土壤碳氮耦合关系

吉林省主要旱田土壤有机碳㊃氮和碳氮比的空间分布特征王秋彬，于卫昕，王年一，刘振刚，戚昕元㊀（吉林省土壤肥料总站（吉林省黑土地质量保护监测中心），吉林长春１３００３３）摘要㊀应用经典统计学方法，选取吉林省１６个典型市县２０１６ ２０１９年测土配方施肥和耕地质量监测项目数据以及２０１７年轮作休耕试点项目采集的２８８２０个旱田表层（０ ２０ｃｍ）土壤样点数据，分析吉林省半干旱㊁半湿润㊁湿润农业生态区的土壤有机碳㊁全氮和碳氮比的空间分布特征㊂结果表明，吉林省主要旱田土壤有机碳和全氮含量及其变化范围均呈现半干旱农业生态区＜半湿润农业生态区＜湿润农业生态区的空间分布特征，土壤碳氮比表现为湿润农业生态区＜半湿润农业生态区＜半干旱农业生态区的空间分布特征㊂半湿润农业生态区应注重提高氮肥利用率和氮肥管理水平，并继续大力推广秸秆还田技术；半干旱农业生态区应在做好抗旱保墒的基础上，合理调控氮肥施用量，施用腐熟后的有机物料；湿润农业生态区应在合理减少氮素投入的同时，秸秆还田结合增施有机肥，增加有机碳的归还㊂关键词㊀旱田；土壤有机碳；土壤氮；碳氮比；空间分布；吉林省中图分类号㊀Ｓ１５３．６㊀㊀文献标识码㊀Ａ㊀㊀文章编号㊀０５１７－６６１１（２０２２）２３－００４０－０３ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０５１７－６６１１．２０２２．２３．０１２㊀㊀㊀㊀㊀开放科学（资源服务）标识码（ＯＳＩＤ）：ＳｐａｔｉａｌＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＳｏｉｌＯｒｇａｎｉｃＣａｒｂｏｎ，ＮｉｔｒｏｇｅｎａｎｄＣａｒｂｏｎ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎＲａｔｉｏｉｎＭａｉｎＤｒｙｌａｎｄｓｏｆＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅＷＡＮＧＱｉｕ⁃ｂｉｎ，ＹＵＷｅｉ⁃ｘｉｎ，ＷＡＮＧＮｉａｎ⁃ｙｉｅｔａｌ㊀（ＪｉｌｉｎＳｏｉｌａｎｄＦｅｒｔｉｌｉｚｅｒＧｅｎｅｒａｌＳｔａｔｉｏｎ（ＪｉｌｉｎＢｌａｃｋＬａｎｄＱｕａｌｉｔｙＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇＣｅｎｔｅｒ），Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ１３００３３）Ａｂｓｔｒａｃｔ㊀Ｕｓｉｎｇｃｌａｓｓｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ，ｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎａｎｄｃａｒｂｏｎｎｉｔｒｏｇｅｎｒａｔｉｏｉｎｓｅｍｉａｒｉｄ，ｓｅｍｉｈｕｍｉｄａｎｄｈｕｍｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｏｎｓｏｆＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｅｌｅｃｔｉｎｇ２８８２０ｓｏｉｌｓａｍｐｌｅｓｃｏｌｌｅｃｔｅｄｆｒｏｍｔｈｅｓｏｉｌｔｅｓｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｆａｒｍｌａｎｄｑｕａｌｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｉｎ１６ｔｙｐｉｃａｌｃｉｔｉｅｓａｎｄｃｏｕｎｔｉｅｓｉｎＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅｆｒｏｍ２０１６ｔｏ２０１９ａｎｄｔｈｅｒｏｔａｔｉｏｎａｎｄｆａｌｌｏｗｐｉｌｏｔｐｒｏｊｅｃｔｉｎ２０１７．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｖａｒｉａｔｉｏｎｒａｎｇｅｏｆｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｔｏｔａｌｎｉ⁃ｔｒｏｇｅｎｉｎｔｈｅｍａｉｎｄｒｙｆｉｅｌｄｓｉｎＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅｓｈｏｗｅｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ＜ｓｅｍｉｈｕｍｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ＜ｈｕｍｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ，ａｎｄｔｈｅｓｏｉｌｃａｒｂｏｎ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎｒａｔｉｏｓｈｏｗｅｄｔｈｅｓｐａｔｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｕｍｉｄａｇｒｏｅｃ⁃ｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ＜ｓｅｍｉｈｕｍｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ＜ｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｇｒｏｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ．Ｔｈｅｓｅｍｉｈｕｍｉｄａｇｒｏ⁃ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａｓｈｏｕｌｄｐａｙａｔｔｅｎｔｉｏｎｔｏｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｒａｔｅｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｅｔｏｖｉｇｏｒｏｕｓｌｙｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｓｔｒａｗｒｅｔｕｒｎｉｎｇｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄ；Ｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｒｏｕｇｈｔｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｎｄｍｏｉｓｔｕｒｅｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅａｍｏｕｎｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒｓｈｏｕｌｄｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙｒｅｇｕｌａｔｅｄａｎｄｔｈｅｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄｏｒｇａｎｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｓｈｏｕｌｄｂｅａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄａｇｒｏ⁃ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ；ｉｎｔｈｅｈｕｍｉｄａｇｒｏ⁃ｅｃｏｌｏｇｉｃａｌａｒｅａ，ｗｅｓｈｏｕｌｄｒｅａｓｏｎａｂｌｙｒｅｄｕｃｅｔｈｅｉｎｐｕｔｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ，ｒｅｔｕｒｎｓｔｒａｗｔｏｔｈｅｆｉｅｌｄ，ｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｆｅｒｔｉｌｉｚｅｒａｎｄｉｎｃｒｅａｓｅｔｈｅｒｅｔｕｒｎｏｆｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ㊀Ｄｒｙｆａｒｍｌａｎｄ；Ｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎ；Ｓｏｉｌｎｉｔｒｏｇｅｎ；Ｃａｒｂｏｎ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎｒａｔｉｏ；Ｓｐａｃｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ；ＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ作者简介㊀王秋彬（１９８２ ），女，吉林通化人，高级农艺师，从事土壤肥料研究㊂收稿日期㊀２０２２－０２－２１；修回日期㊀２０２２－０３－１７㊀㊀土壤有机质和全氮是植物生长必需营养元素的主要来源，不仅反映土壤肥力水平，也印证区域生态系统演变规律［１］㊂二者之间的耦合关系可以用土壤碳氮比来表示，它既是土壤质量的敏感指标，也是衡量土壤碳㊁氮营养平衡状况的指标［２］㊂前人对土壤有机碳和全氮的时空变异特征开展了大量的研究［３－５］，但研究尺度多集中在中㊁微观尺度（如小流域㊁乡镇㊁县域和市域等尺度），而在较大的地理空间尺度上（如省域尺度）的研究相对较少㊂吉林省位于我国东北地区中部，是我国粮食生产大省，也是国家确定的粮食功能生产区之一㊂２０２０年吉林省粮食总产量达３８０．３亿ｋｇ，连续８年突破３５０．０亿ｋｇ，居全国第５位［６］㊂土壤有机碳㊁全氮和土壤碳氮比是表征耕地质量的重要因素，掌握耕地土壤有机碳㊁氮和碳氮比的空间分布特征是有效应对粮食安全和农业可持续发展的重要依据［７－８］㊂土壤有机碳㊁氮和碳氮比受地区水热条件影响较大，根据主要气候因素和土壤类型，吉林省可划分为半干旱㊁半湿润㊁湿润３个农业生态区［９］，该研究选取前郭㊁德惠㊁敦化等１６个典型县分别代表３个农业生态区，通过对２０１６ ２０１９年测土配方施肥和耕地质量监测项目以及２０１７年轮作休耕试点项目旱田耕层土样数据的分析，探讨了吉林省旱田土壤有机碳㊁氮及碳氮比的空间分布特征㊂１㊀材料与方法１．１㊀研究区概况㊀该研究采用陈学求等［９］对吉林省农业生态区的划分方法，根据年降雨量㊁气温㊁积温㊁土壤类型等因素，将吉林省划分为半干旱㊁半湿润㊁湿润３个农业生态类型区㊂在半干旱农业生态区（包括乾安㊁前郭等１０个市县）选取乾安㊁前郭和双辽３个市县，该区年平均气温５．６ ７．６ħ，年降雨量３８８．５ ５０７．８ｍｍ，积温２８００ ３０００ħ㊃ｄ，土壤类型主要为黑钙土和风沙土，土壤ｐＨ大多在８以上㊁呈碱性；在半湿润农业生态区（包括长春㊁德惠等１１个市县）选取德惠㊁公主岭㊁伊通㊁梨树㊁东辽５个市县，该区年平均气温５．９ ７．７ħ，年降雨量４０３ ６６４ｍｍ，积温２６００ ２８００ħ㊃ｄ，土壤类型主要为黑土类，土壤ｐＨ平均７左右㊁呈中性，是吉林省玉米主产和高产区；在湿润农业生态区（包括长白区㊁敦化区等７个局部生态区）选取敦化㊁安图㊁珲春㊁浑江㊁抚松㊁蛟河㊁龙井㊁桦甸８个市县，该区气候和地理分布复杂，年平均气温３．７ ８．４ħ，年降雨量５２１．１ １３４９．１ｍｍ，其中６００ ８００ｍｍ占多数地区，９００ １３００ｍｍ只是局部地区，积温２１００ ３０００ħ㊃ｄ，局部地区在３０００ħ㊃ｄ以上，土壤类型以白浆土为主，土壤ｐＨ在６以下㊁呈酸性［９］㊂１．２㊀土壤采样与测定㊀土壤样品按照ＮＹ／Ｔ１１２１．１ ２００６㊀㊀㊀安徽农业科学，Ｊ．ＡｎｈｕｉＡｇｒｉｃ．Ｓｃｉ．２０２２，５０（２３）：４０－４２‘土壤检测第１部分：土壤样品的采集㊁处理和贮存“于２０１６ ２０１９年采集和处理，每年采样点不重复，每一样点采用多点混合的方法采集土样，采样深度为０ ２０ｃｍ，共２８８２０个样品，其中半干旱区采样３８２６个㊁半湿润区１７４７１个㊁湿润区７５２３个㊂采用油浴加热重铬酸钾氧化－容量法测定土壤有机碳，用半微量凯氏法测定土壤全氮㊂土壤碳氮比㊁有机碳与全氮间的相关性采用Ｐｅａｒｓｏｎ相关系数，统计分析在ＳＰＳＳ２０．０中完成㊂２㊀结果与分析２．１㊀土壤有机碳与全氮的关系㊀据对２８８２０个样品检测数据的统计，吉林省旱田土壤有机碳含量为１．１６ １７７．４８ｇ／ｋｇ，平均为１５．４７ｇ／ｋｇ，变异系数为４４．１９％；土壤全氮含量为０．２１２ １２．０２０ｇ／ｋｇ，平均为１．５８１ｇ／ｋｇ，变异系数为４４ ０３％；两者均属中等程度的变异㊂相关分析表明（图１），全部旱田土壤样品的有机碳与全氮含量呈明显的线性关系，两者的相关系数高达０．７７５１（Ｐ＜０．０１），表明吉林省旱田土壤有机碳与全氮存在较为稳定的线性关系，是普遍现象㊂图１㊀吉林省旱田土壤有机碳和全氮的关系Ｆｉｇ．１㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｔｏｔａｌｎｉｔｒｏ⁃ｇｅｎｉｎｄｒｙｆａｒｍｌａｎｄｉｎＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ㊀㊀对半干旱农业生态区３８２６个样点检测数据的统计结果表明，该区旱田土壤有机碳含量为２．２１ １９．３２ｇ／ｋｇ，平均为８．８１ｇ／ｋｇ，变异系数为２５．０８％；土壤全氮含量为０．２５１３．０１０ｇ／ｋｇ，平均为０．７２３ｇ／ｋｇ，变异系数为４３．５４％；土壤有机碳与全氮呈明显的线性关系（图２ａ），两者的相关系数为０．４８２４（Ｐ＜０．０１）㊂据对半湿润农业生态区１７４７１个样点基础数据的统计分析，半湿润区旱田土壤有机碳含量为２．１２ ３９．６１ｇ／ｋｇ，平均为１４．７７ｇ／ｋｇ，变异系数为３５．００％；土壤全氮含量为０．２１２ ３．３００ｇ／ｋｇ，平均为１．４９６ｇ／ｋｇ，变异系数为３０．０６％；土壤有机碳与全氮呈明显的线性关系（图２ｂ），相关系数为０．６８４７（Ｐ＜０．０１）㊂湿润农业生态区７５２３个样点的旱田土壤有机碳含量为１．１６ １７７．４８ｇ／ｋｇ，平均为２０．４８ｇ／ｋｇ，变异系数为３９．５８％；土壤全氮含量为０．３１３ １２．０２３ｇ／ｋｇ，平均为２．２１４ｇ／ｋｇ，变异系数为３３．３２％；土壤有机碳与全氮呈明显的线性关系（图２ｃ），相关系数为０．６７７０（Ｐ＜０．０１）㊂２．２㊀旱田土壤碳氮比的特征㊀一般来说，土壤碳氮比可反映土壤肥力的水平，供肥能力较高的土壤，碳氮比较低，相应地，碳氮比较高的土壤，其供肥能力较低㊂据对２８８２０个样品相关数据的统计，吉林省旱田土壤碳氮比在３．５０ ２４．９５，中位值为１０．１５，平均为１０．４１，变异系数为３０．６５％，其中半干旱农业生态区旱田土壤碳氮比在３．５２ ２０．４７，中值为１４．７２，平均为１３．５４，变异系数为２７．９９％；半湿润农业生态区旱田土壤碳氮比在３．５０ ２４．９５，中值为１０．１３，平均为１０．１３，变异系数为２７．８９％；湿润农业生态区旱田土壤碳氮比在３．５０２０．４９，中值为９．３１，平均为９．４５，变异系数为２８．０９％㊂吉林省旱田土壤碳氮比主要分布在８ １１，占比４１．１７％㊂由图３可知，半干旱农业生态区旱田土壤碳氮比主要分布在１４ １７，占比４３．１０％，其频率不符合正态分布，可能与样本选取量不够有关；半湿润生态区旱田土壤碳氮比的频率呈正态分布，主要分布在８ １１，占比４７．５２％；湿润生态区旱田土壤碳氮比的频率主要分布在５ １１，占比７６．０９％㊂可见，吉林省各农业生态区旱田土壤碳氮比差异较大，半干旱农业生态区普遍高于半湿润农业生态区，湿润农业生态区最低㊂图２㊀吉林省半干旱（ａ）㊁半湿润（ｂ）和湿润（ｃ）农业生态区旱田土壤有机碳和全氮的关系Ｆｉｇ．２㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｏｉｌｏｒｇａｎｉｃｃａｒｂｏｎａｎｄｔｏｔａｌｎｉｔｒｏｇｅｎｉｎｄｒｙｆａｒｍｌａｎｄｏｆｓｅｍｉ⁃ａｒｉｄ（ａ），ｓｅｍｉｈｕｍｉｄ（ｂ）ａｎｄｈｕｍｉｄ（ｃ）ａｇｒｏｅｃｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌｒｅｇｉｏｎｓｉｎＪｉｌｉｎＰｒｏｖｉｎｃｅ３㊀结论与讨论吉林省旱田土壤有机碳含量平均为１５．４７ｇ／ｋｇ，全氮含量平均为１．５８１ｇ／ｋｇ，其中，半干旱农业生态区旱田土壤有机碳含量平均为８．８１ｇ／ｋｇ，全氮含量平均为０．７２３ｇ／ｋｇ；半湿润区土壤有机碳含量平均为１４．７７ｇ／ｋｇ，全氮含量平均为１．４９６ｇ／ｋｇ；湿润区土壤有机碳含量平均为２０．４８ｇ／ｋｇ，全氮含量平均为２．２１４ｇ／ｋｇ㊂旱田表层土壤有机碳和全氮含量均呈现半干旱农业生态区＜半湿润农业生态区＜湿润农业生态１４５０卷２３期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀王秋彬等㊀吉林省主要旱田土壤有机碳·氮和碳氮比的空间分布特征图３㊀旱田土壤碳氮比的频率分布Ｆｉｇ．３㊀Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｏｉｌｃａｒｂｏｎ⁃ｎｉｔｒｏｇｅｎｒａｔｉｏｉｎｄｒｙｆａｒｍｌａｎｄ区的空间分布特征，且各区土壤有机碳与全氮均呈明显的线性关系，说明旱田土壤的有机碳和全氮变化基本同步㊂张春华等［１０］研究表明，松嫩平原玉米带（农安㊁德惠㊁九台㊁公主岭）１９８０ ２００５年土壤有机质和全氮含量都有不同程度的增加，其中土壤有机质变化较为明显，１９８０和２００５年土壤有机质平均含量分别为２．１４％和２．５４％，折算为有机碳分别为１２．４１和１４．７３ｇ／ｋｇ，其中２００５年的土壤有机碳含量平均值与该研究半湿润区的土壤有机碳含量平均值（１４．７７ｇ／ｋｇ）基本一致；１９８０和２００５年土壤全氮的平均含量无显著差异，平均值均为０．１２％，低于该研究半湿润区土壤全氮的平均含量（０．１４９６％），说明２００５年以来开展的测土配方施肥项目有效提升了该区域土壤全氮含量，土壤有机质含量还有较大上升空间㊂与仅考虑土壤碳㊁氮自身的变异特征相比，综合土壤碳氮比更能准确地描述土壤碳㊁氮变化的特点［１１］㊂一般耕作土壤表层碳氮比在８ʒ１ １５ʒ１，平均在１０ʒ１ １２ʒ１［１２］，合适的土壤碳氮比可协调土壤有机物质中养分的释放，维持较高的土壤微生物活性㊂康日峰等［１３］对１９８８ ２０１３年东北黑土区土壤养分演变特征进行研究，结果发现，１９８８ ２０１３年黑土监测区土壤碳和氮含量均逐年显著增加，但碳氮比呈现下降趋势，从１９８８年的１０．３降至２０１３年的９．６，下降６．８％㊂该研究中，吉林省旱田土壤碳氮比平均为１０．４１，与康日峰等［１３］的研究中１９８８年的碳氮比基本持平，表明碳素与氮素的增加速度较协调，作物秸秆还田和化学肥料的施用补充了作物高产引起的地力亏缺，减缓了有机质的分解矿化速度，有利于有机物质的积累，提高了土壤固碳能力㊂半干旱㊁半湿润㊁湿润农业生态区旱田表层土壤碳氮比平均分别为１３．５４㊁１０．１３㊁９．４５，呈现湿润农业生态区＜半湿润农业生态区＜半干旱农业生态区的空间分布特征㊂土壤碳氮比是有机碳㊁氮输入与输出长期平衡的结果，并与输入的有机物质组分㊁氮肥施用㊁土壤性状和土地利用方式等有关［１，１４－１５］㊂正是由于进入土壤的有机物质主要是通过微生物的作用来实现降解，因此，通过微生物长期作用形成的有机物质（多为腐殖质）中有机碳与氮素的比例较为稳㊀定㊂微生物对有机物质正常分解的碳氮比为２５ʒ１，输入物中有机碳与全氮比例较高的耕地其土壤有机碳与全氮的比例一般也较高，禾本科作物茎秆的碳氮比可达（６０ １００）ʒ１，豆科作物茎杆的碳氮比多在（１５ ２０）ʒ１，进入土壤后其通过微生物的分解碳氮比逐渐下降，如果碳氮比过大，微生物的分解作用就慢，有机碳消耗也较多［１６］㊂半湿润农业生态区水热条件适宜作物生长，该区旱田土壤有机碳㊁全氮含量较高，土壤碳氮比适宜，是吉林省的粮食主产区，一方面，应避免盲目增加氮肥施用量，重点放在提高氮肥利用率和氮肥管理水平上，与有机物质协调施用；另一方面继续大力推广秸秆还田技术，增加农家肥㊁有机肥的使用，在追求高产的前提下实现土壤碳㊁氮之间的平衡，促进农业与生态系统的可持续发展㊂半干旱农业生态区积温高但干旱少雨，该区旱田土壤有机碳㊁全氮含量较低，土壤碳氮比较高，土壤微生物活性低，不利于有机养分的分解㊁释放，应在做好抗旱保墒的基础上，合理调控氮肥施用量，保证产量，施用腐熟后的有机物料，逐步改善土壤理化性质与土壤有机碳㊁全氮含量，降低土壤碳氮比㊂湿润农业生态区降雨量适宜但积温低，该区旱田土壤有机碳㊁全氮含量高，但有效土层薄，土壤碳氮比较低，在农作物生长期土壤微生物活性高，易加速土壤原有碳和新鲜的有机碳的分解矿化，不利于土壤有机质的积累，应在合理减少氮素投入的同时，采取秸秆还田结合增施有机肥措施，增加有机碳的归还，保持旱田土壤有机碳的稳定㊂参考文献［１］张春华，王宗明，居为民，等．松嫩平原玉米带土壤碳氮比的时空变异特征［Ｊ］．环境科学，２０１１，３２（５）：１４０７－１４１４．［２］林丽，张法伟，李以康，等．高寒矮嵩草草甸退化过程土壤碳氮储量及Ｃ／Ｎ化学计量学特征［Ｊ］．中国草地学报，２０１２，３４（３）：４２－４７．［３］赵小敏，邵华，石庆华，等．近３０年江西省耕地土壤全氮含量时空变化特征［Ｊ］．土壤学报，２０１５，５２（４）：７２３－７３０．［４］耿远波，章申，董云社，等．草原土壤的碳氮含量及其与温室气体通量的相关性［Ｊ］．地理学报，２００１，５６（１）：４４－５３．［５］白军红，邓伟，张玉霞．内蒙古乌兰泡湿地环带状植被区土壤有机质及全氮空间分异规律［Ｊ］．湖泊科学，２００２，１４（２）：１４５－１５１．［６］吉林省统计局．吉林省２０２０年国民经济和社会发展统计公报［Ｒ］．长春：吉林省统计局，２０２１．［７］许泉，芮雯奕，刘家龙，等．我国农田土壤碳氮耦合特征的区域差异［Ｊ］．生态与农村环境学报，２００６，２２（３）：５７－６０．［８］王永旭，陈波浪，袁郁文，等．耕地土壤养分空间变异特征研究［Ｊ］．新疆农业科学，２０１５，５２（１）：１４５－１５０．［９］陈学求，张健，魏炳武，等．吉林省农业生态区与玉米生态育种目标的探讨［Ｊ］．吉林农业大学学报，１９９９，２１（３）：１９－２２．［１０］张春华，王宗明，任春颖，等．松嫩平原玉米带土壤有机质和全氮的时空变异特征［Ｊ］．地理研究，２０１１，３０（２）：２５６－２６８．［１１］罗由林，李启权，王昌全，等．川中丘陵县域土壤碳氮比空间变异特征及其影响因素［Ｊ］．应用生态学报，２０１５，２６（１）：１７７－１８５．［１２］黄昌勇．土壤学［Ｍ］．北京：中国农业出版社，２０００．［１３］康日峰，任意，吴会军，等．２６年来东北黑土区土壤养分演变特征［Ｊ］．中国农业科学，２０１６，４９（１１）：２１１３－２１２５．［１４］齐雁冰，黄标，顾志权，等．长江三角洲典型区农田土壤碳氮比值的演变趋势及其环境意义［Ｊ］．矿物岩石地球化学通报，２００８，２７（１）：５０－５６．［１５］张迪男．有机管理条件下农田土壤Ｃ㊁Ｎ㊁Ｐ变化特征［Ｄ］．重庆：西南大学，２０１５．［１６］谢国雄，楼旭平，阮弋飞，等．浙江省农田土壤碳氮比特征及影响因素分析［Ｊ］．江西农业学报，２０２０，３２（２）：５１－５５．２４㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀安徽农业科学㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０２２年。

土壤生态系统的碳循环与氮固持土壤是地球上最重要的自然资源之一，其生态系统在地球碳循环和氮固持中起着至关重要的作用。

土壤中的有机碳和氮元素对维持农业生产、调节气候变化以及保护生物多样性都起着至关重要的作用。

本文将探讨土壤生态系统中碳的循环和氮的固持。

一、碳循环1. 土壤有机碳的来源与贮存土壤有机碳主要来源于植物残体、动物粪便和微生物代谢产物等有机物质。

在这些有机物质进入土壤后，经过微生物的分解作用，部分碳会释放为二氧化碳（CO2）进入大气中，而剩余部分则会被氮固持作用中的微生物转化为有机氮物质。

这样，土壤中的有机碳就得到储存，并形成了土壤有机质。

2. 土壤呼吸作用土壤呼吸是指土壤中的微生物通过分解有机物质产生的二氧化碳释放到大气中的过程。

土壤呼吸作用是地球上碳循环的重要组成部分，其释放的二氧化碳量可以达到全球碳排放总量的10%左右。

3. 土壤碳储量的影响因素土壤碳储量受到多个因素的影响，如植被类型、土壤类型、气候条件等。

不同类型的土壤和植被具有不同的碳储量，例如，森林土壤的碳储量通常比农田土壤高。

此外，气候因素对土壤碳储量也有重要影响，温暖湿润的气候有利于植物生长和土壤有机碳的累积。

二、氮固持1. 氮的来源与转化土壤中的氮主要来源于大气中的氮气（N2），通过氮固持作用将氮气转化为植物能够利用的氨（NH3）和硝酸盐（NO3-）。

这个过程主要由土壤中的一些特定细菌和蓝藻完成，其中最重要的是根瘤菌和硝化细菌。

2. 植物对土壤中氮素的吸收利用植物通过根系吸收土壤中的氮素并将其转化为氨基酸、蛋白质等有机物质。

氮是植物体内构建蛋白质和核酸的重要成分，对植物生长和发育至关重要。

3. 土壤固氮作用的重要性土壤中的氮固持作用对维持农业生产和生态系统稳定具有重要意义。

全球大约有80%的氮固持是由土壤中的微生物完成的。

通过土壤固氮作用，可以提高土壤中的氮含量，促进植物的生长，并减少对化肥的依赖。

三、碳循环与氮固持的关系碳循环和氮固持在土壤生态系统中是密不可分的。

生态化学计量学从分子到全球尺度，以C、N、P 等化学元素平衡对生态交互影响为切入点，为生态学研究提供了新的思路，成为当前生态学研究的热点。

C、N、P 是土壤中重要的生源要素，对其生态化学计量特征的研究对土壤的保持、土地恢复及土壤C、N、P 循环具有重要的理论和实践意义。

1土壤生态化学计量学1.1生态化学计量学1986年，Reiners 结合化学计量学和生态学提出生态化学计量学基本理论，2000年，Elser 等首次明确生态化学计量学[1]。

它综合了生态学、生物学、物理学和分析化学等学科，成为研究生态作用和生态过程中多重化学元素(主要为C、N、P)平衡及能量平衡的新兴学科。

生态化学计量学在发展过程中与能量守恒定律、分子生物学中心法则以及生物进化自然选择等理论结合，在限制元素判断、植物个体生长、种群动态、群落演替、生态系统稳定性等方面的研究成果较丰富[2,3]。

1.2土壤生态化学计量特征及对土壤养分的指示作用1.2.1土壤生态化学计量特征土壤作为陆地生态系统的重要单元，其养分对植物生长、矿质代谢起关键作用，影响着植物群落的组成结构、生产力水平和生态系统稳定性。

土壤主要组分C、N、P 生态化学计量特征能揭示土壤养分的可获得性、养分循环及平衡机制，对于判断土壤养分之间的耦合关系和土壤质量有重要作用[4,5]。

从全球尺度看，0～10cm 土层C:N:P 计量比通常为186∶13∶1(摩尔比)，有显著的稳定性，但比值在一定的范围内波动，存在着差异性[6,7]。

对我国土壤C、N、P 计量研究显示，C 和N 含量具有较大的空间变异性，但C:N 相对稳定，受气候的影响很小[8]。

不同生态系统的土壤C、N、P土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院，黑龙江省水生生物多样性研究重点实验室黑龙江，哈尔滨150025）【摘要】土壤碳氮磷生态化学计量特征反映土壤养分贮存和供应能力及养分动态，对土壤生态系统修复与保护具有重要指导意义。

灌区包气带-地下水系统碳氮耦合滞留-释放-输移机制与效应概述说明1. 引言1.1 概述灌区包气带是指土壤中由于地下水位下降或者人工引水造成的气体充填带。

地下水系统中碳和氮元素的耦合滞留、释放和输移机制对该区域的生态环境、土壤肥力以及水质污染等方面产生重要影响。

本文旨在探讨灌区包气带-地下水系统碳氮耦合滞留-释放-输移机制及其效应，并通过实例研究分析来加深我们对这一现象的理解。

1.2 文章结构本文主要包括五个部分：引言、灌区包气带-地下水系统碳氮耦合滞留-释放-输移机制、灌区包气带-地下水系统碳氮耦合滞留-释放-输移效应、实例研究分析以及结论与展望。

在引言部分，我们将对文章进行概述并介绍文章的结构安排。

1.3 目的本文旨在提供一个综合性的概述，详细描述灌区包气带-地下水系统中碳氮耦合滞留-释放-输移机制及其效应。

通过对实例研究的分析，我们将展示该机制对生态环境、土壤肥力和水质污染等方面的影响，并为未来的研究提出展望和建议。

这将有助于增进我们对灌区包气带-地下水系统中碳氮循环过程的理解，为地下水资源管理和环境保护提供科学依据。

2. 灌区包气带-地下水系统碳氮耦合滞留-释放-输移机制2.1 碳氮耦合滞留机制灌区包气带-地下水系统中的碳氮耦合滞留机制指的是碳和氮在土壤孔隙中相互作用并停留的过程。

当有机物和肥料施加到土壤中时，其中的有机碳会吸附在土壤颗粒表面，形成有机质团聚体。

这些聚集体可以通过离子交换和表面化学反应来吸附和蓄积氮化物，并且其中的微生物活动也会对碳氮耦合滞留起重要作用。

因此，在灌区包气带-地下水系统中，通过不同的滞留过程，如颗粒运移、吸附反应、微生物转化等，碳和氮可以以不同的速率被固定在土壤中。

2.2 碳氮耦合释放机制灌区包气带-地下水系统中的碳氮耦合释放机制指的是已经固定在土壤中的碳和氮向地下水中释放的过程。

这种释放可能由于多种因素引起，如土壤湿度、温度、有机物含量和微生物活性等。

当土壤湿度较高时，土壤中的有机质团聚体会溶解或发生颗粒脱落，导致碳和氮释放到地下水中。

土壤碳氮磷生态化学计量特征及影响因素概述土壤中的碳、氮、磷是土壤中的重要养分元素，对于植物的生长发育起着至关重要的作用。

土壤中的碳氮磷生态化学计量特征是指这些元素在土壤中的含量及其相互之间的比例关系。

研究土壤中碳氮磷的生态化学计量特征以及影响因素对于理解土壤养分循环、提高农作物产量、保护生态环境具有重要意义。

一、土壤碳氮磷的生态化学计量特征1. 碳、氮、磷在土壤中的含量土壤中的有机碳含量是土壤中的重要指标，它直接反映了土壤的肥力水平和富集有机质的能力。

土壤中氮的含量对于调节作物的氮素吸收和利用具有重要作用。

土壤磷含量则是维持土壤肥力的重要指标，对于提高植物的产量和品质起着关键作用。

2. 碳氮磷的比例关系土壤中的碳氮磷含量及其比例关系是土壤养分循环的重要参数。

碳氮磷的比例关系直接影响土壤中微生物的生长发育和养分的释放过程。

合理的碳氮磷比例关系有利于提高土壤的肥力水平，促进农作物的健康生长。

3. 碳氮磷的生态化学计量特征土壤中的碳氮磷含量及其比例关系受到土壤类型、植被类型、降水量、温度等多种因素的影响。

不同的土壤类型和植被类型具有不同的生态化学计量特征，这直接影响了土壤中养分元素的循环和生物多样性的维持。

二、影响土壤碳氮磷生态化学计量特征的因素1. 土壤类型不同的土壤类型对于碳氮磷的储存和释放能力不同。

黑土壤具有较高的有机碳含量，而沙质土壤则有较低的有机碳含量。

2. 植被类型不同的植被类型对土壤中的养分元素有不同的富集能力。

在森林地和草地，土壤中的有机碳含量通常会比农田地的高。

3. 水分和温度土壤中的水分和温度对于土壤中微生物的活动及养分的释放具有重要影响。

干旱和低温条件下，土壤中的有机碳和氮素的储存能力通常会降低。

4. 人为活动人为活动对土壤中碳氮磷的含量和比例关系有直接影响。

农业生产和农田施肥会改变土壤中碳氮磷的平衡，影响土壤的肥力水平和养分循环。

碳氮平衡对植物生长发育的影响碳氮平衡是指土壤中碳、氮元素之间的比例关系，而这种平衡对于植物的生长发育有着非常重要的影响。

在本文中，我们将具体探讨碳氮平衡对植物生长发育的影响。

一、碳氮平衡的定义及重要性碳氮平衡是指土壤中碳、氮元素的相对含量比例，通常用C/N比来表示。

一般情况下，C/N比为20:1~40:1之间，即有机碳含量是全氮的20~40倍。

当C/N比高于40:1时，土壤中的有机质就开始累积，影响植物对营养物质的吸收；当C/N比低于20:1时，则会使土壤中氮素过多，而碳素不足，也会影响植物的正常生长发育。

碳氮平衡对植物生长发育有着非常重要的影响，它能够影响到植物的根系生长、土壤微生物的活性、植物吸收养分的能力等。

因此，为保持良好的碳氮平衡，使土壤中的碳、氮元素处于合适的比例范围内，对于植物的生长发育至关重要。

二、碳氮平衡对植物根系的生长影响植物的生长发育离不开一个健康的根系系统，而碳氮平衡对植物根系的生长也有着直接的影响。

过高或过低的C/N比都会影响植物根系的生长，而适宜的C/N比则能够促进植物根系的生长发育，使其更加健康。

具体来说，过高的C/N比会使土壤中的有机物质难以分解，导致土壤变得紧密，不利于植物根系的生长；而过低的C/N比则会导致土壤中氮素含量过多，从而抑制植物的根系生长。

而正确的C/N比范围能够提供植物所需的养分，并为植物提供适宜的根系环境，从而促进其生长发育。

三、碳氮平衡对土壤微生物的活性影响土壤中微生物的活性对于保持土壤的肥力和健康非常重要，而碳氮平衡对土壤微生物的活性也有非常大的影响。

过高或过低的C/N比会影响到土壤中微生物的活性和数量，而适宜的C/N比范围能够保持土壤中微生物的活性和数量，从而促进土壤肥力的维护和生物多样性的发展。

具体来说，过高的C/N比会使土壤中的有机物质分解缓慢，从而抑制土壤中微生物的生长繁殖，对土壤微生物的活性产生负面影响；而过低的C/N比则会导致土壤中氮素含量过多，过度刺激微生物的生长和繁殖，从而对土壤有机物质分解过程造成不利影响。