土壤侵蚀导致表层土稀释对沼渣施肥后CO2和N2O排放的差异化调控机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：CO2 and N2O Emissions after Digestate Application Responded Differently to Topsoil Dilution and Soil Erosion State

本研究针对沼渣施肥可能加剧农业温室气体排放的问题，通过模拟土壤侵蚀引起的表层土稀释，探讨了不同侵蚀状态下土壤对沼渣施用后CO2和N2O排放的响应。研究发现表层土稀释能有效降低CO2排放，但对N2O排放的影响因土壤性质而异：黏土矿物丰富的eLL土壤呈现减排效应，而石灰性RZ土壤反而增加排放。该研究为侵蚀土壤的精准施肥管理提供了重要理论依据。

　　

在全球气候变化背景下，农业活动贡献了相当比例的温室气体排放，其中氧化亚氮(N₂O)的增温潜势是二氧化碳(CO₂)的298倍。沼渣作为沼气生产的副产品，因其富含铵态氮(NH₄⁺-N)而成为重要的有机肥料，但不当施用会显著增加N₂O和CO₂排放。与此同时，土壤侵蚀导致表层土与底层贫瘠土壤混合，形成"表层土稀释"现象，这种变化如何影响沼渣施肥后的温室气体排放尚不明确。

德国莱布尼茨农业景观研究中心的Ayten Pehlivan团队在《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》上发表的研究，通过精细控制的培养实验，揭示了土壤侵蚀状态对沼渣施肥后温室气体排放的调控机制。研究人员选取了德国Uckermark地区三种代表不同侵蚀状态的土壤：未侵蚀淋溶土(LL)、中度侵蚀淋溶土(eLL)和强度侵蚀钙质初育土(RZ)，模拟了20%底层土掺混的稀释处理，并施用沼渣进行26天的培养监测。

研究采用自动化气体交换系统连续监测CO₂和N₂O通量，结合土壤化学性质分析（包括铵态氮、硝态氮、冷水可提取碳氮等指标），运用三因素方差分析和线性混合效应模型解析了土壤类型、稀释处理和施肥处理的交互效应。

CO₂和N₂O通量动态：沼渣施用显著提高了所有土壤的CO₂和N₂O排放。表层土稀释降低了CO₂通量，其中LL土壤减排效果最显著，而eLL和RZ土壤因原本碳不饱和状态减排效果较弱。N₂O排放对稀释的响应呈现土壤特异性：eLL土壤排放降低，RZ土壤排放增加，LL土壤仅轻微增加。

累积碳氮损失：稀释处理显著降低了LL和eLL土壤中肥料诱导的CO₂-C损失比例，但对N₂O-N损失的影响因土壤而异。eLL土壤的N₂O-N损失随稀释而减少，RZ土壤则显著增加。

土壤化学性质变化：稀释处理降低了土壤总有机碳(TOC)和全氮(TN)含量。eLL土壤的黏土矿物和铁铝氧化物含量最高，可能与氮素固持有关；RZ土壤的石灰性特质和高pH值可能促进了硝化作用。

研究结论表明，侵蚀诱导的表层土稀释对CO₂和N₂O排放产生差异化影响：CO₂减排效应在非侵蚀土壤中最显著，而N₂O排放响应取决于土壤属性（黏土含量、pH值、碳酸钙含量等）。eLL土壤因丰富的黏土矿物促进了氮素固持，降低了N₂O排放；RZ土壤因石灰性条件加速硝化而增加排放。这一发现强调了在侵蚀景观中实施因地制宜的肥料管理策略的重要性，为减少农业温室气体排放提供了新视角。

该研究的创新性在于首次系统揭示了土壤侵蚀状态通过改变土壤理化性质而调控沼渣施肥后的温室气体排放，为发展基于侵蚀状态的精准施肥技术奠定了理论基础。未来研究需在田间尺度验证这些过程，并结合遥感技术实现侵蚀土壤的空间差异化管理。