Реакция почвенного органического углерода и общего азота на снижение химических азотных удобрений основана на мета | Юньнаньская компания неорганических солей, ООО

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 16326 (2022) Цитировать эту статью

2064 доступа

2 цитаты

Подробности о метриках

Органический углерод почвы (SOC), общий азот (TN) и их соотношение (C:N) играют важную роль в сохранении плодородия почвы, и их значения тесно связаны с использованием удобрений. Однако общая тенденция и масштабы изменений SOC, TN и C:N в ответ на сокращение химических азотных удобрений остаются неубедительными. Здесь метаанализ провел сравнения на 48 участках, охватывающих различные системы земледелия, типы почв и климатические регионы Китая, чтобы изучить реакцию SOC, TN и C:N на сокращение химических азотных удобрений. Результаты показали, что снижение химических азотных удобрений снизило SOC на 2,76 ± 0,3% и TN на 4,19 ± 0,8% и увеличило соотношение C:N на 6,11 ± 0,9% по всей базе данных. В частности, сокращение химического азота без добавления органических азотных удобрений приведет к снижению SOC и TN на 3,83% и 11,46% соответственно, тогда как при добавлении органических удобрений они увеличивают SOC и TN на 4,92% и 8,33% соответственно, что позволяет предположить, что органические удобрения могут покрыть потеря SOC, TN, вызванная снижением химических азотных удобрений. Средняя величина (20–30%) сокращения химических азотных удобрений увеличила SOC на 6,9%, тогда как высокая величина (≥30%) и общее (100%) сокращение химических азотных удобрений значительно снизили SOC на 3,10% и 7,26% соответственно. Более того, SOC показал отрицательную реакцию на сокращение азотных удобрений в краткосрочной перспективе (1–2 года), в то время как результаты конвертировались в среднесрочную перспективу. Этот системный анализ заполняет пробел в влиянии сокращения удобрений на органический углерод и азот в почве. в национальном масштабе и обеспечивает техническую основу для действий по сокращению применения удобрений при одновременном повышении эффективности.

Внесение удобрений считается одним из наиболее важных агрономических приемов повышения урожайности и продовольственной безопасности, особенно при применении химических азотных удобрений1,2. Для повышения продуктивности земель было использовано большое количество химических азотных удобрений3,4. До 2013 г. мировой состав азотных удобрений достигал 107,6 Тг N год-1, но не мог полностью усваиваться сельскохозяйственными культурами5. А последовательное и широкое применение химических азотных удобрений привело к серьезным экологическим проблемам, включая деградацию почвы, эвтрофикацию почвы и парниковый эффект6,7. Таким образом, сокращение химических азотных удобрений вызвало обеспокоенность мира по поводу устойчивого развития сельского хозяйства8,9,10.

Влияние снижения химических азотных удобрений на SOC, TN и C:N оценивалось в конкретных регионах. Например, Ченг и др.10 описали, что SOC в водно-водной бурой почве значительно снизился при обработке 20% сокращением химических азотных удобрений после одного года выращивания кукурузы. Тем не менее, исследование Нина и др.11 показало, что не было значительной разницы в SOC после 20% сокращения химических азотных удобрений на 10-сезонном поле с непрерывной посадкой овощей. Что касается TN, исследования показали различия в зависимости от режима внесения азота12. Никакой существенной разницы в отношении TN не наблюдалось при 25% снижении применения химических азотных удобрений в исследовании Лю и др.13. Однако результаты региональных различий не прояснили общее влияние на национальный уровень углерода и азота после сокращения использования химических удобрений. Общая тенденция и масштабы изменений SOC, TN и C:N в ответ на сокращение химических азотных удобрений до сих пор неясны. Принимая во внимание различия в климатических условиях, типах почв, системах земледелия и времени испытаний, необходимы национальные данные для оценки реакции сокращения удобрений на SOC, TN и C:N.

В качестве мощного статистического метода сравнения и интеграции результатов многочисленных исследований метаанализ, который мог бы преодолеть ограничение высокой вариабельности различных исследований, широко применялся для комплексного анализа рандомизированных контролируемых исследований клинических исследований14,15. В настоящее время метаанализ произвел революционный эффект в области почвоведения и достигнуты большие достижения16,17. Ду и др.18 использовали метаанализ для оценки влияния нулевой обработки почвы на запасы SOC по сравнению с традиционной обработкой почвы и обнаружили, что влияние нулевой обработки почвы на SOC было переоценено в Китае. Реакция углерода и азота микробной биомассы на экспериментальное потепление была оценена в исследовании Сюя и Юаня19, и они продемонстрировали, что экспериментальное потепление значительно увеличивает микробную биомассу. Каждый из этих метаанализов фокусировался только на системе земледелия или анализировался в ограниченном регионе. Следовательно, необходим общенациональный метаанализ с анализом реакции SOC, TN и C:N на сокращение использования химических азотных удобрений.

0.05), while TN in high magnitude and total chemical nitrogen fertilizers reduction magnitude exhibited a decrease with 3.10% and 9.37% respectively (Fig. 1b). Numerous studies described that the amount of nitrogen fertilizers used in China was higher than the demand of N for crop, which caused serious N leaching and runoff29,30. Chemical nitrogen fertilizers in low and medium magnitude would not decrease the TN of soil by reducing N leaching and runoff. However, the residual nitrogen in soil cannot meet the requirement for the sustainable growth of plant with litter or without exogenous nitrogen supplement, which resulted in the decrease of TN in high and total chemical nitrogen fertilizers magnitude. Consequently, optimal nitrogen fertilizers application rates will take into account crops yield and environment friendliness./p> 0.05). The divergent response of TN to different chemical nitrogen fertilizers duration was mainly caused by the various treatments. In terms of C:N, a greater positive response was observed at short-term chemical nitrogen fertilizers duration (9.06%) than mid-term and long-term duration (1.99%). Moreover, with the prolongation of the chemical reduction time of nitrogen, the response ratio tends to zero, suggesting that the effect of chemical fertilizers gradually decrease. This may be ascribed to the buffer capacity of soil to resist the changes from external environment, including nutrients, pollutants, and redox substances35./p> 0.05), but there was a negative effect on SOC in high and total magnitude (p < 0.05). In terms of chemical fertilizer reduction duration, chemical nitrogen fertilizers reduction decreased SOC by 3.8% and 4.2% at short and long term chemical nitrogen fertilizers duration respectively, while SOC showed no significantly decrease at mid-term duration (p > 0.05). The no significant decrease at mid-term duration might result from the limited information reported in original studies of this meta-analysis36. TN showed no significant response to chemical nitrogen fertilizers without organic fertilizers supplement in the low and medium magnitude (p > 0.05). However, TN was significantly decreased by 8.62% and 16.7% respectively in the high and total magnitude. When regarding to chemical nitrogen fertilizers reduction duration, TN was significantly reduced at all of the categories, ranging from 3.13% to 13.4% (Fig. 2c). In the pattern of chemical nitrogen fertilizers reduction with organic fertilizers supplement, chemical nitrogen fertilizers reduction at medium, high, and total magnitudes significantly increased SOC by 13.85%, 13.03%, and 5.46%respectively, however, the response of SOC in the low chemical nitrogen fertilizers magnitude was not significant. Chemical nitrogen fertilizers reduction duration significantly increased SOC by 7.01%, 1.71%, and 22.02% in the short-term, mid-term, and long-term respectively. Comparatively, TN showed a significantly increase in most chemical nitrogen fertilizers categories expect for the long-term chemical nitrogen fertilizers duration, with an increasing from 4.90% to 14.69% (Fig. 2d)./p> 0.05; Fig. S1). Rule out the interference of organic fertilizers supplement, we analyzed the relationship between lnRR of SOC, TN, C:N and environmental variables as the Figures showed in Figs. 3 and 4 respectively. Under chemical nitrogen fertilizers without organic fertilizers supplement, there was a significant negative correlation between lnRR of SOC and MAT (p < 0.05, Fig. 3a) and a positively correlation between lnRR of TN and MATA (p < 0.05, Fig. 3h). However, there no significant relationship between lnRR of C:N and MAT, MAP, and MATA (p > 0.05). Apart from the significant negative correlation between the lnRR of SOC and MAT (p < 0.05, Fig. 4b) and the significant positive correlation between lnRR of C:N and MAT (p < 0.05, Fig. 4c), no other significant correlations was found between the lnRR of SOC, TN, C:N and environmental variables under the pattern of chemical nitrogen fertilizers with organic fertilizers supplement (p > 0.05, Fig. 4). The negative relationship between MAT and the effects of chemical nitrogen fertilizers reduction was mainly attributed to the high decomposition rate of soil organic matter under the conditions of high temperature42,43. MATA is a necessary requirement for the growth of crops, and MATA could accurately reflect the growth status of crops44,45. Although correlation did not prove causation, these findings suggested MATA had a significant effect on crop nitrogen./p>