长期施肥对新疆灰漠土农田土壤微生物量碳及有机碳库的影响

农业土壤固碳及有机碳库演变是全球变化和粮食安全的研究热点。本研究依托国家灰漠土肥力与肥料效应重点野外监测站网，对土壤微生物量碳、有机碳在作物全生育期的动态变化趋势进行监测，分析长期不同施肥措施（化肥、农肥、秸秆）下土壤耕层微生物熵的季节性变化特征及其周转速率差异；通过测定1m剖面不同层次（间隔20cm）有机碳含量，阐明有机碳的剖面分布特征，并提出西北干旱区1m土层有机碳库储量。明确灰漠土微生物量碳和有机碳与土地生产力及土壤质量的关系。本研究成果将为为干旱荒漠地区农田土壤固碳及有机质提升技术选择提供科学依据。

农业生产措施对土壤碳库的显著影响已被IPCC列入重要的农业固碳减排措施之一，同时国家粮食安全的战略需求也使农业固碳成为土壤学研究的热点。新疆地处欧亚大陆，独特的水热条件使农田微生物生物量碳具有特殊性；此外长期不同施肥（化肥、有机物料）对土壤有机碳的影响也存在显著差异。本研究依托1990年建立的国家农业部灰漠土长期肥力与肥料效益监测试验，选择其中典型化肥和有机肥处理，对长期施用化肥、有机肥处理的土壤微生物生物量碳的季节性和周期变化规律、土壤CO2释放特征、土壤有机碳含量的长期预测以及不同土壤碳储量进行了研究，发现（1）在一个种植季内，不同生育时期土壤微生物量碳存在显著差异，施用有机肥处理比对照或施化肥，土壤微生物量碳升高了40.3%~254.0%（2）玉米种植季微生物生物量碳显著高于小麦季和棉花季，说明在相同气候、施肥管理条件下，不同作物种类对土壤微生物量碳影响也极为显著。（3）化肥配施秸秆还田处理的土壤微生物商为0.6%，显著高于施化肥或化肥配施有机肥，表明在干旱区秸秆还田的碳转化率较低。（4）验证了DNDC模型在新疆灰漠土SOC含量长期预测的适宜性。并预测长期施用氮磷钾肥（NPK）40年不能使SOC含量提高；而氮磷钾肥配施有机肥（NPKM）或秸秆（NPKS）可使SOC含量比2010年分别增加37.1%和8.81%。（5）田间原位测试和室内模拟测试的结果均表明，高量施用有机肥较对照或施化肥处理的土壤呼吸速率增加，方程模拟施用有机肥和秸秆处理的土壤CO2释放速率为0.013mg/kg•h和0.007mg/kg•h，这一结果显示高量施用有机物料有增加土壤CO2排放的风险。（6） 施肥对耕作层上部（0-20cm）的容重和有机碳含量影响较大，其次是耕作层下部（20-40cm），而40cm-100cm容重和有机碳变化极小，合计碳储量为38.7t/hm2。各处理土壤碳储量在50.1-144.3 t/hm2，碳储量最大的是高量施用有机肥，最小的为施氮钾肥，（7）干旱灰漠土区土壤有机碳含量与作物生产力之间符合线性关系Yield=0.03SOC+0.17 （R2=0.89*）。