不同施氮量下玉米根茬分解及對土壤有機碳的影響

蔡 苗，周建斌，韓霽昌

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075；2.西北農林科技大學 資源環(huán)境學院/農業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100)

不同施氮量下玉米根茬分解及對土壤有機碳的影響

蔡 苗1，2，周建斌2，韓霽昌1

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，西安 710075；2.西北農林科技大學 資源環(huán)境學院/農業(yè)部西北植物營養(yǎng)與農業(yè)環(huán)境重點實驗室，陜西楊凌 712100)

通過田間埋藏分解試驗，比較3種施氮量(0、120和240 kg·hm-2)處理的玉米根茬分別與土婁土和黑壚土混合后，在土壤中分解1 a期間根茬碳分解差異，并利用碳穩(wěn)定同位素δ13C方法，研究根茬碳分解對土壤有機碳的貢獻。結果顯示：楊凌地區(qū)水熱條件較好，試驗期間降水量總和較長武高215 mm；楊凌試驗地15 cm和45 cm土層平均溫度分別較長武高3.2 ℃和4.2 ℃。分解1 a后，黑壚土中根茬殘留碳量較土婁土中高20.9%～43.6%。根茬來源的土壤有機碳比例在土婁土、黑壚土中分別為22.4%～44.7%和27.4%～38.3%。在黑壚土中，玉米根茬分解1 a后，根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)顯著高于在土婁土中，而在3種不同施氮量處理的玉米根茬之間，根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)差異不顯著。研究表明，水熱條件相對較好的土壤環(huán)境能夠促進玉米根茬殘體的分解礦化，而土壤深度、質地、施肥狀況等會影響有機殘體還田腐解與土壤有機碳的更新。

施氮量；根茬碳分解；水熱條件；土層深度

各種農作物收獲后留在土壤中的有機殘體是保持土壤有機質平衡，培肥地力的主要物質，也是土壤微生物活動的重要能量來源[1]。植物體內固定的碳大約有40%分配到地下根系[2]，特別是生長在水分和養(yǎng)分限制的地區(qū)時，其體內同化的碳量超過50%分布在根部區(qū)域[3]?？梢?，植物的光合產物通過根系向地下運輸過程是土壤有機碳庫的主要來源[4]。

在植物殘體分解過程中，影響其地上部分解的首要因素是氣候環(huán)境，其次是本身的化學特性。而由于地下部根系與地上葉片不同的生理結構、化學組成及在土壤中的分布特性，對土壤條件(水、熱、氧氣、養(yǎng)分等)的變化更加敏感，因此有研究指出根茬的化學組成是影響其分解的首要因素，其次是氣候和環(huán)境因素[5]。

在根茬化學組成中，全氮質量分數(shù)，碳氮比，木質素質量分數(shù)及木質素與氮比[6-7]經常用于預測和評價根茬的分解和轉化過程。目前，長期化學氮肥施用在提高作物地上秸稈和地下根系生物量的同時[8]氮肥用量的差異也可能影響有機殘體的化學組成，進而對其在土壤中的分解產生影響。此外，有機殘體在分解過程中，土壤微生物活性受到水分、溫度、養(yǎng)分等因素的影響[9]，因而有機物料在不同的水熱環(huán)境下分解可能有所差異。

土壤有機質代表著一個從新鮮植物殘體到徹底腐殖化物質的連續(xù)體[10]，通過計算土壤或其組分中不同植物來源有機碳的比例和數(shù)量，能夠定量化評價新、老土壤有機碳對碳貯量的相對貢獻[11]。土壤有機質數(shù)量是有機殘體輸入及其分解礦化的平衡[12]，相對于植物地上部秸稈殘體的分解特性及影響因素的大量研究結果[13-14]，關于作物根茬殘體分解特性的研究相對較少[15]。因此，本試驗以3種施氮量處理的玉米根茬為研究對象，通過田間分解試驗與δ13C相結合的方法，旨在了解不同施氮量處理的玉米根茬在水熱等環(huán)境條件下不同的兩個土壤類型中的根茬碳分解特性及其對土壤有機碳更新轉化的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地分別位于陜西楊凌西北農林科技大學農作一站不同栽培模式綜合試驗地(34°17′56″N， 108°04′07″E)和陜西長武縣丁家鎮(zhèn)十里鋪村農技中心試驗基地(35°12′78″N， 107°44′70″E)。

西北農林科技大學農作一站不同栽培模式綜合試驗田始于2003年6月，位于渭河3級階地，屬溫帶大陸性季風氣候，海拔523 m，年平均氣溫13 ℃，年平均降水量600～650 mm，分布不均，主要集中在7-9月(占全年降水量的60%～65%)，冬春季節(jié)易發(fā)生旱情，年均蒸發(fā)量1 400 mm，屬于半濕潤易旱地區(qū)。土壤類型為褐土類，土婁土亞類，紅油土屬，系統(tǒng)分類為土墊旱耕人為土，耕層土壤質地為粉砂質粘壤土。種植制度為冬小麥-夏玉米輪作，1年2熟。

陜西長武縣丁家鎮(zhèn)十里鋪村農技中心試驗基地位于黃土高原中南部，屬西北內陸暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候。海拔1 200 m，年均氣溫9.1 ℃，無霜期171 d，多年平均降水量584 mm，且季節(jié)性分布不均，降水多集中在夏秋季節(jié)，雨熱同季。土壤類型為黃蓋粘黑壚土，土層深厚，全剖面土質均勻疏松，通透性好。研究區(qū)農業(yè)生產主要依賴生育期間的天然降水和前期土壤蓄水，屬于典型的旱作農業(yè)區(qū)，種植制度為小麥-休閑，1年1熟。

1.2 供試材料

土婁土、黑壚土土壤樣品于2010年10月分別采自楊凌、長武試驗地，采土時用鐵鍬收集15 cm和45 cm兩個土層土壤，剔除作物根系、石塊等雜物，風干、磨細后通過2 mm篩備用。供試土婁土、黑壚土土壤樣品基本理化性質見表1。

表1 供試土婁土、黑壚土土壤樣品基本理化性質Table 1 Basic properties of Lou soil and dark loessial soil samples

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著，下同。

Note:Values with different lowercase letters within a column mean significantly different at 0.05 level,the same as below.

供試玉米根茬采于2010年10月玉米收獲當天，品種為‘鄭單958’。根茬采自西北農林科技大學農作一站不同栽培模式綜合試驗田常規(guī)栽培模式下的3種施氮量(0、120和240 kg·hm-2)處理小區(qū)，小區(qū)面積為18 m2(4 m×4.5 m)，每個小區(qū)定苗玉米98株。在試驗小區(qū)沿梅花狀選擇10株玉米，用鐵鍬采集0～20 cm深度根茬，采樣面積為20 cm×20 cm(這是由于超過60%的玉米根系分布在該層次)。將相同施氮量處理的根茬混合，0、120和240 kg ·hm-2施氮處理小區(qū)的玉米根茬分別用R0、R120和R240表示。將采集的玉米根茬樣品置于孔徑0.15 mm篩之上，用清水小心洗去根系附著的土壤，防止細小根系損失，后用蒸餾水沖洗。由于在玉米收割時殘留在地上部分的莖桿高度約為5～10 cm，為避免根茬粉碎過程中莖桿混入的影響，沿清洗干凈的玉米支持根上緣將殘留的莖桿部分剪去，后將根茬置于90 ℃殺青0.5 h，60 ℃烘干，最后將根茬粉碎并通過1 mm 篩備用。供試玉米根茬的基本養(yǎng)分性狀見表2。

表2 供試玉米根茬基本性質Table 2 Basic properties of maize root residues in this study

1.3 根茬田間分解試驗

研究因素包括上述供試土婁土、黑壚土的各兩個層次土壤(15 cm和45 cm，分別用S15、S45表示)及3種施氮量處理玉米根茬(R0、R120、R240)，同時設置不添加玉米根茬的土壤作為對照，共組成8個處理(S15、S15+R0、S15+R120、S15+R240；S45、S45+R0、S45+R120、S45+R240)，各處理重復12次。

稱取100 g供試土壤(按烘干土計算)，3種不同施氮量處理玉米根茬以2%的比例(2 g)[16]分別與2個土層土壤混合均勻后裝入尼龍網袋(大小為14 cm×14 cm，孔徑80 μm)中封口。尼龍網袋孔徑可阻止土壤動物及植物根系穿過，但不影響土壤水、氣交換。于2010年11月將尼龍網袋分別埋入楊凌農作一站和長武農技中心試驗地采集土壤樣品的同一田塊。用鐵鍬挖取8個45 cm×100 cm的長方形埋藏坑，其中4個坑深度15 cm，分別埋藏S15、S15+R0、S15+R120、S15+R240等4個處理的各12個重復；另4個坑深度45 cm，分別埋藏S45、S45+R0、S45+R120、S45+R240等4個處理的各12個重復。將各處理的12個尼龍網袋對稱平鋪于埋藏坑內，然后將坑內挖取的土壤重新回填覆蓋。同時，在15 cm和45 cm土層深度分別埋入土壤溫度自動記錄儀(TidbiT○Rv2)，試驗期間及時除去田間雜草。

分別于2011年3月、6月、9月、11月采集各處理中的3個重復，將其中1/3土壤樣品風干，通過0.15 mm篩，測定土壤有機碳質量分數(shù)；其余土樣在4 ℃下保存，測定土壤可溶性有機碳、微生物量碳。

1.4 測定項目與方法

土壤及玉米根茬基本理化性質中有機碳、全氮、有效磷、速效鉀的測定采用常規(guī)農化方法，土壤碳酸鈣質量分數(shù)測定采用氣量法[17]，根茬纖維素、木質素質量分數(shù)用碘量法測定[18]。

土壤及玉米根茬的有機碳穩(wěn)定同位素比δ13C值在美國加利福尼亞大學戴維斯分校的同位素實驗室進行測定，通過元素分析儀(PDZ Europa ANCA-GSL)-質譜儀(PDZ Europa 20-20)聯(lián)用方法，采用PDB標準，測定誤差為±0.2‰。土壤有機碳δ13C值測定采用12 mol·L-1HCl 抽氣熏蒸24 h以去除碳酸鹽的影響[19]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

分解1 a后，土壤有機碳中來源于玉米根茬碳的比例f(%)為[11,20]：

(1)

式中：δ為土壤-根茬混合物的有機碳δ13C值；δs為對照土壤(CK)有機碳的δ13C值；δm為玉米根茬的δ13C值，本研究測得R0、R120、R240根茬的δ13C值分別為-12.85‰、-12.55‰、-12.66‰。

若分解1 a后添加根茬處理的土壤有機碳質量分數(shù)為C(g·kg-1)，則其中來源于玉米根茬的有機碳量Croot(g·kg-1)為：

Croot=C×f

(2)

采用Microsoft Excel 2007和SAS 8.1對試驗數(shù)據(jù)進行方差分析，不同處理多重比較采用Duncan’s新復極差法。

2試驗地月降水量和日均土壤溫度差值計算均為楊凌減去長武 Difference of monthly precipitation and mean daily soil temperature between Yangling and Changwu

圖1玉米根茬分解期間楊凌、長武月降水量差值和不同土層土壤溫度差值
Fig.1DifferencesofmonthlyprecipitationandmeandailysoiltemperaturebetweenYanglingandChangwuduringthemaizerootdecompositionperiod

2 結果與分析

2.1 不同地點降水量及土壤溫度比較

由圖1可以看出，楊凌、長武2個試驗地月降水量、土壤溫度存在顯著差異。楊凌月降水總量較長武試驗地高215 mm，兩地月降水量差值最大為2011年9月(分解337 d)，達到181.7 mm。與長武試驗地相比，楊凌農作一站土壤日平均溫度偏高，試驗1 a楊凌15 cm和45 cm土層土壤溫度較長武平均分別偏高3.18 ℃和4.15 ℃。

2.2 玉米根茬有機碳分解動態(tài)變化

如圖2所示，根茬分解前，在供試土婁土、黑壚土的100 g土壤樣品中按2%比例加入的3種施氮量玉米根茬R0、R120、R240的根茬有機碳量分別為0.83、0.85、0.89 g，隨著根茬在土壤中分解，其有機碳量逐漸降低。隨著時間延長，R0根茬殘留的有機碳量逐漸高于R120和R240根茬。與表層土壤(15 cm)相比，埋藏在45 cm土層的根茬有機碳量在各采樣時期較15 cm土層高。試驗1 a結束時，土婁土15 cm和45 cm土層各處理根茬殘留碳量分別為0.21～0.30 g和0.26～0.32 g；黑壚土15 cm和45 cm土層各處理根茬殘留碳量分別為0.30～0.37 g和0.37～0.44 g，較在土婁土土層中分別高20.9%～42.9%和36.1%～43.6%。各采樣時期黑壚土中R0、R120、R240根茬有機碳量均高于土婁土中的相應各處理。

*表示差異顯著 * represents significant difference

2.3 土壤碳穩(wěn)定同位素比δ13C值變化

表3所示，在15 cm和45 cm土層，添加玉米根茬的各處理分解前后土壤有機碳δ13C值均顯著高于相應對照土壤(S15)。埋藏分解1 a后，土婁土土層對照處理的土壤有機碳δ13C值與分解前相比有增加的趨勢；隨著玉米根茬碳在土壤中逐漸分解礦化，添加根茬的處理土壤有機碳δ13C值較分解前顯著降低。分解1 a后，添加R120和添加R240處理的土壤有機碳δ13C值高于添加R0根茬的處理，在15 cm土層差異顯著。不同土層相比，45 cm土層各處理分解前后土壤有機碳δ13C值均顯著高于15 cm土層相應處理。不同供試土壤類型相比較，分解前后土婁土中各處理土壤有機碳δ13C值均較黑壚土中相應處理偏高。

表3 根茬分解前后土婁土、黑壚土中15、45 cm土層不同處理土壤有機碳δ13C值Table 3 The δ13C values of soil organic carbon before and after decomposition at 15 cm and 45 cm depths ‰

注：同一土層同一時期不同小寫字母表示處理間在0.05水下差異顯著。下同。

Note:Values with different lowercase letters within a column at the same soil depths during the same period mean significantly different at 0.05 level.The same below.

2.4 玉米根茬來源的土壤有機碳比例及質量分數(shù)

根據(jù)表3中各處理土壤有機碳δ13C值及公式1，得到埋藏分解1 a后，來源于玉米根茬碳的土壤有機碳比例(圖3)。土婁土中各處理土壤有機碳中來源于根茬的比例為22.4%～44.7%。黑壚土中各處理土壤有機碳來源于根茬的比例為27.4%～38.3%，S15+R120和S15+R240處理根茬來源的有機碳比例較S15+R0處理在土婁土中和黑壚土中分別提高7.9%～27.9%和7.2%～8.7%；在土婁土和黑壚土中各處理根茬來源的有機碳比例在45 cm土層無顯著差異。

圖3 供試土婁土、黑壚土中添加根茬處理分解1 a后來源于玉米根茬的有機碳比例Fig.3 Portion of root-derived organic carbon in residues of maize root additiontreatments in Lou soil and dark loessial soil after 1 a decomposition

由圖4可以看到，根茬分解1 a后，來源于玉米根茬的土壤有機碳質量分數(shù)在不同土壤類型中存在顯著差異。在土婁土15 cm土層，S15+R0、S15+R120和S15+R240處理根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)分別為2.48、2.47和3.05 g·kg-1，S15+R240處理顯著高于S15+R0和S15+R120處理；在S45+R0、S45+R120和S45+R240處理為2.74、2.58和2.49 g·kg-1。在黑壚土中，S15+R0、S15+R120和S15+R240處理根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)分別為3.23、3.30和3.29 g·kg-1；在S45+R0、S45+R120和S45+R240處理中根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)分別為3.47、3.40和3.50 g·kg-1，3種根茬處理之間均無顯著差異。黑壚土中各處理根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)均顯著高于土婁土中相應處理。

圖4 供試土婁土、黑壚土中添加根茬處理分解1 a后來源于玉米根茬的有機碳質量分數(shù)Fig.4 Mass fraction of root-derived organic carbon in residues of maize root addition treatmentsin Lou soil and dark loessial soil after 1 a decomposition

表4所示，玉米根茬在土壤中經過1 a腐解，約2/3的根茬碳分解損失，在供試土婁土土壤中28.3%～34.6%的根茬碳經腐殖化進入土壤有機質中，在黑壚土土壤中為37.4%～42.4%，不同施氮量根茬僅在土婁土15 cm土層中有顯著性差異。黑壚土土壤中根茬來源的土壤有機碳量占加入根茬的總碳量平均比例較土婁土土壤中高28.0%。分解1年后，土婁土中各處理根茬碳的分解率為61.6%～74.8%，黑壚土土壤中各處理根茬碳殘留率平均值較土婁土土壤中各處理平均值高33.8%。

表4 分解1 a后根茬來源的土壤有機碳占加入根茬總碳量的比例及根茬碳殘留率Table 4 Percentage of root-derived organic carbon in total input root C and contributionof remaining root C after 1 a decomposition %

3 討 論

3.1 根茬分解與有機碳δ13C值變化

本研究中供試的土婁土、黑壚土土壤中不同處理45 cm土層的土壤有機碳在埋藏分解前后均顯著高于15 cm土層相應處理。在土壤剖面中，深層土壤的有機碳δ13C值比表層偏正2‰～3‰，這與其他學者的研究結果相一致[21-23]，且這種趨勢與土壤的物理和化學狀態(tài)無關[24]。土壤有機碳δ13C值隨深度的變化可以近似地代表有機質的分解過程，其產生的原因主要有：土壤中的異養(yǎng)微生物在分解枯枝落葉和氧化有機質時發(fā)生了碳同位素的動力學分餾，微生物優(yōu)先利用較輕(貧13C)的碳源，從而使殘留有機質的δ13C值逐漸升高；工業(yè)革命以來，由于貧13C的化石燃料燃燒導致大氣CO2的δ13C值降低(約1.3‰)，使早期形成的深層土壤有機質富集13C，即Suess效應；與地表生物量(主要為葉子)相比，地下生物量(根)通常富集13C，最大差異達1.5‰，來自地表植物葉、莖的土壤有機質與地下植物根殘體相混，從而影響剖面有機碳的同位素組成[25]。土壤有機碳δ13C值在剖面不同層次的差異表明深層土壤有機碳降解程度較高，而上層土壤有機質較新[26]。各土層未添加根茬的對照土壤有機碳δ13C值在分解1 a后較分解前有所偏正，也說明土壤有機質的礦化和腐殖化伴隨有碳同位素的分餾過程[10]。

由于光合途徑不同，C3、C4植物的δ13C值存在顯著差異(平均值C3： -27‰，C4：-12‰)而地表植物種類是制約土壤有機質δ13C值變化的主要因素[24]。添加3種施氮量玉米根茬(δ13C值平均為 -12.69‰)的土壤有機碳δ13C值顯著高于對照土壤，這是由于植物物料中較多的富13C化合物(水溶性組分、碳水化合物和纖維素等)進入了土壤。埋藏1 a后，添加根茬處理的土壤有機碳δ13C值顯著低于分解前，這主要是由于加入的玉米根茬碳殘留量逐漸減少，富13C化合物不斷礦化分解和貧13C化合物(如纖維素)相對增多[27]，從而使土壤δ13C值降低。

與供試黑壚土土壤相比，土婁土各處理土壤有機碳δ13C值偏正，這可能與兩個類型土壤的顆粒組成不同有關。土婁土耕層土壤小于0.002 mm的粘粒質量分數(shù)高于長武黑壚土[28]。土壤不同粒徑組分中所含有機質的腐殖化程度各不相同，隨著組分粒徑的減小，其對微生物代謝產物的穩(wěn)定和保護能力增強，而這些代謝產物通常具有較高的δ13C值，因此，粘粒質量分數(shù)較高的土壤具有更高的δ13C值[29]。此外，土婁土較黑壚土偏正的有機碳δ13C值可能與2個地區(qū)不同的氣候條件有關。土壤有機碳同位素受植被狀況影響，而植被生長主要由氣候決定，有研究指出，在中國北方干旱半干旱地區(qū)，在降雨量大于400 mm的地區(qū)，有機碳δ13C值隨著年降雨量的增加而增大[30]，而土婁土地區(qū)的年均降雨量較黑壚土地區(qū)偏高。

3.2 不同土壤類型中玉米根茬分解差異

分解1 a后，玉米根茬碳殘留率在土婁土和黑壚土土壤中分別為25.2%～38.4%和35.3%～53.3%，即根茬有機碳分解率在土婁土土壤中為61.6%～74.8%，顯著高于黑壚土土壤中的46.7%～65.1%。根茬分解率的差異可能與兩個試驗地區(qū)不同的水、熱條件有關[31,16]。試驗期間楊凌月降水量總和較長武試驗地高215 mm，土壤溫度較長武平均偏高3～4℃。有研究指出，根系的化學組成是影響其分解的首要因素，其次是環(huán)境條件，其中溫度和降水量與根系分解顯著正相關[32]。此外，兩個試驗地土壤質地的差異(主要是粘粒質量分數(shù))也可能影響外源有機殘體的分解速率，根系在粘壤土中的分解速率顯著高于其他質地的土壤類型[15]。

土壤有機碳中來源于玉米根茬的碳比例也稱為土壤有機碳的更新率。分解1 a后，玉米根茬對土壤有機碳的貢獻率在土婁土土壤中為22.4%～44.7%，在黑壚土土壤中為27.4%～38.3%。值得注意的是，在長期種植C3植物(如小麥)的土壤上改種C4植物(如玉米)后能夠更加確切地研究土壤有機碳的來源，也有很多國內外學者利用δ13C手段進行了這方面的研究[11,16,20-21]。本研究通過人為添加玉米根茬，測定其在土壤中分解1 a后土壤δ13C值的變化情況來分析土壤有機碳中根茬來源的比例。本試驗中由于設置未添加根茬的土壤作為對照，在相同試驗條件下，分解前后土壤δ13C值的變化可以在一定程度上計算出根茬有機碳的貢獻率，同時本研究試驗結果顯示出根茬添加與否對土壤有機碳δ13C值有影響。有研究表明，在盆栽試驗條件下，種植一季玉米后，玉米根際沉積碳對土壤有機碳的貢獻率為25%[33]；在室內培養(yǎng)條件下土壤添加12%的玉米秸稈分解1 a后，來源于秸稈的有機碳比例為44%[11]。而在田間種植條件下，連續(xù)種植玉米37 a后，土壤表層有機質中僅有15%來源于玉米根際沉積[34]，其他研究者也指出當林地耕作30～50 a后，源于農作物C4植物的土壤有機碳僅占20%～40%[35]。

本試驗中較高的根茬碳對土壤有機碳的貢獻率與模擬條件下根茬添加量較實際農田玉米根茬還田量高及擾動的土壤條件有關。本研究中試驗田玉米種植的密度為18 m2定苗98株，密度較適宜。根據(jù)每667 m2耕作層土壤150 t(常用估算)及本研究中3種施氮量處理玉米根茬干質量平均值12.4 g計算，得到田間實際耕作層根茬歸還量最少約為0.03%。本研究中粉碎后根茬的添加量為干土質量的2%，與田間估算值有所差異，原因一方面是從研究角度考慮，土壤和根系都經過了風干(烘干)、粉碎處理，與田間實際條件確實已產生很大差異，但是試驗的結果仍然具有一定的參考價值；另一方面，在參考多篇有關土壤添加作物殘體后(比例在0.15%～4%之間)在田間分解的文獻基礎上重點參考Sanaullah等[16]在研究中的玉米殘體添加比例，即2%作為本研究中根茬的添加比例。

與15 cm土層相比較，土壤有機碳來源于玉米根茬的比例在45 cm土層顯著提高(圖3)，這可能是因為與表層土壤相比，深層土壤養(yǎng)分質量分數(shù)相對較低，上、下土層土壤微生物種類、活性等存在差異。同時深層土壤有機碳質量分數(shù)低且主要為有機質的穩(wěn)定組分，對作物生長的養(yǎng)分有效性較低[36]。新鮮根茬有機殘體的加入對深層土壤中微生物數(shù)量和活性的影響相對較大，這也表明作物根茬留田不僅能夠增加土壤有機碳來源，也有利于土壤有機碳更新，特別是為深層土壤補充更多新鮮有機碳。

在埋藏分解前，土婁土和黑壚土土壤中分別添加的3種施氮量根茬有機碳量相同，而分解1 a后根茬來源的土壤有機碳量占分解前加入的根茬總碳量在黑壚土土壤中顯著高于在土婁土中，這主要是由于根茬在黑壚土土壤中分解率較低，根茬殘留有機碳量較高，其對土壤有機碳更新的貢獻也相對較高。此外還應注意到，相同根茬添加量下(2%)，分解1 a后根茬來源的土壤有機碳質量分數(shù)在3種施氮量根茬中無顯著差異(除土婁土15 cm土層外)。而從前面的研究中可知，氮肥施用顯著增加了玉米根茬的生物還田量，同時考慮到玉米根茬在土壤剖面的自然分布深度，不同氮肥用量下根茬還田量的差異可能會影響其對土壤有機碳的貢獻率。

4 結 論

在田間埋藏分解1 a后，0、120和240 kg·hm-23種施氮量處理的玉米根茬的有機碳分解率在土婁土中為61.6%～74.8%，顯著高于黑壚土中的46.7%～65.1%，這主要與試驗期間土婁土地區(qū)相對偏高的降水量和土壤溫度有關，此外施用氮肥及在上層土壤中埋藏的玉米根茬碳分解相對較快。田間試驗條件下分解1 a后，玉米根茬對土壤有機碳的貢獻率在土婁土中為22.4%～44.7%，在黑壚土中為27.4%～38.3%，下層土壤中根茬來源的土壤有機碳比例相對較高。

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DecompositionCharacteristicsofDifferentNitrogenFertilizationinMaizeRootsandItsEffectsonSoilOrganicCarbon

CAI Miao1,2，ZHOU Jianbin2and HAN Jichang1

(1. Shaanxi Land Construction Group Co.Ltd,Xi’an 710075,China; 2.College of Natural Resources and Environment,Northwest A&F University/Key Laboratory of Plant Nutrition and Agro-environment in Northwest China,Ministry of Agriculture of P.R.China,Yangling Shaanxi 712100,China)

Through a field burial decomposition experiment,we investigated differences in decomposition of maize root residues which were fertilized with three N rates [(0 kg·hm-2(R0),120 kg·hm-2(R120),240 kg·hm-2(R240)] in the Lou soil (Yangling) and the dark loessial soil (Changwu),and the factors influencing root decay. The stable carbon isotope (δ13C) technique was used to determine contribution of root-derived carbon decomposition to total turnover of soil organic carbon.During the whole experiment period,a hydrothermal condition was found better in Yangling than in Changwu. The cumulative precipitation was 215 mm in Yangling,which was much more than in Changwu; and the average of soil temperature was 3.2 ℃ and 4.2 ℃ greater at the depths of 15 cm and 45 cm respectively in Yangling than Changwu. The amount of the remaining root carbon in the dark loessial soil was 20.9%-43.6% higher than in the Lou soil after 1 a decay. The contribution of root-derived carbon was 22.4%-44.7% and 27.4%-38.3% in Lou soil and dark loessial soil,respectively. The root-derived carbon mass fraction was significantly greater (P<0.05) in the dark loessial soil than the Lou soil,however,no significant difference was observed among R0,R120,and R240. In conclusion,maize root decomposed faster in the Lou soil under favorable hydrothermal conditions. Additionally,soil depths,texture,and fertilization management would affect organic residues decomposition and the sequestration and turnover of organic carbon in soils.

Nitrogen fertilization rate; Root carbon decomposition; Soil moisture and temperature; Soil depth

2016-09-08

2016-10-31

National Natural Science Foundation of China (No.31372137); the Key Scientific and Technological Innovation Team Project in Shaanxi Province (No.2016KCT-23).

CAI Miao,female,Ph.D. Research area:organic residues decomposition and soil carbon sequestration. E-mail: caimiao@nwsuaf.edu.cn

S143.1；S513

A

1004-1389(2017)10-1559-10

日期：2017-10-18

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1220.S.20171018.1733.042.html

2016-09-08

2016-10-31

國家自然科學基金(31372137)；陜西省重點科技創(chuàng)新團隊計劃(2016KCT-23)。

蔡 苗，女，博士，研究方向為有機殘體分解與土壤固碳。E-mail: caimiao@nwsuaf.edu.cn

(責任編輯：史亞歌Responsibleeditor:SHIYage)