中国科学院水利部水土保持研究所机构知识库

氮素是影响草地生态系统碳汇功能的主要限制因子，化石燃料及化肥的大量使用导致生态系统氮素输入显著增加，进而影响植物-土壤之间的碳走向。植物根系分泌物是联系植物和土壤之间的纽带和桥梁。目前，氮肥施加作为草地经营和管理的重要途径，明确增施氮肥对碳素循环在陆地生态系统中的变化过程具有重要而深远的意义。本文以黄土高原典型植被白羊草为研究对象，分析不同氮添加水平（尿素0、2.5、5、7.5、10、15 g N m^-2 yr^-1）对白羊草根际土壤有机碳组分和根系分泌物的影响，阐明氮添加对黄土丘陵区土壤的影响机制，揭示土壤有机碳组分和根系分泌物与土壤碳氮磷组分之间的关系，为退化草地的经营管理提供数据支撑。主要结果如下：

1. 氮添加提高了白羊草根际有机碳（SOC）、铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）含量，与未施氮相比，15 g N m^-2 yr^-1（N15）处理分别增加了30.5%、60.8%和28.8%，且根际含量显著高于非根际,表现为明显的根际效应；氮添加显著增加了白羊草地上生物量、地下生物量、叶片氮含量和根系磷含量，N15处理地上和地下生物量是未施氮的1.44倍和2.04倍，与未施氮相比，叶片氮含量和根系磷含量分别增加了33.9%和45%；而与降低了茎杆碳含量，与未施氮相比，N15处理茎杆碳含量降低了8.1%。
2. 氮添加增加了易氧化有机碳、可溶性有机碳含量和微生物量碳含量，根际显著高于非根际,表现为明显的根际效应，其中微生物量碳含量在10 g N m^-2 yr^-1（N10）处理达到最大值，根际含量是未施氮处理的1.89倍。氮添加增加了颗粒有机碳、土壤轻组有机碳、重组有机碳含量，根际均大于非根际，但差异不显著。不同氮添加处理的根际碳库管理指数值均大于100，说明在各处理中根际肥力均有所增加。颗粒有机碳和可溶性有机碳的灵敏度较高。
3. 氮添加显著增加了白羊草分泌物相对含量总量，随着氮添加量的增加，醇类、氨基酸类、糖酸类和短链有机酸类含量显著增加。氮添加显著增加了分泌物中短链碳含量，而对长链碳无显著影响，分泌物中长链有机酸类含量高于短链有机酸类。氮添加增加了白羊草根系分泌有机酸和氨基酸含量。其中，氮添加增加了草酸、洒石酸、吡咯-2-羧酸、扁桃酸、3-羟基丁酸、咪唑丙烯酸含量，降低了2酮基异戊酸含量；α-酮异构酸含量随氮添加量增加先降低后增加，2，3-二甲基琥珀酸、2-酮丁酸含量、异亮氨酸、天门冬氨酸、草氨酸、丙氨酸和瓜氨酸含量随氮添加量增加先增加后减少，环亮氨酸、丝氨酸和缬氨酸含量随氮添加量增加而增加。
4. 土壤易氧化有机碳含量和TP含量和SOC含量正相关，表明土壤易氧化有机碳对根际碳源的输入、固定和分解具有较强的依赖性；微生物量碳含量与TN、NO₃^--N具有显著正相关关系，TN和NO₃^--N能够预测土壤微生物量碳含量；重组有机碳含量与TN正相关，而轻组有机碳含量与TN负相关。除3-羟基丁酸外，其余几种有机酸均与pH呈负相关性，与SOC呈不同程度的正相关，草酸和酒石酸与TP呈明显的正相关。对于分泌物中氨基酸组分，pH与L-别苏氨酸、苏氨酸、丝氨酸、环亮氨酸呈正相关关系，而与异亮氨酸、丙氨酸、刀豆氨酸、天门冬氨酸、瓜氨酸、缬氨酸呈负相关关系，表明环境变化对于植物根系分泌物的分泌影响具有复杂性。

关键词：白羊草，氮添加，根际，有机碳组分，根系分泌物