稻麦秸秆还田下农田土壤植硅体碳累积特性及调控潜力

The accumulation of phytolith and phytolith occluded carbon in the plants of different varieties of rice and wheat, and the effects of silicon fertilizer application rates on the accumulation of phytolith and phytolith occluded carbon in the plants of different varieties of rice and wheat were studied through pot experiments with soil in this project. The carbon bio-sequestered by phytoliths and the annual phytolith accumulation rates and percentage of PhytOC in the soil were also studied by using the long term field plot experiment of straw application. Then the ways to increase the accumulation of phytOC in soils were put forward. The implement of this project can address a fundamental gap in our current understanding of the effects of agricultural management on carbon cycles and to quantify the potential of bio-sequestration of carbon in soils.

通过土壤培养试验，研究了我国主要农作物水稻小麦不同品种植硅体和植硅体碳累积特性，以及施不同量硅肥对水稻小麦籽粒和秸秆产量、植硅体和植硅体碳累积规律的影响。利用农田长期定位试验，探明长期不同量秸秆还田下，农田土壤植硅体和植硅体碳累积量和累积速率，以及秸秆还田下植硅体碳对农田土壤有机碳的贡献。并综合评估秸秆还田下我国稻麦农田土壤植硅体碳累积特性及调控潜力。研究结果为客观认识农田管理对碳循环变化的影响，准确估算农田土壤固碳潜力提供理论依据，同时对实现农田固碳减排、保障我国粮食安全，走农业可持续发展之路具有重要的意义。

本项目通过田间小区试验、盆栽试验和长期定位试验，研究了不同水稻品种、小麦品种植硅体和植硅体碳累积特性；施用硅肥和秸秆对水稻生物量、植硅体和植硅体碳累积规律的调控作用；长期不同量秸秆还田下水稻植株及土壤植硅体和植硅体碳累积能力。结果表明，不同水稻品种的植硅体与植硅体碳差异较大，水稻植株中的植硅体碳累积量与水稻品种、土壤中有效硅含量、植株中的植硅体碳含量以及生物量等具有显著相关性；故通过品种筛选可以得到高植硅体碳含量的水稻品种，不同品种水稻植株植硅体估算的封存CO2量范围为5.93~35.47 kg-CO2 ha-1yr-1，其中3个品种表现更优于其他品种（籼型水稻中的天优998、富优21以及粳型水稻中的锦G二）。硅肥的利用可以调控水稻植株中的植硅体含量，水稻植物内的植硅体含量与土壤有效硅含量具有极显著相性(R2=0.9988，p<0.01)，无论是缺硅土壤还是不缺硅土壤，提高土壤有效硅含量均可以提高水稻植硅体含量。长期秸秆还田可以显著增加土壤中植硅体碳的含量；与常规的施肥处理相比，20年的秸秆还田下估算土壤植硅体碳累积量多675kg/ha，平均年累积速率多33.75 kg/ha，全球水稻面积为1.55×108 ha，如坚持秸秆还田，每年可多固定植硅体碳为5.23×106 吨。所以秸秆还田下植硅体碳对农田土壤有机碳的累积具有重要贡献，研究结果为客观认识农田管理对碳循环变化的影响，准确估算农田土壤固碳潜力提供了理论依据。对实现农田固碳减排，走可持续发展农业之路具有重要的意义。