沼液中HCO3-对水稻生长的类CO2施肥效应

【目的】 沼液富含氮素是其农田利用的基础,但不可忽视的是,沼液中还含有大量的HCO₃^-。探讨沼液还田过程中HCO₃^-的转化及其对水稻生长的影响,以期为沼液替代化肥,实施化肥减量及沼液资源化利用提供新的理论依据。【方法】 设置沼液原液（BS）、去除HCO₃^-的沼液（BS?B）、去离子水加HCO₃^-（W+B）和去离子水（W）4个处理,采用¹³C标记技术,通过水稻苗期盆栽试验,观测CO₂释放特征,同步分析水稻光合作用速率、胞间CO₂浓度、干鲜重、株高,以及上覆水和土壤pH、HCO₃^-、NH₄⁺含量等的变化。【结果】 （1）BS处理下CO₂释放速率为9.55—38.07 mg·kg^-1·h^-1,净累计释放量为4 654.06 mg·kg^-1;BS?B处理下CO₂释放速率为4.55—17.25 mg·kg^-1·h^-1,净累计释放量为780.68 mg·kg^-1;W+B处理下CO₂释放速率为3.93—26.33 mg·kg^-1·h^-1,净累计释放量为1 274.07 mg·kg^-1;W处理下CO₂释放速率为3.22—11.90 mg·kg^-1·h^-1,累计释放量为2 265.20 mg·kg^-1。BS处理下CO₂平均释放速率分别是BS?B和W+B的4.18倍和2.44倍,净累计释放量分别是BS?B和W+B的5.96倍和3.65倍,均显著高于BS?B和W+B处理。同时,BS处理下的CO₂净累计释放量大于BS?B与W+B两个处理之和,因此HCO₃^-与沼液中其他组分在对CO₂释放影响方面存在协同效应。（2）培养期内BS处理下¹³CO₂的净累计释放量为32.87 mg·kg^-1,占土壤-水稻系统CO₂净累计释放量的0.71%;W+B处理下¹³CO₂的净累计释放量为13.18 mg·kg^-1。相比较而言,BS处理下的¹³CO₂净累计释放量显著高于W+B（P<0.05）,这表明沼液中的其他组分促进了HCO₃^-向CO₂的转化。（3）BS和BS?B处理在前12 h水稻的净光合速率显著高于W+B和W处理;添加培养液后2—7 d,BS处理下的净光合速率值显著高于BS?B,同时,整个培养期间均显著高于W+B处理（P<0.05）,沼液中的HCO₃^-显著改善了水稻叶片的光合作用。相比较而言,BS处理前5 d胞间CO₂浓度均显著低于其他3个处理。BS和BS?B处理下水稻株高和水稻鲜重均显著高于W+B和W处理（P<0.05）,4个处理间水稻干重无显著差异。（4）BS处理水稻幼苗固定的¹³CO₂量为4.05 g·kg^-1,标记物H¹³CO₃^-利用率为18.54%;W+B处理的¹³CO₂固定量为3.29 g·kg^-1,H¹³CO₃^-利用率为14.20%。H¹³CO₃^-源的¹³CO₂促进水稻光合作用,有利于水稻生长。（5）BS和W+B处理下CO₂及¹³CO₂释放速率均与上覆水和土壤HCO₃^-含量、pH显著相关;同时,BS和W+B处理下水稻光合速率均与土壤中HCO₃^-含量显著正相关。【结论】 沼液还田,大量HCO₃^-转化显著促进了CO₂的释放,有利于水稻光合作用。土壤中的HCO₃^-含量和土壤pH是影响CO₂释放和水稻光合作用的重要因素。同时,水稻对沼液中的HCO₃^-具有更高的利用率,沼液中的HCO₃^-存在明显的类CO₂施肥效应。