长期定位施肥对土壤的碳氮共济效应情景分析

雷宝坤; 刘宏斌; 陈安强; 毛妍婷; 续勇波; 《生态环境学报 》 2014 北大核心 CSCD

摘要：碳氮共济的概念体现了二者间共同依赖、共同转化、共同协作的关系,将土壤碳和氮均作为改善土壤质量的主动因素,这一概念有别于其它碳氮关系论述时只考虑元素间的被动耦合机制。土壤碳和氮之间存在着相互依存和相互制约的关系,土壤碳、氮在数量上和结构上需要处于什么样的状态才能够实现土壤碳氮的共济关系,土壤碳对氮有多大的承载能力等是值得探讨的问题。文章利用我国长期定位试验中的土壤碳氮数据,分析土壤的碳氮质量分数变化特征、施肥对土壤w(C)/w(N)比的影响、土壤碳对氮素的储存能力、碳氮共济关系及其情景分析,以便为充分挖掘土壤碳氮的生物学潜力、提高土壤生产力、改善环境和实现碳氮的良性循环提供依据。通过检索文献数据库,选取了69篇记载有土壤碳氮数据的有代表性的文章,获得土壤碳氮数据1 782项。分析结果表明:土壤碳氮关系可以用yC=7.66xN+1.816 2(r2=0.734**,n=737)表达,土壤平均全氮质量分数为1.17 g·kg-1,变化范围在0.08~3.52 g·kg-1之间,土壤平均有机碳质量分数为10.8 g·kg-1,变化范围在0.64~32.08g·kg-1之间;土壤w(C)/w(N)比集中在7.6~10.7之间,占总样本的80%左右,有机无机配施有利于提高土壤的w(C)/w(N)比,单施化肥,特别是偏施某一种化肥时,将显著降低土壤的w(C)/w(N)比;在土壤氮素储存率为N 20 kg·hm-2·a-1,目标w(C)/w(N)比为9、10、11的情景下,目前已经处于碳饱和的土壤分别占:52.7%、72.1%、87.5%;储存率为N 50 kg·hm-2·a-1的情景下分别占:58.2%、78.2%、91.4%;储存率为N 100 kg·hm-2·a-1的情景下分别占68.7%、87.6%、95.8%。土壤碳氮质量分数变异很大,总体碳氮比稳定在7.66左右,偏施化肥将显著降低土壤的w(C)/w(N)比,较低的土壤w(C)/w(N)比和较高的氮素储存率情景下,土壤碳素对氮素储存能力将会迅速达到饱和,这将带来潜在的环境风险和降低土壤生产能力。土壤碳氮共济关系直接影响到土壤中氮素的固定、矿化、硝化等过程;也影响到土壤的微生物活性;对土壤有机质的质量也产生重要影响,最终将影响到植物的生长状况和带来环境风险。因此,进一步的研究工作应该侧重于揭示土壤碳氮共济失调的根本原因、揭示土壤有机质的组分变化和动力学特征。

关键词： 碳氮共济 情景分析 碳饱和 w(C)/w(N)比