蘭)。靜態(tài)箱為自制，采用不透明PVC材料制成，箱體尺寸為直徑20 cm、高25 cm的圓柱體，箱頂設(shè)有分析儀和溫濕度計(jì)探頭插口(用硅膠密封)，并通過水壓測試，靜態(tài)箱與底座對接采用水密封方式隔絕箱外氣體。小區(qū)內(nèi)在左數(shù)第3壟的中間位置選取固定點(diǎn)(2017和2019年在烤煙移栽位置將烤煙拔除設(shè)置固定點(diǎn)，2018年安置于兩施肥煙株中間)，在壟上放置直徑為20 cm的圓形PVC底座，高20 cm，插入土壤15 cm左右。為減少對土壤的干擾，PVC環(huán)于測定前一天安置好。每個(gè)PVC環(huán)測定1次，每次測量5 min，每個(gè)處理3次重復(fù)，共3個(gè)數(shù)據(jù)，取其平均值作為日土壤呼吸值。于烤煙移栽后第7天開始檢測土壤呼吸速率，整個(gè)生育期內(nèi)每7天測定一次，如遇下雨天氣則適當(dāng)調(diào)整，測定時(shí)間統(tǒng)一為8：00—11：00。2017年5月16日與2018年6月11日，由于連續(xù)降雨無法測定土壤CO2排放，以鄰近日期土壤CO2排放平均值替代。2017和2019年針對施肥點(diǎn)土壤CO2進(jìn)行采集，2018年針對施肥點(diǎn)周圍未施肥區(qū)域土壤CO2進(jìn)行采集，主要監(jiān)測上一年有機(jī)肥施用對土壤CO2排放影響的殘存效應(yīng)。

1.4.2 作物生物量的測定與計(jì)算 在烤煙成熟期，每小區(qū)選取代表性植株1株，以根莖為中心，將壟方向55 cm、垂直壟方向60 cm、深20 cm的土層連帶植株整體全部挖出，取回后先將植株與土壤分離。1)針對植株：將植株根系與莖葉分離，對植株根系進(jìn)行水洗獲得“烤煙根a”；2)針對土壤：采用高密度網(wǎng)過濾法，用300目(約48 μm)過濾網(wǎng)袋對土壤進(jìn)行包裹水洗，收集烤煙在生長過程因凋落而殘留于土壤中的毛細(xì)根，獲得“烤煙根b”，將1)和2)收集到的烤煙全部根置于烘箱中105℃殺青30 min，然后于70℃烘干至恒重，測定干重，并按照種植密度計(jì)算烤煙植株根系生物量。

1.4.3 土壤呼吸速率的計(jì)算

式中：F為CO2排放量 [mg/(m2·h)]；H為箱體有效高度，m為CO2摩爾質(zhì)量；p為采樣點(diǎn)大氣壓力，通常視為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，即=1.013×105Pa；R為普適氣常數(shù) 8.314 [J/(mol·K)]；T為采樣時(shí)箱內(nèi)平均氣溫 (℃)；dC/dt為 CO2排放速率 [CO2mg/(kg·min)][15]。

1.4.4 烤煙根系碳還田量測算 烤煙根系生物量=烤煙根a生物量+烤煙根b生物量

農(nóng)戶移除根系生物量=烤煙根a生物量×50%

農(nóng)戶移除根生物量：當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶在采收結(jié)束后會(huì)對田間煙桿連根拔除，經(jīng)過計(jì)算得出農(nóng)戶移除根生物量約占烤煙根a生物量的50%。

烤煙根系碳還田量=(烤煙根系生物量–農(nóng)戶移除根生物量)×44%

1.4.5 農(nóng)田土壤碳平衡測算 有機(jī)肥碳分解量的數(shù)據(jù)來自CO2收集區(qū)，有機(jī)肥碳分解率=(Wi–W0)/WSi×100%，Wi和W0分別為第i處理和對照處理的土壤C損失量 (kg/hm2)，WSi為第i處理有機(jī)肥碳施用量。土壤碳損失量=Si×有機(jī)肥碳分解率+W0，Si為第i處理大田有機(jī)肥碳施用量。土壤碳平衡=烤煙根系碳還田量+有機(jī)肥碳施入量–土壤碳損失量。

1.4.6 烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值的測算 各處理煙葉以小區(qū)為單位采收后掛牌烘烤，采烤結(jié)束后依據(jù)GB2635—1992分級，將雜煙和青煙去除，稱量各等級煙葉重量，參照當(dāng)?shù)乜緹熓召彽燃壘鶅r(jià)表，按照16500株/hm2計(jì)算烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excle 2017處理，運(yùn)用SPSS 22.0單因素方差分析對不同處理各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn) (P<0.05為顯著)，使用Origin 2018作圖，利用Amos 24.0軟件做路徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤呼吸年際變化動(dòng)態(tài)

土壤呼吸速率可以反映土壤中有機(jī)碳的分解強(qiáng)度。由不同年份土壤呼吸動(dòng)態(tài)(圖2)可知，2017、2018和2019年各處理土壤CO2的平均排放速率變化范圍分別在27.92～97.77、11.36～145.82和28.46～166.82 mg/(m2·h)，從不同年份 CO2排放速率來看2019年>2018年>2017年。2017和2019年烤煙移栽后第1次監(jiān)測， 土壤呼吸速率達(dá)到最高值，于烤煙移栽后21天內(nèi)急劇下降，2018年由于監(jiān)測點(diǎn)位于施肥區(qū)外，土壤呼吸速率緩慢上升。烤煙移栽后21天時(shí)，3年試驗(yàn)的土壤呼吸速率趨于一致?？緹熞圃?1天后，2017年土壤呼吸速率隨烤煙的生長期平緩下降，在第8周略有回升；2018年自烤煙移栽后35天起，CO2排放速率起伏不定，但總的呼吸速率高于前35天；2019年CO2排放速率的最低點(diǎn)在烤煙移栽后第49天左右，雖然在第28天和第70天出現(xiàn)過排放高峰，土壤呼吸速率均未超過第1次的監(jiān)測值?？偟膩砜?，有機(jī)肥施用量少，土壤呼吸速率較小，增施有機(jī)肥會(huì)增加土壤呼吸速率。

圖2 土壤呼吸速率隨烤煙生長天數(shù)的變化Fig. 2 Variation of soil CO2 emission with the growth days of tobacco plant

2.2 不同有機(jī)肥對土壤呼吸的影響

如圖3所示，2017—2019年T1、T2、T3、T4和T5處理烤煙生長季土壤CO2的3年平均排放速率分別在 28.05～81.89、47.80～133.88、37.02～123.52、34.44～108.85 和 41.77～133.14 mg/(m2·h) ，T5>T2>T3>T4>T1。施用3種有機(jī)物料均提高了土壤呼吸CO2排放速率。

圖3 施用不同有機(jī)肥土壤CO2排放隨烤煙生長的變化Fig. 3 Changes of soil CO2 emission with flue-cured tobacco growth under different organic fertilizers

2.3 不同有機(jī)肥對烤煙生長季土壤CO2排放總量與土壤碳損失量的影響

圖4顯示，2017、2018、2019年各處理烤煙生長季土壤CO2排放總量分別為1079～1775、1577～2037 和 1441～3285 kg/hm2。2017 年不同處理 CO2排放總量與土壤碳損失量表現(xiàn)為T5>T4>T2>T3>T1，其中T5處理CO2排放總量與土壤碳損失量比T1顯著高697和190 kg/hm2，但T5與T2、T3和T4處理間無顯著差異。2018年不同處理CO2排放總量與土壤碳損失量無顯著差異。2019年不同處理CO2排放總量與土壤碳損失量表現(xiàn)為T2>T5>T3>T4>T1，其中T2和T5處理顯著高于T1和T4處理，T2處理土壤CO2排放總量分別較T1和T4提升了1844和1810 kg/hm2，土壤碳損失量分別提升了503和494 kg/hm2，T5處理土壤CO2排放總量較T1和T4分別提升了1450和1416 kg/hm2，土壤碳損失量分別提升了395和386 kg/hm2。T3、T4處理CO2排放總量和土壤碳損失量與T1處理差異不顯著。說明有機(jī)肥在施用量較高時(shí)，水稻秸稈會(huì)顯著提高土壤CO2排放總量和土壤碳損失量，羊糞次之，油枯基本不會(huì)顯著增加土壤CO2排放總量和土壤碳損失量。

圖4 烤煙生長季土壤CO2排放總量與土壤C損失量Fig. 4 Total soil CO2 emission and C loss during the growing season of flue-cured tobacco

2.4 烤煙生長季不同施肥處理有機(jī)肥碳的分解率

表3表明，2017年烤煙生長季有機(jī)肥碳分解率在23.35%～48.73%，不同處理間無顯著差異。2019年有機(jī)肥碳分解率在0.38%～6.81%，T2、T3和T5處理的有機(jī)肥碳分解率顯著高于T4處理6.42、6.43和5.78個(gè)百分點(diǎn)(P<0.05)。2019年有機(jī)肥碳分解率與2017年相比平均值降低了32.63個(gè)百分點(diǎn)，表明有機(jī)物料的投放量決定著有機(jī)肥碳的分解率。有機(jī)物料投放量低時(shí)，各類有機(jī)肥碳的分解率均高，而有機(jī)物料的投入量高時(shí)，其有機(jī)肥碳的分解率降低。在高有機(jī)肥投入下，油枯的有機(jī)碳分解率最低。

表3 2017與2019年烤煙生長季有機(jī)肥碳當(dāng)季分解率(%)Table 3 Decomposition rate of organic fertilizer carbon in flue-cured tobacco growing season in 2017 and 2019

2.5 不同有機(jī)肥對烤煙根系固碳量的影響

圖5顯示，從3年平均值來看，4個(gè)有機(jī)肥處理的烤煙根系固碳量與T1均無顯著差異，但是T4處理的烤煙根系固碳量顯著高于T2，比T2提高了39.27%，表明施用油枯較水稻秸稈可以明顯提高烤煙根系的固碳量。

圖5 2017—2019年烤煙根系平均固碳量Fig. 5 Average carbon sequestration of flue-cured tobacco roots from 2017 to 2019

2.6 不同有機(jī)肥對土壤碳平衡的影響

從土壤碳平衡(表4)來看，2017年T1處理土壤碳虧缺，T3和T5處理土壤為碳盈余，其盈余量分別為23.04和31.72 kg/hm2，而T2和T4處理土壤碳基本處于平衡狀態(tài)。說明施用常規(guī)有機(jī)肥量下，水稻秸稈和油枯可以維持土壤碳的平衡，羊糞可以做到土壤碳的少量盈余。2018年在未施肥區(qū)域監(jiān)測上一年有機(jī)肥對土壤CO2殘存效應(yīng)中發(fā)現(xiàn)，各處理碳損失與碳平衡無顯著差異，均表現(xiàn)為土壤碳虧缺，表明有機(jī)肥對于后一年土壤碳損失與碳平衡無明顯影響。

表4 烤煙生長季不同施肥處理土壤的碳平衡(kg/hm2)Table 4 Soil carbon balance under different fertilizer application dosage in flue-cured tobacco growing season

2019年不施有機(jī)肥的T1處理土壤碳也是虧缺，有機(jī)肥施用量翻倍后的T2、T3、T4和T5處理土壤碳盈余分別達(dá)到了1007.47、506.04、92.04和649.68 kg/hm2，顯示增加有機(jī)肥用量可顯著提高土壤的碳盈余量。在碳投入中，無論是否使用有機(jī)肥，煙草根系返還土壤的有機(jī)碳量無顯著差異，因而，土壤碳平衡主要由碳投入和碳損失決定。3種有機(jī)肥中，雖然水稻秸稈(T2)處理的碳投入量遠(yuǎn)大于羊糞，但碳損失量與其相當(dāng)。油枯處理(T4)的低土壤碳損失量源于其低投入量。羊糞與油枯同時(shí)施用(T5)提高了土壤碳的盈余，但盈余量仍顯著低于水稻秸稈。

2019與2017 年相比，有機(jī)肥處理土壤碳匯量增加了92.48～1007.54 kg/hm2，說明有機(jī)肥施用量增加是提高土壤碳盈余量的重要原因。而不施有機(jī)肥條件下，年份之間土壤碳虧缺量的差異也非常顯著，表明其他因素對植煙土壤的碳平衡也可能有較大影響。

2.7 烤煙生長季土壤碳平衡主要驅(qū)動(dòng)因素的影響路徑

利用2017和2019年數(shù)據(jù)進(jìn)行路徑分析，獲得的烤煙生長季土壤碳平衡主要驅(qū)動(dòng)因素的影響效應(yīng)(圖6)。從直接因素來看，有機(jī)肥碳投入、烤煙根系生物量、有機(jī)肥碳分解率、土壤呼吸、溫度和降雨與土壤中碳平衡的路徑系數(shù)值分別為1.09、0.15、0.05、–0.10、–0.03和–0.01，說明有機(jī)肥碳投入是影響土壤碳平衡的主要直接因素。在環(huán)境因素方面，土壤呼吸對于土壤碳平衡的影響遠(yuǎn)高于降雨和溫度，是影響土壤碳平衡的主要環(huán)境因素。

圖6 烤煙生長季土壤碳平衡主要驅(qū)動(dòng)因素的影響路徑Fig. 6 Influence paths of main factors driving soil carbon balance in flue-cured tobacco growing season

從間接因素來看，有機(jī)肥碳投入與土壤呼吸、有機(jī)肥碳分解率和烤煙根系生物量之間的路徑系數(shù)分別為0.88、–0.32和–0.10，有機(jī)肥碳分解率與土壤呼吸和烤煙根系生物量之間的路徑系數(shù)值分別為0.24和–0.07，說明外源碳的投入與分解主要是通過影響土壤呼吸從而間接影響土壤碳平衡。降雨與溫度、有機(jī)肥碳分解率和土壤呼吸之間的路徑系數(shù)值分別為–0.39、0.35和0.05，溫度與有機(jī)肥碳分解率、烤煙根系生物量和土壤呼吸之間的路徑系數(shù)值分別為0.50、–0.07和0.02，說明降雨主要是通過影響溫度，溫度再影響有機(jī)肥碳分解率，從而間接影響土壤碳平衡。

2.8 不同有機(jī)肥施用對烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值的影響

如表5所示，2017、2018年施用有機(jī)肥處理T3、T4和T5產(chǎn)量和產(chǎn)值均顯著高于T1 (P<0.05)，T2處理雖然產(chǎn)量顯著高于T1，但產(chǎn)值的增長依然未達(dá)顯著水平，4個(gè)有機(jī)肥處理比較，T4、T5產(chǎn)量和產(chǎn)值顯著高于T2處理，在2017年與T3處理相當(dāng)，在2018年顯著高于T3處理。T4處理烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值與對照相比，2017年分別提升了179 kg/hm2和2013 元/hm2，2018 年分別提升了 591 kg/hm2和8702元/hm2。綜合分析認(rèn)為，施用有機(jī)肥可以提高烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值，且各有機(jī)肥處理相比，油枯有機(jī)肥對于提高烤煙產(chǎn)量產(chǎn)值效果最佳。

表5 不同施肥處理烤煙的產(chǎn)量和產(chǎn)值Table 5 Yield and output value of flue-cured tobacco under different fertilization treatments

3 討論

3.1 植煙土壤呼吸動(dòng)態(tài)

農(nóng)田土壤呼吸是一個(gè)復(fù)雜的生物學(xué)過程，受多種因素影響，包括作物類型、凈初級生產(chǎn)力、地上與地下生物量分配等生物因子，以及土壤溫度、土壤水分、土壤有機(jī)質(zhì)等非生物因子，還有土壤耕作、施肥等人為活動(dòng)因子，各因子之間既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系地影響土壤呼吸[16–17]。本研究通過對不同碳源下植煙土壤呼吸的動(dòng)態(tài)研究發(fā)現(xiàn)，烤煙移栽初期，施肥和移栽會(huì)引起土壤CO2排放大幅度提升，在持續(xù)21天的逐漸降低后恢復(fù)正常水平，這是因?yàn)槭┓驶顒?dòng)和移栽的共同作用會(huì)破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，改善土壤孔隙度，為氧氣的進(jìn)入提供更方便的條件，進(jìn)而加速土壤有機(jī)質(zhì)的分解和CO2的排放造成的[18]。本研究結(jié)果認(rèn)為，在排除施肥和移栽的影響下，土壤呼吸在整個(gè)生育期，伴有小幅度波動(dòng)，于烤煙移栽后第70天達(dá)到一個(gè)較高的峰值后逐漸降低，這與戴衍晨等[19]研究認(rèn)為在烤煙大田生長期，植煙土壤呼吸速率均呈“M”型的動(dòng)態(tài)變化，兩個(gè)峰值分別出現(xiàn)在移栽后81天和107天的結(jié)果產(chǎn)生了差異。一個(gè)峰值和兩個(gè)峰值的差異主要是因?yàn)?，本試?yàn)開展地區(qū)緯度較低、光照充足，適宜烤煙生長發(fā)育，僅13周就完成了烤煙的種植與采收，因此導(dǎo)致監(jiān)測時(shí)間較短而沒有檢測到第二個(gè)峰值的存在，而該試驗(yàn)土壤呼吸的第一個(gè)峰值出現(xiàn)在移栽后81天和本試驗(yàn)較高的峰值出現(xiàn)在移栽后70天的差異也是因?yàn)樵撛囼?yàn)地區(qū)與本試驗(yàn)相比，烤煙移栽日期較早使得監(jiān)測日期較為提前導(dǎo)致的。2017和2019年試驗(yàn)結(jié)果均表明，施用有機(jī)肥會(huì)提高烤煙生長季的土壤CO2排放速率和排放總量，這是因?yàn)橛袡C(jī)肥增加了土壤呼吸底物，升高了土壤呼吸對溫度的敏感性[20–23]。2018年在非施肥區(qū)的監(jiān)測結(jié)果表明，土壤CO2排放不會(huì)受到前茬有機(jī)肥施用的影響，且有機(jī)肥對于施肥點(diǎn)周圍的土壤CO2排放總量沒有明顯影響。

3.2 不同碳源的碳分解與碳排放

羊糞農(nóng)家肥是一種弱堿性肥料，具有養(yǎng)分濃度高，有機(jī)質(zhì)含量多，氮、磷、鉀含量高等特點(diǎn)[24]。油枯屬于餅肥的一種，餅肥施用后可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，為土壤微生物提供了營養(yǎng)和能量，給微生物活動(dòng)提供了良好的環(huán)境條件，土壤微生物活動(dòng)旺盛，促進(jìn)了土壤中細(xì)菌、真菌、放線菌數(shù)量的增加，同時(shí)提高了土壤中酶的活性，促進(jìn)了土壤有機(jī)養(yǎng)分的分解[25]。施用秸稈可通過增加土壤有機(jī)碳的直接輸入實(shí)現(xiàn)固碳，維持土壤有機(jī)質(zhì)平衡[26–27]。當(dāng)有機(jī)肥施入土壤后，受土壤微生物、溫度和水分等條件的影響而發(fā)生有機(jī)質(zhì)的機(jī)械粉碎、分解、合成等作用，最后成為土壤有機(jī)質(zhì)的重要組成部分[28]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，增施有機(jī)肥的年份(2018和2019年)土壤呼吸排放量高于常規(guī)有機(jī)肥施用量年份(2017年)，而增施有機(jī)肥年份有機(jī)肥碳分解率顯著低于常規(guī)有機(jī)肥施用量年份，說明過量的有機(jī)肥投入不利于肥料在土壤中的養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，而更傾向于在土壤中固定，在增施有機(jī)肥的年份中，條施水稻秸稈、條施羊糞和條施羊糞與穴施油枯處理有機(jī)肥碳分解率均高于穴施油枯處理，說明在過量的有機(jī)肥投入情況下，采用條施的施肥方式相對于穴施更有利于有機(jī)肥在土壤中的分解和養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化。從有機(jī)肥的碳投入量來看，各年份油枯處理碳投入量在有機(jī)肥處理中均處于最低水平，其土壤CO2排放總量與土壤碳損失量與對照相比無顯著差異，說明各有機(jī)肥相比，施用油枯可以在降低有機(jī)肥碳投入量的同時(shí)減少土壤碳損失。

3.3 植煙土壤碳固定與土壤碳平衡的影響因素

從2017—2019年各處理平均根系碳積累來看，各類型有機(jī)肥相比，施用油枯有機(jī)肥有利于提高烤煙根系碳素的積累，但在常規(guī)施肥和增施有機(jī)肥的情況下，有機(jī)肥處理與對照相比，烤煙根系碳還田量差異并不顯著。在增施有機(jī)肥情況下，穴施秸稈過量會(huì)導(dǎo)致燒苗現(xiàn)象[29–30]，而條施秸稈更有利于促進(jìn)根系發(fā)育，提高烤煙根系碳還田量。已有研究表明，有機(jī)肥施用有利于提高土壤中有機(jī)碳的含量[31–32]，這與本研究結(jié)果相似。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在常規(guī)施肥下，烤煙根系是植煙土壤的主要碳源，而在增施有機(jī)肥后，土壤的主要碳源則轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)肥帶來的碳投入，增加有機(jī)肥的施用量有利于土壤碳累積，使植煙土壤形成碳匯。2017和2019年各處理相比，均表現(xiàn)為施用油枯有機(jī)肥對于促進(jìn)土壤碳平衡效果較好，且未施有機(jī)肥土壤碳處于虧損狀態(tài)，土壤表現(xiàn)為碳源。在無有機(jī)肥施用條件下，不同年份土壤碳虧缺量差異較大，2018與2017年相比土壤碳虧缺量提升，試驗(yàn)表明2017年有機(jī)肥常規(guī)施用沒有對后一年(2018年)土壤碳損失與碳平衡產(chǎn)生明顯影響，而2019與2018年相比土壤碳虧缺量降低，除不同年份氣候因素影響外，還可能是因?yàn)?018年有機(jī)肥施用量增加，在土壤中的殘存效應(yīng)導(dǎo)致的。通過路徑分析發(fā)現(xiàn)，影響碳平衡的主要因素為有機(jī)肥帶來的碳投入，其次是烤煙根系碳在土壤的殘留，同時(shí)也受到降雨、溫度、有機(jī)肥分解率、土壤呼吸的影響；烤煙根系生物量主要受到降雨、有機(jī)肥帶來的碳投入的影響，受溫度影響不明顯；土壤呼吸主要受到有機(jī)肥碳投入的影響，其次是受到有機(jī)肥碳分解率的影響，同時(shí)也受到降雨和溫度的影響，即有機(jī)肥帶來的碳投入增加、有機(jī)肥碳分解率升高、降雨增加和溫度上升，土壤呼吸速率和總量增強(qiáng)；降雨可以使溫度降低，從而間接影響土壤呼吸、有機(jī)肥碳分解率、土壤碳平衡和烤煙根系生物量。研究認(rèn)為有機(jī)肥以碳的形式直接投入到土壤中，是影響土壤碳平衡的主要直接因素，但從土壤呼吸、溫度和降雨的環(huán)境影響因素來看，土壤呼吸仍是影響土壤碳平衡的主要環(huán)境因素。

4 結(jié)論

影響土壤碳平衡的主要因素是有機(jī)肥類型和用量。施用低量有機(jī)肥對當(dāng)季和后茬土壤碳平衡無明顯影響，不施有機(jī)肥則導(dǎo)致土壤碳凈虧損，土壤表現(xiàn)為碳源。施用高量有機(jī)肥可極大提高土壤碳的盈余量，土壤表現(xiàn)為碳匯。水稻秸稈相比羊糞和油枯，提高土壤碳匯功能的效果最佳。而施用油枯對烤煙產(chǎn)量和產(chǎn)值的提升效果最佳。因此，在供試地區(qū)，可考慮提高現(xiàn)有有機(jī)肥的投入量，以水稻秸稈和油枯配施實(shí)現(xiàn)提升土壤碳匯功能和烤煙生產(chǎn)效益。