东北黑土区长期不同种植模式下土壤碳氮特征评价

【作者】 宋振伟； 郭金瑞； 彭宪现； 朱平； 高洪军； 彭畅； 张卫建；

【机构】 中国农业科学院作物科学研究所/农业部作物生理生态重点实验室； 吉林省农业科学院农业环境与资源研究中心； 南京农业大学应用生态所；

【摘要】 【研究背景】土壤有机碳与氮素是衡量土地可持续利用管理中的重要指标,其质量和数量影响土壤物理、化学和生物特征及其过程,进而影响到土壤肥力的保持与提高。增加土壤有机碳有利于培育地力、改善土壤结构、为作物生长提供碳源,同时可减少CO₂等温室气体向大气的释放,减缓全球气候变化趋势及其对环境的负面影响。增加土壤氮素有效性则有利于满足作物氮需求、减少养分损失、降低农业生态环境污染。此外,土壤有机碳与氮素动态变化在农田生态系统中密切相关,土壤有机碳含量的增加有利于提高土壤氮素的有效性。前人研究表明土壤碳氮变化与耕作方式、种植模式、养分管理等密切相关,如在轮作中插入豆科作物、施用有机肥和化肥等农业管理措施均可显著提高土壤中的有机碳含量及其物理化学稳定性,增加土壤的氮素供应,提高土壤微生物对有机碳氮的利用率。然而不同种植模式下增加施用有机肥后,土壤有机碳含量及其物理、化学稳定性,土壤氮素有效性、以及土壤碳氮的相互关系动态变化关系如何,尚缺乏相关报道。【材料与方法】本研究借助在吉林公主岭建立的长期定位试验,选择休闲、增施有机肥条件下的玉米连作、玉米大豆轮作、大豆连作等处理,系统评价了种植模式对土壤不同形态碳氮的影响及其相互关系。【结果与分析】经过20年的增施有机肥,3个种植模式处理的耕层（0²0 cm）土壤有机碳、全氮和有效氮含量比休闲处理分别提高23.5⁴6.8%、4.9⁶4.3%和35.4¹21.9%,其中以玉米连作处理最高;有机碳与全氮、有效氮含量呈极显著的相关关系,表明较高的有机碳含量会促进氮素有效性。休闲处理的耕层微生物碳含量比3个种植模式处理分别高6.1³1.8%,微生物量氮则分别低3.2⁵8.9%;而3个种植模式处理下以玉米连作的微生物量碳、氮含量最高。此外,玉米连作处理的高活性有机碳组分显著高于其他处理,其化学活性指数也显著高于玉米大豆轮作处理,造成连作处理下的土壤有机碳含量对外界环境变化较为敏感。【结论】上述研究表明,长期玉米连作结合增施有机肥,可显著提高土壤有机碳含量,促进土壤氮素有效性,改善土壤肥力,但应配合采用合理的耕作措施,以降低有机碳分解风险。更多还原