土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系
吉林省主要旱田土壤有机碳·氮和碳氮
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。
土壤碳氮比
有机物中碳的总含量与氮的总含量的比叫做碳氮比.
碳氮比:（C/N）
制作堆肥之有机质材料中，碳素与氮素的比例，适当的碳氮比例，有助于微生物发酵分解。
农业中的碳氮比
一般禾本科作物的茎秆如水稻秆、玉米秆和杂草的碳氮比都很高，可以达到60～100：1，豆科作物的茎秆的碳氮比都较小，如一般豆科绿肥的碳氮比为15～20：。
碳氮比大的有机物分解矿化较困难或速度很慢。
原因是当微生物分解有机物时，同化5份碳时约需要同化1份氮来构成它自身细胞体，因为微生物自身的碳氮比大约是5：1。
而在同化(吸收利用)1份碳时需要消耗4份有机碳来取得能量，所以微生物吸收利用1份氮时需要消耗利用25份有机碳。
也就是说，微生物对有机质的正当分解的碳氮比的25：1。
如果碳氮比过大，微生物的分解作用就慢，而且要消耗土壤中的有效态氮素。
所以在施用碳氮比大的有机肥(如稻草等)或用碳氮比大的材料作堆沤肥时，都应该补充含氮多的肥料以调节碳氮比。
一般用于衡量碳元素与氮元素，施用碳氮比高的肥料，会促进根的生长，抑制茎叶的生长，反之，施用碳氮比低的肥料，会促进茎叶的生长，抑制根的生长。
不同碳氮比有机肥对有机农业土壤微生物生物量的影响
不同碳氮比有机肥对有机农业土壤微生物生物量的影响作者：魏元茂来源：《农业与技术》2016年第21期摘要：本文对不同碳氮比的有机肥和有机农业土壤中的微生物生物量的关系进行了分析，从而确定合适的碳氮比范围。
关键字：碳氮比；有机肥；有机农业；土壤微生物量；影响中图分类号： S963.91 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.201611310061 前言土壤中的微生物是土壤中的化学性质的重要体现，也是土壤生物化学性质的关键成分，而土壤中的微生物含量以及土壤中的微生物种类的变化是导致土壤中肥力出现变化的主要原因。
土壤中的生态系统，若想发生有机物质和土壤养分的动力变化，则需要依靠土壤中的微生物含量发生变化。
土壤中的微生物可以帮助土壤进行土壤中有机物质的分解，并帮助土壤生成一定的腐殖质[1]。
对于调节土壤中的能量，进行土壤的养分循环具有至关重要的作用，是实现土壤中植物养分储备的主要动力。
有机农业是绿色环保的农业，拒绝使用化学肥料。
此外，有机农业还注重植物养分的储存和生成，对于改善土壤环境的肥料具有严格的要求。
有机农业的发展的主要肥料来源是有机肥，同时在有机农业的发展中，对于有机肥料具有特殊的要求。
若有机农业中使用有机肥的种类不同，土壤中受到有机肥料的影响也大不相同。
有机肥中含有多种微量元素，其中包含碳元素、氮元素、磷元素以及其他元素等，这些微量元素在微生物的作用下，释放在土壤中，为土壤中植物的生长提供动力。
而土壤中有机肥料影响土壤结构主要由有机肥料中的碳氮比来决定。
当前，国际上很多研究人员都在研究有机肥以及无机肥中不同碳氮比在有机肥以及无机肥配比中的土壤的影响情况。
因为有机农业中严禁使用化肥，所以之前的研究结果都不能为有机农业的研究提供一定的科学依据。
当前有机农业的研究已经有了一定的进展，但是在碳氮比的角度来分析的较少，而本文则是从不同碳氮逼得角度来分析有机肥对有机农业土壤中的微生物影响。
LYT 1237-1999 土壤有机质的测定及碳氮比 方法证实
1 方法依据本方法依据L Y/T 1237-1999土壤有机质的测定及碳氮比的计算2 仪器和设备电子分析天平，油浴锅3 分析步骤详见LY/T 1237-1999 土壤有机质的测定及碳氮比的计算5分析步骤4试验结果报告4.1方法检出限按HJ 168-2010规定检出限公式，并结合LY/T 1237-1999中的计算公式，得出 kgg M M V k MDL /300.010001.1724.1m 1010=⨯⨯⨯=ρλ， 其中2=k ；1=λ；滴定管的最小液滴体积为=0V 0.05ml ；21056.5-⨯=ρg/ml ；2780=M g/mol ；=1M 3g/mol ；g m 5.01=。
4.2精密度取5个不同浓度的样品，按照L Y/T 1237-1999测定步骤分别做6次平行实验，计算结果、平均值、标准偏差并求出相对标准偏差和最大绝对差值，结果如表1：表1精密度测试数据4.3准确度取2个有证标准物质，分别做6次平行实验，计算平均值，相对标准偏差，最大相对误差，检测结果见表2。
表2 有证标准物质测试数据5结论5.1检出限实验室检出限0.300g/kg。
5.2精密度样品1六次平行测定测得平均值为5.65g/kg，最大绝对偏差为0.15g/kg，标准中要求测定值<10g/kg 时，绝对偏差≤0.5g/kg；样品2六次平行测定测得平均值为23.5 g/kg，最大绝对偏差为0.3 g/kg，标准中要求测定值为10~40g/kg 时，绝对偏差为≤2.0g/kg；样品3六次平行测定测得平均值为58.5g/kg，最大绝对偏差为0.8g/kg，标准中要求测定值为40~70g/kg 时，绝对偏差为≤3.5g/kg；样品4六次平行测定测得平均值为92.3g/kg，最大绝对偏差为1.5 g/kg，标准中要求测定值70~100g/kg时，绝对偏差为≤5g/kg；样品5六次平行测定测得平均值为126g/kg，最大绝对偏差为3 g/kg，标准中要求测定值＞100g/kg时，绝对偏差为≤5g/kg；5.3准确度对有证标准物质GBW07458（ASA-7）、GBW07460(ASA-9)进行测定，单次测定结果均在标准值范围内。
有机肥越施越多，肥效却很差？调好碳氮比，用肥更少，果子更甜
有机肥越施越多，肥效却很差？调好碳氮比，用肥更少，果子更甜一片种在风化岩上的果园，土里混着石头和砂砾，果树的生长环境十分恶劣。
生长在这片土壤上的果树黄化严重，几乎所有人都对它下了“死亡判决书”，但有这样一位专家，被誉为“土壤医生”，给这个种在石头上的果园开了一张改造方子。
几个月后，果园转绿，恢复了生机。
问其有何秘诀，他却说：只要掌握影响土壤的因素、土壤转化的条件，以及土壤碳氮的管理，就能改造土壤救活果树。
今天我们就来一起看看，他的这张方子里到底有哪些诀窍？一、影响土壤的因素1、氮肥很多果园大量施用氮肥，比如撒施、冲施尿素或氮氨之类，氮肥力比较高，碳氮比就会出现问题。
比如，氮的溶解速度快，氮肥越高影响了碳的释放。
所以在施有机肥的时候，要了解其碳氮比是多少，以氮控碳，再合理选择肥料。
2、土壤结构土壤结构会受到土壤肥力的影响。
要知道，团粒越小，碳氮肥流失的越快。
这就是为什么在施有机肥的时候，要挖一条长长的坑，再拓宽坑面，其原理是让有机肥与土壤更好地接触，土壤团粒结构生大，不仅能让土壤结构得到改善，也能保证根系营养的供给。
3、土壤深浅果园里土壤的耕作层很浅，有些不到10公分。
土壤越往下，其碳含量越低，一般碳肥停留在20-30公分的耕作层。
所以并不是有机肥埋得越深越好，一般埋在土壤层20-30公分左右就可以了。
很多人挖40-50公分埋有机肥，其实对有机质并不一定好。
而且挖得越深，氮的含量越高，因为氮会随着水的淋湿而沉降，所以要根据土壤的深浅来调节土壤的肥力。
二、土壤转化要做好3件事1、留草栽培一般果园生草，可以不打除草剂，采用机械割草。
为什么这么说呢？要知道，草在进行光合作用时会产生碳水化合物，可以把碳藏在草的根部，然后再释放给果树，为其根系提供营养。
另一方面，留草可以减少太阳直射的热量，保持土壤恒温的状态，相当于调节了果园的小气候。
所以，留草栽培不仅能降低土壤表层的温度，还可以增加土壤碳的含量，提升土壤转化。
调节碳氮比预防作物病害
调节碳氮比预防作物徒长碳、氮是植物体内最重要的两个元素，一般碳氮比25:1（C/N），其含量占植物体干重的50%以上。
碳对于植物相当于人类的骨骼，对植物起到支撑和基础作用，碳素合理，作物根系发达，茎秆健壮，才能使提高作物开花座果率，增加产量；氮对于植物相当于人类的肌肉，起到增强和辅助作用。
碳氮比例适中有利于作物生长，有助于控制徒长，促成壮棵，降低病害，生产绿色食品。
碳源有“炭神奇”标美力克肥业有限公司生产，补充土壤中碳源，增加作物碳素的含量，增强作物抗病害和抗逆能力。
碳氮比过低的危害目前，设施土壤碳氮比值较低，导致作物处于低碳氮比的环境当中，作物容易吸收更多的氮素，造成植物出现茎叶生长速度过快的问题，导致营养生长和生殖生长不谐调，影响作物的健康生长，制约作物的产量。
碳氮比较低的原因土壤有机质增加缓慢。
设施由于棚膜的遮蔽，内部温度始终处于较高状态，导致土壤有机碳快速分解，大量有机碳以二氧化碳的形式分解掉，使有机碳含量急剧降低。
尽管设施土壤投入大量的有机肥，但是由于设施特殊的结构，很难进行土壤深翻，使得土壤和有机肥未能充分混合，大量的有机肥还不能及时补充有机质，制约了土壤有机质的提高。
土壤氮素明显富集。
设施土壤由于集约化种植，连年投入大量的有机态的氮和无机态的氮，除了被植物吸收带走一部分，大量的氮素残留在土壤当中，长期如此就造成了土壤氮素的相对富集，尽管氮素利于移动，但是设施是一个封闭的系统，遮挡了绝大部分的降雨和降雪，制约了氮素的土壤圈和生物圈的循环，进一步加剧了土壤氮素的累积。
碳氮比治理措施1.高有机质物质调节土壤碳氮比。
菜田中鸡粪施用最为常见，用量也最大，鸡粪碳氮比较低（在10以下），远远低于牛粪、蘑菇渣（在20以上）等有机肥。
一方面可以通过降低鸡粪比例，提高牛粪的施用比例来调节土壤碳氮比；另一方面通过结合土壤闷棚消毒，增施玉米秸秆以调节碳氮比。
2.叶面喷施调节植物碳氮比。
在叶面喷肥或喷药过程中，一个喷雾器一次可加入50克葡萄糖或“炭神奇”标美力克肥业有限公司，利用植物叶背气孔或叶缘水孔吸收糖溶液，这样不仅可以调节植株体内碳氮比，抑制徒长，而且可使作物叶片柔软，增强抗逆性。
土壤有机质对土壤肥力的七大作用
土壤有机质对土壤肥力的七大作用土壤有机质泛指土壤中以各种形式存在的含碳有机化合物，指土壤中来源于生命的物质，是土壤中除土壤矿物质以外的物质，它是土壤中最活跃的部分，是土壤肥力的基础，是衡量土壤肥力的重要指标之一。
可以说没有土壤有机质就没有土壤肥力。
土壤有机质对土壤肥力的七大作用一、有机质是土壤养分的主要来源有机质中含有作物生长所需的各种养分，可以直接或简接地为作物生长提供氮、磷、钾、钙、镁、硫和各种微量元素。
特别是土壤中的氮，有95%以上氮素是以有机状态存在于土壤中的。
因为土壤矿物质一般不含氮素，除施入的氮肥外，土壤氮素的主要来源就是有机质分解后提供的。
土壤有机质分解所产生的二氧化碳，可以供给绿色植物进行光合作用的需要。
此外，有机质也是土壤中磷、硫、钙、镁以及微量元素的重要来源。
二、有机质能促进作物的生长发育有机质中的胡敏酸，可以增强植物呼吸，提高细胞膜的渗透性，增强对营养物质的吸收，同时有机质中的维生素和一些激素能促进植物的生长发育。
三、有机质能促进土壤结构形成，改善土壤物理性质，改良土壤结构有机质中的腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤有机胶体是形成水稳性团粒结构不可缺少的胶结物质，所以有助于黏性土形成良好的结构，从而改变了土壤孔隙状况和水、气比例，创造适宜的土壤松紧度。
土壤有机质的黏性远远小于黏粒的黏性，只是黏粒的几分之一。
一方面，它能降低黏性土壤的黏性，减少耕作阻力，提高耕作质量；另一方面它可以提高砂土的团聚性，改善其过分松散的状态。
四、有机质能提高土壤的保肥能力和缓冲性能土壤有机质中的有机胶体，带有大量负电荷，具有强大的吸附能力，能吸附大量的阳离子和水分，其阳离子交换量和吸水率比黏粒要大几倍、甚至几十倍，所以它能提高土壤保肥蓄水的能力，同时也能提高土壤对酸碱的缓冲性。
五、有机质能促进土壤微生物的活动土壤有机质供应土壤微生物所需的能量和养分，有利于微生物活动。
六、有机质能提高土壤温度有机质颜色较暗，一般是棕色到黑褐色，吸热能力强，可以提高地温。
土壤学总复习题
土壤学总复习题绪论：1、土壤剖面：有成土作用形成的层次称为土层（土壤发生层），而完整的垂直土层序列称之为土壤剖面。
三个基本层：A层：地表最上端，腐殖质在这一层聚积。
B层：粘粒在这里淀积，称淀积层或过渡层。
C层：不同程度风化物构成，称母质层。
2、肥力：土壤供应植物生长所必需的能力。
有效肥力：在农业实践中，由于土壤性质、环境条件和技术水平的限制，只有土壤中的一部分肥力在当季生产中能表现出来，产生经济效益这一部分费力叫有效肥力，而没有直接反映出来的叫做“潜在肥力”。
3、土壤的概念：能产生植物收获的地球陆地表面的疏松层次。
4、环境土壤学：第一章【土壤矿物质】：1、原生矿物：指那些经过不同程度的物理风化，未改变化学组成和结晶结构的原始成岩矿物。
次生矿物：在风化和成土过程中新形成的矿物。
2、土壤原生矿物以硅酸盐和铝硅酸盐占绝对优势，土壤次生矿物以结晶层状硅酸盐粘土矿物为主。
粘土矿物是在风化和成土过程中所形成的次生矿物。
3、粘土矿物：一个粘土颗粒是由许多层粘土矿物晶胞（片）堆叠形成，而粘土矿物晶胞又是由晶胞的最小构造单元组成。
不同种类的粘土矿物，它们的最小构造单元都是一样的。
但是，基本构造单元之间的连接方式和晶胞结合形式不同，因而形成不同粘土矿物各自的特点。
粘土矿物的基本构造单位是硅氧四面体和铝氧八面体。
硅氧四面体的结构如图11-1所示，每个四面体的中心是一个硅原子，它与四个氧原子以相等的距离相连，四个氧原子分别在四面体的四个顶角上。
从单独的四面体看，4个氧还有4个剩余的负电荷，因此各个氧还能和另一个邻近的硅离子相结合。
依此，四面体在平面上相互连接，形成四面体层。
铝氧八面体的结构如图11-2所示，每个八面体的中心是一个铝原子，它与三个氧原子和三个氢氧原子以等距离相连。
三个氧原子和三个氢氧原子分别在八面体的六个顶角上。
由于还有剩余电荷，氧原子还能和另一个临近的铝离子相结合。
依此，八面体在平面上相互联结，形成八面体层。
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土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系
土壤碳氮比与土壤有机质积累的关系是一个重要的研究方向。
土壤有机质是土壤中的重要组成部分，对土壤肥力、植物生长和环境质量有着重要的影响。
而土壤碳氮比则是反映土壤有机质矿化程度和土壤微生物活性的重要指标。
研究表明，土壤碳氮比与土壤有机质积累之间存在着密切的关系。
土壤碳氮比越高，土壤有机质的矿化程度越低，土壤有机质积累也就越容易发生；反之，土壤碳氮比越低，土壤有机质的矿化程度越高，土壤有机质积累也就越困难。
因此，合理调整土壤碳氮比，加强有机质的保持和积累，是提高土壤肥力和农业生产效益的重要手段。
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