高氮促进了新有机碳向深层土壤的分配

外源反应性氮输入对陆地生态系统的碳循环有显著影响。目前，大多数关于土壤有机碳（SOC）动态与氮输入关系的研究集中在土壤表层。然而，仅限于表层的研究不能全面揭示SOC对氮输入的完整响应，因为约一半的SOC储存在深层土壤中。考虑到深层土壤的独特环境条件，深层SOC的微生物分解和稳定性可能与表层响应有所不同。此外，仅限于表层的研究未能解答氮输入是否通过改变SOC的垂直迁移，从而影响新吸收碳在整个土壤剖面的分布。因此，进行全剖面土壤研究至关重要，这些研究对准确预测SOC在响应氮输入时与大气的交换具有重要意义。

中国环境科学研究院的檀文炳研究员团队在一个农业试验地点开展了长期田间实验，采集了来自不同氮肥处理田块的土壤样品。通过稳定碳同位素分析，研究了新旧碳对土壤有机碳SOC的贡献，并旨在阐明土壤深度在其中的作用。此外，团队还整合了土壤的物理化学特性及有机碳和氮的垂直分布，探讨了SOC动态对不同深层土壤中氮肥施用率的响应机制。研究结果显示，SOC在施加氮肥后显著增加，但增幅范围取决于施用的氮肥量。相较于低氮肥添加，高氮肥添加显著提升了SOC的固定能力，主要通过减少耕作并将作物秸秆归还田间来实现。观察到在两种氮肥水平下SOC的周转速率存在显著差异。在低氮肥条件下，0–20厘米土层的SOC周转时间约为20–40年，而在高氮肥条件下，10–20厘米土层的SOC周转时间高达100年。高氮肥主要通过将有机物质从表层转移到更加稳定的深层土壤来提升SOC的固定。由于在低氮肥添加条件下，深层土壤中大部分有机物质来源于新的有机碳，且其周转速率较高，因此其SOC固碳能力不及高氮肥添加条件下的深层土壤。

研究结果支持了在高氮输入条件下，SOC微生物降解速率的降低是增强土壤碳汇功能的重要机制。更为重要的是，研究团队证实了在高氮富集条件下增强的土壤碳汇强度，主要是由于土壤有机物质在垂直方向上的运输增加，从而导致新有机碳在深层土壤中的分布增加。这一新机制为土壤碳储存的增强提供了重要解释。未来的研究需要进一步确定这一新机制在不同氮添加水平下的确切影响范围，并深入探讨这些研究结果在各种陆地生态系统中的普适性。

该文已发表于《农业科学与工程前沿》（英文）期刊2024年第11卷第2期，DOI：10.15302/J-FASE-2024565。