伊利诺伊州乌尔班纳——土壤有机碳是土壤健康的基石。它可以改善土壤结构，同时提高保水和养分能力，这是任何农业生产系统的关键因素。为了建立它，农民将作物残留物掺入土壤中。
那么，为什么尽管投入了数十年的残留物，玉米生产系统中的土壤有机碳仍在减少?简短的回答：是氮气。
“通过密集施氮，您可以获得更多的玉米生物量和产量，这意味着您最终会将更多的残留物放入土壤中。但你不能将这些碳保留在土壤中，”伊利诺伊大学自然资源与环境科学系(NRES)教授Richard Mulvaney说。“残留物中的氮会刺激微生物通过呼吸作用燃烧掉碳。所以你可以投入更多，但你不能保留它。”
施氮会影响残留物分解——因此将残留物纳入土壤有机质储存——的概念并不新鲜。但之前的研究显示出相互矛盾的结果。这就是为什么 Mulvaney 和NRES 的博士研究员Tanjila Jesmin着手阐明残留物质量和氮的形式如何影响典型玉米带土壤中的玉米残留物分解。
多亏了伊利诺伊州历史悠久的Morrow Plots，该团队能够测试高氮施肥和非高氮施肥种植的玉米的残留物。
“我们设计了一项有氧孵化研究，将这两种残留物添加到典型的耕作土壤中，有或没有两种形式的氮。然后我们通过连续测量二氧化碳的产生以及酶活性和微生物生物量的定期测量来观察分解过程，”杰斯明说。
研究人员发现，氮的存在——无论是外源施用于残留物还是已经掺入生长的玉米组织中——加速了残留物分解并产生了更多的二氧化碳。施氮的形式，硝酸钾或硫酸铵，没有区别。
“玉米渣中的碳来自大气，在分解过程中返回大气。这不是问题，”Mulvaney 说。“问题在于，当微生物的氮供应量很高时，它们对碳作为能源的需求也很高。由于氮含量高，它们的需求可能会超过残留物中的碳供应，这可能会导致它们攻击稳定的有机物。这就是长期的问题。”
在土壤孵化的第一个月，有氮肥的残留碳分解比没有氮肥的要快。然而，施肥土壤在第二个月的二氧化碳产量比未施肥土壤慢。到研究结束时，与不添加氮相比，产生的二氧化碳总量更大。
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