增温施肥对农田土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C、δ^(15)N值的影响

摘要

农田土壤是重要的碳氮库,对气候变化极其敏感,但土壤碳氮循环对气候变化的响应目前还不清楚。在全球变暖背景下,为了实现我国碳达峰、碳中和目标,研究增温对土壤有机碳、全氮含量及其碳氮同位素的影响具有重要的现实意义。本研究采用红外辐射加热器模拟全球变暖,使5 cm土壤温度增加约2℃。通过测定灌溉前后土壤有机碳和全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值的变化,研究增温、施氮和灌溉对华北平原小麦田土壤碳氮库的影响。试验共设4个处理:不施氮不增温(N0T0)、不施氮增温(N0T1)、施氮不增温(N1T0)和施氮增温(N1T1)。结果表明:灌溉前,增温降低了土壤有机碳含量,0~10 cm土层N1T1处理与不增温处理(N0T0和N1T0)之间差异显著(P<0.05),10~20 cm土层N1T1处理与其他处理差异均显著(P<0.05);灌溉后,增温虽有降低土壤有机碳含量的趋势,但差异不显著;施氮条件下,增温显著提升了δ^(13)C值(P<0.05)。增温降低了土壤全氮含量,并在灌溉前10~20 cm土层和灌溉后0~10 cm土层达显著水平(P<0.05);增温提升了土壤δ^(15)N值,灌溉前0~10 cm土层N0T0处理与增温处理(N0T1和N1T1)差异显著(P<0.05),灌溉后0~10 cm土层仅N0T1和N1T0处理间差异显著(P<0.05),而10~20 cm土层增温处理(N0T1和N1T1)均与N1T0处理差异显著(P<0.05)。同一处理同一时期,土壤有机碳和全氮的含量随土壤深度的增加而降低,δ^(13)C和δ^(15)N值随深度增加而升高,但土壤有机碳和δ^(13)C值的变化差异不显著,全氮含量和δ^(15)N值的变化差异显著(P<0.05)。土壤有机碳、全氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值在灌溉前后的差异均不显著。连续5年的增温施氮试验表明,未来气候变暖可能会加快土壤有机碳和全氮的分解,造成更多轻组有机碳损失。灌溉在短期内不会显著改变土壤碳氮含量及δ^(13)C和δ^(15)N值,但其长期影响还需进一步探究。此外,未来研究还应该重视多因素交互作用对土壤碳氮循环的影响。