滨海盐渍型水稻土是辽宁省优质高产水稻的重要生产基地，由于多年来的粗放管理，虽然盐分含量有所减少，但整体肥力状况却有所恶化。有调查表明，高产滨海盐渍型水稻土最适的有机质含量为20 ~ 30 g/kg，而实际土壤平均有机质含量仅为13.6 g/kg^[1]。农作物秸秆合理施用能有效改善土壤理化性质，增加土壤有机碳和微生物生物量碳含量，并能明显提高作物产量^[2-3]，但我国北方大部分秸秆尚未得到充分利用。土壤活性有机碳库是土壤圈中一种十分活跃、周转速度较快的组分，是对土壤扰动和土壤管理措施最为敏感的有机碳组分。它将土壤矿物质、有机碳与生物成分联系在一起^[4-5]，指示土壤的综合性活力水平^[6]。近年来随着秸秆还田成为新研究热点，国内外学者对秸秆还田培肥土壤及提升土壤有机质含量等方面也进行了许多研究^[7-10]。秸秆直接还田可以使农田生态环境得到改善，提高作物产量，但也带来病虫害加重、整地质量差等负面效应；秸秆腐熟还田能克服直接还田的缺点，不利条件是耗费劳动力和时间；秸秆炭化还田对土壤改良有多方面积极影响，但其对土壤功能影响的机理目前还不完全清楚，秸秆生物质炭还田对土壤活性有机质影响方面的研究还有待深入。目前，关于秸秆还田方面的研究主要集中于旱地土壤，而在水田土壤(特别是滨海盐渍型水稻土)方面相关研究不多，不同处理方式的稻草施入，盐渍型水稻土有机碳活性变化的规律及影响效果缺乏相关研究数据。本文旨在通过探讨3种不同方法处理的稻草对滨海盐渍型水稻土有机质活性的影响，找出北方水田稻草适宜的还田方式，以为推广水稻秸秆还田、充分利用秸秆资源提供理论基础和数据支持。

1 材料与方法 1.1 供试材料

试验土壤取自辽宁盘锦市大洼县(40°56′9″ N，122°3′51″ E)，为典型滨海盐渍型水稻土。用多点混合取样法采集0 ~ 20 cm耕层土壤样品，风干后过2 mm筛，用于恒温淹水培养试验。供试土壤的有机碳含量为11.92 g/kg，全氮含量为1.31 g/kg，全磷含量为0.42 g/kg，全钾含量为25.31 g/kg，土壤pH为7.87。

施用的稻草分为3种处理：直还稻草处理(Z)，指稻草直接还田，将稻草粉碎至1.5 mm；腐熟稻草处理(F)，将粉碎后的稻草加水至含水率为50%后装入容器中，置于30℃培养箱恒温培养至变为黑色粉末并有土香味，时间为6个月；稻草生物质炭处理(S)，由粉碎后的稻草在450℃高温无氧条件下制备而成。供试稻草处理后的基本性质见表 1。

1.2 试验设计

本培养试验为室内暗室恒温无作物淹水培养，共设置4个处理，分别为腐熟稻草(F)、直还稻草(Z)、稻草生物质炭(S)和对照(CK)，3次重复。直还稻草施入量根据目前农业生产中水稻留高茬和稻草直接还田的常用量(9 000 kg/hm²)的2.5倍进行换算，在室内培养过程中按照土壤质量的1%施用，并对其施入土壤中的碳量进行等碳换算，计算出腐熟稻草与稻草生物质炭的施入量。每一处理的用土量为3 kg，加不同稻草处理后的土壤充分混匀后置于6 L的塑料桶中培养，加水至高于土壤15 cm左右。培养时间为270 d(2016年6月至2017年3月)，培养期间为恒温25℃，按当地大田实际耕种情况(辽宁滨海水稻土地势低洼，排水设施不完善，大部分长期淹水)进行全程淹水培养，并定期搅拌、补水。分别于培养后的90、180、270 d进行采样，取出适量土样进行测定。

1.3 试验方法

土壤和3种稻草材料的有机碳含量采用VARIO EL III元素分析仪进行测定。原始土壤和培养后土壤的易氧化有机碳(EOC)含量参考文献[11-12]方法测定^[11-12]，并计算有机碳氧化稳定系数(Kos)，Kos=(总有机碳-易氧化有机碳)/易氧化有机碳；微生物生物量碳(MBC)含量采用氯仿熏蒸-硫酸钾提取法测定；水溶性有机碳(DOC)含量采用纯水浸提，TOC自动分析仪测定。

1.4 数据处理

所有数据均采用MS Office Excel 2010进行处理，统计分析采用SPSS 20.0软件进行。

2 结果与分析 2.1 土壤有机碳累积的变化

图 1显示了添加3种不同稻草对土壤有机碳累积的影响。从图 1可以看出，不同处理稻草的施入都增加了土壤有机碳总量。随培养时间的延长，累积在土壤中的有机碳因降解而逐渐降低，但下降幅度却因处理的不同而有很大差异。对照土壤(CK)在整个培养过程中有机碳总量有少量的下降，培养至270 d时，下降的幅度为15.3%；其次为稻草生物质炭(S)处理，土壤有机碳总量的下降幅度为25.1%，而直还稻草(Z)与腐熟稻草(F)处理土壤有机碳总量下降最明显，下降幅度分别为39.8%与37.4%。总体来说，施用不同处理的稻草均会增加滨海盐渍型水稻土土壤有机碳的降解速率，其中直还稻草处理对土壤有机碳的降解速率影响最为明显，若以不同稻草施用处理与对照之间的有机碳差异来说明施入土壤中的有机碳的表观残余碳量，那么至培养270 d时，腐熟稻草处理土壤有机碳的残余率为8.33%，稻草生物质炭处理为23.20%，直还稻草处理为5.47%。

2.2 土壤有机碳氧化稳定性的变化

氧化稳定性是土壤有机碳的一个重要基本属性，关系到土壤有机碳抗氧化能力的强弱，反映了土壤有机质分解的难易。土壤有机碳的氧化稳定性可用氧化稳定系数(Kos)来衡量，Kos值越大，活性越低，反之，则越高^[11]。由图 2可知，培养至270 d时，所有处理土壤的Kos值都有所上升，但上升幅度则因处理不同而有所差异。施入稻草生物质炭(S)的土壤Kos增幅最大，至270 d时与对照土壤(CK)相比增加42.31%；施入直还稻草(Z)的土壤Kos与对照土壤(CK)则并没有显著差异，比之对照土壤(CK)仅降低3.48%。施入腐熟稻草(F)的土壤Kos增幅最小，并显著小于对照土壤(CK)，与其相比降低12.99%。这一结果表明，稻草生物质炭的施用会显著降低土壤有机碳的活性，而腐熟稻草的施用则会增加土壤有机碳的活性，直还稻草的施用对有机碳的活性影响较小。

2.3 土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳含量的变化

土壤水溶性有机碳是指能溶解于土壤水的那部分活性较高的土壤有机碳组分^[13-14]。由图 3可以看出，在270 d的培养过程中，除腐熟稻草处理土壤水溶性有机碳含量呈现下降外，其余各处理的变化幅度较小，并随着培养时间的延长，呈现先上升后下降的趋势。至270 d时，直还稻草和腐熟稻草处理土壤水溶性有机碳含量显著高于对照，但直还稻草与腐熟稻草处理间并无差异；而稻草生物质炭处理对土壤水溶性有机碳含量无显著影响。

不同稻草处理对土壤微生物生物量碳的影响见图 4。由图 4可知，不同处理稻草的施入都增加了土壤微生物生物量碳含量。在培养90 d时，3种处理方式(腐熟稻草、稻草生物质炭、直还稻草)土壤微生物生物量碳均高于对照土壤，其中腐熟稻草处理含量最高，而直还稻草与稻草生物质炭处理含量较为接近；随着培养时间的增加，直还稻草处理土壤微生物生物量碳含量上升幅度增加，至培养270 d时，3种稻草处理的含量均高于对照，其中腐熟稻草处理与直还稻草处理含量较高，分别高于对照59.50%和56.48%，而稻草生物质炭处理仅高于对照16.70%。

3 讨论 3.1 不同稻草处理对滨海盐渍型水稻土有机碳稳定性的影响

本研究表明，3种稻草处理均增加土壤有机碳含量，但同时也会加速土壤有机质的分解。其中，稻草生物质炭处理的分解速率远低于其他处理，同时其土壤有机碳氧化稳定系数也显著高于直还稻草与腐熟稻草处理。这与前人研究结果一致。如Bruun等^[15]使用¹⁴C标记生物质炭及作物秸秆进行2年土壤培养试验发现，生物质炭低温和高温碳损失分别为9.3%、3.1%，远远低于秸秆(56%)的碳损失；Kimetu和Lehmann^[16]报道生物质炭的稳定性及稳定化作用大于其他绿肥类易分解有机物，致使生物质炭的碳损失远低于绿肥；Kuazyakov等^[17]使用¹⁴C标记的黑麦草生物质炭培养60 d后仅1.8% ~ 2.1%的生物质炭被分解。

目前，对于生物质炭在土壤中的分解机理还没有统一的结论，大多认为是微生物降解与无机降解过程相结合。Hame和Marschner^[18]用橡树干和玉米秸秆生物质炭加¹⁴C标记葡萄糖、营养液，接种微生物，在20℃的条件下培养60 d发现，葡萄糖的加入促进了生物质炭的分解。无机降解过程可能是一个表面氧化过程。由于生物质炭中硅(Si)和碳(C)的保护机制和芳香碳的聚合程度及其完整度使生物质炭较为稳定，这可能是其长时间残留在土壤中的原因^[19]。

3.2 不同稻草处理对滨海盐渍型水稻土有机碳活性的影响

土壤水溶性碳和微生物生物量碳皆为土壤有机碳的活性指标，与土壤中养分流转、土壤碳循环密切相关，其能在土壤总碳变化之前反映出土壤碳发生的细微变化。本研究表明，直还稻草与腐熟稻草处理都显著增加土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳含量，而稻草生物质炭处理也会增加土壤微生物生物量碳含量，但对土壤水溶性碳含量无显著影响，这与前人研究结果一致^[20]。3种有机物质的施用均显著增加土壤微生物生物量碳含量的原因是这些有机物质均能为土壤微生物提供能源，但是，由于3种有机物质的组分及其稳定性不同，腐熟稻草较低的碳氮比更利于微生物利用，使得腐熟稻草处理土壤水溶性有机碳和微生物生物量碳含量显著高于直还稻草处理；而随着直还稻草在培养过程中逐渐腐解，土壤中碳氮比向着有利于微生物活动的方向发展，水溶性有机碳和微生物生物量碳含量随之增加；而稻草生物质炭组分具有较强的稳定性，相对于直还稻草与腐熟稻草处理并不易于被微生物分解，虽然显著增加了微生物生物量碳，而对水溶性有机碳含量无明显影响，另外，还可能与生物质炭较大的比表面积对水溶性有机碳的吸附有关。

4 结论

1) 腐熟稻草、直还稻草和稻草生物质炭的施用都可增加滨海盐渍型水稻土中土壤有机碳含量，稻草生物质炭对土壤有机碳含量的增加最为显著(P < 0.05)，且施用稻草生物质炭的土壤有机碳氧化稳定系数显著高于其他两种处理和对照(P < 0.05)，表明其抗氧化能力最强，有助于土壤有机碳的累积。因此，本研究3种稻草处理皆可增加滨海盐渍型水稻土中有机碳的累积，而稻草生物质炭处理效果最佳。

2) 与施用稻草生物质炭和对照相比，腐熟稻草、直还稻草的施用显著增加了滨海盐渍型水稻土水溶性有机碳和微生物生物量碳含量(P < 0.05)，表明二者均有增加土壤活性有机质的作用，长期施用可提高农业土壤质量。