溫度對貴州喀斯特黃色石灰土有機碳礦化、水稻秸稈激發效應和Q10的影響

段建軍, 羅安煥, 李瑞東, 陳 領, 陳 佳, 王小利, 高照良

(1.貴州大學煙草學院,貴州省煙草品質重點實驗室,貴陽 550025; 2.貴州大學農學院,貴陽 550025; 3.中科院普定喀斯特生態系統觀測站,中科院貴陽地球化學研究所,貴陽 562100;4.西北農林科技大學水土保持研究所,中科院水利部水土保持研究所,陜西 楊凌 712100)

高照良(1969—),男,博士,研究員,博士生導師,主要從事農業水土工程和荒漠化防治研究。E-mail:gzl@ms.iswc.ac.cn

土壤有機碳庫是陸地生態系統最大的有機碳分庫，易受土地利用、土壤管理和升溫等影響，進而影響全球碳平衡和氣候變化。在全球氣候變暖和大力提倡秸稈直接還田的大背景下，探討秸稈輸入和溫度對土壤原有有機碳礦化及其激發效應和溫度敏感性的影響，對揭示秸稈還田和氣候變暖及其交互作用對精準和深入理解農田土壤肥力和有機碳庫演變及全球氣候變化的影響和反饋具有重要意義。

秸稈直接還田等外源有機碳輸入為土壤微生物提供充足碳源和能源，改變土壤微生物生物量、群系組成和活性，影響土壤有機碳礦化的由外源有機物輸入土壤引起土壤原有有機質礦化改變的現象稱為激發效應。激發效應正負和大小因生態系統、植被、土壤、外源有機物性質、溫度、水分以及表征方式等不同而存在顯著差異。如C標記凋落物對天然林地土壤有機碳礦化產生正激發效應而人工林地產生負激發效應，C標記稻草提高了紅壤土壤有機碳的礦化速率而降低了棕色石灰土土壤有機碳的礦化速率，葡萄糖和黑麥草對草原土壤原有有機碳礦化產生正激發效應，且激發效應葡萄糖大于黑麥草。外源有機物對土壤有機碳礦化的激發效應還受土壤理化性質和土壤微生物對輸入的外源有機物偏好等因素影響。如秸稈配施適量氮肥顯著提高土壤有機碳和微生物量生物量碳含量及土壤脲酶和多酚氧化酶活性，施用生物炭抑制土壤有機碳礦化。溫度是影響土壤物理、化學和生物學過程的重要環境因子，顯著影響土壤有機碳礦化，即土壤有機碳礦化和土壤呼吸的溫度敏感性，并用溫度系數表征，其含義是溫度每升高10 ℃時土壤有機碳礦化速率或礦化量增加的倍數。溫度對激發效應的影響因外源物質種類、數量和土壤系統而不同。如溫度影響土壤微生物對外源輸入有機碳和土壤原有有機碳底物利用效率影響外源輸入有機碳和土壤原有有機碳礦化，改變激發效應。葡萄糖和杉木凋落物激發效應隨溫度升高而降低，苜蓿的激發效應隨溫度升高而增加，溫度升高不影響蔗糖的激發效應等。傳統上認為是一個常數，但大量研究表明，也隨溫度變化而變化。如土壤有機碳礦化隨溫度升高而降低、增大或保持穩定。因此不同溫度狀態或溫度系統中土壤有機碳礦化溫度系數可能具有不確定性或是溫度的函數，應引入溫度系數函數描述之。

貴州地處中國西南喀斯特區域中心，碳酸鹽巖分布廣泛，發育形成的石灰土土壤土層淺薄，生產力低下，水土流失嚴重，土壤有機碳庫易受人類活動與自然環境雙重影響，是生態環境脆弱帶和全球氣候變化敏感地區之一。秸稈直接和碳化還田等資源化利用是增加土壤有機碳庫儲量、減緩大氣CO濃度升高和培肥土壤的重要農業技術措施，隨著沃土工程實施和碳達峰、碳中和理念的提出和實踐秸稈還田在農業生產應用中愈受關注。水稻是貴州省重要的糧食作物，水稻秸稈資源量大，農民素有稻草還田習慣，加之近年來貴州省年平均氣溫波動性上升，因此，通過室內培養試驗或土壤原位試驗定量水稻秸稈還田后水稻秸稈礦化分解和對貴州喀斯特石灰土土壤有機碳礦化及激發效應和溫度敏感性的影響及對溫度的響應對沃土工程實施、耕地肥力提升、土壤有機碳庫儲量估算和全球變化技術措施選擇均具有重要意義。本文以貴州喀斯特地區典型黃色石灰土為對象，采用室內土壤培養結合C穩定性碳同位素標記技術，探討溫度和水稻秸稈碳輸入對土壤原有有機碳礦化、激發效應和溫度敏感性的影響，比較了激發效應不同表征形式的時間動態和溫度響應，引入土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度敏感函數描述和表征土壤有機碳礦化的溫度敏感性，并將其定義為土壤有機碳礦化速率和累積礦化量的溫度函數的導數與溫度敏感性函數的商，以期為貴州喀斯特農田秸稈還田、土壤固碳減排和土壤有機碳庫預測等提供參考，豐富對土壤有機碳激發效應和溫度系數表征和深入理解。

1 材料與方法

1.1 供試材料

土壤培養試驗供試土壤樣品采自中國科學院普定喀斯特生態系統觀測研究站(105°44′54″E,26°15′41″N),海拔1 338 m。該地屬中亞熱帶濕潤性季風氣候區，年平均氣溫15.1 ℃，年平均降水量1 397 mm，年平均蒸發量920 mm；地形屬典型喀斯特山地；成土母質為石灰巖；土壤類型為石灰土；試驗地種植方式為玉米-油菜輪作。采用隨機采樣法于2019年10月玉米收獲后在樣地內18個點采集0—20 cm土層混合土壤樣品，帶回實驗室后置于陰涼通風處風干，去除動植物殘體及石粒等雜質后過2 mm篩，充分混勻裝入自封袋中備用。四分法分取過2 mm篩土樣200.00 g進一步研磨并全部過0.149 mm篩后裝入自封袋備用。前者用于土壤有機碳礦化培養試驗和土壤pH、堿解氮、有效磷和速效鉀等測定，后者用于土壤全氮、全磷和全鉀測定。供試土壤pH為6.62，有機碳、全氮、全磷和全鉀含量分別為18.74，1.99，0.87，20.66 g/kg干土，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為110.91，10.25，281.87 mg/kg干土，風干土含水量2.38%。供試水稻秸稈為溫室內通過飼喂C穩定性同位素CO的水稻秸稈，水稻秸稈C豐度2.79%，有機碳含量36.24%，全N 0.72%。水稻秸稈粉碎并全部過2 mm篩后混勻備用。

1.2 試驗設計

土壤培養試驗因素為添加水稻秸稈和培養溫度。水稻秸稈添加量設置2個水平，即不添加和添加1.50 g/kg干土(按一般耕地實際還田量4 t/hm換算確定)。培養溫度設置3個水平，即15，25，35 ℃。同時每個培養溫度分別設置1個無土無秸稈的空白對照處理以校正環境CO。試驗共9個處理(表1)，3次重復，共27組礦化培養微系統。

表1 土壤礦化培養試驗的試驗處理

稱取30.80 g(相當于30.00 g烘干土)風干土于250 mL棕色廣口玻璃瓶中，用去離子水調節土壤含水量至45%飽和含水量，將棕色廣口玻璃瓶和裝有去離子水的50 mL小燒杯放入1 L的廣口塑料瓶中，蓋緊蓋子(有橡膠墊以防止漏氣)，置于25 ℃恒溫培養箱內避光預培養7天，期間每天定時用稱重法保持土壤含水量恒定。預培養結束后按1.50 g/kg干土水稻秸稈添加量向對應處理的250 mL棕色廣口玻璃培養瓶中加入過2 mm篩的水稻秸稈，充分混勻后按試驗設計分別將250 mL棕色廣口玻璃培養瓶置于15，25，35 ℃恒溫培養箱內避光培養60天，稱重法每天定時加入適量去離子水以保持恒重。培養過程中于1，5，10，15，30，60天時采集氣體樣品測定CO含量和CO豐度。采集氣體樣品時，先用空氣泵向培養瓶內通氣5 min，確保培養瓶內氧氣充足以滿足土壤微生物呼吸，然后蓋緊橡皮塞子并產氣4 h后用30 mL無菌注射器采集30 mL氣體樣品，保存于10 mL頂空瓶中，氣相色譜-質譜儀聯用法測定4 h產生的CO量和CO豐度。

1.3 測定指標與方法

氣體樣品中CO含量用氣相色譜儀(Agilent 7890A，美國)測定，CO豐度用穩定性同位素質譜儀(Thermo Scientific MAT253，美國)測定。土壤田間持水量、pH、有機碳、全氮、全磷和全鉀分別用環刀法、土壤pH計(水土比為2.5∶1)、重鉻酸鉀容量—外加熱法、半微量開氏法、NaOH熔融—鉬銻抗比色法和NaOH熔融—火焰光度法測定。

1.4 數據計算與處理

(1) 土壤有機碳礦化速率計算公式為：

(1)

式中：為土壤有機碳礦化速率[mg/(kg·d)]；和分別為無土壤空白對照處理和有土壤處理培養4 h后CO的濃度(mol/mL)；為CO-C的摩爾質量(12 g/mol)；為溫度校正后的分子體積(mL)；為培養瓶的容積(250 mL)；為風干土的質量(g)；為風干土的質量含水量(g水/g干土)；為產生CO氣體的時間(4/24 d)。其中計算公式為：

(2)

式中：0.022 41為273.15 K時理想氣體的摩爾體積(L)；為培養溫度(℃)。

(2) 土壤有機碳累積礦化量計算公式為：

(3)

式中：為培養時間內土壤總有機碳累積礦化量(mg/kg)；和+1分別為培養過程中第和+1次氣體采樣的土壤有機碳礦化速率[mg/(kg·d)]；和+1分別為第和+1次氣體采樣的培養時間(天)。

(3) 水稻秸稈累積礦化量計算公式為：

(4)

式中：為水稻秸稈累積礦化量(mg/kg)；為土壤總有機碳累積礦化量(mg/kg)；,COC和,COC分別為添加和不添加水稻秸稈處理釋放的CO的C豐度；C和C分別為水稻秸稈和原始土壤的C豐度。

(4) 添加水稻秸稈處理土壤原有有機碳累積礦化量計算公式為：

=-

(5)

式中：為土壤原有有機碳累積礦化量(mg/kg)；為添加水稻秸稈處理的土壤總有機碳累積礦化量(mg/kg)；為水稻秸稈累積礦化量(mg/kg)。

(5) 水稻秸稈有機碳礦化的貢獻率計算公式為：

(6)

式中：水稻秸稈有機碳的礦化貢獻率(%)。

(6)水稻秸稈對土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量激發效應計算公式為：

=--

(7)

=--

(8)

式中：為水稻秸稈對土壤原有有機碳礦化速率激發效應[mg/(kg·d)]；為水稻秸稈對土壤原有有機碳累積礦化量激發效應(mg/kg)；和分別為添加和不添加水稻秸稈處理土壤總有機碳累積礦化速率[mg/(kg·d)]；為相同培養溫度下添加水稻秸稈處理的水稻秸稈礦化速率[mg/(kg·d)]；和分別為添加和不添加水稻秸稈處理土壤總有機碳累積礦化量(mg/kg)；為相同培養溫度下添加水稻秸稈處理的水稻秸稈累積礦化量(mg/kg)。

(7)水稻秸稈對土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量相對激發效應計算公式為：

(9)

(10)

式中：RPE為水稻秸稈對土壤原有有機碳礦化速率相對激發效應(%)；RPE為水稻秸稈對土壤原有有機碳累積礦化量相對激發效應(%)。

(8)土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度系數10,和10,計算公式為：

(11)

(12)

式中：10,和10,分別是土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度系數；和分別是較高和較低培養溫度的土壤有機碳礦化速率[mg/(kg·d)]；和分別是較高和較低培養溫度的土壤有機碳累積礦化量(mg/kg)；和分別是較高和較低培養溫度(℃)。

(9)土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度系數函數10,()和10,()構建

首先建立土壤有機碳礦化速率和累積礦化量的溫度響應函數()和()，分別求其一階導函數d()d和dF()d，其含義分別是溫度時單位溫度變化礦化速率的變化量[mg/(kg·d·℃)]和累積礦化量的變化量[mg/(kg·℃)]。因習慣上溫度系數定義為溫度變化10 ℃時有機碳礦化速率或累積礦化量增加或減小的倍數，所以用10d()d和10dF()d分別為溫度時溫度升高或降低10 ℃土壤有機碳礦化速率和累積礦化量的增加或減小量。然后其分別與溫度時礦化速率和累積礦化量溫度響應函數()和()加和即10d()d+()和10d()d+()分別為溫度增加或減小10 ℃時的礦化速率和累積礦化量。最后10d()d+()和10d()d+()分別除以礦化速率和累積礦化量溫度響應函數()和()即10,()=(10d()d+())()和10,()=(10d()d+())()分別為礦化速率和累積礦化量溫度系數函數。例如，分別用二次函數擬合土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度響應函數，即10,=++和10,=++，則其一階導函數分別為d10,=2+和d10,=2+，一階導函數乘以10與原函數的和分別為10,+d10,=+(20+)+(10+)和10,+d10,=+(20+)+(10+)，最終的礦化速率和累積礦化量溫度系數函數分別為公式(13)和(14)，

10,=(+(20+)+(10+))

(++)

(13)

10,=(+(20+)+(10+))

(++)

(14)

式中：10,和10,分別為土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度系數；為培養溫度(℃)；、、、和為擬合方程的系數。

所有數據用Excel 2019軟件整理、計算和繪制圖表，用SPSS 28.0軟件進行顯著性檢驗(<0.05)、方差分析和LSD多重比較，冪函數用Excel 2019軟件擬合，一級動力學方程用Sigmaplot 14.0擬合。

2 結果與分析

2.1 貴州喀斯特石灰土土壤有機碳礦化速率對水稻秸稈輸入和培養溫度的響應

由圖1可知，15，25，35 ℃培養溫度下不輸入水稻秸稈石灰土土壤有機碳、輸入水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳礦化速率總體上均隨培養時間延長逐漸降低，隨培養溫度升高而升高。其中1天時15，25，35 ℃培養溫度下不輸入水稻秸稈石灰土土壤有機碳、輸入水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳礦化速率依次分別為9.50，24.70，34.34 mg/(kg·d)、110.78，121.30，127.85 mg/(kg·d)、95.23，103.57，111.41 mg/(kg·d)和20.61，22.14，19.27 mg/(kg·d)，即培養溫度從15 ℃上升到25 ℃和從25 ℃上升到35 ℃時有機碳礦化速率依次分別增加15.20，9.64 mg/(kg·d)、10.52，6.55 mg/(kg·d)、8.34，7.84 mg/(kg·d)和1.53，-2.78 mg/(kg·d)，除從25 ℃升高到35 ℃時水稻秸稈有機碳礦化速率降低外，其余均升高；30天時有機碳礦化速率依次分別為7.10，7.14，22.28 mg/(kg·d)、14.57，20.13，38.18 mg/(kg·d)、9.89，14.88，22.50 mg/(kg·d)和0.37，1.37，1.46 mg/(kg·d)，較1天時降幅依次分別為25.26%，71.09%，35.12%、86.85%，83.40%，70.14%、89.61%，85.63%，79.80%和98.20%，93.81%，92.42%，培養溫度從15 ℃上升到25 ℃和從25 ℃上升到35 ℃有機碳礦化速率依次分別增加0.04，14.14 mg/(kg·d)、5.65，18.05 mg/(kg·d)、4.99，7.62 mg/(kg·d)和1.00，0.09 mg/(kg·d)，增幅依次分別為0.56%和198.04%、38.78%和89.67%、50.64%和50.21%、270.27%和6.14%；60天培養結束時有機碳礦化速率依次分別為5.29，8.15，18.18 mg/(kg·d)、9.14，11.97，18.56 mg/(kg·d)、11.65，15.49，27.71 mg/(kg·d)和0.21，0.58，0.68 mg/(kg·d)，分別較1，30天降幅依次為44.32%，67.00%，47.06%、91.75%，90.13%，85.48%、98.98%，97.38%，96.47%和98.98%，97.38%，96.47%以及25.49%，-14.14%，18.40%、37.26%，40.54%，51.39%、17.80%，4.10%，23.16%和43.24%，57.66%，53.42%，培養溫度從15 ℃上升到25 ℃和從25 ℃上升到35 ℃有機碳礦化速率依次分別增加2.86，10.03 mg/(kg·d)、2.83，6.59 mg/(kg·d)、3.84，12.22 mg/(kg·d)和0.37，0.10 mg/(kg·d)，增幅依次分別為54.06%，123.07%、30.96%，55.05%、50.64%，78.89%和176.19%，17.24%。

圖1 培養溫度對有機碳礦化速率及擬合曲線V=at-b的影響

冪函數=-可較好擬合15，25，35 ℃培養溫度下0～60天不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳、添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳礦化速率的培養時間演變動態(表2)，且參數和可分別表征有機碳最大礦化速率和時間演變速率。由表2可知，15，25，35 ℃培養溫度下0～60天培養時間內貴州喀斯特石灰土土壤有機碳、添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳礦化速率均隨培養時間呈冪函數下降。其中15，25，35 ℃培養溫度下除添加水稻秸稈石灰土水稻秸稈有機碳礦化速率函數系數()即理論最大礦化速率分別為11.019 4，40.913 4，36.385 7 mg/(kg·d)，隨溫度升高呈先增大后減小規律外，不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳、添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳和土壤原有有機碳0～60天表征最大礦化速率的擬合函數參數()均隨培養溫度升高而增大，其值依次分別為9.813 9，27.503 7，35.346 7 mg/(kg·d)、108.403 1，157.034 0，165.905 3 mg/(kg·d)以及77.569 0，144.656 9，146.384 6 mg/(kg·d)。15，25，35 ℃培養溫度下不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳和添加水稻秸稈石灰土土壤原有有機碳礦化速率函數參數()依次分別為0.121 5，0.333 0，0.163 5和0.510 1，0.543 5，0.410 6，隨溫度升高均先增大后減小，表現為培養溫度從15 ℃升高到25 ℃時有機碳礦化速率隨培養時間延長減小幅度隨溫度升高而增大，培養溫度從25 ℃升高到35 ℃時有機碳礦化速率隨培養時間延長減小幅度隨溫度升高而減小。二者不同在于不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳礦化速率隨培養時間延長減小速率是35 ℃大于15 ℃，添加水稻秸稈石灰土土壤原有有機碳礦化速率隨培養時間延長減小速率是15 ℃大于35 ℃。隨培養溫度升高添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳礦化速率和水稻秸稈有機碳礦化速率均隨培養時間延長而減小的速率不斷減小，二者15，25，35 ℃培養溫度下的冪函數參數()分別為0.592 5，0.580 2，0.454 4和0.999 8，0.879 4，0.836 1。

表2 不同培養溫度下有機碳礦化速率擬合函數V=at-b的參數

2.2 貴州喀斯特石灰土土壤有機碳累積礦化量對水稻秸稈輸入和培養溫度的響應

由圖2和表3可知，15，25，35 ℃培養溫度下0～60天培養期內不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳、添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、水稻秸稈有機碳和土壤原有有機碳累積礦化量均隨培養時間延長逐步增加且與培養時間呈一級動力學函數關系，累積礦化量培養結束時最大，并隨培養溫度升高而增大。其中15，25，35 ℃培養溫度不添加水稻秸稈石灰土30天時總有機碳累積礦化量分別為237.98，383.23，725.64 mg/kg，60天時累積礦化量分別為423.75，612.61，1 332.57 mg/kg，前30天和后30天累積礦化量分別占60天累積礦化量的56.16%，62.56%，54.45%和43.84%,37.44%，45.55%，均表現為前30天>后30天，即累積礦化量增量和增幅均隨培養時間延長逐漸減小。同時不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳累積礦化量隨培養溫度升高而增大，但表征潛在最大累積礦化量的一級動力學方程參數隨培養溫度升高先減小后增大，對應的參數分別為1 220.602 0，729.558 6，3 052.443 7 mg/kg。擬合函數的參數分別為0.007 1，0.028 8，0.009 5，表明不添加水稻秸稈喀斯特石灰土土壤有機碳累積礦化量25 ℃培養溫度下隨培養時間延長增加速率最低，其次是35 ℃，15 ℃下累積礦化量隨培養時間延長增速最快。添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳累積礦化量也隨溫度升高增大，如30，60天時15，25，35 ℃培養溫度下依次分別為782.93，1 525.13，2 009.83 mg/kg和1 138.53，2 006.53，2 860.95 mg/kg。15，25，35 ℃培養溫度下添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳累積礦化量前30天和后30天分別占60天累積礦化量的68.77%，76.01%，70.25%和31.23%，23.99%，29.75%，亦均表現為前30天>后30天。添加水稻秸稈石灰土水稻秸稈有機碳和土壤原有有機碳累積礦化量隨培養溫度的變化規律與土壤總有機碳累積礦化量變量規律類似，亦均隨培養溫度升高而增大且升高增幅更大。其中30，60天時15，25，35 ℃培養溫度下水稻秸稈有機碳累積礦化量依次分別為36.87，152.62，160.32 mg/kg和43.10，169.51，180.23 mg/kg。前30天和后30天累積礦化量分別占60天累積礦化量的85.54%，90.04%，88.95%和14.45%，9.96%，11.05%。30，60天時15，25，35 ℃培養溫度下土壤原有有機碳累積礦化量分別為746.07，1 372.51，1 849.51 mg/kg和1 095.43，1 837.13，2 680.72 mg/kg，占60天累積礦化量百分比依次分別為68.13%，74.71%，68.99%和31.87%，23.29%，31.01%，亦為前30天>后30天。從一級動力學擬合方程看添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳累積礦化量參數均隨培養溫度升高逐漸增大，即潛在最大累積礦化量隨培養溫度升高而增大；添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳和水稻秸稈有機碳累積礦化量參數均隨培養溫度升高先減小后增大但仍小于15 ℃時，土壤原有有機碳累積礦化量一級動力學方程參數與不添加水稻秸稈石灰土土壤有機碳累積礦化量一級動力學方程參數類似，均隨溫度升高先增大后減小但仍大于15 ℃時。其中15，25，35 ℃培養溫度下添加水稻秸稈石灰土土壤總有機碳、土壤原有有機碳和水稻秸稈有機碳累積礦化量與培養時間的一級動力學擬合方程參數依次分別為2 072.5 233，3 052.443 7，3 226.791 3 mg/kg、1 366.627 6，1 924.560 6，3 125.063 1 mg/kg和40.258 4，169.226 8，177.781 2 mg/kg，對應的一級動力學擬合方程參數依次分別為0.049 5，0.009 5，0.034 9、0.026 8，0.045 9，0.031 6和0.116 9，0.089 9，0.094 2。

表3 不同培養溫度下有機碳0～60天累積礦化量擬合函數F=a(1-e-bt)的參數

2.3 水稻秸稈輸入對貴州喀斯特石灰土土壤有機碳礦化速率和累積礦化量貢獻的演變動態及溫度響應

貴州喀斯特石灰土水稻秸稈輸入后土壤總有機碳和原有有機碳礦化速率和累積礦化量均顯著大于無水稻秸稈輸入土壤有機碳礦化速率和累積礦化量(圖1和圖2)，其原因首先在于水稻秸稈輸入土壤總有機碳含量更高，礦化速率和累積礦化量包含輸入水稻秸稈有機碳礦化速率和累積礦化量。圖1d和圖1b數據相除或圖2d和圖2b數據相除即為水稻秸稈有機碳礦化對土壤總有機碳礦化速率或累積礦化量的貢獻率(圖3a和圖3b)，其中礦化速率貢獻率反映水稻秸稈輸入的“瞬時”貢獻，累積礦化量貢獻率反映培養時段內水稻秸稈輸入的“平均”貢獻。由圖3a可知，水稻秸稈對土壤總有機碳礦化速率貢獻率15 ℃培養溫度下除1天時較大，貢獻率18.60%外，其余時間貢獻率均較小，并整體上隨培養時間延長減小。25 ℃培養溫度下礦化速率貢獻率1，5，10，15天時均較大，貢獻率依次為18.30%，14.30%，22.80%和23.60%，30和60天時較小，貢獻率分別為6.80%和4.80%，隨培養時間延長整體上亦減小。35 ℃培養溫度下礦化速率貢獻率與25 ℃時類似，即1，5，10，15天時較大，30，60天時較小，貢獻率依次為15.10%，14.50%，14.20%，11.70%，3.80%和3.70%，總體上隨培養時間延長減小。從不同溫度下礦化速率貢獻率對比看，除1天時水稻秸稈礦化對土壤總有機碳礦化速率貢獻率為15 ℃>25 ℃和35 ℃外，其余培養時間均為15 ℃<25 ℃和35 ℃。25 ℃培養溫度下水稻秸稈礦化對土壤總有機碳礦化速率貢獻率除5天時與35 ℃培養溫度基本相當外，其余培養時間水稻秸稈有機碳礦化速率貢獻均是25 ℃>35 ℃。

圖2 培養溫度對有機碳累積礦化量及擬合函數F=a(1-e-bt)的影響

由圖3b可知，水稻秸稈對土壤總有機碳累積礦化量貢獻隨培養時間和培養溫度變化情況與礦化速率貢獻率類似。只是由于土壤總有機碳累積礦化量貢獻率包含某次測定時整個培養過程水稻秸稈有機碳礦化貢獻而除1天時貢獻率相同外，其他時間礦化速率貢獻率減小時累積礦化量貢獻率亦減小，但累積礦化量貢獻率>礦化速率貢獻率；礦化速率貢獻率增大時累積礦化量貢獻率亦增大，但累積礦化量貢獻率<礦化速率貢獻率。具體地，15 ℃培養溫度下1，5，10，15，30，60天時累積礦化量貢獻率分別為18.60%，8.46%，8.62%，7.29%，5.89%，4.92%；25 ℃培養溫度下分別為18.25%，15.36%，17.82%，19.07%，15.91%，13.32%；35 ℃培養溫度下分別為15.07%，14.61%，14.46%，13.79%，10.47%，8.81%。除1天時累積礦化量貢獻率15 ℃>25 ℃和25 ℃>35 ℃外，其余采樣時間均是25 ℃>35 ℃和35 ℃>15 ℃。

圖3 水稻秸稈對土壤總有機碳礦化速率和累積礦化量的貢獻及其溫度響應

2.4 水稻秸稈輸入對貴州喀斯特石灰土土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量的激發效應及溫度響應

貴州喀斯特石灰土水稻秸稈輸入土壤總有機碳礦化速率和累積礦化量顯著增大不僅由于包含了輸入水稻秸稈有機碳的礦化，即水稻秸稈有機碳礦化對土壤總有機碳礦化速率和累積礦化量的貢獻，還在于水稻秸稈輸入促進土壤原有有機碳礦化，即激發效應。類似地，水稻秸稈對土壤原有有機碳礦化的激發效應也可基于土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量表征，即礦化速率激發效應和累積礦化量激發效應。此外激發效應還可用礦化速率和累積礦化量的變化量或相對變化量表示，即激發效應和相對激發效應。

貴州喀斯特黃色石灰土水稻秸稈輸入土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量遠大于土壤有機碳礦化速率(圖1a、圖1c)和累積礦化量(圖2a、圖2c)，即水稻秸稈輸入促進貴州喀斯特黃色石灰土土壤原有有機碳礦化為正激發效應，其中礦化速率激發效應和相對激發效應表征測定時的“瞬時”激發效應(圖4a、圖4b)，累積礦化量激發效應和相對激發效應表征培養開展至測定時的“平均”激發效應(圖4c、圖4d)。由圖4可知，15，25，35 ℃培養溫度下0～60天培養期內水稻秸稈輸入對土壤原有有機碳礦化均產生強正激發效應，但不同培養時刻或時段土壤原有有機碳礦化速率激發效應()、相對激發效應(RPE)和累積礦化量相對激發效應(RPE)均隨培養時間延長減小，累積礦化量激發效應()隨培養時間延長增大。其中15，25，35 ℃培養溫度下土壤原有有機碳礦化速率激發效應()為0.22～85.73 mg/(kg·d)(圖4a)，礦化速率相對激發效應(RPE)為0.99%～902.47%；土壤原有有機碳累積礦化量激發效應()為77.06～1348.15 mg/kg(圖4a)，累積礦化量相對激發效應(RPE)為101.17%～902.36%。培養溫度顯著影響水稻秸稈輸入的激發效應，并因激發效應表征和培養時間不同而不同。其中土壤原有有機碳礦化速率激發效應()對培養溫度的響應是1天時15 ℃>25 ℃>35 ℃，5天時25 ℃>35 ℃>15 ℃，10，15，60天時35 ℃>25 ℃>15 ℃，30天時25 ℃>15 ℃>35℃，且35 ℃的(PE)異常偏小。礦化速率相對激發效應(RPE)對培養溫度的響應是1，10，60天時15 ℃>25 ℃>35 ℃，5天時25 ℃>35 ℃>15℃，15和30天時25 ℃>15 ℃>35 ℃，且30天時35 ℃的(RPE)異常偏小。累積礦化量激發效應()對培養溫度的響應是1天時15 ℃>25 ℃>35 ℃，5天時25 ℃>35 ℃>15 ℃，10，15，30，60天時35 ℃>25 ℃>15 ℃。累積礦化量相對激發效應(RPE)對培養溫度的響應是1，10，15天時15 ℃>25 ℃>35 ℃，5，30，60天時25 ℃>15 ℃>35 ℃。此外培養溫度越低，初始礦化速率激發效應越大，隨培養時間延長弱化速率也越快。

水稻秸稈輸入對貴州喀斯特黃色石灰土土壤原有有機碳礦化的激發效應隨培養時間延長減小或增大可用冪函數=擬合(圖4,表4)。冪函數系數()表征1天時的激發效應，即理論初始激發效應，冪函數參數()表征激發效應隨培養時間的變化速率。其中15，25，35 ℃培養溫度下水稻秸稈輸入對貴州喀斯特黃色石灰土土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量的理論初始激發效應分別為69.929 2，125.729 6，160.389 3 mg/(kg·d)和72.891 7，99.309 2，95.940 4 mg/kg，理論初始相對激發效應分別為712.553 7%，457.137 4%，453.760 8%和750.880 7%，341.262 2%，260.036 1%。土壤原有有機碳礦化速率激發效應、礦化速率相對激發效應和累積礦化量激發效應的冪函數參數均<0，且相同溫度下其絕對值是土壤礦化速率激發效應>礦化速率相對激發效應>累積礦化量相對激發效應，以及土壤礦化速率激發效應和相對激發效應的冪函數參數的絕對值為35 ℃>15 ℃>25 ℃，與土壤累積礦化量相對激發效應為15 ℃>35 ℃>25 ℃。土壤累積礦化量激發效應的冪函數參數>0，表明其隨培養時間延長增大，15，25，35 ℃的參數分別為0.538 6，0.671 5和0.713 2，即35 ℃>25 ℃>15 ℃，表明溫度越低，激發效應隨培養時間延長增加幅度越小。

表4 不同培養溫度下水稻秸稈激發效應擬合函數的參數

圖4 培養溫度對水稻秸稈的激發效應及擬合曲線的影響

2.5 貴州喀斯特黃色石灰土土壤有機碳溫度系數(Q10)的演變動態及對水稻秸稈輸入的響應

溫度系數()反映土壤有機碳礦化的溫度響應，并因土壤類型、耕作方式和培養溫度系統等而不同。與水稻秸稈有機碳礦化對土壤總有機碳礦化的貢獻和水稻秸稈輸入對土壤原有有機碳礦化的激發效應類似，貴州喀斯特黃色石灰土水稻秸稈輸入和不輸入土壤有機碳礦化的溫度系數()同樣可用礦化速率溫度系數(10,)和累積礦化量溫度系數(10,)表征。由圖5可知，貴州喀斯特黃色石灰土有機碳和水稻秸稈輸入后土壤總有機碳礦化速率(10,)和累積礦化量溫度系數(10,)均隨培養時間延長呈波動性變化，其值范圍分別在1.01～3.12和1.01～2.60。其中15～25，25～35 ℃溫度體系下無水稻秸稈輸入土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)值分別在1.01～2.60,1.39～3.12，且15～25 ℃溫度體系下土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)隨培養時間延長逐漸減??；25～35 ℃溫度體系下隨培養時間延長逐漸增大。其結果是15～25 ℃溫度體系下培養1，5，10天時無水稻秸稈輸入石灰土土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)高于25～35 ℃溫度體系，15，30,60天時小于25～35 ℃溫度體系。15～25，25～35 ℃培養溫度體系下水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)值分別在1.09～2.18和1.05～1.90，其中15～25 ℃溫度體系下土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)隨培養時間延長先增加后逐漸減小，25～35 ℃溫度體系下隨培養時間延長先逐漸增大后減小再增大再減小。最終導致15～25 ℃溫度體系下培養1，5，10,15天時水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)高于25～35 ℃溫度體系，30,60天時低于25～35 ℃溫度體系。15～25，25～35 ℃溫度體系下無水稻秸稈輸入石灰土土壤有機碳累積礦化量溫度系數(10,)(圖5b) 1，5，10，15，30,60天時分別為(2.60，2.51，2.43，1.95，1.50,1.52)和(1.39，1.51，1.50，1.67，2.13,2.17)，表現為低溫體系下隨培養時間延長逐漸減小，高溫體系下隨培養時間延長逐漸增大。最終結果是(10,)≤15天時低溫體系>高溫體系，≥30天時高溫體系>低溫體系。15～25，25～35 ℃體系下1，5，10，15，30,60天時水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳累積礦化量溫度系數(10,)依次分別為(1.09，1.72，1.73，1.66，1.58,1.51)和(1.05，1.14，1.28，1.32，1.47,1.49)，表現為(10,)低溫體系>高溫體系和低溫體系下(10,)隨培養時間延長先增大后減小，高溫體系下隨培養時間延長單調增大的規律。

注：T1、T2和T3分別表示培養溫度為15，25,35 ℃；L和LS分別表示培養基質為石灰土和石灰土+1.50 g水稻秸稈/kg干土。圖5 溫度對土壤總有機碳礦化速率溫度系數(Q10,V)和累積礦化量溫度系數(Q10,F) 的影響

從水稻秸稈輸入對()的影響看，15～25 ℃溫度體系下水稻秸稈輸入使1，5，10,60天時土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)降低，且隨培養時間延長降低幅度逐漸減小，15，30天時使(10,)增大。25～35 ℃溫度體系下除5天外水稻秸稈輸入均使土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)降低。15～25，25～35 ℃溫度體系下水稻秸稈輸入均使土壤總有機碳累積礦化量溫度系數(10,)降低，且15～25 ℃溫度體系下培養早期降低幅度大于后期，25～35 ℃溫度體系下隨培養時間延長降低幅度逐漸增大。

以上分析表明，無水稻秸稈輸入石灰土土壤有機碳和水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)和累積礦化量溫度系數(10,)均隨升溫體系不同而不同，即(10,)和(10,)均是溫度的函數，因此可構建土壤有機碳礦化速率和累計礦化量溫度系數函數(10,)()和(10,)()更精準地描述(10,)和(10,)的溫度響應。本文以二次函數擬合無和有水稻秸稈輸入時貴州喀斯特石灰土土壤總有機碳礦化速率()的溫度響應函數() (圖6a，圖6b、表5)和累積礦化量()的溫度響應函數() (圖6c，圖6d、表5)為例，構建其礦化速率溫度系數函數(10,)() (圖6e，圖6f、表5)和累積礦化量溫度系數函數(10,)() (圖6g，圖6h、表5)并進行分析。結果表明，1，5,10天時無水稻秸稈輸入石灰土土壤有機碳礦化速率()隨培養溫度升高而升高，且擬合的二次曲線開口向下；15，30，60天時礦化速率隨培養溫度升高先降低后升高，二次曲線開口向上，拐點溫度分別為19.66，19.97，15.99 ℃(圖6a、表5)。相應地1，5，10天時貴州喀斯特黃色石灰土無水稻秸稈輸入土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)在15～35 ℃范圍內均隨培養溫度升高而降低，且隨培養時間延長降低幅度逐漸減??；15，30，60天時隨培養溫度升高先快速升高后緩慢降低(圖6e，表5)。15～35 ℃溫度范圍內1天時貴州喀斯特黃色石灰土水稻秸稈輸入土壤總有機碳礦化速率隨培養溫度升高而升高，5天時隨培養溫度升高礦化速率先升高后降低，拐點溫度為34.45 ℃，二者擬合的二次曲線開口均向下；30天時隨培養溫度升高先降低后升高，拐點溫度為15.54 ℃；10，15，60天時均隨培養溫度升高而升高；10，15，30，60天時擬合的二次曲線開口均向上。相應地，1，5，10，15天時貴州喀斯特黃色石灰土水稻秸稈輸入土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)隨培養溫度升高而降低，且隨培養時間延長降低幅度逐漸減少；30，60天時隨配溫度升高先升高后降低(圖6f、表5)。

注：a、c、e、g為不添加水稻秸稈石灰土；b、d、f、h為添加水稻秸稈石灰土。圖6 溫度對土壤有機碳礦化速率和累積礦化量及溫度系數(Q10，V和Q10，F)的影響

表5 不同培養時間土壤有機碳礦化速率的溫度響應函數及礦化速率溫度系數函數

貴州喀斯特黃色石灰土無水稻秸稈輸入土壤有機碳累積礦化量() 1，5，10，15天時均隨培養溫度升高而升高，且二次曲線除15天時開口向上外，其他培養時間時開口均向下；30，60天時隨培養溫度升高先降低后升高，拐點溫度分別為15.82，15.90 ℃，二次曲線開口均向上(圖6c、表6)。相應地，土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)除30，60天時隨培養溫度升高而升高外，其他培養時間均隨培養溫度升高而降低，且5天時降低速率最快(圖6g、表6)。水稻秸稈輸入土壤總有機碳累積礦化量均隨培養溫度升高而升高，其中1，5，10，15天時二次曲線開口向下，即二次項系數<0；30，60天時二次曲線開口向上，即二次項系數>0 (圖6d、表6)。所有培養時間土壤總有機碳累積礦化量溫度系數(10,)均隨培養溫度升高而降低(圖6h、表6)。

表6 不同培養時間土壤有機碳累積礦化量的溫度響應函數及累計礦化量溫度系數函數

3 討 論

3.1 水稻秸稈輸入和溫度升高顯著促進貴州喀斯特黃色石灰土土壤和水稻秸稈有機碳礦化

土壤有機碳礦化是土壤微生物滿足自身能源、碳源和營養需求，分解土壤有機碳并釋放CO的過程，是土壤有機碳輸出的主要途徑，對土壤—大氣碳循環起重要作用。本試驗發現，水稻秸稈不輸入石灰土土壤有機碳及水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳、原有有機碳和水稻秸稈有機碳礦化速率最大值均出現在培養1天時，且1～30天時礦化速率較高，隨培養時間延長降低速率也較快；之后礦化速率雖亦隨培養時間延長逐漸降低但降低速率趨于平緩。無外源有機碳輸入情況下培養初期土壤活性有機碳如易氧化分解的糖類和蛋白質類等物質較多，能較好滿足土壤微生物的碳源和能源需求，短期內極大促進土壤微生物數量和活性及有機碳礦化。隨著培養時間延長，土壤易分解有機碳因土壤微生物消耗且無外源輸入而逐漸減少，土壤微生物生物量和活性因缺少速效碳源而降低，并從以活性有機碳為碳源的群系向以惰性有機碳為碳源的群系演變，礦化速率隨培養時間延長逐漸降低。楊芳等研究表明，貴州喀斯特黑色石灰土土壤有機碳礦化速率隨培養時間延長降低，累積礦化量隨培養時間延長升高，與本文結果一致。

水稻秸稈輸入土壤總有機碳和原有有機碳礦化速率均較水稻秸稈不輸入土壤有機碳礦化速率大幅增加的原因在于水稻秸稈輸入增加了土壤總有機碳和活性有機碳含量及其正激發效應。陳晨等研究表明，羊糞分別使輕度和中度堿化土土壤DOC含量增加20.66%和74.10%，土壤有機碳礦化顯著增強。徐學池等發現，玉米秸稈顯著增加了棕色石灰土土壤DOC含量、土壤總PLFAs、細菌和真菌PLFA摩爾質量濃度和革蘭氏陽性菌比例，具有顯著正激發效應。升溫和添加葡萄糖顯著促進農田和濕地土壤有機碳礦化，且農田土壤有機碳礦化速率和累積礦化量顯著高于濕地土壤。本研究中水稻秸稈不輸入石灰土土壤有機碳礦化速率和累積礦化量及水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳礦化速率和累積礦化量均隨培養溫度升高而升高，并可用二次函數較好地擬合，與楊芳等、林杉等和陳曉芬等研究結果類似。溫度升高增強土壤微生物和土壤酶活性，促進土壤有機碳礦化。本研究結果還表明，水稻秸稈對貴州喀斯特黃色石灰土土壤總有機碳礦化速率和累積礦化量貢獻率亦受溫度顯著影響，除1天時外均以25 ℃培養溫度下最高，其次是35，15 ℃下最低，表明溫度不僅顯著影響貴州喀斯特黃色石灰土土壤有機碳礦化，溫度升高也顯著促進輸入的水稻秸稈有機碳礦化，這與葛云輝等的研究結果類似。

3.2 水稻秸稈輸入顯著影響貴州喀斯特黃色石灰土土壤有機碳的溫度系數(Q10)

土壤有機碳溫度系數()是土壤溫度升高10 ℃時土壤有機碳礦化速率或累積礦化量增加的倍數，可表征土壤有機碳礦化對溫度變化的響應，其值越大表明土壤有機碳對溫度變化越敏感。但不同文獻或使用礦化速率溫度系數，或使用累積礦化量溫度系數，并都用()表示，造成不同文獻結果和結論間比較的困難和不精確性。本研究同時使用礦化速率溫度系數和累積礦化量溫度系數并分別用符號10, 和10, 表示，在此基礎上構建了礦化速率溫度系數函數(10,)()和累積礦化量溫度系數函數(10,)()描述溫度系數對溫度的響應。本研究發現，水稻秸稈不輸入石灰土土壤有機碳(10,)和(10,)分別在1.01～3.12和1.39～2.60，水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳(10,)和(10,)分別在1.05～2.18和1.05～1.78，二者間存在明顯差異，即水稻秸稈輸入顯著降低了石灰土土壤有機碳溫度系數(10,)和(10,)，二者變幅均較大且(10,)變幅大于(10,)，以及水稻秸稈不輸入石灰土土壤有機碳礦化(10,)和(10,)變幅均大于水稻秸稈輸入石灰土。林杉等研究表明，湖南長期施肥水稻土土壤(10,)范圍在1.01～1.53；魏圓云等發現，華北平原農田和濕地土壤(10,)值在1.2～1.6，且添加葡萄糖對農田和濕地土壤有機碳溫度敏感系數(10,)影響不顯著。還有研究指出，不同施肥處理水稻土土壤有機碳礦化溫度系數(10,)為1.31～1.75，施肥提高了土壤有機碳礦化的溫度敏感性。Creamer等研究表明，外源有機碳碳輸入提高了土壤有機碳礦化溫度敏感性，并因外源碳輸入改變土壤微生物群落結構所致。這些結果之間土壤有機碳礦化溫度系數(10,)差異亦較大，且對外源有機碳輸入響應不同，其原因可能是因為所研究土壤不同且來自不同生態系統，并與土壤有機碳特別是活性有機碳的數量、質量和組成有關。中國各生態系統土壤呼吸()范圍在1.3～4.8，其值因生態系統類型和植被類型而不同。本研究發現，(10,)和(10,)隨培養溫度升高而變化的規律因有水稻秸稈輸入和培養時間不同而不同。如本研究中水稻秸稈不輸入石灰土土壤有機碳礦化速率溫度系數(10,)培養1～10天隨培養溫度升高降低，15～60天隨培養溫度升高升高；而水稻秸稈輸入石灰土土壤總有機碳礦化速率溫度系數(10,)培養1～15天隨培養溫度升高降低，30～60天隨培養溫度升高升高。葛序娟等的50天室內培養試驗表明，三峽庫區水稻土土壤(10,)范圍為1.48～2.88，且隨培養溫度升高和隨培養時間延長降低，與本文結果較一致。王峰等也指出，<20 ℃的低溫條件下土壤有機碳礦化對升溫敏感性更強。但本文結果還表明，溫度對土壤有機碳礦化的溫度系數(10,)的影響因培養時間不同而變化，也因水稻秸稈輸入對培養時間和培養溫度響應不同。此外，本文還提出并以土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度響應函數二次曲線擬合為例，構建了不同培養時間和水稻秸稈輸入和不輸入土壤有機碳礦化速率和累積礦化量溫度系數函數(10,)(T)和(10,)(T)，可更好展示和表征土壤有機碳溫度系數的溫度響應。

3.3 溫度顯著影響水稻秸稈碳輸入對貴州喀斯特石灰土土壤原有有機碳礦化的激發效應

Wu等認為，外源物質輸入對土壤有機碳礦化的激發效應有2種機制，外源有機物質輸入加速土壤微生物生物量碳周轉，提高單位微生物生物量的碳轉化速率，和底物濃度增加提高土壤微生物生物量，進而提高微生物生物量的碳轉化總量。本研究中水稻秸稈輸入大幅提高了培養過程中不同培養時間土壤原有有機碳礦化速率和累積礦化量，表現出強正激發效應。本研究還發現，表征激發效應的指標和方法不同，外源物質對土壤原有有機碳激發效應的大小、量綱單位、隨培養時間演變和溫度響應皆不相同，這可能是不同文獻間關于外源物質對土壤有機碳礦化激發效應結論不同的重要原因或原因之一。魏圓云等研究表明，培養過程中葡萄糖對華北平原農田和濕地土壤有機碳礦化的激發效應持續增長，培養前14天增長較快, 之后逐漸平緩，其所采用的激發效應是累積礦化量激發效應，并用添加葡萄糖處理的土壤總有機碳累積礦化量與不添加葡萄糖的對照處理的土壤有機碳累積礦化量差減計算，未剔除添加的葡萄糖礦化的貢獻。徐學池等對廣西河池喀斯特長期施肥定位試驗中不施肥、單施無機肥和秸稈與無機肥配施處理土樣室內培養試驗表明，添加玉米秸稈對單施秸稈處理土壤累積礦化量激發效應在838.8～1 587.1 mg/kg，且顯著高于單施無機肥和秸稈與無機肥配施處理土壤，其所采用的激發效應亦是累積礦化量激發效應，亦基于添加秸稈后土壤有機碳總礦化量計算。冷雪梅等發現，添加玉米秸稈對江蘇如皋高砂土優化施肥基礎上牛糞替代20%化學氮肥處理土壤有機碳礦化產生負激發效應，對如皋高砂土不施肥、農民習慣施肥和優化施肥處理和溧陽白土不施肥、農民習慣施肥、優化施肥處理和優化施肥基礎上牛糞替代20%化學氮肥處理產生正激發效應，且隨培養時間延長逐漸降低，其所采用的激發效應則是礦化速率相對激發效應。張天霖等發現，3種林木非正常凋落物輸入對土壤有機碳礦化的激發效應分3個階段，0～7天均引起土壤有機碳強烈負激發效應并短期內達到峰值，峰值分別為-50.05%，-117.72%和-124.08%；7～35天負激發效應強度逐步下降，且先快速下降后速率轉慢；35～110天激發效應較為平穩，其中黧蒴錐和浙江潤楠非正常凋落物輸入對土壤有機碳的激發效應逐漸轉為正值，馬尾松非正常凋落物維持負激發效應并緩慢下降至消失，其所采用的激發效應是土壤原有有機碳礦化速率相對激發效應。李瑞東等發現，培養前期(1～10天) CaCO添加表現為強烈負激發效應，15，25，35 ℃培養溫度最強可分別達-54.0%，-81.0%和-69.3%，其所采用的激發效應是土壤原有有機碳累積礦化量相對激發效應。因此在進行文獻對比分析如Meta分析和文獻參考引用時應注意其所采用的激發效應表征形式、方法和指標。本研究還發現，溫度對激發效應的影響因培養時間、表征激發效應的指標不同而不同，亦即溫度亦影響添加水稻秸稈的激發效應的強弱，與李瑞東等的結果類似，其原因可能是土壤有機碳和水稻秸稈有機碳礦化隨溫度升高而增加可為土壤微生物提供更多碳源和能源；同時作為響應土壤微生物生物量亦增加并釋放更多胞外酶進入土壤，進一步促進土壤有機碳的礦化，形成正反饋系統，從而影響激發效應。李赟等研究表明，培養溫度和50%及200%微生物生物量碳當量葡萄糖添加顯著影響葡萄糖對土壤原有有機碳的激發效應，與本文結果較為一致。

4 結 論

15～35 ℃溫度范圍和0～60天培養時間內，溫度升高顯著增加了貴州喀斯特黃色石灰土土壤有機碳、水稻秸稈輸入土壤總有機碳、土壤原有有機碳和輸入的水稻秸稈有機碳的礦化速率和累積礦化量。水稻秸稈輸入對土壤原有有機碳礦化產生顯著正激發效應，且正激發效應隨溫度升高而強化。水稻秸稈對土壤有機碳礦化速率和累積礦化量的貢獻除1天外均是25 ℃最大，其次是35 ℃，15 ℃最小。添加水稻秸稈明顯降低貴州喀斯特黃色石灰土土壤有機碳礦化的溫度敏感性。溫度影響土壤有機碳礦化的溫度敏感性，并因表征溫度敏感性的指標和培養時間長短不同而不同，建立不同培養時間的礦化速率和累積礦化量溫度敏感系數的溫度函數可精確表征其對溫度的響應。培養試驗結果表明，水稻秸稈還田或氣候變暖均可增加貴州喀斯特黃色石灰土農田土壤CO溫室氣體的排放強度和排放量，但水稻秸稈還田可以減緩全球變暖所致的CO排放潛力。研究結果對貴州喀斯特農田土壤秸稈還田、土壤固碳減排、土壤有機碳管理和土壤有機碳庫預測等提供參考和借鑒，對豐富土壤有機碳激發效應和溫度系數()的表征和深入理解具有重要意義。