施用不同種類(lèi)氮肥對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)塿土碳釋放的影響

孟 延，李雪松，郝平琦，張盈科，張永民，周建斌*

施用不同種類(lèi)氮肥對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)塿土碳釋放的影響

孟 延1，2，李雪松1，郝平琦2，張盈科2，張永民2，周建斌1*

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 楊凌712100；2.渭南市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西 渭南714000）

采用密閉培養(yǎng)法探究了不同類(lèi)型氮肥對(duì)土壤碳釋放的影響及可能的調(diào)控機(jī)理，為土壤碳氮調(diào)節(jié)提供參考。分別在未干燒及干燒條件下，測(cè)定加入三種氮肥[NH4NO3、KNO3、（NH4）2SO4]之后土壤碳釋放量、釋放比例、土壤pH值及礦質(zhì)態(tài)氮含量的變化。結(jié)果表明：未干燒條件下加入不同氮肥均增加了塿土CO2的釋放，比對(duì)照平均增加36.6%；加入（NH4）2SO4的土壤CO2增加幅度顯著高于其他處理，與施氮促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化以及硝化作用降低pH值促進(jìn)碳酸鹽分解有關(guān)；干燒后土壤硝化作用及pH值降低幅度低于未干燒土壤，但加入氮肥仍促進(jìn)了土壤CO2的釋放，且比對(duì)照平均增加24.5%；整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程估算出CO2源于無(wú)機(jī)碳的釋放比例平均為27.2%。這表明無(wú)機(jī)碳也是西北石灰性土壤碳釋放的來(lái)源，對(duì)于大量施用氮肥引起的無(wú)機(jī)碳釋放應(yīng)當(dāng)在今后的碳氮研究中引起重視。

氮肥種類(lèi)；干燒；無(wú)機(jī)碳；碳釋放

人類(lèi)活動(dòng)已經(jīng)成為當(dāng)前溫室效應(yīng)的主要推動(dòng)因素，由此帶來(lái)的氣候問(wèn)題正日益威脅著人類(lèi)的生存和發(fā)展。在諸多溫室氣體中，CO2濃度的增加無(wú)疑最引人關(guān)注。盡管不同溫室氣體對(duì)溫室效應(yīng)都有影響，但I(xiàn)PCC第五次評(píng)估報(bào)告指出，CO2仍是目前對(duì)全球氣候變暖影響最大的氣體[1]。除工業(yè)排放外，農(nóng)業(yè)排放也是目前大氣CO2濃度增加的來(lái)源之一[2]，每年從農(nóng)田土壤碳庫(kù)向大氣排放的CO2占當(dāng)年人為排放總量的21%～30%[3-5]，因而有關(guān)土壤碳庫(kù)的固持與轉(zhuǎn)化也是當(dāng)前眾多學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

土壤碳庫(kù)包括有機(jī)碳庫(kù)和無(wú)機(jī)碳庫(kù)。就全球范圍而言，干旱半干旱地區(qū)以碳酸鹽的形式貯藏了大量無(wú)機(jī)碳，儲(chǔ)量達(dá)750～950 Pg[6]，這些地區(qū)無(wú)機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量為有機(jī)碳庫(kù)的2～5倍，約占全球無(wú)機(jī)碳庫(kù)的92%[7]。我國(guó)無(wú)機(jī)碳庫(kù)主要分布在西北地區(qū)，貯量在53.3～77.9 Pg[8-9]。以往多認(rèn)為土壤無(wú)機(jī)碳庫(kù)比較穩(wěn)定，對(duì)于土壤碳的相關(guān)研究以有機(jī)碳為主。近年來(lái)許多研究表明，含有無(wú)機(jī)碳的土壤發(fā)生碳酸鹽沉淀和溶解時(shí)有13%～30%的CO2釋放[10-12]，證明了無(wú)機(jī)碳在穩(wěn)定碳庫(kù)儲(chǔ)量和調(diào)節(jié)CO2濃度方面同樣具有不可忽視的作用，尤其在旱區(qū)土壤碳循環(huán)方面更為突出[13-14]。

我國(guó)氮肥的大量施用，盡管在作物增產(chǎn)方面發(fā)揮了顯著作用，但過(guò)量施用帶來(lái)的土壤、河流污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重。北方由于降水少且土壤富集碳酸鹽而被認(rèn)為具有較強(qiáng)的緩沖能力，受到的影響不大。但近年來(lái)有研究表明氮肥過(guò)量引起土壤酸化已經(jīng)對(duì)全球無(wú)機(jī)碳儲(chǔ)量和組分產(chǎn)生影響[15]。Yang等[16]對(duì)我國(guó)1980—2000年間草原無(wú)機(jī)碳庫(kù)儲(chǔ)量進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，土壤酸化已使無(wú)機(jī)碳以每年平均26.8 g C·m-2的速率在降低；Wu等[17]則發(fā)現(xiàn)，由于我國(guó)長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)活動(dòng)的影響，土壤無(wú)機(jī)碳自20世紀(jì)80年代至今已損失約1.6 Pg C，表層土壤的損失占28.8%。作為我國(guó)古老農(nóng)業(yè)發(fā)源地之一的陜西關(guān)中地區(qū)已有兩千多年的耕種歷史，由于長(zhǎng)期施用土糞，在原地帶性土壤——褐土剖面的基礎(chǔ)上形成了厚度達(dá)50～100 cm的覆蓋層，使得塿土的特性有別于其他土壤[18-19]。而施用氮肥對(duì)于塿土無(wú)機(jī)碳釋放的影響如何，尚少見(jiàn)報(bào)道。

干燒法是在特定溫度下將土壤灼燒一定時(shí)間，通過(guò)計(jì)算干燒前后土壤質(zhì)量的差值而得出有機(jī)碳含量[20]，該方法也是分析石灰性土壤無(wú)機(jī)碳常用的前處理方法。因此，本試驗(yàn)選取塿土作為研究對(duì)象，利用室內(nèi)培養(yǎng)法探究了施用不同氮肥后塿土干燒前后碳釋放、礦質(zhì)態(tài)氮及pH值的變化，旨在評(píng)價(jià)石灰性土壤碳、氮作用機(jī)理及效應(yīng)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站試驗(yàn)地0～20 cm土層。該地位于渭河三級(jí)階地，海拔523 m，年平均氣溫13℃，年平均降水量600～650 mm，主要集中在7—9月，年均蒸發(fā)量1400 mm，屬于半濕潤(rùn)易旱區(qū)。土壤類(lèi)型為褐土類(lèi)，塿土亞類(lèi)，紅油土屬，系統(tǒng)分類(lèi)為土墊旱耕人為土，耕層土壤質(zhì)地為粉砂粘壤土[21]。土樣采回后風(fēng)干除雜，過(guò)2 mm篩備用。試驗(yàn)前土壤基本性質(zhì)為：pH 7.86，有機(jī)質(zhì)11.41 g·kg-1、全氮0.86g·kg-1、硝態(tài)氮27.65 mg·kg-1、銨態(tài)氮0.75 mg·kg-1、碳酸鈣75.6 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

1.2.1 干燒法處理土樣

稱取足量的過(guò)篩土壤，置于105℃烘箱中12 h去除水分，再均勻地將烘干土壤放入瓷坩堝中，馬福爐550℃條件下干燒5 h至赤紅色。

1.2.2 培養(yǎng)試驗(yàn)1

試驗(yàn)設(shè)兩個(gè)研究因素：氮肥種類(lèi)和干燒。氮肥種類(lèi)設(shè)3種：NH4NO3（含N 35%）、KNO3（含N 13.8%）、（NH4）2SO4（含N 21.2%），施氮量均為0.3 g·kg-1。干燒處理分干燒和未干燒，共組成8個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。以不加氮肥土壤為對(duì)照（CK）。

對(duì)于未干燒土壤，正式培養(yǎng)前先調(diào)節(jié)含水量為當(dāng)?shù)靥镩g持水量（23%）的70%左右，預(yù)培養(yǎng)7 d以恢復(fù)微生物活性。干燒土壤預(yù)培養(yǎng)時(shí)應(yīng)進(jìn)行微生物接種，方法如下[22]：稱取5.00 g鮮土，加入25 mL 5 mmol·L-1CaCl2溶液，振蕩30 min后靜置1 h，將上清液過(guò)5 μm濾膜，將濾液與土壤所要加入的水分按1∶100（V/V）混合。

預(yù)培養(yǎng)結(jié)束后，未干燒和干燒土壤根據(jù)不同氮肥用量加入氮肥并混勻，每個(gè)處理都稱取相當(dāng)于20 g風(fēng)干土的土壤放入小培養(yǎng)瓶中，同時(shí)將裝有10 mL 0.1 mol·L-1NaOH溶液的小瓶與裝有土樣的培養(yǎng)瓶一同放入0.5 L的大培養(yǎng)瓶中加蓋密封，置于25℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)。分別在培養(yǎng)的第1、3、5、7、9、13、17、21、25、32、39、46 d測(cè)定各處理的CO2釋放量。每次測(cè)定后更換NaOH溶液并用稱重法補(bǔ)充土壤水分。

1.2.3 培養(yǎng)試驗(yàn)2

與培養(yǎng)試驗(yàn)1施肥、干燒及培菌方法相同，共組成8個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次。與試驗(yàn)1在相同條件下同時(shí)開(kāi)始培養(yǎng)，每個(gè)處理稱取相當(dāng)于120 g風(fēng)干土的土壤后加無(wú)菌透氣膜封好，并在第1、5、9、21、32、46 d采集土壤樣品，測(cè)定土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮及pH值。定期用稱重法保持水分。

1.3 分析項(xiàng)目及計(jì)算方法

CO2釋放量采用堿液吸收法測(cè)定[23]：每次向裝有NaOH的小瓶加入1.5 mL 1 mol·L－1BaCl2使吸收的CO2沉淀，再用0.1 mol·L－1HCl滴定剩余NaOH，利用差減法計(jì)算CO2釋放量。

土壤無(wú)機(jī)碳釋放CO2的估算比例α（%）=干燒土壤CO2釋放量/未干燒土壤CO2釋放量

土壤礦質(zhì)態(tài)氮的測(cè)定：每次稱取土樣5.00 g，用1 mol·L－1KCl浸提，經(jīng)180 r·min－1振蕩1 h后過(guò)濾，連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定。

土壤pH值測(cè)定：每次稱取土樣10.00 g，水土比2.5∶1，PHS－3C精密pH計(jì)測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2007，作圖采用Sigmaplot 12.0，方差分析采用SAS 8.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 干燒前后土壤主要指標(biāo)含量的變化

由表1可知，干燒后土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量極顯著低于未干燒土壤（P＜0.01），無(wú)機(jī)碳和速效磷含量均無(wú)顯著差異（P＞0.05），無(wú)機(jī)碳含量?jī)H降低了0.21g·kg－1。有機(jī)質(zhì)含量降低了10.49 g·kg－1，干燒率達(dá)到92%。

2.2 土壤礦質(zhì)態(tài)氮含量

由圖1可以看出，無(wú)論是否干燒，加入NH4NO3與（NH4）2SO4的土壤在培養(yǎng)起始階段銨態(tài)氮含量都很高，且（NH4）2SO4處理的土壤銨態(tài)氮在培養(yǎng)前20 d顯著高于NH4NO3處理（P＜0.05），而KNO3處理與對(duì)照土壤在整個(gè)培養(yǎng)周期內(nèi)銨態(tài)氮含量極低。這與氮肥種類(lèi)有關(guān)。未干燒（圖1a）加入NH4NO3與（NH4）2SO4的土壤隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)銨態(tài)氮迅速降低，20 d之后無(wú)明顯變化。干燒后加入（NH4）2SO4的土壤銨態(tài)氮也隨時(shí)間延長(zhǎng)而降低（圖1b），但降低幅度明顯小于未干燒土壤，到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)銨態(tài)氮?dú)埩袅繛?0.11 mg·kg－1，相比起始減少了67%；加入NH4NO3的土壤在整個(gè)培養(yǎng)時(shí)間內(nèi)銨態(tài)氮無(wú)明顯降低，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)含量為91.39 mg·kg－1，相比起始減少了24%。

表1 干燒前后土壤主要指標(biāo)含量變化Table 1 Soil major indexces content before and after dry combustion

圖1 加入不同氮肥后未干燒及干燒土壤銨態(tài)氮含量Figure 1 Soil NH+4－N amount of different N fertilizer treatments with and without dry combustion

未干燒條件下加入（NH4）2SO4的土壤硝態(tài)氮含量隨培養(yǎng)時(shí)間延長(zhǎng)迅速增加（圖2a），到培養(yǎng)結(jié)束時(shí)含量達(dá)279.30 mg·kg－1，是起始值的7.17倍；加入NH4NO3的土壤培養(yǎng)結(jié)束時(shí)硝態(tài)氮也增加了43.5%，與未干燒條件下銨態(tài)氮肥的硝化作用有關(guān)。干燒后加入（NH4）2SO4的土壤硝態(tài)氮增加幅度明顯小于未干燒土壤（圖2b），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)比起始增加了92.86 mg·kg－1。相比可知，NH4NO3處理、KNO3處理及對(duì)照土壤的硝態(tài)氮含量均無(wú)明顯變化，與干燒后各處理的銨態(tài)氮結(jié)果相似。

2.3 土壤pH值

從圖3可以看出，未干燒土壤加入不同氮肥后pH值隨培養(yǎng)時(shí)間顯著降低（圖3a），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)施氮土壤的pH平均值為7.21，比對(duì)照土壤降低0.23個(gè)單位。培養(yǎng)第20 d起，加入NH4NO3與（NH4）2SO4的土壤pH值始終低于加入KNO3土壤，但三者之間差異均未達(dá)顯著（P＞0.05）。相比未干燒土壤，干燒后各土壤pH值顯著升高，培養(yǎng)第1 d的pH平均值為9.66，比未干燒土壤高2.0個(gè)單位，之后隨培養(yǎng)持續(xù)而迅速降低，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)NH4NO3、KNO3、（NH4）2SO4及對(duì)照處理分別比起始降低了1.86、1.99、1.79、1.70個(gè)單位。雖然干燒后土壤pH值顯著降低，但相比未干燒施氮土壤培養(yǎng)結(jié)束時(shí)的pH平均值（7.21），干燒后施氮土壤培養(yǎng)結(jié)束時(shí)pH平均值仍高出0.57個(gè)單位。

圖2 加入不同氮肥后未干燒及干燒土壤硝態(tài)氮含量Figure 2 Soil NO－3－N amount of different N fertilizer treatments with and without dry combustion

圖3 加入不同氮肥后未干燒及干燒土壤pH值Figure 3 Soil pH of different N fertilizer treatments with and without dry combustion

2.4 土壤CO2釋放量

對(duì)于未干燒處理（圖4a），加入氮肥后土壤CO2釋放量與對(duì)照相比都有了一定程度的增加，但不同氮肥增加的結(jié)果不同。加入（NH4）2SO4的土壤在培養(yǎng)第7 d起至結(jié)束CO2累積釋放量始終顯著高于加入KNO3處理及對(duì)照，培養(yǎng)17 d之后顯著高于NH4NO3處理（P＜0.05），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)（NH4）2SO4處理土壤累積釋放量達(dá)711.50 mg·kg－1，分別比NH4NO3、KNO3及對(duì)照土壤高38%、71%及77%；相比對(duì)照，加入NH4NO3在25 d之后也顯著增加了CO2釋放量，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)比對(duì)照增加28.3%；KNO3處理僅比對(duì)照增加3.7%，且在整個(gè)培養(yǎng)周期與對(duì)照差異不顯著。

干燒后土壤CO2釋放量顯著低于未干燒土壤（圖4b），培養(yǎng)結(jié)束時(shí)最高釋放量為153.63 mg·kg－1，NH4NO3、KNO3、（NH4）2SO4處理及對(duì)照釋放量分別比未干燒處理結(jié)束時(shí)降低了76.4%、64.5%、78.4%及71.8%。但相比干燒對(duì)照，加入氮肥也使土壤CO2釋放量有了不同程度的增加。在培養(yǎng)前期至中期，KNO3處理的CO2釋放量高于其他三者，NH4NO3處理則低于對(duì)照。培養(yǎng)32 d之后3種施氮土壤CO2釋放量均有了一定提高，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)NH4NO3、KNO3、（NH4）2SO4處理分別比對(duì)照釋放量增加7.2%、30.5%及35.8%。

2.5 土壤CO2釋放比例

由于干燒處理去除了絕大部分土壤有機(jī)質(zhì)，根據(jù)干燒和未干燒土壤的CO2釋放比值可以估算出培養(yǎng)過(guò)程中來(lái)自無(wú)機(jī)碳的釋放比例。由圖5可以看出，不同氮肥處理在整個(gè)培養(yǎng)期內(nèi)土壤無(wú)機(jī)碳釋放比例為21%～40%，比例大小總體表現(xiàn)為KNO3＞CK＞NH4NO3＞（NH4）2SO4。后兩種氮肥釋放比例低于對(duì)照，與兩者的CO2總釋放量較高有關(guān)。培養(yǎng)結(jié)束時(shí)，不同處理土壤源于無(wú)機(jī)碳的CO2平均釋放比例為27.2%。

圖4 加入不同氮肥對(duì)未干燒、干燒土壤CO2累積釋放量的影響Figure 4 Soil CO2cumulative release of different N fertilizer treatments with and without dry combustion

3 討論

3.1 氮肥種類(lèi)對(duì)土壤CO2釋放量的影響

未干燒條件下施用氮肥促進(jìn)了塿土CO2的釋放，經(jīng)過(guò)46 d的培養(yǎng)施氮土壤CO2釋放量比對(duì)照平均增加36.6%。這與施氮為土壤微生物提供了氮源促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化有關(guān)[24]。Workneh等[25]也指出，無(wú)論是何種肥料，只要能夠增加土壤中營(yíng)養(yǎng)元素的含量尤其是氮元素，都會(huì)影響土壤有機(jī)碳和微生物碳含量，進(jìn)而影響碳排放量。但有學(xué)者用酸性草甸土培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn)，加入NH4NO3使有機(jī)碳礦化速率降低，認(rèn)為是NH4NO3降低土壤pH值抑制了微生物活性所致[26]。這與本試驗(yàn)結(jié)果不同，表明了土壤類(lèi)型也是影響碳排放量的因素之一。本試驗(yàn)不同氮肥對(duì)CO2釋放增加的程度明顯不同，增加幅度依次為（NH4）2SO4＞NH4NO3＞KNO3。有研究證明硝化作用適宜在土壤偏堿性條件下進(jìn)行，且硝化速率與土壤pH正相關(guān)[27－28]。因此，當(dāng)施氮量相同時(shí)，硝化細(xì)菌利用（NH4）2SO4進(jìn)行氨化作用，產(chǎn)生的堿性環(huán)境又促進(jìn)了硝化作用的發(fā)生：

圖5 培養(yǎng)結(jié)束時(shí)土壤無(wú)機(jī)碳釋放估算比例Figure 5 Approximate releasing proportion of SIC at the end of incubation

試驗(yàn)所用塿土屬石灰性土壤，碳酸鈣含量75.6 g·kg－1，含有SO24－或NO3－的氮肥都可以與土壤H+結(jié)合成酸促進(jìn)碳酸鈣分解[12]：

因此認(rèn)為硝化作用更強(qiáng)的（NH4）2SO4對(duì)土壤碳釋放促進(jìn)作用更明顯，同時(shí)（NH4）2SO4與CaCO3在土壤水分的介質(zhì)下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)也會(huì)釋放出CO2：

相比其他兩種氮肥，加入（NH4）2SO4的土壤CO2釋放量得以顯著提高。這也證明了對(duì)于含有碳酸鹽的石灰性土壤，加入不同形態(tài)氮肥其碳釋放機(jī)理不同。

3.2 干燒對(duì)土壤性質(zhì)、pH值及礦質(zhì)態(tài)氮的影響

以往培養(yǎng)試驗(yàn)常采用滅菌方法來(lái)抑制微生物活性，從而達(dá)到區(qū)分土壤生物與非生物過(guò)程的目的，但操作過(guò)程中如果滅菌不徹底會(huì)對(duì)試驗(yàn)帶來(lái)影響。相比之下，干燒法由于操作簡(jiǎn)便而被廣泛應(yīng)用于區(qū)分土壤有機(jī)、無(wú)機(jī)碳的研究中[29－30]。雖然有人指出干燒溫度和時(shí)間的不同會(huì)導(dǎo)致土壤無(wú)機(jī)碳、揮發(fā)性鹽類(lèi)和結(jié)構(gòu)水的損失[31]，但本試驗(yàn)在550℃條件下干燒5 h發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)碳僅損失了0.21 g·kg－1，干燒率達(dá)92%，表明采用該方法較為徹底地去除了有機(jī)質(zhì)，達(dá)到了區(qū)分土壤有機(jī)、無(wú)機(jī)碳的效果。礦質(zhì)態(tài)氮結(jié)果表明，干燒后加入（NH4）2SO4的土壤在接種微生物的條件下也發(fā)生了硝化作用，但硝化程度明顯低于未干燒土壤，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)仍有33%的銨態(tài)氮?dú)埩?，而加入NH4NO3的土壤銨態(tài)氮僅減少了24%，說(shuō)明干燒后僅靠接種外源微生物氮素硝化能力有限。

土壤有機(jī)質(zhì)能吸附大量的陽(yáng)離子使其具有緩沖性[32]，而緩沖能力是決定pH值變化速率的決定性因素[33]。研究結(jié)果表明干燒后土壤pH值顯著升高，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)比未干燒土壤高0.57個(gè)單位。由于干燒去除了大部分有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致土壤緩沖能力降低使其起始階段pH值很高，之后隨著硝化作用的進(jìn)行有所降低，而干燒后微生物硝化能力有限也是導(dǎo)致培養(yǎng)結(jié)束時(shí)干燒土壤pH值仍高于未干燒土壤的原因。

3.3 碳釋放來(lái)源分析

本試驗(yàn)通過(guò)干燒法去除了有機(jī)質(zhì)使來(lái)源于有機(jī)質(zhì)礦化的CO2得以去除，但干燒后土壤經(jīng)過(guò)46 d的培養(yǎng)仍有133.92 mg·kg-1的CO2釋放量，且相比對(duì)照，加入氮肥的土壤釋放量增加了7.2%～35.8%。這表明塿土CO2的釋放不僅來(lái)自有機(jī)碳，也可來(lái)源于無(wú)機(jī)碳。氮肥的硝化作用降低了土壤pH值導(dǎo)致的碳酸鹽的分解，與Tamir等[11]的研究結(jié)果相似。根據(jù)干燒和未干燒土壤的CO2釋放比值估算，無(wú)機(jī)碳在整個(gè)培養(yǎng)過(guò)程中釋放比例約為27.2%。關(guān)于無(wú)機(jī)碳的釋放比例，國(guó)內(nèi)外學(xué)者有不同的研究結(jié)果：董燕婕[31]對(duì)不同土層的土壤進(jìn)行32 d的培養(yǎng)后測(cè)得CO2源于無(wú)機(jī)碳的比例在34%～84%，其中耕層土壤無(wú)機(jī)碳釋放比例為40%；Tamir等[12]對(duì)以色列0～10 cm土層的石灰性土壤（CaCO363%）培養(yǎng)56 d后計(jì)算出有30%的CO2來(lái)自于無(wú)機(jī)碳；Stevenson等[34]對(duì)美國(guó)莫哈維沙漠的表層土壤（CaCO314.7%）進(jìn)行14 d的培養(yǎng)后測(cè)得有13%的CO2來(lái)源于碳酸鹽；Bertrand等[35]對(duì)5～25 cm的石灰性土壤（CaCO374%）培養(yǎng)91 d后發(fā)現(xiàn)有27%的CO2來(lái)源于無(wú)機(jī)碳；Inglima等[36]發(fā)現(xiàn)地中海氣候下田間釋放的CO2有15%～40%來(lái)自無(wú)機(jī)碳。不同地區(qū)的土壤性質(zhì)及培養(yǎng)方法、時(shí)間等因素的不同導(dǎo)致了無(wú)機(jī)碳釋放比例結(jié)果的差異，但本文及其他研究均證明了石灰性土壤培養(yǎng)過(guò)程中釋放的CO2可以來(lái)源于無(wú)機(jī)碳，在計(jì)算中若忽略無(wú)機(jī)碳的作用則會(huì)造成對(duì)有機(jī)碳的礦化量估計(jì)過(guò)高。

本試驗(yàn)采用干燒法只能間接估計(jì)無(wú)機(jī)碳的釋放比例，故在隨后的研究中宜采用δ13C或14C標(biāo)記等更為先進(jìn)的方法來(lái)進(jìn)一步準(zhǔn)確區(qū)分土壤有機(jī)、無(wú)機(jī)碳的釋放比例。

4 結(jié)論

施用不同種類(lèi)氮肥均促進(jìn)了塿土CO2的釋放，加入（NH4）2SO4的土壤CO2釋放幅度顯著高于NH4NO3和KNO3兩種氮肥。一方面與施氮促進(jìn)有機(jī)質(zhì)礦化有關(guān)，同時(shí)也與氮肥的硝化作用降低土壤pH值促進(jìn)碳酸鹽分解有關(guān)。干燒后氮素硝化程度低于未干燒土壤，但施氮仍促進(jìn)了土壤CO2的釋放，表明無(wú)機(jī)碳也是石灰性土壤碳釋放的來(lái)源。

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Effect of different N fertilizer applications on CO2emissions from Lou soil in Central Shaanxi

MENG Yan1,2,LI Xue-song1,HAO Ping-qi2,ZHANG Ying-ke2,ZHANG Yong-min2,ZHOU Jian-bin1*
（1.College of Natural Resource and Environment,Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and the Agri-Environment in Northwest China,Ministry of Agriculture,Yangling 712100,China;2.Weinan Agricultural Science Research Institute,Weinan 714000,China）

This study aimed to explore the effect of different nitrogen fertilizer applications on CO2emissions from Lou soil in Central Shaanxi.A closed-jar incubation experiment was arranged to estimate CO2emissions from organic and inorganic sources of soil carbon（SOC and SIC）.The soil was used with and without dry combustion.Soil was fertilized by the addition of three kinds of nitrogen fertilizers：NH4NO3,KNO3,and（NH4）2SO4.The amount of CO2released,emission ratio,soil pH,and mineral nitrogen were determined.Results showed that soil pH significantly increased at the beginning of incubation after dry combustion,and the average pH was 9.66 on the first day.This was due to the removal of SOC,which rapidly decreased the soil buffer capacity.The ammonium-N content with the ammonium nitrogen fertilizer treatments without dry combustion decreased rapidly with time.After dry combustion,ammonium-N content of the（NH4）2SO4treatment decreased,and the reduction was smaller than that in the treatments without dry combustion.There were no significant changes for the other two fertilizer treatments.In contrast to ammonium-N,the nitrate-N content with the ammonium nitrogen fertilizer treatments increased with time.For the soils without dry combustion,the amount of released CO2was highest for the（NH4）2SO4treatment,followed by that for the NH4NO3and KNO3treatments.The average release increment was 36.6%over that of CK.The（NH4）2SO4treatment also had the highest release amount after dry combustion,with the average release amount increased by 24.5%.The estimated emission ratio of CO2from SIC was 27.2%.Our study proved that in calcareous soil,CO2can be released not only from SOC,but also from SIC.It is recommended that further studies address the relationship between changes in climate and SIC resulting from N fertilizer application,which affect CO2evolution.

nitrogen fertilizer;dry combustion;inorganic carbon;carbon emission

S153.6

A

1672-2043（2017）09-1901-07

10.11654/jaes.2017-0125

孟 延，李雪松，郝平琦，等.施用不同種類(lèi)氮肥對(duì)陜西關(guān)中地區(qū)塿土碳釋放的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（9）：1901-1907.

MENG Yan,LI Xue-song,HAO Ping-qi,et al.Effect of different N fertilizer applications on CO2emissions from Lou soil in Central Shaanxi[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（9）:1901-1907.

2017-01-26

孟 延（1990—），男，陜西渭南人，碩士研究生，助理農(nóng)藝師，主要從事土壤碳累積及轉(zhuǎn)化方面的研究。E-mail：mengyan509@126.com

*通信作者：周建斌E-mail：jbzhou@nwsuaf.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41671295）；國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃課題（2012BAD15B04）

Project supported：The National Natural Science Foundation of China（41671295）；The National Technology R&D Pillar Program in the 12th Five Year Plan of China（2012BAD15B04）