Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tác động của việc sử dụng bạt nhựa và phân bón trong dài hạn đến sự phân bố hàng năm của carbon còn lại từ rơm ngô trong các khối kết cấu đất dưới điều kiện hiện trường: Đặc trưng bằng kỹ thuật đánh dấu 13C
Tóm tắt
Việc sử dụng bạt nhựa và phân bón có ảnh hưởng mạnh mẽ đến sự kết cấu của đất và động lực học của tổng lượng carbon hữu cơ trong đất (C). Tuy nhiên, thông tin về cách thức mà những thực hành quản lý nông nghiệp này ảnh hưởng đến số phận và động thái theo mùa của carbon từ rơm cây trồng trong các khối kết cấu đất còn hạn chế. Do đó, việc hiểu rõ hơn về số phận của carbon rút ra từ rơm cây trồng và vị trí của nó trong các khối kết cấu đất là rất quan trọng để cải thiện dự đoán của chúng tôi về việc lưu giữ và ổn định carbon trong đất. Trong nghiên cứu này, kỹ thuật đánh dấu 13C tại chỗ đã được sử dụng để xác định sự phân bố động và các mô hình tích lũy của carbon rút ra từ rơm cây trồng trong các khối kết cấu đất bị ảnh hưởng bởi việc sử dụng bạt nhựa trong dài hạn và bốn chế độ phân bón khác nhau (đối chứng, CK; nitơ, N2; phân hữu cơ, M2; nitơ và phân hữu cơ, M1N1). Số phận của rơm ngô được đánh dấu 13C trong đất thịt đã được nghiên cứu trong 360 ngày thông qua việc ủ ngay tại chỗ rơm khô tương ứng 0.2% đưa vào đất và phân loại kích thước khối kết cấu. Các mẫu đất đã được tách thành bốn loại kích thước hạt [khối kết cấu vĩ mô lớn (>2 mm) và nhỏ (1–2 mm); khối kết cấu vi mô lớn (0.25–1 mm) và nhỏ (<0.25 mm)] bằng phương pháp sàng khô. Việc sử dụng phân bón trong thời gian dài (27 năm) đã làm tăng đáng kể hàm lượng carbon hữu cơ trong đất (SOC) trong đất nâu so với đối chứng không sử dụng phân bón tại thời điểm bắt đầu nghiên cứu hàng năm của chúng tôi, với thứ tự: M2 > M1N1 > N2 > CK. Cả hàm lượng 13C rút ra từ rơm trong các khối kết cấu và tỉ lệ 13C trong tổng mẫu đất đã giảm đáng kể từ các khối vi mô và tăng vừa phải trong các khối vĩ mô theo cách mà được gia tăng bởi việc sử dụng bạt nhựa và các chuyển giao theo mùa, cụ thể từ mùa xuân (ngày 0) đến mùa hè (ngày 60). Ngoài ra, sự phân hủy của rơm ngô và sự kết cấu đất cho thấy có sự tương quan trực tiếp, trong đó hàm lượng 13C-SOC và đường kính trung bình giảm dần trong suốt 360 ngày thí nghiệm. Kết quả của chúng tôi cho thấy rằng một lượng nhất định của 13C rút ra từ rơm có thể tích tụ trong các khối vi mô, đóng vai trò quan trọng trong việc lưu giữ carbon lâu dài, trong khi một phần lớn carbon rút ra từ rơm có xu hướng chuyển từ khối vi mô sang khối vĩ mô theo thời gian dưới sự ảnh hưởng của việc sử dụng bạt nhựa dài hạn kết hợp với phân bón. Nghiên cứu này cải thiện hiểu biết của chúng tôi về tác động của bạt nhựa và các chế độ phân bón khác nhau đối với các quá trình giữ lại và ổn định carbon rút ra từ rơm trong đất.
Từ khóa
#phân bón #lượng carbon hữu cơ trong đất #phân loại kích thước hạt #khối kết cấu đất #carbon rút ra từ rơmTài liệu tham khảo
Abiven S, Menasseri S, Chenu C (2009) The effects of organic inputs over time on soil aggregate stability—a literature analysis. Soil Biol Biochem 41:1–12
An T, Schaeffer S, Li S, Fu S, Pei J, Li H et al (2015) Carbon fluxes from plant to soil and dynamics of microbial immobilization under plastic mulching and fertilizer application using 13C pulse-labelling. Soil Biol Biochem 80:53–61
Angers DA, N’Dayegamiye A (1991) Effects of manure application on carbon, nitrogen, and carbohydrate contents of a silt loam and its particle-size fractions. Biol Fertil Soils 11:79–82
Angers DA, Recous S (1997) Decomposition of wheat straw and rye residues as affected by particle size. Plant Soil 189:197–203
Angers DA, Recous S, Aita C (1997) Fate of carbon and nitrogen in water-stable aggregates during decomposition of 13C-15N-labelled wheat straw in situ. Eur J Soil Sci 48:295–300
Arachchi H, Field DJ, McBratney AB (2016) Quantification of soil carbon from bulk soil samples to predict the aggregate-carbon fractions within using near-and mid-infrared spectroscopic techniques. Geoderma 267:207–214
Balesdent J, Chenu C, Balabane M (2000) Relationship of soil organic matter dynamics to physical protection and tillage. Soil Tillage Res 53:215–230
Beare MH, Cabrera ML, Hendrix PF, Coleman DC (1994a) Aggregate-protected and unprotected organic matter pools in conventional- and no-tillage soils. Soil Sci Soc Am J 58:787–795
Beare MH, Hendrix PF, Coleman DC (1994b) Waters table aggregates and organic matter fractions in conventional and no-tillage soils. Soil Sci Soc Am J 58:777–786
Blaud A, Lerch TZ, Chevallier T, Nunan N, Chenu C, Brauman A (2012) Dynamics of bacterial communities in relation to soil aggregate formation during the decomposition of 13C-labelled rice straw. Appl Soil Ecol 53:1–9
Bronick CJ, Lal R (2005) Soil structure and management: a review. Geoderma 124:3–22
Chan KY, Heenan DP (1996) The influence of crop rotation on soil structure and soil physical properties under conventional tillage. Soil Tillage Res 37:113–125
Cheng M, Xiang Y, Xue Z, An S, Darboux F (2015) Soil aggregation and intra-aggregate carbon fractions in relation to vegetation succession on the Loess Plateau, China. Catena 124:77–84
Clapp CE, Allmaras RR, Layese MF, Linden DR, Dowdy RH (2000) Soil organic carbon and 13C abundance as related to tillage, crop residue, and nitrogen fertilization under continuous corn management in Minnesota. Soil Till Res 55:127–142
Das B, Chakraborty D, Singh VK, Aggarwal P, Singh R, Dwivedi BS et al (2014) Effect of integrated nutrient management practice on soil aggregate properties, its stability and aggregate-associated carbon content in an intensive rice-wheat system. Soil Till Res 136:9–18
De Troyer I, Amery F, Van Moorleghem C, Smolders E, Merckx R (2011) Tracing the source and fate of dissolved organic matter in soil after incorporation of a 13C labelled residue: a batch incubation study. Soil Biol Biochem 43:513–519
Denef K, Six J, Bossuyt H, Frey SD, Elliott ET, Merckx R et al (2001) Influence of wet-dry cycles on the interrelationship between aggregate, particulate organic matter, and microbial community dynamics. Soil Biol Biochem 33:1599–1611
Elliott ET (1986) Aggregate structure and carbon, nitrogen, and phosphorus in native and cultivated soils. Soil Sci Soc Am J 50:627–633
Franzluebbers AJ, Haney RL, Honeycutt CW, Arshad MA, Schomberg HH, Hons FM (2001) Climatic influences on active fractions of soil organic matter. Soil Biol Biochem 33:1103–1111
Gonzalez JM, Laird DA (2003) Carbon sequestration in clay mineral fractions from C-labeled plant residues. Soil Sci Soc Am J 67:1715–1720
Grosbellet C, Vidal-Beaudet L, Caubel V, Charpentier S (2011) Improvement of soil structure formation by degradation of coarse organic matter. Geoderma 162:27–38
Gryze SD, Six J, Brits C, Merckx R (2005) A quantification of short-term macro-aggregate dynamics: influences of wheat residue input and texture. Soil Biol Biochem 37:55–66
Guggenberger G, Elliott ET, Frey SD, Six J, Paustian K (1999) Microbial contributions to the aggregation of a cultivated grassland soil amended with starch. Soil Bio Biochem 31:407–419
Gunina A, Kuzyakov Y (2014) Pathways of litter C by formation of aggregates and SOM density fractions: implications from 13C natural abundance. Soil Biol Biochem 71:95–104
Harris RF, Chesters G, Allen ON (1966) Dynamics of soil aggregation. Adv Agron 18:108–169
Jastrow J, Amonette J, Bailey V (2007) Mechanisms controlling soil carbon turn-over and their potential application for enhancing carbon sequestration. Clim Chang 80:5–23
Larney FJ, Angers DA (2012) The role of organic amendments in soil reclamation: a review. Can J Soil Sci 92:19–38
Li F, Song Q, Patrick K, Shi Y (2004) Dynamics of soil microbial biomass C and soil fertility in cropland mulched with plastic film in a semiarid agroecosystem. Soil Biol Biochem 36:1893–1902
Li S, Gu X, Zhuang J, An T, Pei J, Xie H et al (2016) Distribution and storage of crop residue carbon in aggregates and its contribution to organic carbon of soil with low fertility. Soil Till Res 155:199–206
Li Z, Liu M, Wu X, Han F, Zhang T (2010) Effects of long-term chemical fertilization and organic amendments on dynamics of soil organic C and total N in paddy soil derived from barren land in subtropical China. Soil Till Res 106:268–274
Lugato E, Simonetti G, Morari F, Nardi S, Berti A, Giardini L (2010) Distribution of organic and humic carbon in wet-sieved aggregates of different soils under long-term fertilization experiment. Geoderma 157:80–85
Majumder B, Kuzyakov Y (2010) Effect of fertilization on decomposition of 14C labelled plant residues and their incorporation into soil aggregates. Soil Biol Biochem Soil Till Res 109:94–102
Martens DA (2000) Management and crop residue influence soil aggregate stability. J Environ Qual 29:723–727
N’Dayegamiye A, Angers DA (1990) Effects de l’apport prolongé de fumier de bovins sur quelques propriétés physiques et biologiques d’un loam limoneux Neubois sous culture de mas. Can J Soil Sci 70:259–262
O’Brien SL, Jastrow JD (2013) Physical and chemical protection in hierarchical soil aggregates regulates soil carbon and nitrogen recovery in restored perennial grasslands. Soil Biol Biochem 61:1–13
Oades JM (1967) Carbohydrates in some Australian soils. Aust J Soil Res 5:103–115
Oades JM (1984) Soil organic matter and structural stability: mechanisms and implications for management. Plant Soil 76:319–337
Poirier V, Angers DA, Whalen JK (2014) Formation of millimetric-scale aggregates and associated retention of 13C-15N-labelled residues are greater in subsoil than topsoil. Soil Bio Biochem 75:45–53
Puget P, Chen C, Balesdent J (1995) Total and young organic matter distribution in aggregates of silty cultivated soil. Euro J Soil Sci 46:449–459
Ravi V, Lourduraj AC (1996) Comparative performance of plastic mulching on soil moisture content, soil temperature and yield of rainfed cotton. Madras Agric J 83:709–711
Rudrppa L, Purayastha TJ, Singh D, Bhadraray S (2006) Long-term manuring and fertilization effects on soil organic carbon pools in a Typic Haplustept of semi-arid sub-tropical India. Soil Till Res 88:180–192
Ryan MC, Aravena R (1994) Combining 13C natural abundance and fumigation-extraction methods to investigate soil microbial biomass turnover. Soil Biol Biochem 26:1583–1585
Schnitzer M, Monreal CM (2011) Quo vadis soil organic matter research? A biological link to the chemistry of humification. In: Donald LS (ed) Advances in agronomy, 1st edn. Academic Press, pp 143–217
Schutter ME, Dick RP (2002) Microbial community profiles and activities among aggregates of winter fallow and cover-cropped soil. Soil Sci Soc Am J 66:142–153
Six J, Paustian K (2014) Aggregate-associated soil organic matter as an ecosystem property and a measurement tool. Soil Biol Biochem 68:A4–A9
Six J, Elliott ET, Paustian K (2000a) Soil macroaggregate turnover and microaggregate formation: a mechanism for C sequestration under no-tillage agriculture. Soil Biol Biochem 32:2099–2103
Six J, Paustian K, Elliott ET, Combrink C (2000b) Soil structure and organic matter I. Distribution of aggregate size classes and aggregate-associated carbon. Soil Sci Soc Am J 64:681–689
Six J, Conant RTE, Paul A, Paustian K (2002) Stabilization mechanisms of soil organic matter: implications for C-saturation of soils. Plant Soil 241:155–176
Six J, Bossuyt H, Degryze S, Denef K (2004) A history of research on the link between (micro) aggregates, soil biota, and soil organic matter dynamics. Soil Till Res 79:7–31
Smucker A, Park EJ (2006) Soil biophysical responses by macroaggregates to tillage of two soil types. In: Horn R, Fleige H, Peth S, Peng X (eds.) Soil management for sustainability. Advances in Geoecology, Germany, pp 456–460
Sodhi GPS, Beri V, Benbi DK (2009) Soil aggregation and distribution of carbon and nitrogen in different fractions under long-term application of compost in rice–wheat system. Soil Till Res 103:412–418
Stewart CE, Paustian K, Conant RT, Plante AF, Six J (2007) Soil carbon saturation: concept, evidence and evaluation. Biogeochemistry 86:19–31
Tisdall JM, Oades JM (1982) Organic matter and water-stable aggregates in soils. J Soil Sci 33:141–163
Uselman SM, Qualls RG, Lilienfein J (2007) Contribution of root vs. leaf litter to dissolved organic carbon leaching through soil. Soil Sci Soc Am J 71:1555–1563
Wang J, Liu S, Li S (2006) Effect of long-term plastic film mulching and fertilization on inorganic N distribution and organic N mineralization in brown earth. J Soil Water Conserv (in Chinese) 20:107–110
Wang Y, Li X, Fu T, Wang L, Turner NC, Siddique KHM et al (2016) Multi-site assessment of the effects of plastic-film mulch on the soil organic carbon balance in semiarid areas of China. Agric For Meteorol 228-229:42–51
Werner RA, Brand WA (2001) Referencing strategies and techniques in stable isotope ratio analysis. Rapi Comm Mass Spec 15:501–519
Yamada K, Kanai M, Osakabe Y, Ohiraki H, Shinozaki K, Yamaguchi-Shinozaki K (2011) Monosaccharide absorption activity of Arabidopsis roots depends on expression profiles of transporter genes under high salinity conditions. J Biol Chem 286:43577–43586