草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构对长期氮输入的响应

作     者：裴志福 红梅 武振丹 卢俊艳 张月鲜 沈钦国 PEI Zhifu;HONG Mei;WU Zhendan;LU Junyan;ZHANG Yuexian;SHEN Qinguo

作者机构：内蒙古农业大学草原与资源环境学院内蒙古自治区土壤质量与养分资源重点实验室农业生态安全与绿色发展自治区高等学校重点实验室呼和浩特010018 

出 版 物：《土壤》 (Soils)

年 卷 期：2022年第54卷第3期

页      面：481-489页

核心收录：

学科分类：09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 090301[农学-土壤学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2018YFD0800802)资助 

主　　题：土壤有机碳 化学结构 碳组分 红外光谱 

摘      要：为探究长期氮输入对草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构影响,以内蒙古东北草甸草原为研究对象,于2010年设置0(CK)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)kg/(hm^(2)·a)6个不同施氮水平处理,测定土壤不同组分有机碳含量及红外光谱特征。结果表明:①相比CK,长期氮输入条件下可提高土壤总有机碳(SOC)含量(增幅0.3%~13.6%),且主要表现为颗粒有机碳(POC)含量的增加(9.22%~16.39%),但降低土壤轻组有机碳(LOC)含量。②红外光谱主成分分析(PCA)结果表明,土壤LOC主要来源于脂肪碳、芳香碳、酚醇化合物,POC主要来源于芳香碳和酚醇化合物,矿物结合有机碳(MOC)主要来源于烷基碳和多糖。③相比CK,施氮处理凋落物和LOC官能团中烷氧碳(单糖+多糖)的相对强度降低,烷基碳、芳香碳相对强度增加;土壤POC和MOC官能团中烷氧碳、烷基碳及芳香碳相对强度增加,酚醇化合物相对强度降低;且施氮处理下凋落物及其不同土壤碳组分有机碳结构稳定性(芳香碳/脂肪碳)均高于CK。④结构方程模型(SEM)结果显示,随着施氮水平增加,通过提高土壤地上生物量(AGB)可促进POC和MOC的形成,但由于氮添加导致的土壤pH降低会反过来促进MOC的分解。这些结果表明,长期氮输入SOC含量的提高主要表现为土壤POC的增加,随着施氮水平增加,植物碳的输入提高SOC含量的同时通过促进土壤中凋落物残体中木质素等芳香碳的积累来提高土壤不同组分有机碳化学结构稳定性。综上所述,研究结果强调了氮输入条件下土壤颗粒有机碳的重要性以及凋落物中木质素衍生物的积累可能是介导氮输入下土壤碳固存的关键过程。