长期施肥旱地土壤碳、氮相互作用: 红壤非耦合机制研究

土壤有机碳与氮素（简称碳、氮）之间的相互作用与影响机制是农业生产和全球变化研究的热点。本项目针对长期化肥配施条件下土壤碳、氮存在非耦合效应但其机制尚不明确这一科学问题，以典型红壤区农田长期定位试验为基础，采用盆栽试验和室内培养试验，利用15N标记和自然丰度13C示踪技术，结合土壤碳、氮颗粒分组方法，研究长期不同氮肥配施（化肥、有机肥及其组合）条件下土壤及颗粒中主要碳、氮组分（颗粒碳、氮，可溶性碳、氮，微生物生物量碳、氮，结构性碳、氮）及其比例（C/N）的演变特征与差异，探讨外源氮对土壤碳、氮周转过程的影响，外源碳、氮在土壤颗粒中的分配与去向，阐明长期配施化肥下土壤碳、氮非耦合机制及其影响因素。研究结果将丰富和完善土壤-植物营养学中元素间相互作用的理论，为农田土壤碳固定和氮肥管理的提供科学依据。

依托南方典型红壤长期定位试验，通过长期试验及面上监测资料的系统分析，阐明了化肥配施下红壤碳、氮非耦合效应与土壤有机碳分解和氮矿化过程机制密切相关。揭示了外源氮和有机物投入的差异导致了表层及亚表层土壤可溶性碳、氮比例的变化，这可能对土壤表层及剖面的有机碳分解和氮矿化产生重要影响。利用土壤颗粒分级方法，阐明了长期不同施氮条件下红壤有机碳、氮素的富集与耗竭特征，从土壤颗粒尺度揭示了化肥配施下红壤旱地碳、氮非耦合的机制主要是由于外源化肥氮不易在土壤中赋存，土壤团聚体中碳的积累和粘粉粒中氮素的耗竭所致。采用自然丰度13C同位素示踪和15N标记技术，阐明了等氮条件下，外源有机氮促进氮在土壤中的积累,也是土壤碳、氮耦合关系的重要作用机制。探明了在中长期尺度上碳投入（有机肥及根茬）在红壤上的固存效率约为8-12%，但这一效率随着碳投入梯度的提高而逐渐降低，并揭示了碳投入在土壤中固存效率的区域差异及其关键驱动因素。. 通过本项目研究，揭示了土壤碳、氮的耦合与非耦合效应主要受土壤碳分解和氮矿化的影响，与投入的碳、氮比无关。不同粒级土壤颗粒中有机碳和氮素的富集与耗竭对施肥响应的敏感程度的差异是土壤碳、氮耦合与非耦合效应的机制，投入有机物及化肥氮对土壤可溶性碳、氮比例的变化是影响土壤表层就剖面碳分解和氮矿化的重要影响因素。研究结果对于理解农田土壤碳、氮相互作用提供了的科学依据。截止目前已发表论文10篇，其中SCI论文4篇，培养研究生1名，项目主持人获得个人奖励1项。