Высокое внесение азота способствует перераспределению нового органического углерода в более глубокие слои почвы

Внесение экзогенного реактивного азота оказывает глубокое влияние на углеродный цикл наземных экосистем. Большинство текущих исследований динамики почвенного органического углерода (ПОУ) в связи с внесением азота сосредоточено преимущественно на поверхностных слоях почвы. Однако исследования, ограниченные поверхностным слоем, не могут полностью раскрыть полный отклик ПОУ на внесение азота, поскольку примерно половина ПОУ хранится в более глубоких слоях почвы.

Учитывая уникальные условия окружающей среды глубоких почв, микробное разложение и стабилизация глубокого ПОУ могут реагировать иначе по сравнению с поверхностными почвами. Более того, исследования только поверхности не затрагивали вопрос о том, влияет ли внесение азота на вертикальную миграцию ПОУ, тем самым влияя на распределение вновь поглощенного углерода по всему почвенному профилю.

Следовательно, проведение исследований почвы по всему профилю необходимо для точного прогнозирования обмена ПОУ с атмосферой в ответ на внесение азота.

Исследовательская группа под руководством доктора Вэньбина Тана из Китайской академии наук об окружающей среде провела долгосрочный полевой эксперимент на сельскохозяйственном участке, собирая образцы почвы с участков с различными обработками азотными удобрениями. Анализируя стабильные изотопы углерода, команда исследовала вклад нового и старого углерода в ПОУ и стремилась выяснить роль глубины почвы в этом контексте.

Кроме того, команда интегрировала физические и химические свойства почвы с вертикальным распределением органического углерода и азота, чтобы изучить механизмы динамики ПОУ в ответ на различные нормы внесения азотных удобрений в глубоких почвах.

Их исследование, опубликованное в Frontiers of Agricultural Science and Engineering, показало, что ПОУ значительно увеличивался при внесении азотных удобрений, причем степень этого увеличения зависела от количества внесенного азота.

По сравнению с низким внесением азотных удобрений, высокое внесение азотных удобрений значительно усиливало секвестрацию ПОУ в основном за счет уменьшения обработки почвы и возврата растительных остатков в поле. Исследование выявило заметные различия в скоростях оборота ПОУ при разных уровнях азота.

При низком содержании азота время оборота ПОУ в слое почвы 0–20 см составляло приблизительно 20–40 лет, тогда как при высоком содержании азота время оборота ПОУ в слое 10–20 см увеличивалось до 100 лет. Высокое внесение азотных удобрений в основном увеличивало секвестрацию ПОУ за счет переноса органического вещества с поверхности в более стабильные глубокие слои почвы.

Из-за высокой скорости оборота нового органического углерода в глубоких почвах при низком содержании азота, способность к секвестрации углерода ПОУ в глубоких почвах была меньше по сравнению с условиями высокого содержания азота.

Результаты подтверждают идею о том, что сниженные скорости микробного разложения ПОУ в условиях высокого внесения азота являются ключевым механизмом для усиления функций почвенного поглотителя углерода. Что более важно, исследовательская группа подтвердила, что увеличение силы почвенного поглотителя углерода в условиях высокого обогащения азотом в основном связано с усиленным вертикальным транспортом почвенного органического вещества, что приводит к большему распределению нового органического углерода в более глубоких слоях почвы.

Этот новый механизм предлагает значительное объяснение для усиления хранения углерода в почве. Будущие исследования должны дополнительно определить точный диапазон воздействия этого нового механизма при различных уровнях внесения азота и изучить применимость этих выводов в различных наземных экосистемах.