长期田间实验中作物和肥料对土壤呼吸作用的影响

《The Journal of Agricultural Science》：Impact of crops and fertilizers on soil respiration in a long-term field experiment

土壤呼吸受肥料和作物影响显著，NPK+manure处理呼吸率达0.371-0.430 g C/(m2·h)，比其他处理高40%以上，与土壤有机碳含量呈强相关（R=0.552-0.650）。研究证实不同肥料和作物类型对土壤呼吸的独立效应，为制定精准碳汇补偿措施提供依据。

　　

摘要

野外实验使研究人员能够探究自然因素和人为因素对土壤呼吸（SR）的影响，而土壤呼吸是陆地生态系统向大气中释放二氧化碳（CO₂）的最大来源。本研究的假设是，可以通过野外实验区分两种关键人为因素——施用的肥料和种植的作物——对耕地土壤呼吸速率的影响。因此，本研究旨在量化这些因素对土壤呼吸的影响，并评估其依赖于土壤特性的程度。实验在俄罗斯莫斯科的蒂米里亚泽夫学院（Timiryazev Academy）长期野外实验基地进行，该基地采用了包括黑麦、大麦、马铃薯以及休耕在内的轮作制度，并施加了不同类型的石灰和肥料。测量工作从2023年5月持续到2024年11月，使用了封闭室技术和便携式红外气体分析仪。在植被生长期，土壤呼吸速率存在显著变化，但大多数处理组之间的差异并不显著（0.063–0.276克碳/（平方米·小时）），只有NPK+粪肥处理组的差异较大（0.371–0.430克碳/（平方米·小时））。在裸土期，不同肥料处理组之间的土壤呼吸速率相似，并且在积雪覆盖下比植被生长期低10–20倍（0.006–0.018克碳/（平方米·小时））。研究发现，土壤呼吸速率与土壤有机碳和颗粒有机质含量之间存在正相关关系（相关系数R=0.552–0.650）。双向PERMANOVA分析显示，肥料（解释了17.2–24.0%的变异量）和作物（解释了6.5–7.1%的变异量）对土壤呼吸速率有显著影响，但它们的交互作用不显著。我们的研究结果可为制定针对特定肥料剂量的碳封存补偿措施提供依据。

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