结果与讨论
5.7.4.1高粱植物碳同位素特征
图5.2显示了平均同位素签名高粱植物的各个部分,作为评估的营养循环。一般来说,数据表明,根13 c-enriched比谷物和叶子,和前15厘米根似乎比在深层土壤深度13 c-enriched。我们的研究结果与以前的研究一致显示同位素比值在植物,根13 c-enriched通常比叶(施魏策尔et al . 1999;Brugnoli和法夸尔2000)。要指出,我们的茎d13C值并不是统计不同根(图5.2)。
5.7.4.2初始土壤d13C可变性
d13C总额的平均价值在网站在实验前为-23.003%,低变异性在土壤剖面(表5.8)。我们观察到一个低d13C 0-60 cm层中的变化值从-24.48到
5“C
粮食的意思是±o
叶子
阀杆
均值±cr
根
深度均值±c
30-60cm -9.7 - 1.1图5.2分布在高粱植物碳同位素签名
土层(cm) |
d13C有机碳 |
d13C全碳量 |
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的意思是 |
±一 |
的意思是 |
±一 |
|
0-15 |
-26.89 |
1.63 |
-23.01 |
0.66 |
15 - 30 |
-26.95 |
1.49 |
-23.18 |
0.60 |
30 - 60 |
-26.65 |
1.59 |
-22.83 |
0.97 |
-20.14%。至于全碳量,我们观察到低d13C变化中的层和土壤剖面(表5.8)。的一致性同位素签名代表在现场实验中一个重要的优势,因为即使是小的变化时间能被探测到的SOM的同位素特征。平均值的有机d13C发现在实验的开始是典型的土壤,在C3植物普遍地生长在过去(Boutton et al . 1998年)。
土壤有机碳的5.7.4.3 d13C值的变化
治疗不同的同位素签名后的SOC三年实验图5.3所示。一般来说,我们的研究结果表明,d13C SOC受到影响的输入值的新C4-sorghum材料和应用堆肥。这适用于所有治疗(CPT1 CPT2,交易和低氮),更重要的是丰富的13 c比最初的SOC土壤深处。与预期的一样,变化更大的阴谋,没有应用有机物质,除了高粱残留物(交易和低氮)更丰富的13 c比情节与堆肥修订,特别是CPT2双倍剂量的阴谋。后者治疗显示根的稀释效应在SOC的同位素比值。这是由于与堆肥有机碳的大量应用,特点是d13C值为- 16%,它被发现是真实的土壤深处。然而,的影响堆肥的应用程序在土壤同位素签名需要讨论的更复杂的条款自堆肥根生产的刺激效应也被发现(数据未显示)。
SOC的表面d13C最初显示的最大区别SOC(分别交易和低氮的4.02%,4.01%)(图5.4)。
根地下沉积是研究土壤有机碳的同位素特征。图5.3显示了同位素签名的时间框架移植治疗(矿物受精),13 c的SOC值在哪里只有输入的新C4-sorghum残留影响。结果与实验开始和3年作物周期。总的来说,数据显示,在每年SOC 13 c-enriched比实验开始采样深度。显著增加第一和第二年后被记录。梁et al。(2002)报道,SOC d13C值在一个周期的玉米锅变化从-27.2增长到-25.4%,解释了网络签名(1.8%)增加根和根分泌物的输入。这些作者发现C4-derived SOC在玉米生长变化从1.3到12.3%,占1.3 - -14.5 g C第一档次。高粱种植的第一年之后,我们的结果非常类似于梁et al。(2002)(图5.3)。相反,稳定在-23%的价值是观察到的第三年。
图5.4突出的影响3年高粱种植的有机碳同位素签名的交易(矿物)和低氮的情节。矿物肥料处理(TRA)显示13 c-soc浓缩比低氮处理。如果我们把这一发现与上面的根生物量数据报告中,我们发现
一年
一年
一个一个 |
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0 - 0-15 cm 15 - 30 cm -■- 30 - 60厘米 |
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图5.3 d C平均(%)移植治疗的三大层中的值从一开始的实验(0)在高粱周期结束的2009年9月(III)。酒吧表示标准偏差四个复制
图5.3 d C平均(%)移植治疗的三大层中的值从一开始的实验(0)在高粱周期结束的2009年9月(III)。酒吧表示标准偏差四个复制
土壤深度
30-60cm 0-15厘米15 - 30厘米
土壤深度
30-60cm 0-15厘米15 - 30厘米
-
- 图5.4平均d13C(%)值在实验开始前(T0)和高粱周期结束时的2009年9月在三个土壤深度分析没有堆肥应用程序和低氮情节(竖线代表标准偏差)
更大的交易对土壤的影响同位素签名对应较低的根生物量(数据未显示)。这可能表明,在我们的实验中大量N供应提供的交易没有增加总根生产但对应于一个更大的细根和营业额(Nadelhoffer 2000)。即使是很小的净根生物量将兼容大根SOC的输入和结果在一个更大的13 c签名在交易比在低氮。
图5.5和5.6显示的剖面分布d13C作为时间的函数在交易和低氮治疗。d13C值表明,同位素比值的修改由于土壤中根沉积仅限于第一年1米,顶部,然后逐渐扩展到更深的土壤的视野。在交易中,效果慢特别是深层,层的顶部d13C值达到2年后,而他们只在第三年低于1.2米。
因此,只花了1年的C4物种种植显著影响了SOC的同位素特征层和立即低于。此外,它只花了2 - 3年至13 c-enrich土壤剖面到210厘米到相同的值在土壤表面根密度要大得多。
植被的d13C值的主要因素是控制土壤有机碳的同位素签名(Boutton 1996)。事实上,植物的有机碳是土壤通过根系分泌及其代谢bioproducts或死亡的植物残体(Yoneyama et al . 2006年),和两个输入土壤SOC影响同位素签名。此外,植物的土壤有机碳和微生物代谢产物进一步13 c-enriched约1%的结果同位素分馏在SOM矿化(二氧化碳释放)(Boutton 1996),尽管这种影响是可以忽略的短期实验(商、Tiessen 2000)。在土壤中13 c-enrichement死去的植物残体,人们已经发现,根影响高达2%,而植物叶子d13C值(Yoneyama et al . 2006年)。尽管没有太多信息可以在持久的数量
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•- 0 - o -我一年的时间 |
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图5.5 d C(%)值平均土壤剖面的交易处理情节2.10米深度实验开始之前,在三年之后的高粱周期
图5.5 d C(%)值平均土壤剖面的交易处理情节2.10米深度实验开始之前,在三年之后的高粱周期
土壤深度(米)
图5.6平均d13C(%)值的土壤剖面低氮处理情节2.10米深度实验开始之前,在三年之后高粱周期的高粱根在土壤有机质在深处,这些都是13 c丰富(图5.2)比地上高粱组织(Vonfischer和Tieszen 1995;爱好和沃纳2004)。此外,根营业额可能会导致土壤同位素签名在更深层次的增加,尤其是在土壤粗纹理,支持典型深(Schenk和杰克逊2005年)。
土壤C的一部分来源于新高粱残留物(/新)计算与同位素混合模型(莱维特et al . 1994年)提出了在表5.7。一年
土壤深度(米)
•- 0,我时间■——年 |
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图5.6平均d13C(%)值的土壤剖面低氮处理情节2.10米深度实验开始之前,在三年之后的高粱周期从C3植物转移到高粱栽培后(2007),sorghum-derived碳的比例在8.24%至21.29%之间,而27.95%的2和3年后了。在2008年底和2009年作物周期,这些百分比略大的交易比低氮。sorghum-derived碳在整个SOC与深度减少,和更快的30厘米以下。这些结果同意之前的作品表明,C4-derived SOC是均匀分布在上30厘米(激怒et al . 1995年)。
然而,我们的实验结果是很难比较文学,因为他们与大多数字段数据指的是短期内(3年)。与文献结果相比,百分比浓缩中发现我们的实验是一般大的,尽管它可能是由于土壤有机碳含量较低的土壤。
对于长时间实验,Gregorich et al。(1995)估计,25 - maize-derived碳排放导致了总有机碳的35% Ap地平线的粘土肥沃的土壤后连续25年的玉米种植在加拿大。德国Flessa et al。(2000)发现,只有15%的总碳含量在肥沃的沙质美联社地平线maize-derived经过37年的玉米种植。梁et al。(2002)报道,C4-derived SOC在玉米生长变化从1.3到12.3%,占1.3 - -14.5 g C第一档次。在法国,粉砂质土壤肥沃的玉米含有44%的maize-derived碳后只有23年的培养(Puget et al . 1995年)。
据估计,10 - 40%的C固定由耕地作物光合作用可能会丢失由根呼吸或释放到土壤rhizodeposition(马丁·梅克斯1992)eddy Merckx,如此大的变化在估计依赖于植物物种,增长阶段,营养状态和其它环境条件。然而,其他影响因素的贡献maize-derived C SOC是(1)C3植物的时间转移到玉米种植;(2)删除申请覆盖作物残留物,而不是使用。对文学,地上部生物量被用于青贮饲料Flessa et al。(2000)是在我们的实验中,而Gregorich et al。(1996)留下残留物。然而,我们13 c-enrichment结果相同的数量级与文献中报道。
5.8结论和建议
MESCOSAGR项目从田间试验结果,提出了一些管理建议养殖场旨在提高C和N封存在土壤和养分吸收效率。结果表明,堆肥修正案可能是一个好的策略来增加固N在土壤。特别是compost-derived氮被固定在土壤由于反复修改发现逐渐减少,从而改变15 n签名主要对减少土壤macro-aggregates和细土颗粒的增加。这些发现表明,评价土壤macro-aggregate百分比可能成为一个合适的方法来评估短期农业生态系统的变化。相反,长期变化可能是有用的监测通过测量研究的内容,显示较小对堆肥质量的年度变化的敏感性。
在第一个实验,发现OM矿化率取决于堆肥成熟和组成。这意味着有可能调节氮对植物可用性通过修改堆肥的质量和构成。另一方面,在第一年,堆肥对植物营养的贡献约20%的应用N,而这个百分比逐渐下降在接下来的两年的实验。因此,它似乎合理的建议多年来稳定的N可用性植物应获得的年度供应堆肥占不同的矿化率在不同年。
此外,我们表明,碳来自高粱残留达到大约28%的土壤C后3年。高粱根营业额的贡献也在粉砂粘土土壤增加深层土壤中的碳同位素特征层,最有可能因为高粱深根系。这一发现表明,作物轮作的高粱可能大大增加碳封存在整个土壤剖面,对整个土壤质量是有益的。
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