外源有机物料碳氮在红壤团聚体中的残留特征

【目的】土壤团聚体不仅是土壤结构的重要单元,也是土壤有机碳和氮素固持的重要场所。探究还田秸秆和有机肥中的有机碳和氮素在土壤团聚体中的残留特征,为深刻认识团聚体对外源有机碳和氮素的固持机制及土壤的可持续管理提供依据。【方法】以中国南方典型红壤(C3植物为主的自然植被)为研究对象,设置以下5个处理:(1)对照;(2)低量玉米秸秆添加;(3)高量玉米秸秆添加;(4)低量15N标记有机肥(与处理(2)等碳量);(5)高量15N标记有机肥(与处理(3)等碳量)。采用室内模拟培养试验(恒温恒湿条件下培养300 d),运用13C和15N同位素示踪技术,研究培养后土壤大团聚体(250—2 000μm)、微团聚体(53—250μm)、粉黏粒组分(<53μm)中有机碳和氮含量及其同位素丰度(13C和15N),分析外源碳氮在土壤各团聚体组分的分配比例及残留特征。【结果】培养300 d后,与对照相比,添加秸秆或有机肥显著提高土壤总有机碳和全氮含量(P<0.05),提高幅度随物料添加量增加而增加。低量或高量有机肥添加后土壤及各级团聚体有机碳和氮素含量显著高于等碳量的秸秆处理。与对照相比,秸秆处理显著提高大团聚体(250—2000μm)有机碳和氮的分配比例,其中,高量处理分别提高19.5和22.4个百分点;但该处理显著降低粉黏粒组分(<53μm)有机碳和氮素分配比例,平均降低11.4和12.6个百分点。与对照相比,有机肥处理显著提高微团聚体(53—250μm)有机碳和氮素的分配比例,其中,低量有机肥处理分别提高11.6和8.3个百分点;而显著降粉黏粒组分(<53μm)的有机碳和氮的分配比例,平均降低6.0和9.4个百分点。同位素结果显示,高量或低量秸秆处理各粒级团聚体之间,大团聚体(250—2 000μm)有机碳的δ13C值最高,其次为粉黏粒组分(<53μm),微团聚体(53—250μm)最低。而不同处理之间,高量秸秆处理总土及各粒级团聚体δ13C值明显高于低量秸秆和对照处理,而后两者没有明显差异。高量秸秆处理下,秸秆有机碳残留率为57.6%,其中,大团聚体的秸秆有机碳残留率(25.9%)相当于粉黏粒组分(<53μm)残留率(13.3%)的2倍。添加15N标记的有机肥处理后,来源于有机肥的氮素在土壤中总残留率为77.3%,其中,微团聚体中有机肥氮素残留率为45.2%,相当于大团聚体(10.4%)的4倍以上。【结论】等碳量条件下,有机肥相对于秸秆更有利于土壤碳氮的积累。还田后50%的残留秸秆有机碳在大团聚体内固持,而58%残留的有机肥氮被固定在微团聚体中。