紅壤玉米的土壤呼吸速率與土壤碳排放效率及其施磷響應(yīng)

關(guān)鍵詞： 玉米；紅壤；土壤呼吸速率；碳排放效率；施磷響應(yīng)

中圖分類號： S513.062 文獻標志碼： A 文章編號： 1004–390X （2024） 06?0142?09

作為影響溫室效應(yīng)的主要成分，CO₂ 在全球生態(tài)系統(tǒng)中的排放過程受到廣泛重視[1-2]。土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)中最大的碳庫，以有機態(tài)的形式儲存了全球約2/3 的碳。通過土壤呼吸等過程釋放CO₂ 既是影響大氣CO₂ 濃度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳循環(huán)的主要生態(tài)學過程[3]。土壤呼吸是農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)營養(yǎng)循環(huán)與能量轉(zhuǎn)化的外在表現(xiàn)，是一種復(fù)雜的生物學過程，不同地區(qū)、不同土壤類型及不同植被類型下土壤呼吸特征均存在較大差異，作物類型[4]、土壤肥力條件[5]、溫度、水分、土壤碳氮比、土壤孔隙性、生態(tài)系統(tǒng)CO₂ 濃度[6]、風速[7]和pH 值[8]以及耕作方式、田間管理措施、種植模式等[9]均影響土壤呼吸作用，且各因素之間存在相互作用。對土壤呼吸的研究多集中于森林、草原等生態(tài)系統(tǒng)，主要針對森林與草原等植被的土壤呼吸速率與環(huán)境因子之間的效應(yīng)[10]、不同土地利用方式對森林土壤呼吸與其不同組分的影響[11]、土壤呼吸對全球生態(tài)環(huán)境變化的響應(yīng)[12]等，但對于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)下多種因素間的協(xié)同作用研究較少。農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)關(guān)乎糧食安全等問題，易受人為活動、施肥、種植模式等田間管理措施影響[9]，對于土壤碳庫固存也具有較大潛力[13]。因此，研究農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)土壤呼吸作用對于準確評估陸地生態(tài)系統(tǒng)碳排放效率等具有重要意義。

作為植物營養(yǎng)必需的三大元素之一，施用磷肥對保障作物產(chǎn)量和提高作物品質(zhì)具有重要作用[14-15]。向中國北方典型溫帶草地土壤中施磷，可以改善植物的生產(chǎn)力，進而影響輸入土壤的凋落物量、枯枝落葉及根系的分解速率、更新分泌物等土壤碳輸入數(shù)量和質(zhì)量，間接影響土壤呼吸[16]。同時，磷肥進入土壤，土壤氮磷比降低，pH 下降，土壤呼吸間接發(fā)生改變[17-18]。CAMENZIND等[19]通過Meta 分析研究熱帶森林生態(tài)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)：一定量的磷素添加可促進植被生物量增加，進而導致土壤呼吸升高。REN 等[20]對青藏高原高寒草地生態(tài)系統(tǒng)的研究發(fā)現(xiàn)：磷肥的施用顯著促進了土壤呼吸。ILLERIS 等[21]對高寒地區(qū)半沙漠半草地生態(tài)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)：pH 值高于6.8時，添加磷素降低了土壤呼吸。SONG 等[22]對中國東北沼澤土壤研究發(fā)現(xiàn)：磷素的添加降低了微生物活性、叢枝菌根真菌的比例，進而抑制土壤呼吸。FENG 等[23]通過全球尺度Meta 分析得出：農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)磷素添加可顯著促進土壤呼吸作用。

優(yōu)化施磷措施如等量有機替代處理可大幅度減少磷肥投入，并降低碳排放[24]，但目前鮮有關(guān)于酸性土壤特別是低磷紅壤地區(qū)農(nóng)田土壤呼吸特征的定量研究。紅壤是中國面積最大、分布最廣的酸性土壤，其固磷能力強，磷肥當季利用率低是限制紅壤作物產(chǎn)量和質(zhì)量提升的重要因素[25]。保障低磷紅壤作物產(chǎn)量的同時，提高磷肥利用效率并降低農(nóng)田土壤碳排放，是協(xié)同實現(xiàn)作物增產(chǎn)和綠色低碳栽培的重要需求。本研究基于田間定位試驗，在連續(xù)種植玉米的第4年，分析不同磷肥施用梯度下玉米（Zea mays L.） 不同生育期內(nèi)土壤呼吸速率的動態(tài)變化，探究土壤呼吸與作物產(chǎn)量之間的關(guān)系，揭示兼顧作物產(chǎn)量和農(nóng)田CO₂ 減排的優(yōu)化磷肥施用量，以期為促進化肥減施增效和農(nóng)田CO₂ 減排，達到增產(chǎn)、高效、環(huán)境友好和生態(tài)安全的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)與參考。

責任編輯：何謦成