南方水稻土富含铁氧化物,土壤有机碳通过与铁氧化物结合的形式长期固存于土壤中;由于土壤中氧化铁和有机碳主要通过吸附、键和与包裹等形式存在,所以不同的碳铁复合物的稳定性存在一定的差异.尽管已有较多研究分析了土壤中有机碳与铁矿的结合与赋存形式,但是有机碳与铁矿间的结合方式对有机碳在水稻土中矿化及其激发效应的影响机制尚不明确.以葡萄糖为典型小分子外源有机碳,通过制备针铁矿吸附态葡萄糖和包裹态葡萄糖,采用室内模拟培养实验,研究两种铁矿结合态葡萄糖在淹水水稻土中的矿化特征及其激发效应.结果表明:与单独添加葡萄糖处理相比,碳铁复合物的添加分别使CO2和13CO2释放量增加了0.39倍～0.53倍和0.87倍～1.07倍,却使CH4和13CH4释放量分别降低了0.44倍～0.59倍和0.25倍～0.44倍.相对于针铁矿吸附态葡萄糖,针铁矿包裹态葡萄糖显著抑制了CH4释放.而且,碳铁复合物的添加均在一定程度上促进了土壤原有有机碳矿化释放CO2,但抑制了来源于土壤原有有机碳的CH4释放.其中,针铁矿包裹态葡萄糖对来源于土壤原有有机碳的CH4释放量是针铁矿吸附态葡萄糖的1.33倍.针铁矿包裹态葡萄糖的快速矿化的碳库比例显著高于针铁矿吸附态葡萄糖,且其半衰期(T1/2)较针铁矿吸附态葡萄糖大10.85倍,其快库转化速率(k1)和慢库转化速率(k2)比铁矿吸附态葡萄糖的小10.74倍和19倍.其次,针铁矿包裹态葡萄糖对土壤有机质CO2累积激发效应表现为较弱的正激发(6.44 mg·kg–1),而对土壤有机质CH4累积激发效应则表现为负激发(–15.49 mg·kg–1),即针铁矿包裹态葡萄糖的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化(–9.05 mg·kg–1),从而增强了土壤有机碳的固持潜力.因此,不同结构碳铁复合物的添加抑制了土壤原有有机碳的矿化,且针铁矿包裹态有机碳比针铁矿吸附态有机碳在水稻土中具有更强的稳定性和固碳效应.该研究结果也表明,水稻土中与铁氧化结合的小分子有机碳相对于游离态的有机碳,具有更强的生物稳定性,更低的矿化速率,而且能够抑制土壤有机碳的矿化,产生负激发效应,有利于增加土壤的长期固碳效应.
水稻土 碳铁复合物 碳同位素标记 激发效应 碳固持