摘要
土壤有机碳库稳定性对土壤碳氮动态的影响以及土壤肥力具有重要作用，紫花苜蓿（MedicagosativaL.）是一种具有固氮能力的多年生豆科作物，由于其有机物的高投入和高保留率，在提高土壤固碳方面具有很大潜力，引入紫花苜蓿的粮草轮作系统能够在提升土壤肥力的基础上，改善后茬轮作作物的农艺性状、营养品质和产量，因此，探究农田土壤有机碳的矿化、稳定和碳氮转化过程具有重要研究价值。然而目前关于碳氮添加对黄土旱塬区粮草轮作地土壤碳氮动态影响的研究仍显不足。 本研究以黄土旱塬区3年紫花苜蓿连作、3年冬小麦（TriticumaestivumL.）连作和2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作地土壤为研究对象，通过室内培养实验，探讨添加碳氮对土壤碳氮动态的影响。实验设置3种碳底物：葡萄糖，柠檬酸和L-谷氨酰胺，添加水为对照。此外，设置了2个氮底物梯度：硝酸钾和对照。分别探究单独添加碳和氮对紫花苜蓿-冬小麦轮作地土壤碳氮动态的影响，以及碳氮同时添加对紫花苜蓿-冬小麦轮作地土壤碳氮动态影响。主要研究结果如下： （1）碳添加显著提高了土壤硝态氮和有机碳含量（plt;0.05），与对照相比，添加葡萄糖和柠檬酸处理土壤硝态氮含量分别提高9.0%和27.2%，添加葡萄糖、L-谷氨酰胺和柠檬酸处理的土壤有机碳含量分别提高7.7%、5.8%和6.9%。2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作系统能提高土壤二价铁和三价铁含量，且在L-谷氨酰胺处理中，3年紫花苜蓿连作系统二价铁含量显著高于其它两个轮作系统（plt;0.05）。碳添加显著提高络合态氧化铁含量，显著降低游离态氧化铁含量（plt;0.05），而无定型态氧化铁含量较对照相比差异不显著（pgt;0.05）。随紫花苜蓿种植年限增加，土壤可溶性有机碳含量降低。氧化还原电位呈现“升高-降低-缓慢升高-趋于平稳”趋势，在实验第2天和第4天出现峰值，分别为486mv和474mv。 （2）氮添加下，3年紫花苜蓿连作系统与3年小麦连作系统相比，铵态氮含量显著提高20.8%（plt;0.05）。随紫花苜蓿种植年限增加，速效磷含量增加，土壤易氧化有机碳和有机碳含量降低，络合态氧化铁、无定型态氧化铁和游离态氧化铁含量增加。2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作系统中，二价铁和三价铁含量分别提高24.3%和37.8%。氧化还原电位呈现“升高-降低-基本不变”趋势，在各轮作系统中，氮添加处理的氧化还原电位均大于对照。 （3）碳氮同时添加，3个不同轮作系统中，柠檬酸和L-谷氨酰胺处理均能显著提高土壤二氧化碳（CO2）排放通量（plt;0.05），促进土壤有机碳矿化，提高全氮含量。2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作系统能显著提高土壤硝态氮和可溶性有机碳含量，降低易氧化有机碳含量（plt;0.05）。L-谷氨酰胺能显著提高土壤氧化亚氮（N2O）排放通量（plt;0.05），且3年紫花苜蓿连作系统土壤N2O排放通量整体高于3年冬小麦连作和2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作系统。同时添加柠檬酸和硝酸钾，显著降低轮作地土壤有机碳含量（plt;0.05）。 综上，本研究发现，黄土旱塬区轮作地土壤添加氮可以显著提高2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作系统土壤游离态氧化铁含量，有利于土壤有机碳氮稳定。同时添加碳氮，柠檬酸和L-谷氨酰胺能促进土壤有机碳矿化。在实践中，可以考虑采用2年紫花苜蓿-1年冬小麦轮作以提高土壤有机碳氮的稳定性，为农田土壤碳氮动态和氮肥施用提供参考依据。这些发现为优化黄土旱塬区粮草轮作系统的土壤碳氮管理制度提供了重要的理论支持，有助于提高土壤肥力和减少温室气体排放，对于实现国家双碳目标和绿色发展有重要科学指导意义。
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