西藏主要农作区土壤碳氮耦合与土壤呼吸的响应

为进一步阐明土壤碳氮耦合特征及土壤呼吸作用碳排放的响应关系，基于西藏独特的农业气候和土壤条件，采用野外调查和室内分析相结合的方法，从土壤不同粒级颗粒及稳定性团聚体中碳、氮组分的计量时空变异特征，研究土壤碳、氮组分耦合的时空变化特征与机理；采用碱液吸收法测定不同区域土壤呼吸作用碳排放特征，研究碳氮耦合下土壤呼吸作用的响应，旨在阐明土壤碳、氮组分耦合对土壤碳释放的影响。同时进行室内氮素梯度对土壤呼吸碳排放的控制性试验，研究氮素对土壤碳释放的影响，为合理施用氮肥，促进土壤碳的固定提供科学依据。通过本研究将系统地阐明西藏主要农作区土壤碳氮组分耦合时空变异特征及关键影响因子；探明土壤呼吸作用碳排放对土壤碳氮耦合的响应；获得不同氮肥梯度水平对土壤呼吸作用的影响，为减少土壤碳排放，增加土壤碳固定，实现食品安全目标和环境目标的双目标管理提供科学依据。

本研究基于西藏高寒、干旱和极度脆弱的生态系统，为进一步阐明土壤碳氮耦合特征及土壤呼吸对氮的响应，以西藏主要农作区为对象，采用野外调查和室内分析相结合的方法，分别研究了农田及相邻自然草地土壤有机碳，全氮、全磷、全钾、及有效氮、有效磷、有效钾的空间分布特征和耦合关系；同时采用野外原位测定技术，测定了土壤呼吸速率日变化特征及对气温、大气湿度和土壤蒸发速率的响应；采用室内不同浓度氮添加试验，模拟氮素对土壤呼吸碳排放的影响。主要结论如下：（1）西藏主要农作区土壤有机碳处于较低水平，0-10 cm、10-20 cm和20-30 cm层次土壤有机碳浓度95%置信区间含量分别为6.91~9.28 g/kg、6.41~8.63 g/kg和5.52~7.57 g/kg；（2）土壤有机碳、全氮、全磷浓度均表现为随着土壤层次的加深而降低，但土壤全钾则表现为随土壤深度增加而升高；（3）以农田相邻的自然草地为基准土壤进行农田土壤退化水平的评价，结果表明，农田土壤退化主要发生在表层0-10 cm，用土壤有机碳、全氮、全磷和全钾进行评价时，0-5 cm和5-10 cm农田土壤退化指数分别为-24.06%和-10.07%，随着土壤层次的加深，农田退化指数变为正值；且土壤有机碳对农田表层0-10 cm土壤退化的贡献最大；（4）以有效氮、有效磷和有效钾进行农田土壤质量退化评价时，农田对土壤有效养分含量具有改良效应，其中以有效氮的贡献最大；（5）土壤有机碳、全氮、全磷均具有显著的表聚效应，但农田土壤表聚效应以全氮最显著，而草地以有机碳最明显；（6）土壤有机碳与全氮之间具有极显著的正耦合效应，土壤C:N在9~11之间；（7）在低浓度氮供应（10 g/kg土壤）时，对土壤基础呼吸具有激发效应，但氮供应较高时，随着氮供应浓度的提高，氮可有效降低土壤呼吸速率；且随着培养时间的延长，土壤呼吸速率逐渐趋于稳定；（8）土壤呼吸日变化特征表现为单峰型，但在温度快速变化的白天，土壤呼吸速率对气温变化具有3 h的延迟，并未极显著的快速响应于温度变化；（9）土壤微生物以细菌、放线菌和真菌种群为主，而固氮菌和纤维素分解菌群体较少。结果可为西藏土壤有机碳、氮空间分布的计算及未来生态变化背景下的科学预测提供依据。