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长期施肥对土壤无机碳变化的影响及机理研究

杨潇  
【摘要】:土壤无机碳(SIC)是干旱和半干旱地区重要的碳库,在陆地生态系统碳循环中起着重要作用。施肥制度是对SIC影响最为强烈的农艺管理措施之一,不同施肥措施对SIC变化会造成重要影响。本研究基于黄土高原40年的长期定位施肥试验,选择以下七个长期试验处理:长期不施肥处理(CK)、氮肥处理(N)、氮磷肥处理(NP)、氮磷肥与秸秆配施处理(NPS)、有机肥处理(M)、氮磷肥与有机肥配施处理(NPM)和撂荒处理(F)。采用稳定碳同位素技术,开展长期不同施肥对SIC变化的影响及机理研究,探明长期施肥对土壤剖面SIC的变化规律,揭示长期施肥对SIC中次生碳酸盐(PC)形成的影响机理,阐明由SIC对碳排放的贡献,明确SIC的固碳潜力及其对土壤碳排放的贡献,该研究旨在为我国旱地SIC的固碳减排提供科学理论和技术支持。主要结论如下:(1)长期施肥对不同剖面土壤无机碳库的影响相比较长期(40年)施用化肥,施用有机肥更有助于土壤有机碳(SOC)和无机碳库的积累。与CK相比,在不同土壤深度剖面下,长期施用化肥处理(N和NP)SIC储量均降低;在0-60 cm土层,施用化肥处理(N和NP)SIC储量降低了10.9-17.2%;M和NPM处理不仅显著增加了SOC储量,而且明显增加了SIC储量,提高了8.5-18.8%,从而显著增加了STC储量,提高了21.6-33.1%。此外,在0-150 cm土层,与CK相比,NP、NPS、M和NPM处理土壤有机碳(SOC)储量均增加,提高了8.1-26.3%。长期施用化肥(N和NP)造成土壤总碳(STC)储量减少约6%,M和NPM处理STC储量增加了9.7-12.4%。在土壤剖面上SOC与SIC呈正相关关系。(2)长期施肥对不同剖面土壤次生碳酸盐形成的影响利用稳定碳同位素技术分析表明,在0-60 cm土层,与CK相比,所有施肥处理均降低了原生碳酸盐(LC)储量和增加了PC储量,施用化肥(N和NP)LC储量显著减少了23.8-59.7%,PC储量增加了4.3-32.8%;M和NPM处理显著增加了PC储量,提高37.1-47.0%,而并没有显著降低LC的储量。在0-60 cm土壤剖面上,SOC与PC呈极显著正相关关系,长期施用有机肥可促进PC的积累以及SOC向SIC进行转化,这为有机肥促进旱地SIC的碳固存提供了初步依据。(3)土壤无机碳和有机碳对CO_2排放的影响利用δ~(13)C自然丰度法研究表明,农田土壤中由SIC造成的CO_2排放贡献比例为9.3-34.9%。与CK相比,施用化肥(N和NP)并没有显著增加由SIC造成的CO_2排放比例,可能是因为长期施用氮肥,前期已引起大量的碳酸盐的溶解,而后期达到了平衡的状态。与NP处理相比,除在小麦播种后测定的NPS处理外,在小麦播种后、小麦开花期后和休闲期测定的NPS、M和NPM处理均显著降低了由SIC造成的CO_2排放比例,分别减少24.2-69.7%、20.0-48.6%和36.4-60.4%。在小麦生长季和休闲期,与CK相比,施用化肥(N和NP)略微降低了土壤CO_2累计排放量以及由SOC造成的CO_2累计排放量,而NPS、M和NPM处理均表现显著增加,此外,施用化肥(N和NP)平均降低了由SIC造成的CO_2累计排放量;与NPM处理相比,M处理显著增加了由SIC造成的CO_2累计排放量。


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