平衡施肥管理对土壤无机碳库的保护作用及CO2 减排机制研究

针对氮肥施用导致的土壤酸化及无机碳(SIC)流失问题，研究人员通过六种施肥方案对比实验，首次揭示SIC耗竭会引发土壤有机碳(SOC)加速分解。研究发现平衡施肥(NPK)可将SIC来源CO2 排放占比降至15%，而单一氮肥高达35%，为农业碳中和提供了关键调控策略。

　　

在全球气候变化背景下，农业土壤作为重要的碳库与排放源，其碳循环机制备受关注。传统观点认为土壤无机碳(SIC)因化学惰性对碳循环影响有限，但近年研究发现，氮肥诱导的土壤酸化正加速碳酸盐(SIC的主要形态)溶解，这一过程不仅直接释放CO₂
，还可能破坏SOC的物理化学保护机制。然而，SIC耗竭对SOC分解的定量影响、不同施肥模式的调控效应等核心问题仍缺乏实验证据。

针对这一科学空白，中国科学院南京土壤研究所联合德国哥廷根大学的研究团队在《Geoderma》发表重要成果。研究通过56天室内培养实验，结合δ¹³
C同位素示踪技术，首次量化了六种施肥管理(尿素、NPK组合、有机肥等)对SIC-CO₂
排放贡献率的影响，并揭示了SIC耗竭触发SOC加速分解的"临界点"现象。

关键技术方法
实验选用德国哥廷根小麦田0-20 cm土层钙质土壤(初始pH 7.4，SIC含量0.2 g/kg)，设置对照、鸡粪、尿素、尿素+PK、磷酸铵、磷酸铵+K六种处理。通过密闭培养系统动态监测CO₂
通量，利用气相色谱测定CO₂
浓度，采用同位素比率质谱(IRMS)分析δ¹³
C值，基于同位素质量平衡方程计算SIC来源CO₂
占比。

研究结果

3.1 施肥对土壤pH的影响
无机氮肥使土壤pH从7.4降至5.8-6.5，其中磷酸铵酸化最强(ΔpH=1.23)，尿素+PK组合酸化最弱(ΔpH=0.64)。鸡粪仅轻微降低pH 0.17个单位，证实有机肥的酸碱缓冲优势。

3.2 累积土壤CO₂
排放
鸡粪处理因外源碳输入导致CO₂
排放骤增8.5倍；无机肥处理在SIC存在期(前21天)排放量与对照相当，但SIC耗竭后出现爆发式增长——磷酸铵+K处理最终排放量达16.8 mg C/kg_soil
，较SIC保护期升高11倍，证实SIC对SOC具有"屏蔽效应"。

3.3 SIC来源CO₂
占比动态
尿素处理7天时SIC-CO₂
贡献率达峰值47%，而NPK组合仅15%。δ¹³
C分析发现对照组出现"假阳性"SIC信号，揭示碳酸盐重结晶过程会干扰传统同位素解析方法。

结论与意义
该研究建立了施肥-酸化-SIC耗竭-SOC分解的级联效应模型：当土壤pH降至6.5以下时，SIC保护作用消失，NPK平衡施肥通过提高氮素利用效率(NUE)减少35%的SIC-CO₂
排放。更关键的是，SIC耗竭引发的SOC加速分解可导致每月13-36 kg C/ha的额外碳排放，这一发现修正了传统认为SIC与SOC无关的认知。研究为制定"保碳减排"的精准施肥方案提供理论依据，建议在钙质土壤区优先推广有机无机配施模式，对实现农业"双碳"目标具有重要实践价值。