苏州稻作系统土壤-作物硅素动态及循环通量特征:多轮作模式的对比分析

　　

摘要： 稻田土壤-作物系统硅(Si)素相互转化加速了生物地球化学Si循环进程,已经成为影响陆地生态系统Si库出口的重要因素。为揭示稻作系统的Si循环过程及其对耕作管理方式的响应,本研究对苏州典型稻作系统(水稻-油菜轮作、水稻-小麦轮作、水稻-小麦/油菜交替轮作、水稻-养殖综合系统)的土壤Si营养状况和水稻Si累积开展为期3年(2020—2022年)的原位监测,评估了系统内部土壤、作物Si库储量以及年内系统Si收支水平和交换通量。结果表明: 轮作周期内,研究区各稻作系统土壤活性硅库和总硅库的储量均呈现水稻生育期内显著下降,至成熟收割时达到低谷,之后呈波动回升趋势;作物Si固定量介于(431.65±115.73)～(670.33±211.07) kg·hm^-2·a^-1,主要由水稻贡献(88.0%～100%),轮作和休耕下不同作物组合以及土壤有效Si水平是导致各系统间生物硅年产量差异的关键因子。苏州稻作系统的Si输入量为(61.34±11.26)～(130.36±30.55) kg·hm^-2·a^-1(灌溉+降雨),Si输出量为(149.20±47.30)～(231.22±83.23) kg·hm^-2·a^-1(作物收获),Si循环通量为(296.60±74.55)～(462.52±139.26) kg·hm^-2·a^-1(作物残余物还田);从作物Si素利用的角度,土壤Si库对作物Si累积的贡献最大,占比为74.3%～89.5%,其次是灌溉,占比为11.7%～25.7%。总体来看,研究区各稻作系统均处于Si净流失的状态,短期土壤有效Si库和无定形Si库储量略微降低,而长期效应表现为净输出量越高的系统土壤活性Si储量越低,建议采取适当的保硅策略来降低稻田土壤活性Si的耗竭速率。