间作通过减缓过量施用磷导致的土壤总碳含量下降，显著提高了碳封存能力

《Soils and Foundations》：Intercropping significantly elevates carbon sequestration by mitigating the decline in soil total carbon caused by excessive phosphorus-application

本研究通过13年田间试验，分析了间作与不同磷肥用量对钙质土壤碳库的影响。结果表明，间作显著提高土壤总碳（2.2%）和有机碳（5.8%），其中可溶有机碳（POC）增幅达15.3%，矿物结合有机碳（MAOC）增加2.3%。高磷肥（80 kg/ha）则降低无机碳（SIC）3.6%-4.2%，总碳2.4%-2.7%，因钙镁离子交换量减少。研究证实间作通过增加根系生物量和有机矿物共沉淀有效促进碳封存，而合理磷肥用量对维持土壤碳汇功能至关重要。

　　这项研究探讨了间作和磷肥施用对土壤碳封存的影响，特别是在钙质土壤中的作用。通过一项为期13年的长期田间试验，研究人员分析了不同磷肥施用量（0、40和80公斤/公顷）以及间作和单作两种种植系统下土壤有机碳（SOC）和土壤无机碳（SIC）的动态变化。研究发现，间作显著提高了土壤总碳和SOC的浓度，分别比单作提高了2.2%和5.8%。同时，80公斤/公顷的磷肥施用量导致了SIC浓度的下降，降幅分别为3.6%和4.2%，并减少了土壤总碳浓度。这些结果表明，间作可以通过缓解过量磷肥施用对土壤生物地球化学过程的负面影响，从而促进土壤碳的封存。研究还指出，POC和MAOC的浓度在间作条件下分别增加了15.3%和2.3%。POC的浓度与作物根系生物量呈正相关，而MAOC的浓度则与铁结合有机碳的浓度密切相关。过量磷肥的施用减少了土壤中可交换的钙和镁浓度，这可能是SIC浓度下降的主要原因。研究强调了在钙质土壤中，实施间作实践作为替代过量磷肥施用的策略，对于促进可持续农业生产的必要性。

土壤碳封存是农业可持续发展的重要组成部分，尤其是在应对全球气候变化和土壤肥力下降的背景下。农业活动，如集约化耕作、土地利用变化和土壤扰动，已被证实导致全球农田土壤碳损失约40至133十亿吨（Pg）。这种碳损失不仅降低了土壤的生产力，还可能加剧大气二氧化碳浓度的上升，进而对气候系统产生深远影响。土壤碳库主要包括表层20厘米土壤中的有机碳（SOC）和无机碳（SIC），其总量约为1550十亿吨和950十亿吨，构成了全球陆地生态系统中最大的碳库之一。因此，增强土壤碳封存能力对于农业可持续发展具有重要意义。

SOC的浓度受到多种环境因素、土壤化学特性和稳定机制的影响。SOC可以进一步划分为两种主要的物理组分：颗粒有机碳（POC）和矿物结合有机碳（MAOC）。POC主要由部分分解的植物残留物（如根系和落叶）组成，这些残留物在土壤中通过生化顽固性和团聚体保护而保持稳定。MAOC则由低分子量化合物和微生物产物组成，这些物质通常被土壤矿物化学保护，防止分解。MAOC的形成机制多种多样，包括吸附、共沉淀和阳离子桥接等过程。由于POC和MAOC受到不同程度的保护，它们在土壤中的周转速率也存在差异，POC的周转速度较快，而MAOC则具有较长的持久性。因此，农业实践对这两种SOC组分的影响可能不同，这为我们理解SOC在农田中的动态变化提供了重要的线索。

SIC是土壤碳库中的另一个关键组成部分，尤其在干旱和半干旱地区或钙质土壤中，其储量通常显著高于SOC。SIC主要由碳酸盐矿物和溶解的无机碳组成，其中钙碳酸盐和镁碳酸盐是主要形式。与SOC相比，SIC通常被认为更加稳定，因此其动态变化往往受到较少关注。然而，农业活动已经显著减少了农田中的SIC储量，这可能会抵消促进SOC封存的努力。因此，量化SIC的动态变化对于准确评估土壤碳封存潜力至关重要。

磷肥的施用对于可持续农业生产至关重要，特别是在磷素缺乏的钙质土壤中。大多数作物对磷素的利用效率较低，每年仅能利用施入磷肥的15%至20%。过量磷肥的施用可能导致水体富营养化，通过淋溶和侵蚀过程释放磷素。磷素的可利用性和植物对磷素的获取是影响土壤碳循环的重要因素。豆科作物在磷素缺乏的土壤中能够增加羧酸分泌，以促进土壤磷素的释放，这可能对土壤碳循环产生显著影响。然而，关于磷肥对土壤碳封存的影响，研究结果存在分歧。一方面，磷肥的施用可以通过增加植物来源的碳输入（如凋落物和根系残留物）来促进土壤碳封存；另一方面，磷肥的施用也可能通过刺激异养呼吸来加速土壤碳的分解。此外，氮肥诱导的土壤酸化会显著减少SIC的含量，但关于磷肥对SIC的具体影响，研究仍较为有限。有机肥与高磷肥施用量的结合可以增加亚表层土壤中的SIC储量，而低磷肥施用量则可能导致SIC的减少。因此，磷肥对土壤碳封存的影响存在不确定性，这给评估农田碳封存潜力带来了挑战。

间作作为一种种植策略，是指在同一田块中同时种植多种作物。间作不仅能够提高作物产量，还能够增强农业系统的长期可持续性。间作提高作物产量的原因在于其更高效的磷素利用。随着作物产量的增加，间作可以增加土壤中的碳输入，例如通过根系凋落物和分泌物的形式。此外，多样化种植系统可以模拟土壤微生物的活动和生物量，以及微生物残体的积累，从而促进SOC的增加。已有研究表明，SOC与间作之间存在正相关关系，并且对间作系统中的植物和微生物机制进行了详细探讨。然而，关于间作对不同SOC组分及其机制的影响，仍缺乏系统的研究，这可能影响我们对间作系统中SOC封存过程的理解。同时，植物多样性与SIC积累之间也存在正相关关系，这可能与植被和微生物群落的变化有关。然而，间作对SIC的影响尚未被充分研究，这可能导致对间作系统碳封存潜力的评估存在偏差。

本研究的主要目标是通过分析不同磷肥施用量和种植系统下土壤碳库的组成，探讨间作和磷肥施用对土壤碳封存的影响。研究通过分析SOC和SIC的浓度变化，以及影响SOC和SIC动态的因素，如根系生物量和土壤矿物成分，来评估土壤碳封存的潜力。研究假设：（1）间作和磷肥施用会增加SOC和SIC的浓度，从而促进土壤碳的封存；（2）植物根系生物量和土壤矿物成分通过影响POC、MAOC和SIC，进而影响土壤碳封存。研究结果表明，间作显著提高了土壤总碳和SOC的浓度，这可能是由于间作系统中作物根系生物量的增加以及矿物结合有机碳的形成。相比之下，高磷肥施用量（如80公斤/公顷）导致了土壤总碳和SIC的减少，这主要归因于可交换钙和镁浓度的降低。这些发现表明，在钙质土壤中，间作作为一种替代高磷肥施用的策略，可以有效促进土壤碳的封存。

研究还指出，SOC和SIC的动态变化受到多种因素的影响。SOC的增加可能与植物根系生物量的提高以及矿物结合有机碳的形成有关，而SIC的减少则可能与磷肥施用导致的土壤酸化和可交换阳离子浓度的降低有关。此外，研究强调了农业实践中需要综合考虑SOC和SIC的动态变化，以实现更全面的土壤碳管理。通过了解不同农业实践对SOC和SIC的影响，可以为制定更加有效的土壤碳封存策略提供科学依据。

在钙质土壤中，SOC和SIC的动态变化尤为复杂。由于钙质土壤中的碳酸盐矿物具有较高的稳定性，SIC通常被认为是更稳定的碳形式。然而，农业活动，如磷肥的施用，可能会通过改变土壤化学性质和微生物活动，对SIC的储量产生负面影响。本研究通过长期田间试验，揭示了间作和磷肥施用对钙质土壤中SOC和SIC的影响。研究发现，间作系统能够显著提高SOC的浓度，这可能与作物根系生物量的增加以及矿物结合有机碳的形成有关。而高磷肥施用量则可能导致SOC和SIC的减少，这主要是由于可交换钙和镁浓度的降低，进而影响土壤碳的稳定性。

研究还探讨了SOC和SIC之间的相互作用。SOC的增加可能促进SIC的积累，这可能与土壤矿物的化学保护作用有关。然而，过量磷肥的施用可能会破坏这种平衡，导致SIC的减少。因此，在制定农业管理策略时，需要综合考虑SOC和SIC的动态变化，以实现土壤碳的可持续管理。此外，研究还强调了土壤矿物成分在碳封存过程中的重要作用。土壤矿物不仅能够保护有机碳免受分解，还可能通过吸附和共沉淀等机制促进碳的长期储存。

在农业实践中，如何平衡磷肥的施用量与土壤碳封存之间的关系，是一个重要的课题。过量磷肥的施用虽然能够提高作物产量，但也可能对土壤碳库产生负面影响。因此，研究者建议，在农业管理中应采用更合理的磷肥施用量，以减少对土壤碳封存的不利影响。同时，间作作为一种有效的农业实践，可以作为一种替代高磷肥施用的策略，以促进土壤碳的封存。通过提高作物产量和优化土壤碳管理，间作不仅能够提高农业生产的可持续性，还能够为应对气候变化和土壤退化提供支持。

本研究的发现对于农业政策和实践具有重要的指导意义。首先，间作作为一种种植策略，可以有效提高土壤碳的封存能力，这为农业可持续发展提供了新的思路。其次，研究结果表明，高磷肥施用量可能会对土壤碳封存产生负面影响，因此在实际应用中需要谨慎控制磷肥的施用量。此外，研究还强调了土壤矿物成分在碳封存过程中的关键作用，这提示我们在进行土壤碳管理时，应考虑土壤矿物的类型和含量。最后，研究结果表明，SOC和SIC的动态变化是复杂的，受到多种因素的影响，因此在评估土壤碳封存潜力时，需要综合考虑这些因素，以确保评估的准确性和科学性。

总之，本研究通过长期田间试验，揭示了间作和磷肥施用对钙质土壤中土壤碳封存的影响。研究结果表明，间作能够显著提高土壤总碳和SOC的浓度，从而促进土壤碳的封存。而高磷肥施用量则可能导致SOC和SIC的减少，这主要是由于可交换钙和镁浓度的降低。这些发现为农业实践提供了重要的科学依据，表明在钙质土壤中，采用间作策略可以作为减少磷肥施用量、促进土壤碳封存的一种有效途径。此外，研究还强调了土壤矿物成分在碳封存过程中的关键作用，这提示我们在进行土壤碳管理时，应更加关注土壤矿物的组成和变化。通过综合考虑SOC和SIC的动态变化，以及农业实践对这些变化的影响，我们可以更好地制定土壤碳管理策略，以实现农业的可持续发展。