





中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (19): 3856-3868.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.19.012
梅秀文(
), 祝腾霄, 李玉萍, 李双异, 孙良杰, 安婷婷(
), 汪景宽
收稿日期:2022-11-04
接受日期:2022-12-09
出版日期:2023-10-01
发布日期:2023-10-08
通信作者:
联系方式:
梅秀文,E-mail:mxw18837135304@163.com。
基金资助:
MEI XiuWen(
), ZHU TengXiao, LI YuPing, LI ShuangYi, SUN LiangJie, AN TingTing(
), WANG JingKuan
Received:2022-11-04
Accepted:2022-12-09
Published:2023-10-01
Online:2023-10-08
摘要:
【目的】秸秆还田是我国东北黑土地保护的重要措施。在实际的农业生产中秸秆与根际沉积同时存在,然而关于它们同时存在时秸秆碳氮在土壤中的固定特征仍不清楚。本研究旨在比较不同土层土壤有机碳(SOC)中秸秆碳(13C-SOC)和土壤全氮(TN)中秸秆氮(15N-TN)含量的差异,探讨不同施肥下根际沉积对秸秆碳氮在土壤中固存的影响,以期为东北黑土地的保护和利用提供依据。【方法】以沈阳农业大学长期定位试验站不同施肥处理(不施肥,CK;单施化肥,NP)为研究对象,分别仅添加13C15N双标记秸秆(S)和添加13C15N双标记秸秆结合根际沉积(以下简称“根际沉积”)(SR),即设CK+S、CK+SR、NP+S和NP+SR 4 个处理。分别在田间原位试验的第50天和第150天采样,并测定不同土层SOC含量及其δ13C值、TN含量及其δ15N值。【结果】在秸秆分解前期(第50天),施肥、根际沉积及其交互作用显著影响(P<0.05)表层(0—20 cm)土壤的13C-SOC和15N-TN含量。第50天,CK+SR与CK+S处理相比,表层土壤的13C-SOC和15N-TN含量分别增加了18.6%和21.7%(P<0.05);不同施肥下,S(CK+S和NP+S)与SR(CK+SR和NP+SR)处理表层土壤13C-SOC对SOC的贡献率平均分别为10.5%和12.0%;CK下两个处理(CK+S和CK+SR)与NP下对应的处理(NP+S和NP+SR)相比,表层土壤15N-TN对TN的贡献率平均增加了27.6%(P<0.05)。第50天,深层土壤(20—50 cm)13C-SOC对SOC的贡献率和15N-TN对TN的贡献率分别为1.0%—2.2%和0.5%—0.9%。在秸秆分解后期(第150天),根际沉积和施肥分别显著影响(P<0.05)表层土壤13C-SOC和15N-TN含量。第150天,仅添加秸秆处理与根际沉积处理相比,表层土壤13C-SOC含量增加了12.6%(P<0.05);CK下两个处理与NP下对应的处理相比,表层土壤15N-TN含量平均增加了22.0%(P<0.05);CK各处理和NP各处理表层土壤15N-TN对TN的贡献率平均分别为5.5%和4.0%。第150天,深层土壤13C-SOC对SOC的贡献率和15N-TN对TN的贡献率分别为0.8%—3.2%和0.7%—1.8%。【结论】秸秆分解后期根际沉积对表层土壤中秸秆碳的固定起负反馈效应,秸秆碳氮不断从表层土壤向深层土壤迁移和累积,其对土壤有机碳和氮库稳定性的影响应予以重视。
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表1
不同施肥处理土壤(0—50 cm土层)基本性质(2021年)"
| 施肥处理 Fertilization treatment | 土壤深度 Soil depth (cm) | 土壤有机碳 Soil organic carbon (g·kg-1) | δ13C值 δ13C value (‰) | 全氮 Total nitrogen (g.kg-1) | δ15N值 δ15N value (‰) | 碳氮比 C/N ratio | 铵态氮 Ammonium nitrogen (mg·kg-1) | 硝态氮 Nitrate nitrogen (mg·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| CK | 0—20 | 8.77±0.14Ab | -18.08±0.12Aa | 1.09±0.01Ab | 6.45±0.28Ab | 8.02±0.10Aa | 4.52±0.06Ab | 9.81±0.04Ab | 7.43±0.72Bb |
| 20—40 | 6.62±0.03Bb | -18.95±0.04Ba | 0.83±0.02Bb | 6.36±0.09Aa | 8.00±0.21Aa | 4.15±0.21Bb | 5.56±0.24Bb | 9.21±0.42Ab | |
| 40—50 | 3.49±0.03Cb | -19.83±0.04Cb | 0.61±0.02Cb | 6.64±0.12Aa | 5.79±0.12Bb | 4.74±0.10Aa | 2.20±0.18Cb | 3.95±0.08Cb | |
| NP | 0—20 | 9.73±0.24Aa | -18.94±0.02Ab | 1.33±0.06Aa | 6.95±0.07Aa | 7.62±0.08Ab | 8.07±0.14Aa | 71.23±1.42Aa | 45.83±0.63Ba |
| 20—40 | 7.28±0.12Ba | -18.90±0.03Aa | 1.18±0.01Ba | 6.50±0.16Ba | 6.19±0.11Bb | 6.05±0.03Ba | 58.99±1.03Ba | 60.95±0.21Aa | |
| 40—50 | 4.22±0.04Ca | -19.22±0.20Ba | 0.68±0.00Ca | 6.56±0.03Ba | 6.25±0.04Ba | 4.56±0.22Ca | 18.65±0.47Ca | 5.37±0.30Ca |
表2
施肥、根际沉积及其交互作用对土壤剖面秸秆碳氮固定影响的方差分析(P值)"
| 因变量 Variance | 因子 Factor | 50 d | 150 d | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0—20 cm | 20—40 cm | 40—50 cm | 0—20 cm | 20—40 cm | 40—50 cm | ||
| SOC | 施肥 Fertilization (F) | P<0.01 | 0.174 | P<0.05 | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | 0.167 | P<0.05 | 0.083 | 0.337 | P<0.01 | P<0.01 | |
| F×R | P<0.01 | P<0.05 | 0.776 | 0.587 | P<0.01 | P<0.01 | |
| 13C-SOC | 施肥 Fertilization (F) | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 | 0.085 | P<0.01 | P<0.01 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | P<0.01 | 0.354 | P<0.05 | P<0.01 | P<0.01 | P<0.05 | |
| F×R | P<0.01 | 0.279 | 0.205 | 0.920 | P<0.01 | P<0.01 | |
| fmc | 施肥 Fertilization (F) | 0.150 | 0.089 | P<0.01 | P<0.05 | 0.142 | P<0.01 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | P<0.01 | 0.127 | P<0.05 | P<0.01 | 0.359 | P<0.01 | |
| F×R | 0.906 | P<0.05 | 0.138 | 0.924 | P<0.01 | P<0.01 | |
| TN | 施肥 Fertilization (F) | P<0.01 | 0.976 | P<0.05 | P<0.01 | P<0.01 | 0.719 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | 0.866 | 0.188 | 0.449 | 0.865 | 0.153 | P<0.01 | |
| F×R | 0.068 | 0.129 | 0.190 | 0.074 | P<0.05 | P<0.01 | |
| 15N-TN | 施肥 Fertilization (F) | P<0.01 | P<0.01 | P<0.05 | P<0.01 | P<0.01 | 0.081 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | P<0.01 | P<0.01 | 0.141 | 0.219 | P<0.01 | P<0.01 | |
| F×R | P<0.01 | P<0.01 | P<0.05 | 0.113 | P<0.01 | 0.347 | |
| fmn | 施肥 Fertilization (F) | P<0.01 | P<0.01 | 0.189 | P<0.01 | 0.115 | P<0.05 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | P<0.01 | P<0.05 | 0.065 | 0.150 | P<0.01 | P<0.05 | |
| F×R | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 | 0.516 | P<0.01 | P<0.05 | |
表3
添加13C15N双标记秸秆第50天和第150天土壤中秸秆碳、氮的残留率"
| 处理 Treatment | 秸秆碳的残留率 Residual percentage of straw carbon, Rmc (%) | 秸秆氮的残留率 Residual percentage of straw nitrogen, Rmn (%) | ||
|---|---|---|---|---|
| 50 d | 150 d | 50 d | 150 d | |
| CK+S | 38.1±1.2c | 44.6±0.4a | 66.8±0.0d | 88.4±2.6a |
| CK+SR | 47.5±1.9a | 37.4±0.3 c | 81.9±0.9a | 74.7±1.7b |
| NP+S | 42.8±1.0b | 42.1±2.0b | 71.7±0.1b | 69.8±1.8c |
| NP+SR | 44.2±1.9b | 41.3±0.2b | 68.7±0.8c | 74.4±0.7b |
| 施肥 Fertilization (F) | 0.429 | 0.266 | P<0.01 | P<0.01 |
| 根际沉积 Rhizodeposition (R) | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 |
| F×R | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 | P<0.01 |
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