长期矿物肥料的过度估算：土壤碳酸盐中CO2释放的碳平衡新视角

本研究针对长期施肥对土壤无机碳(SIC)贡献的CO2排放被高估的问题，通过40年田间试验结合δ13C技术，揭示了矿物肥料虽导致土壤酸化但未显著增加SIC-CO2排放，而有机肥通过Ca2+输入促进CO2再沉淀为碳酸盐。成果为半干旱区农业碳管理提供了“固碳减排”双赢策略，发表于《Agriculture, Ecosystems & Environment》。

　　

论文解读

在全球气候变化背景下，土壤碳库的动态变化牵动着科学界的神经。传统研究多聚焦于土壤有机碳(SOC)，却忽视了占据全球土壤碳储量半壁江山的“沉默巨人”——土壤无机碳(SIC)。尤其在干旱半干旱区，碳酸盐风化释放的CO₂可达土壤总排放量的75%，但这一过程长期被排除在碳平衡模型之外。更令人担忧的是，农业施肥（尤其是矿物氮肥）引发的土壤酸化可能加速碳酸盐溶解，使本应稳定的SIC成为“隐形碳炸弹”。然而，现有数据多来自短期实验室模拟，难以反映真实田间条件下SIC与SOC的复杂互作。

中国农业科学院等机构的研究团队利用40年定位试验场（甘肃平凉），首次通过δ¹³C同位素示踪技术，解析了矿物肥(N、NP)与有机肥(粪肥、秸秆)对SIC-CO₂排放的真实贡献。研究发现颠覆了传统认知：尽管矿物肥导致pH下降0.23单位，但SIC-CO₂排放量竟与未施肥对照相当。机制分析表明，矿物肥虽促进碳酸盐溶解，但同步抑制了微生物活性，使土壤CO₂分压降低，反而减缓了SIC的净溶解速率。有机肥则展现出“一石二鸟”效应——粪肥处理不仅实现净固碳(0.47 Mg C ha^?1 yr^?1)，其输入的Ca²⁺更促使溶解的CO₂重新沉淀为次生碳酸盐，使SIC-CO₂排放比例降低16-42%。

关键技术方法
研究采用δ¹³C同位素比值质谱法区分CO₂来源，结合40年长期定位试验（6种施肥处理：对照、N、NP、NP+秸秆、粪肥、NP+粪肥），测定土壤理化性质（pH、SIC含量、容重）、季节性CO₂通量及同位素组成，并通过Ca²⁺平衡模型解析碳酸盐再沉淀机制。

主要结果

1. 土壤理化性质：有机肥处理显著提升SIC含量达10 g kg^?1，而单施氮肥使SIC降低8.6%；粪肥处理土壤容重增加3.8-4.6%。
2. SIC-CO₂贡献率：开花期SIC-CO₂占比峰值达35%，但矿物肥处理年均贡献率与对照无差异；忽略SIC会导致异养呼吸高估35%。
3. 有机肥效应：粪肥通过Ca²⁺介导的CO₂再沉淀，使SIC净损失量比秸秆处理低52%，后者40年仅固碳2.4±1.7 Mg C ha^?1。

结论与意义
该研究首次证实长期施肥背景下SIC-CO₂排放存在“表观高估”现象，揭示了碳酸盐溶解-再沉淀的动态平衡机制。尤其重要的是，粪肥管理通过“SOC固存+SIC稳定”双路径，为半干旱区农业提供了气候智能型解决方案。这些发现迫使学界重新审视全球碳模型中的SIC参数，对实现“双碳”目标下的农田管理具有范式变革意义。