炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响.pdf

第 3 期 陈峻锐等：炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响 245 中国农业气象（Chinese Journal of Agrometeorology）2024 年doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2024.03.003 陈峻锐,韦翔华.胡钧铭,等.炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响J.中国农业气象,2024,45(3):245-256 炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响*陈峻锐1,2，韦翔华1，胡钧铭2*，石元值3，张俊辉2，郑富海2（1.广西大学农学院，南宁 530004；2.广西农业科学院农业资源与环境研究所/广西耕地保育重点实验室，南宁 530007；3.中国农业科学院茶叶科学研究所，杭州 310008）摘要：采取室内恒温培养法，以施用炭基肥（BF）、不施炭基肥（CK）的 40a 茶园土壤为研究对象，设定 15、25和 35共 3 种不同温度场景，连续监测土壤有机碳（soil organic carbon，SOC）矿化特征并分析有机碳矿化温度敏感性，为评估老茶园固碳减排及障碍消减提供参考。结果表明：（1）炭基肥提升了温变场景下茶园土壤 pH 值和 SOC 含量。15、25和 35培养温度下，BF 处理的土壤 pH 值较 CK 处理分别增加 0.45、0.07 和 0.28 个单位；BF 处理的 SOC 含量较 CK 处理分别提高 22.19%、16.65%和 25.50%。（2）炭基肥增加了温变场景下茶园 SOC 累计矿化量、潜在矿化势（CS）及土壤呼吸强度，对 SOC 矿化呈现正激发效应。15、25和 35培养温度下，BF 处理的 SOC 累计矿化量较 CK 处理分别提高 15.61%、46.51%和 36.89%。BF 处理的 CS值随温度升高呈现先增加后减少的变化趋势，25培养温度下 BF 处理的 CS值较 15和 35培养温度下分别提高 147.11%和 29.21%。（3）炭基肥降低温度升高处理下茶园 SOC 矿化温度敏感性。2535温度范围内，BF 处理的 Q10（土壤有机碳矿化温度敏感性）值较 CK 处理降低 6.25%；BF 处理在 2535温度范围内Q10值较 1525温度范围内的 Q10值降低 25%。说明施用炭基肥可有效改良 40a 茶园土壤理化性质，增加土壤固碳，并提升茶园土壤碳库应对温度变化的稳定性，炭基肥利于优化低产老龄茶园可持续生产管理。关键词：土壤有机碳；温室效应；温度敏感性；老茶园；生物炭 Effect of Biochar-based Fertilizer on Temperature Sensitivity of Soil Organic Carbon Mineralization in Aged Tea Gardens CHEN Jun-rui1,2,WEI Xiang-hua1,HU Jun-ming2,SHI Yuan-zhi3,ZHANG Jun-hui2,ZHENG Fu-hai2(1.Agricultural College,Guangxi University,Nanning 530004,China;2.Agricultural Resources and Environmental Research Institute,Guangxi Academy of Agricultural Sciences/Guangxi Key Laboratory of Arable Land Conservation,Nanning 530007;3.Tea Research Institute,Chinese Academy of Agricultural Science,Hangzhou 310008)Abstract:The indoor constant temperature culture method was adopted,and the 40-year-old tea garden soil applied with biochar-based fertilizer(BF)and without biochar-based fertilizer(CK)were selected as the research objects.Three different temperature scenarios were set at 15,25 and 35,and the soil organic carbon(SOC)mineralization characteristics were continuously monitored and the temperature sensitivity of SOC mineralization was analyzed.It will provide reference for evaluating carbon sequestration emission reduction and obstacle reduction in aged tea gardens.The results showed that:(1)biochar-based fertilizer increased the pH and SOC content of tea garden soil under the temperature variation.At 15,25 and 35,compared with CK treatment，the soil pH of *收稿日期：20230712 基金项目：中央引导地方科技发展资金项目（桂科 ZY23055047）；广西“新世纪十百千人才工程”专项资金（2018221）；广西科技基地和人才专项（桂科 AA23026002）；广西茶叶试验站建设专项（桂 TS202106）；广西农业科学 院创新团队项目（桂农科 2021YT040）*通讯作者：胡钧铭，研究员，主要从事农业有机资源利用与生境调控及逆境生态研究，E-mail： 共同第一作者联系方式：陈峻锐，E-mail：；韦翔华，E-mail： 中 国 农 业 气 象 第 45 卷 246 BF treatment increased by 0.45,0.07 and 0.28,respectively.The SOC content of BF treatment increased by 22.19%,16.65%and 25.50%,respectively.(2)Biochar-based fertilizer increased the SOC accumulative mineralization amount,mineralization potential(CS)and soil respiration intensity in tea gardens under temperature change,showing a positive priming effect on SOC mineralization.At 15,25 and 35,compared with CK treatment,the accumulated SOC mineralization amount of BF treatment increased by 15.61%,46.51%and 36.89%,respectively.The CS value of BF treatment first increased and then decreased with rising temperature.Compared with 15 and 35,the CS value of BF treatment at 25 increased by 147.11%and 29.21%respectively.(3)Biochar-based fertilizer decreased the temperature sensitivity of SOC mineralization in tea gardens under increasing temperature.In the temperature range of 2535,the Q10(temperature sensitivity of soil organic carbon mineralization)value of BF treatment decreased by 6.25%compared with CK treatment.The Q10 value of BF treatment in the temperature range of 2535 decreased by 25%compared with the Q10 value in the temperature range of 1525.The results indicated that the application of biochar-based fertilizer can effectively improve the physical and chemical properties of the 40-year-old tea garden soil,increase soil carbon sequestration,and improve the stability of the soil carbon pool in response to temperature changes in the tea garden.Biochar-based fertilizer is conducive to optimizing the sustainable production management of low-yield and aging tea gardens.Key words:Soil organic carbon;Greenhouse effect;Temperature sensitivity;Aged tea garden;Biochar 土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程，也是陆地生态系统向大气排放 CO2的源1。气候变化所引起的 SOC矿化速率改变会影响大气 CO2浓度2，破坏土壤生态系统碳平衡3。茶园是中国南方丘陵地带土地主要利用类型之一4。多年生老茶园在茶树自然生长与人为过度开发等因素影响下土壤存在酸化严重5、有机质下降6、养分失衡78等严峻问题，导致茶园土壤碳库稳定性受到影响6。农业绿色低碳发展是国家生态文明的重要组成部分，老龄低产茶园生态系统亟待优化管理，实现障碍消减与产能提升。因此，绿色低碳茶园建设对实现茶园减肥增效，应对碳达峰、碳中和目标具有重要意义。政府间气候变化专门委员会发布的气候变化2022：减缓气候变化显示，全球增温趋势已不容乐观9，减排迫在眉睫。耕地 CO2排放是农业温室气体排放的主要来源10。农业转型发展可实现大规模减排，土壤固碳潜力巨大，促进农业土壤增碳减排是缓解气候变化的重要手段11。多数研究表明，升温会导致 SOC 加速矿化1214，需采取有效措施增加农业土壤固碳，提高土壤碳库应对温度变化的稳定性。SOC 矿化温度敏感性通常以 Q10值表示，定义为温度每升高 10，SOC 矿化速率增长的倍数，Q10值能有效反映土壤碳库在温度条件变化下的响应程度15。土壤碳质量被认为是 SOC 矿化和Q10值的主要影响因素之一16。根据 SOC 被微生物利用的难易程度可分为易分解 SOC（C 质量高）、难分解 SOC 和惰性碳（C 质量低）。结合活化能理论和 Arrhenius 公式可得，分子结构越复杂的有机物分解所需要的活化能越高，反应对温度变化也更为敏感17。因此土壤碳库结构组成直接影响 SOC 矿化温度敏感性。当外源有机质以不稳定碳的形式连续输入土壤后，土壤碳库组成、碳质量发生改变，底物的可利用性成为影响 Q10值的关键因素18。茶树种植年限延长导致的土壤环境变化，枝条修剪还田和有机肥施用等农艺措施带来的高碳输入，使茶园土壤 SOC 矿化温度敏感性变化存在不确定性。合理评估 SOC 矿化温度敏感性有助于预测未来土壤有机碳库变化14,1920，以此采取针对性措施保护土壤碳库。茶园固碳减排既是举措也是潜力所在。生物炭是新型外源有机底物，常作为固碳减排的重要有机资源21。但生物炭本身矿质养分含量低，无法作为缓控释肥为作物提供长效养分，根据作物需肥特性制成炭基肥可有效弥补单施生物炭的不足6。炭基肥是以生物炭为基质，通过与有机、无机化肥混合配制而成的生态环保型肥料22，可作为老茶园改造技术改良培肥土壤。在全球气候变暖趋势加剧的背景下，从土壤碳循环角度有关老茶园施用炭基肥下 SOC 矿化特征对温度变化的响应鲜有研究。本研究以北回归线沿线典型的亚热带气候区第 3 期 陈峻锐等：炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响 247域广西桂平西山茶 40a 老茶园土壤为研究对象，在施用炭基肥处理下，通过不同室内温度（15、25、35）恒温培养精确模拟实验，探究炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化与温度敏感性的影响，以期为亚热带地区气候变化背景下老茶园土壤增碳、障碍消减及产能提升提供数据支撑，为集约化茶园生态管理提供科学依据。1 材料与方法 1.1 供试土壤 供试土壤采自广西壮族自治区桂平市马皮乡均福村西山茶茶园基地（232631N，1101353E）。桂平市地处 22522348N，1094911022E，属亚热带季风气候，年平均气温 22.4，年平均降水量 1726.7mm，相对湿度 80%。实验茶园栽植品种为西山茶群体种，种植年限为 40a。土壤类型为发育于第四纪红土母质的红壤，采用五点取样法采集茶园020cm 土层土壤混匀后风干过 2mm 筛，用于土壤基本性质测定及有机碳矿化培养实验。土壤主要的农化性状：pH 值 4.8，有机质含量 16.00gkg1，全氮0.84gkg1，碱解氮 153mgkg1，全磷 0.57gkg1，有效磷 139mgkg1，全钾 2.3gkg1，速效钾 105mgkg1。1.2 实验设计 根 据 茶 树 营 养 需 求 特 性（N:P2O5:K2O=22:8:15），供试肥料为由玉米秸秆生物炭（50%）、蚕沙有机肥（27%）、尿素（6%）、过磷酸钙（6%）、腐植酸钾（4%）和固体结合剂（7%）配制而成的茶树专用炭基肥，炭基肥主要的农化性状：有机质含量 55%，全氮 4.04%，全磷 1.47%，全钾 2.76%。在1L 培养瓶内称取 1kg 过 2mm 筛的供试风干茶园土壤，加入 11.54g 茶树专用炭基肥混匀（每千克供试土壤的11.54g炭基肥施用量由茶园350kghm2纯氮投入量及茶树专用炭基肥养分换算而得），用超纯水调节至田间持水量的 60%，在 25下恒温密封培养31d 待炭基肥肥效稳定。同时以不施炭基肥处理的供试土壤作为对照组进行密封培养，水分调节步骤与培养时间同上。培养结束后土样风干分别过 2mm筛备用。室内恒温培养实验始于 2022 年 6 月。实验设置施炭基肥（BF）、不施炭基肥（CK）共 2 个施肥水平和 15、25、35共 3 个培养温度梯度，共计6 个处理，每个处理设置 3 次重复。称取 BF 处理土壤（即上述施炭基肥并密封培养 31d 后风干过筛的茶园土壤）、CK 处理土壤（即上述不施炭基肥并密封培养 31d 后风干过筛的茶园土壤）20g 均匀铺在不同 500mL 培养瓶底，用超纯水调节至田间持水量的60%并加盖密封，将培养瓶放入 25恒温培养箱中预培养 3d，以恢复土壤微生物活性。预培养结束后将装有5mL0.2molL1NaOH溶液的吸收瓶放置在培养瓶内，加盖密封培养瓶，分别移至温度设置为 15、25、35的恒温培养箱中开始正式培养，同时各培养箱放置 3 个不加土样的培养瓶作空白对照，恒温培养箱内的培养瓶遵循完全随机排列。正式培养过程中每 7d 采用称重法将培养瓶中水分补充至田间持水量的 60%。1.3 指标测定 土壤有机碳矿化采用室内恒温培养碱液吸收法测定12，NaOH 溶液吸收培养瓶内 CO2并反应生成Na2CO3，使用过量 BaCl2溶液沉淀 NaOH 溶液中的Na2CO3后用 HCl 溶液滴定即可计算 NaOH 溶液浓度，通过空白对照培养瓶与添加土样培养瓶内吸收瓶 NaOH 溶液浓度差，计算因吸收 CO2而消耗 NaOH的量，结合 NaOH 与 CO2反应系数换算出土壤矿化释放的 CO2量。实验分别于正式培养后 1、3、5、7、14、21、28、35、42、49、56d 取出并更换培养瓶内吸收瓶，将吸收结束的吸收瓶溶液倒入锥形瓶内，同时用超纯水冲洗吸收瓶 2 次，冲洗液一并倒入锥形瓶。往锥形瓶内加入 1molL1BaCl2溶液 2mL 和 3滴酚酞指示剂，随后用 0.1molL1HCl 溶液滴定锥形瓶内溶液至无色，并记录消耗的盐酸体积。56d 培养结束后，取出培养瓶内土壤风干过筛，测定土壤 pH值和有机碳含量。pH 值采用 pH 计（PHS-3E，雷磁）测定，水土比设置为 2.5:1。土壤有机碳含量采用重铬酸钾外加热法测定23。1.4 指标计算 1.4.1 土壤有机碳矿化计算（1）土壤有机碳矿化量12 20HClCO3(VV)CMMC=2m 10（1）式中，MC 为土壤有机碳矿化量，以每千克干土矿化释放的 CO2来表示（mgkg1）；V0为滴定空白对照时所消耗的盐酸体积（mL）；V 为滴定样品时消耗的盐酸体积（mL）；CHCl为标准盐酸浓度（molL1）；2COM为 CO2摩尔质量（44gmol1)；分母中的数字“2”为 NaOH 与 CO2反应的换算系数，即 2molNaOH 中 国 农 业 气 象 第 45 卷 248 可吸收 1molCO2；m 为正式培养所用培养瓶内土样的质量（g），本实验为 20g。（2）矿化速率24 分析土壤有机碳矿化速率动态变化有助于研究炭基肥施用及温度变化对土壤有机碳矿化进程的影响。矿化速率计算式为 0MCR=t（2）式中，R 为某段时间土壤有机碳矿化速率（mgkg1d1）；t0为最近两次测定间隔的时间（d）。（3）累计矿化量24 ni=1C=MC（3）式中，C为土壤有机碳累计矿化量（mgkg1）；n为土壤有机碳矿化的测定次数。1.4.2 有机碳矿化方程拟合 采用土壤有机碳矿化一阶动力学方程通过非线性回归方法拟合有机碳累积矿化量的动态变化过程25，方程为 kttSC=C(1e)（4）式中，Ct为t时刻土壤有机碳累积矿化量（gkg1）；t为恒温培养时间（d）。拟合得到土壤有机碳潜在矿化势（CS，gkg1）和土壤有机碳矿化动力常数（k，d1）。1.4.3 土壤呼吸强度计算 实验以恒温培养第13天土壤有机碳矿化量均值作为土壤呼吸强度26。1.4.4 土壤有机碳矿化激发效应计算 由于外源有机物输入而改变原有土壤有机碳矿化过程的现象称为激发效应14。PE代表炭基肥输入对茶园土壤有机碳（SOC）矿化激发效应的量化值26，其计算式为 100CCPE100%C （5）式中，C1为施用炭基肥后土壤有机碳累计矿化量（mgkg1），C0为不施炭基肥的土壤有机碳累计矿化量（mgkg1）。1.4.5 土壤有机碳矿化温度敏感性系数计算 利用不同温度处理土壤矿化速率与温度拟合，得到指数b值，进而计算土壤有机碳矿化温度敏感性系数（Q10）27，即 bTRae（6）10b10Qe（7）式中，R为土壤矿化速率（mgkg1d1），a为土壤基础矿化速率（mgkg1d1），表示0时土壤净矿化速率，b为常数，T为恒温培养温度（）。1.5 数据处理 使用Excel2019、Origin2019b软件处理实验数据，运用SPSS26.0软件进行统计分析，采用LSD法对处理间样本平均数进行差异显著性比较（=0.05）。2 结果与分析 2.1 不同温度下炭基肥对老茶园土壤有机碳含量的影响 由表1可见，在CK（不施炭基肥）处理中，土壤15、25和35密闭培养56d后土壤pH值无显著差异；而BF（施炭基肥）处理中，土壤15、25和35密闭培养56d后土壤pH值差异显著，且均显著高于CK处理。其中，BF处理土壤在15、25和35温度下培养56d后pH值较CK处理分别增加0.45、0.07和0.28个单位，茶园土壤pH值更接近于适宜茶树生长的4.55.5范围。由表1还可见，在CK（不施炭基肥）处理中，土壤15、25和35密闭培养56d后土壤有机碳含量（SOC）无显著差异；而施炭基肥（BF）处理中，在各温度水平密闭培养56d后，与CK处理相比SOC均明显提高。在15、25和35培养后BF处理的SOC较CK处理分别提高22.19%、16.65%和25.50%，但各温度处理间差异不显著。由此可见，表 1 施炭基肥（BF）和不施炭基肥（CK）处理土壤在各温度条件下恒温培养 56d 后 pH 值和有机碳含量（SOC）的比较 Table 1 Comparison of pH and organic carbon content(SOC)of soil treated with biochar-based fertilizer(BF)and without biochar-based fertilizer(CK)after constant temperature culture for 56 days 处理 Treatment pH SOC(gkg1)15-CK 4.320.02CDd 12.080.91BCb 25-CK 4.310.01CDd 12.190.24BCb 35-CK 4.290.02Dd 11.571.64Cb 15-BF 4.770.07Aa 14.760.66Aa 25-BF 4.380.02Cc 14.220.62ABa 35-BF 4.570.04Bb 14.520.86ABa 注：小写字母表示各处理间在 0.05 水平上的差异显著性，大写字母表示处理间在 0.01 水平上的差异显著性。Note：Lowercase indicates the difference significance among treatments at 0.05 level,and capital letter indicates the difference significance among treatments at 0.01 level.第3期 陈峻锐等：炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响 249施用炭基肥在15、25和35条件下密闭培养56d后可明显减缓土壤酸度的降低，而且减缓程度受温度影响，土壤有机碳含量也明显提高，但提高程度亦不受温度影响。2.2 不同温度下炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化的影响 2.2.1 矿化速率 由图1可见，总体来看，各处理茶园SOC矿化速率变化呈现出2个较明显阶段。第一阶段为培养初期，为SOC快速矿化阶段，培养第1天各处理SOC矿化速率均达到峰值，随后迅速下降，SOC总体分解量大但持续时间短。15培养温度下，培养初期时间为014d，BF处理矿化速率变化区间为10.1349.55mgkg1d1，CK处理为6.6347.25mgkg1d1。25、35培养温度下，BF处理、CK处理培养初期时间为05d。其中，25培养温度下，BF处理矿化速率变化区间为19.7546.54mgkg1d1，CK处理为12.9944.64mgkg1d1。35培养温度 下，BF处理矿化速率变化区间为18.8870.88mgkg1d1，CK处理为15.0744.47mgkg1d1。第二阶段为培养中后期，即培养初期结束至正式培养结束，此阶段SOC矿化速率经历迅速下降过程后处于缓慢上升至第二个峰值随后下降的波动状态。15、25和35培养温度下，BF处理的矿化速率变化区间分别为8.7919.24、14.3128.55、14.7329.43mgkg1d1；矿化平均速率分别为14.63、21.63、22.79mgkg1d1。CK处理的矿化速率变化区间分别为7.4719.35、7.5918.43、11.7827.73mgkg1d1；矿化平均速率分别为12.58、14.09、17.36mgkg1d1。分析矿化速率曲线变化趋势可得，25-BF、25-CK、35-BF、35-CK处理各测定时间节点之间的矿化速率曲线变化趋势相近，且与15培养温度下两处理的矿化速率曲线在时间上无明显对应关系。结合矿化速率变化区间、矿化平均速率进一步分析发现，25-BF、35-BF在培养中后期的矿化速率变化区间、矿化平均速率上差异较小。由此可得，温度变化影响了茶园土壤有机碳矿化进程。随着温度的升高，BF处理、CK处理下土壤有机碳有加速矿化的趋势，而2535温度条件下，升温对施用炭基肥的茶园土壤有机碳矿化速率影响较小。2.2.2 累计矿化量 由图2可见，15、25和35培养温度下，BF处理的SOC累计矿化量较CK处理分别增加15.61%、46.51%和36.89%。将2个施肥水平分别在3个梯度温度内横向比较可知，BF处理在35培养温度下的SOC累计矿化量较25、15培养温度分别增加5.00%、47.30%；CK处理在35培养温度下的SOC累计矿化量较25、15培养温度分别增加了12.38%、24.39%。对SOC累计矿化量进行双因素方差分析，结果表明炭基肥处理、温度处理及两者的交互作用对SOC累积矿化量的影响均达到极显著水平（P25），施用炭基肥有降低茶园土壤有机碳潜在矿化势，增加土壤有机碳矿化动力常数的趋势。2.2.4 土壤呼吸强度 根据施肥水平和培养温度分别对土壤呼吸强度进行分析，结果见图3。由图中可见，同一施肥水平中，BF处理、CK处理的土壤呼吸强度在3个培养温度梯度下无显著差异。同一培养温度下，35-BF处理的土壤呼吸强度显著高于35-CK处理；而25、15培养温度下，BF处理、CK处理的土壤呼吸强度之间无显著差异。对所有处理的土壤呼吸强度进行双因素方差分析可得，炭基肥处理对土壤呼 表 2 不同温度条件下两处理土壤有机碳（SOC）累积矿化一阶动力学方程及其参数 Table 2 First-order kinetic function and parameters of soil organic carbon(SOC)cumulative mineralization in two treatments under different temperature condition 处理 Treatment CS（gkg1）k（d1）拟合方程 Fitting equation R2 15-CK 1.10920.1510 0.02110.0045 Ct=1.1092(1-e0.0211t)0.9834 25-CK 1.56960.3168 0.01390.0038 Ct=1.5696(1-e0.0139t)0.9874 35-CK 1.95220.3541 0.01180.0028 Ct=1.9522(1-e0.0118t)0.9933 15-BF 1.56420.4614 0.01400.0056 Ct=1.5642(1-e0.0140t)0.9713 25-BF 3.86531.0489 0.00710.0023 Ct=3.8653(1-e0.0071t)0.9955 35-BF 2.99150.5699 0.01040.0025 Ct=2.9915(1-e0.0104t)0.9945 注：Ct表示土壤有机碳累积矿化量，t 表示恒温培养时间。Note:Ct represents the cumulative mineralization of soil organic carbon,and t represents the constant temperature culture time.第3期 陈峻锐等：炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响 251 图 3 不同温度条件下两处理茶园土壤呼吸强度 Fig.3 Soil respiration intensity in two treatments under different temperature condition 注：图柱上方小写字母表示同一施肥处理不同培养温度在0.05 水平上的差异显著性；大写字母表示同一培养温度不同施肥处理在 0.01 水平上的差异显著性。Note:The lowercase letters above the columns indicate the significance of the difference between different culture temperatures at the same fertilization treatment at the 0.05 level.The uppercase letters above the columns indicate the significance of the difference between different fertilization treatments at the same culture temperature at the 0.01 level.吸强度的影响达到极显著水平（P0.01），炭基肥和温度处理两者的交互作用对土壤呼吸强度的影响达到显著水平（P25）条件下，相较于不施炭基肥处理，炭基肥输入降低了老茶园SOC矿化温度敏感性系数Q10值。推测可能原因为施用炭基肥增加了老茶园土壤微生物丰度和多样性。在此基础上，温度升高进一步改变土壤微生物群落结构及微生物对养分的利用效率，间接影响SOC矿化温度敏感性。土壤微生物在SOC矿化及养分循环方面发挥关键作用29。炭基肥输入后可通过改变土壤pH值和营养环境，促使土壤出现更多生态位3031，同时炭基肥本身孔隙丰富的微观结构及大比表面积为微生物生长提供了适宜的环境32，进而增加土壤微生物丰度和多样性。张毅等31研究发现茶园施用炭基肥显著提高了土壤拟杆菌门、子囊菌门、被孢霉菌门的相对丰度，而上述细菌和真菌可通过参与SOC分解与代谢，促进土壤碳资源管理与养分循环。高度参与土壤碳分解循环过程的细菌对温度变化极为敏感，其适宜生长温度范围为203012。有研究表明，温度升高会降低细菌优势度，同时提高真菌优势度及其对惰性碳的分解利用效率，微生物群落结构的转变导致SOC矿化对温度变化的响应度下降33，引发Q10值降低。此外，生物炭作为炭基肥的主要成分，其热稳定性与生物学稳定性也是影响SOC矿化温度敏感性的因素之一。生物炭具有含碳量高、吸附性强、稳定性高等特点8，可作为碳捕获剂增加土壤固碳3435，长期来看对降低SOC矿化产生的CO2排放具有显著作用36。吴志丹等37研究发现，在一年四季长时间尺度上生物炭输入可降低茶园土壤异养呼吸Q10值，且降低幅度随生物炭投入量增加而增大，可见生物炭组分以可长期固存于土壤中的惰性碳为主，其本身不会随温度变化而大量矿化降解。3.1.2 不同温度下炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化的影响 本研究中，温度变化影响土壤有机碳（SOC）矿化进程，且与SOC矿化呈正相关，升温促进SOC矿化，与前人的研究结果一致1214。所有处理SOC矿化速率随培养时间的延长均呈下降趋势，可能原因为恒温培养前期，土壤中含有大量活性有机碳及速效养分，微生物活性增强，促进CO2释放。随着矿化时间的延长，活性有机碳被分解，SOC以难降解的惰性组分碳为主，微生物因营养源限制活性降低，SOC矿化减弱38。本研究在培养瓶密封条件下不适宜测定土壤微生物结构多样性指标，故微生物群落变化如何驱动SOC矿化有待进一步研究。本研究结果表明，施用炭基肥提高了老茶园土壤有机碳矿化速率、累计矿化量、潜在矿化势及土壤呼吸强度。有研究表明相较于传统化肥施用管理模式，基于炭基肥施用的新型管理模式具有降低农田生态系统温室气体排放强度及缓解全球增温趋势的优势3940。在碳排放上，有研究认为施用炭基肥对土壤CO2排放无显著影响3940，也有研究认为炭基肥能显著减少土壤CO2排放41。张明杰等42研究认为施用炭基肥会增加土壤CO2排放量，这与本研究结果相一致，结论的不同可能与供试土壤特性、炭基肥成分、配比及施用量差异有关。炭基肥输入后会促进SOC矿化，一方面与施用炭基肥增加了土壤中可矿化碳总量有关。Yang等43研究表明生物炭组分除稳定的惰性碳外，还存在小部分不稳定碳，该部分碳在老化过程中会被快速矿化，而生物炭热解温度则是影响其本身稳定碳与不稳定碳含量比例的重要因素之一。Zimmerman等29通过13C同位素标记技术研究发现施用生物炭后，短期内土壤通常会刺激生物炭中的不稳定碳组分共同代谢。在此基础上，Weng等44的研究发现室内培养初期生物炭与土壤的碳组分共同代谢过程中，生物炭C矿化率与土壤C矿化率存在较强的正相关关系，但随着时间的推移这种共同代谢作用将逐渐减弱，该研究中生物炭诱导下的土壤激发效应也由正激发（062d）转变为负激发（62388d）。吕真真等45研究指出，施用有机肥可显著增加土壤易氧化有机碳含量，增加土壤有机碳矿化底物。前人研究结果表明，生物炭、有机肥作为炭基肥的主要成分，其中存在的不稳定碳组分在施用后短期内可能与土壤原生碳组分共同代谢，从而增加土壤矿化CO2释放量。另一方面炭基肥输入会促使土壤微生物种类与数量增加，第3期 陈峻锐等：炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性的影响 253微生物代谢消耗土壤有机碳。炭基肥施入土壤后通过调控土壤理化性质及碳质量影响土壤微生物活动，进而改变土壤有机碳矿化过程，引发激发效应。温度变化环境下，升温加剧了炭基肥输入引起的SOC矿化速率增加，可能原因是炭基肥输入提高了土壤碳含量进而增加CO2排放量，而升温则影响了SOC周转速率46。Steinweg等47研究发现温度和代谢底物通过不同的影响机制驱动土壤微生物代谢变化。温度升高促使微生物更快地吸收和利用底物，而代谢底物高水平的碳含量则使土壤微生物获得更多活性有机碳以供其分解。此外，实验仅研究了温变环境下炭基肥对老茶园土壤有机碳矿化的短期影响，基于生物炭的特性，炭基肥对土壤有机碳矿化的长期影响也值得系统深入研究。3.1.3 不同温度下炭基肥对老茶园土壤pH值及有机碳含量的影响 土壤有机碳在改良土壤结构，促进作物生长，增加土壤生物多样性等方面发挥重要作用，对维持生态系统碳平衡、碳循环等多方面具有重要意义25。本研究中，不同温度场景下施用炭基肥提高了老茶园土壤pH值及有机碳含量，其中主要得益于炭基肥的主要成分生物炭、蚕沙有机肥。生物炭呈碱性，其富含的碱性基团可提高土壤pH值4，并增加土壤交换性盐基数量，提升盐基饱和度，改善土壤缓冲性能48。同时生物炭具有含碳量高的特点，可长期固存于土壤中实现碳封存，此外施入的生物炭可通过吸附有机物促进土壤腐殖质的形成49，增加土壤固碳潜力。蚕沙有机肥可通过补充土壤盐基离子、降低盐基离子淋洗损失、提高阳离子交换量，进而增加土壤pH值，提升土壤酸碱缓冲容量50。同时蚕沙有机肥富含的有机质能增加土壤有机碳含量，改善土壤理化性状，提升碳库稳定性51。此外，炭基肥中的无机养分还具有补充茶树所需的速效养分的作用，有机无机配施有利于改善土壤物理结构52，提升微生物群落多样性53，促进土壤生态系统稳定和健康。多年生老茶园土壤存在酸化严重、有机质含量低、养分失衡、物理结构被破坏、有益生物数量和活性降低等问题54。因此老茶园土壤改良的关键在于增加土壤pH，提高有机质含量，改善理化性质，提高有益生物数量与活性。炭基肥兼具生物炭与有机肥的特性，作为技术手段可有效改良老茶园土壤。3.2 结论 温变环境下（25），施用炭基肥降低了40a老茶园土壤有机碳矿化温度敏感性，提升了土壤碳库应对温度变化的稳定性。同时炭基肥改善了亚