氮肥施用对不同类型土壤无机碳转化特性研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chenpeixin
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土壤碳库主要包括有机碳库(SOC)和无机碳库(SIC),两者组成不同但相互影响,在维持土壤肥力、保持土壤健康和保证粮食生产中发挥着重要作用。一般认为,SIC是一种惰性碳库且转化周期较慢。近年来有研究发现,大量氮肥施用导致的土壤酸化显著加速了农田土壤无机碳的周转速率。农田土壤无机碳在缓冲土壤酸化的同时自身被溶解向大气释放CO2,然而在定量和评估土壤碳库对大气CO2释放和全球碳循环时只考虑了有机碳的影响。目前,关于施氮对土壤无机碳溶解、迁移和释放的研究还相对较少。因此,本研究采用室内培养法和13C自然丰度法定量了施氮后土壤无机碳CO2释放的动态变化及贡献比例;通过室内土柱淋溶试验评价了连续施用不同种类氮肥对土壤无机碳影响的差异;通过田间长期定位试验比较了栽培模式和施氮量对土壤碳库和土壤酸化的影响,并利用扫描电镜及X射线衍射分析了施氮对土壤矿物组成和土壤颗粒元素组成和重量百分含量的变化。研究结果如下:(1)利用室内密闭培养法与13C自然丰度法相结合的方法研究了不同氮肥处理(包括不施氮(N0)、施氮0.2 g kg-1(N0.2)和施氮0.2 g kg-1添加硝化抑制剂(N0.2+DMPP)处理)下6种不同无机碳含量土壤培养过程中CO2释放及来源于土壤无机碳释放CO2(SIC-CO2)比例。结果表明,施用铵态氮肥显著增加了土壤CO2释放量。与不施氮相比,各土壤N0.2和N0.2+DMPP处理土壤CO2累积释放量分别提高了42.5%-99.7%和22.5%-84.2%,土壤CO2累积释放量与土壤碳酸盐含量有明显的线性正相关关系,随着土壤碳酸钙含量增加,土壤CO2累积释放量越高。塿土培养13天后N0、N0.2和N0.2+DMPP处理土壤SIC-CO2的比例分别为33-37.2%、45.6-48.6%和40.1-40.3%。与N0处理相比较,N0.2和N0.2+DMPP处理13天内SIC-CO2的比例分别增加了11.4-12.6%和3.2-7.2%,说明施用氮肥促进了石灰性土壤无机碳的释放。(2)采用土柱淋溶试验研究了连续施用不同种类氮肥(硫酸铵、尿素和硝酸钾)对两种不同碳酸钙含量土壤(分别为3.32 g kg-1和33.69 g kg-1)淋溶液组成、土壤性质,包括土壤p H、碳酸钙、土壤方解石矿物和元素组成重量含量的影响。结果表明:施用氮肥显著增加了土壤水溶性钙镁离子的含量,加速了钙镁离子淋溶损失。施用硫酸铵和尿素处理显著降低了土壤p H和Ca CO3含量,0-5 cm土层降低幅度最大,不同氮肥种类表现为:硫酸铵>尿素>硝酸钾=不施氮。初始碳酸钙含量为3.32 g kg-1的土壤硫酸铵处理培养结束后已不含碳酸钙。与不施氮处理相比,硫酸铵处理方解石X射线衍射强度峰值明显下降,土壤Ca元素的重量百分含量也降低,验证了连续施用铵态氮肥增加了土壤碳酸盐的损失。(3)以在我校农作一站及周至县进行的两个长期定位试验为研究对象,研究了栽培模式和施氮量水平对0-20 cm、20-40 cm土壤碳库及土壤酸化的影响。农作一站定位试验选取休闲、常规和覆草模式,施氮量水平分别为0、120和240 kg hm-2;周至定位试验选取秸秆还田和不还田模式,施氮量水平分别为0、168和336 kg hm-2。结果表明,两个定位试验覆草和秸秆还田模式显著提高了各个土层土壤有机碳和无机碳储量。与休闲相比,农作一站试验常规和覆草模式0-20 cm土壤无机碳储量分别增加5.25 t ha-1、6.51 t ha-1。与N0处理相比,常规模式0-20 cm土壤无机碳储量随着施氮量的增加而显著降低,N120和N240处理分别下降1.2 t ha-1和3.99 t ha-1,覆草模式N240处理土壤无机碳储量显著下降。0-20 cm土壤p H随着施氮量增加而显著降低,而土壤缓冲容量在高氮处理下有所降低。农作一站不同施氮量处理土壤p H下降约0.1个单位,而周至试验土壤N168和N336处理p H分别平均下降了0.54、0.78个单位。可见,石灰性土壤通过溶解碳酸盐有效缓冲了长期施氮导致的土壤酸化,而不含碳酸盐土壤p H下降迅速,土壤酸化加剧。
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