洱海流域农田土壤碳坝效应对氮素面源污染的阻控机理

农田土壤氮素流失是引起水体富营养化的重要原因，如何控制土壤氮素的流失是重要的科学难题。土壤是一个重要的碳库，土壤碳素是否在控制氮素面源污染方面能起到关键作用，土壤高碳储量水平是否能够阻截土壤中氮素的流失，同时又能保证土壤的生产力，土壤碳坝效应是如何形成的，其机理还不十分确定。本项目以洱海流域典型高碳储量农田作为研究对象，利用空间信息技术、田间试验、实验室研究等方法融合，开展以下方面的研究：（1）洱海流域典型农田土壤碳坝的空间效应；（2）洱海流域典型农田土壤碳坝的时间效应；（3）洱海流域典型农田土壤碳库与氮库的共济效应，以阐明土壤碳素和氮素的空间分布特征、碳素与作物产量与土壤氮素累积的响应，揭示有机肥碳素保蓄氮素机制及其环境效应和农学效应，土壤碳氮转化中碳氮之间相互制约与促进机制，探寻协调作物高产与环境友好的土壤碳氮共济机制。寻找有效的农田氮素面源污染的控制措施，形成1套土壤以碳控氮的技术。

农田土壤氮素流失是引起洱海水体富营养化的重要原因，如何控制土壤氮素的流失是重要的科学难题。土壤高碳储量水平是否能够阻截土壤中氮素的流失，同时又能保证土壤的生产力，土壤碳坝效应是如何形成的？本项目通过田间试验和室内培养试验的研究，探究上述科学问题的答案和有效的农田氮素面源污染的控制措施。. 研究表明在空间上土壤碳氮比与土壤全氮含量负相关，说明如果土壤碳氮比下降，土壤容易累积更多的氮。土壤全氮含量过高增加了硝态氮的流失和潜在的环境风险。土壤有机碳含量越高施用化学氮肥的增产效果越不明显，增加土壤碳含量可以在减少化学氮肥投入的情况下保证作物不减产，并能减少氮素流失。我们也形成了一套区域尺度农田碳素管理控制氮素污染的方法。. 在时间上粮田改为菜田后菜田土壤的碳氮比（C/N） 和碳氮含量发生显著变化，菜田土壤的C/N比极显著的下降了1.71。有机肥与化肥配施明显提高水稻的氮肥利用率，还能减少氮磷流失。有机碳输入量与水稻产量存在极显著的直线相关，随着牛粪施用量的增加，水稻产量也逐渐增加，但是仅仅依赖前期有机肥提供的养分，并不能满足水稻中后期生长的需要，应该在中后期补充化肥氮确保水稻的正常生长。. 从土壤碳氮共济效应来看，偏施化肥将显著降低土壤的C/N比，较低的土壤C/N比和较高的氮素储存率情景下，土壤碳素对氮素储存能力将会迅速达到饱和，这将带来潜在的环境风险和降低土壤生产能力。C/N高的有机物料与无机氮配施能降低单施无机氮处理的无机氮含量，而C/N低的有机物料与无机氮配施则增加单施无机氮处理土壤的无机氮含量。C/N高的有机物料单施能降低土壤无机氮含量，C/N低的有机物料单施则升高土壤无机氮含量。. 通过研究可以得出结论：土壤高碳库的存在可以形成良好的阻控土壤氮素流失的碳坝，通过与无机的氮素配合，能够实现作物高产和控制氮素面源污染的双赢。. 本项目发表论文4篇，申请国家专利4项（发明专利2项），其中3项已经获得授权（发明专利1项），出版专著1部。