0 引 言

中国稻田种植面积广，约占全国耕地面积的25.8%[1]。长期集约耕作、大量氮肥施用以及酸沉降导致中国大部分稻田酸化严重[2]，对生态环境、粮食安全和人体健康构成严重威胁。土壤酸化已成为中国农业环境领域面临的突出问题之一。

施用石灰（如石灰石、熟石灰或生石灰等）是一种广泛应用的、改善土壤酸度和防控土壤重金属污染的农艺措施[3-5]。近来年，因白云石具有同时补充Ca和Mg的优势，其在酸性土壤改良方面越来越受到重视和关注[6]。施用石灰除了可以改良土壤外，还会影响其他土壤过程，如土壤有机碳（Soil Organic Carbon, SOC）矿化[7]，从而对土壤肥力保持、碳库大小、大气CO2浓度和全球气候变化等产生强烈影响[8-9]。然而，关于施用石灰对SOC矿化影响的研究结论往往相互矛盾。Haynes等[10]指出，施用石灰通过改变土壤结构对SOC起到保护作用，从而抑制SOC矿化；此外，土壤微生物对碳的需求可能随着pH值的升高而降低，从而减少SOC矿化量[11]。相反，Marcelo等[12]和Ahmad等[13]研究表明，施用石灰可促进SOC矿化。Page等[14]指出当向微生物呼吸未受酸度影响的土壤施用石灰后，SOC矿化未受到明显影响。以上这些相互矛盾的结果可能是由场地条件，土壤质地、初始pH值和水分含量，氮素有效性以及石灰用量等差异造成的[15]。

土壤水分是调控SOC矿化的主要因素之一。土壤水分通过影响有机碳生物有效性和氧的迁移来控制SOC矿化。通常，SOC矿化速率随着土壤含水量的增加而增加，直至水分含量达到85%充水孔隙度，并随着土壤含水量进一步增加而降低[16]。土壤水分的提高有助于SOC的溶出和团聚体的分散，进而提高土壤溶解性有机碳（Dissolved Organic Carbon, DOC）的含量[17]。但是，当土壤水分饱和后，随着水分的进一步提高，O2逐渐成为SOC矿化的主要限制性因素[18]。施用石灰提高土壤的pH值，从而提高有机质的亲水性并促进其脱附，也可使DOC含量增加[12]；这部分增加的DOC可能影响有机碳生物有效性和O2对SOC矿化的限制性关系。但是，目前对于不同水分条件下施用石灰会对SOC矿化产生何种影响尚不明确。

综上所述，施用石灰和土壤水分变化均对SOC矿化产生影响，但土壤水分变化是否影响石灰对SOC矿化的效应尚不清楚。国内大面积的酸性稻田将来可能通过施用石灰来改良[2]，这可能对SOC矿化和气候变化产生深远影响。另外，中国稻田水分含量在水稻种植前后存在较大变化[19]，对SOC矿化也会产生影响。通常，不同母质的土壤其物化和生化性质也存在差异，不同母质的土壤对外源添加物的响应可能也存在差异。因此，弄清土壤在不同水分含量时施用石灰对SOC矿化的影响具有重要的科学意义。为此，本研究选取了中国热带和亚热带地区较为常见的2种母质的酸性水稻土，通过室内培养试验，设置不同土壤水分条件，分析白云石添加对SOC矿化的影响，以期为白云石在酸性土壤改良中的应用提供依据和指导。

1 材料与方法

1.1 土壤和白云石

供试土壤分别采自湖北省蕲春县（30°09′26.3″N，115°22′55.4″E）和赤壁市（29°50′00″N，114°09′37″E）稻田。由于两地水稻土翻耕深度接近20 cm，采样取表层0～20 cm范围内的土壤。两处稻田的作物栽培方式分别为中稻-再生稻、油菜-中稻轮作。采自蕲春县的土壤母质为花岗片麻岩，土壤类型为棕红壤，采自赤壁市的土壤母质为第四纪红土，土壤类型为红壤。在土壤进行均质化前，先剔除土壤中植物的叶和根、石头等。随后，将采集的土壤风干并磨细过2 mm筛、备用。土壤的理化性质见表1所示。2种土壤均呈酸性，其中棕红壤的酸度（pH值5.2）显著高于红壤（pH值5.5）。此外，棕红壤的SOC和总氮（Total Nitrogen，TN）含量均显著高于红壤。红壤黏粒含量显著高于棕红壤。根据中国土壤质地分类，2种土壤分别为粉土和粉黏土。

表1 土壤基本理化性质Table 1 Basil physicochemical properties of soils土壤类型Soil typepH值pH value土壤有机碳Soil organic carbon/%总氮Total nitrogen/%容重Bulk density/(g·cm-3)田间持水量Field water holding capacity/%质地 Texture 黏粒 Clay/%粉粒 Silt/%砂粒 Sand/% 棕红壤Brown red soil5.2 ± 0.1b2.18 ± ± ± ± ± ± ± 0.56a 红壤Red soil5.5 ± 0.2a1.70 ± ± ± ± ± ± ± 0.44b

试验所用的白云石采购自河北省行唐县某矿粉加工厂，粒径<0.15 mm。白云石的无机碳、CaO和MgO含量分别为(9.)%、(30.)%和(22.)%，pH值（1:2.5水）为10.。

1.2 试验设计