伊利諾伊州烏爾班納——土壤有機碳是土壤健康的基石。它可以改善土壤結(jié)構(gòu)，同時提高保水和養(yǎng)分能力，這是任何農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的關鍵因素。為了建立它，農(nóng)民將作物殘留物摻入土壤中。
那么，為什么盡管投入了數(shù)十年的殘留物，玉米生產(chǎn)系統(tǒng)中的土壤有機碳仍在減少?簡短的回答：是氮氣。
“通過密集施氮，您可以獲得更多的玉米生物量和產(chǎn)量，這意味著您最終會將更多的殘留物放入土壤中。但你不能將這些碳保留在土壤中，”伊利諾伊大學自然資源與環(huán)境科學系(NRES)教授Richard Mulvaney說。“殘留物中的氮會刺激微生物通過呼吸作用燃燒掉碳。所以你可以投入更多，但你不能保留它。”
施氮會影響殘留物分解——因此將殘留物納入土壤有機質(zhì)儲存——的概念并不新鮮。但之前的研究顯示出相互矛盾的結(jié)果。這就是為什么 Mulvaney 和NRES 的博士研究員Tanjila Jesmin著手闡明殘留物質(zhì)量和氮的形式如何影響典型玉米帶土壤中的玉米殘留物分解。
多虧了伊利諾伊州歷史悠久的Morrow Plots，該團隊能夠測試高氮施肥和非高氮施肥種植的玉米的殘留物。
“我們設計了一項有氧孵化研究，將這兩種殘留物添加到典型的耕作土壤中，有或沒有兩種形式的氮。然后我們通過連續(xù)測量二氧化碳的產(chǎn)生以及酶活性和微生物生物量的定期測量來觀察分解過程，”杰斯明說。
研究人員發(fā)現(xiàn)，氮的存在——無論是外源施用于殘留物還是已經(jīng)摻入生長的玉米組織中——加速了殘留物分解并產(chǎn)生了更多的二氧化碳。施氮的形式，硝酸鉀或硫酸銨，沒有區(qū)別。
“玉米渣中的碳來自大氣，在分解過程中返回大氣。這不是問題，”Mulvaney 說。“問題在于，當微生物的氮供應量很高時，它們對碳作為能源的需求也很高。由于氮含量高，它們的需求可能會超過殘留物中的碳供應，這可能會導致它們攻擊穩(wěn)定的有機物。這就是長期的問題。”
在土壤孵化的第一個月，有氮肥的殘留碳分解比沒有氮肥的要快。然而，施肥土壤在第二個月的二氧化碳產(chǎn)量比未施肥土壤慢。到研究結(jié)束時，與不添加氮相比，產(chǎn)生的二氧化碳總量更大。
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