长期施肥措施下潮土土壤碳氮及小麦产量稳定性的变化特征

研究了长期不同施肥方式对潮土区土壤有机碳、全氮含量的影响,以期为小麦高产稳产及培肥技术提供指导。以长期定位肥料试验为平台,选择4个处理:不施肥(CK)、氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾化肥配施有机肥(MNPK)、氮磷钾化肥配施秸秆还田(SNPK)。测定1990-2018年间土壤有机碳、全氮含量及小麦产量。结果表明,施肥处理下小麦产量总体表现为上升趋势,其中前18 a SNPK和MNPK处理小麦产量大体上低于NPK处理,后11 a SNPK和MNPK处理大体上高于NPK处理,分别提高8.90%,8.93%。与CK相比,NPK、MNPK、SNPK处理均增加产量的稳定性;在施肥处理中,SNPK处理产量可持续性指数最高,为0.66。拟合方程表明,农田基础地力每增加1 000 kg/hm~2,肥料贡献率降低14.35～19.57百分点。长期施肥能提高土壤有机碳、全氮含量,其中MNPK处理有机碳、全氮提升作用最明显,年均增幅分别为0.158,0.014 g/kg。土壤全氮含量与有机碳含量呈现正相关(R~2=0.620),有机碳含量每升高1 g/kg,土壤全氮含量增加0.078 g/kg。施肥可提高小麦产量,提升小麦产量稳定性和可持续性指数。在小麦-玉米轮作体系下,氮磷钾化肥配施秸秆还田最有利于维持可持续生产能力。氮磷钾化肥配施有机肥可有效提高土壤有机碳、全氮含量。在潮土区施有机肥及秸秆还田是提升土壤肥力和保障可持续利用的重要措施。     

长期不同施肥模式对中低产黄泥田土壤团聚体组成及碳组分的影响

为研究长期不同施肥方式对黄泥田土壤团聚体组成、总有机碳及其组分的影响,进而明确黄泥田土壤肥力提升的最佳施肥方式,以金衢盆地黄泥田长期定位施肥试验为基础,设置无肥、单施化肥、化肥配施牛粪和化肥配施秸秆4个处理。结果表明,化肥与牛粪配施处理>0.250 mm团聚体百分含量最高,在0～15 cm和15～30 cm较不施肥对照分别提高了7.1,11.0百分点;而化肥配施秸秆与单施化肥处理之间在水稳性团聚体组成上没有显著差异。此外,化肥与牛粪配施处理较单施化肥处理显著提高了表层土壤总有机碳、颗粒态有机碳含量,增幅分别为18.7%,98.7%。表层土壤中POC/SOC由大到小为：化肥配施牛粪>化肥配施秸秆>单施化肥≈无肥。与单施化肥处理相比,化肥配施牛粪或秸秆处理提高了1 030 cm^-1相对吸收峰强度,说明有机无机配施处理下土壤碳以多糖类相对含量更高。综合考虑,化肥配施牛粪在改善土壤结构和提升土壤碳库方面效果最佳。     

长期施肥对褐潮土氮、有机质动态变化的影响

通过北京昌平“国家褐潮土土壤肥力和肥料效益监测基地”的长期定位试验（1991-2003年）,研究了长期施肥条件下对褐潮土氮、有机质动态变化的影响。结果表明：氮磷钾化肥配施有机物料提高耕层土壤全氮的效果最为明显,配施有机肥和秸秆处理分别比不施肥增加21.11%和14.35%,明显高于单一施用化肥。长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮磷钾配合也显著增加了土壤全氮含量,分别比对照增加10.03%,8.32%和8.40%,而磷钾配合降低了土壤全氮含量。土壤碱解氮含量仍然是氮磷钾配施有机肥或秸杆处理优于单施化肥,分别比对照增加34.97%和32.96%,长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮钾配合,或氮磷钾配合,分别比对照增加17.26％,21.55%,23.83%和26.41%。配合施用有机肥处理耕层土壤有机质含量明显高于单施化肥处理;与不施肥比较,NPK＋秸秆以及NPK＋有机肥处理土壤有机质含量分别增加7.90％和14.56％,氮磷钾配合和氮磷配合分别比对照增加6.51％和5.89%,而单施氮肥仅增加2.56%。可见NPK平衡施用及其配施有机肥对增加土壤有机质含量具有重要作用。     

长期不同施肥对农田土壤养分与微生物群落结构的影响

为了阐明长期不同施肥对土壤养分与微生物群落的影响及影响机理,以杭嘉湖平原典型稻麦轮作区长期定位施肥试验土壤为对象,采用磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid, PLFA)分析方法,研究了施用化肥(NPK)、秸秆(Straw)、栏肥(Manure)、化肥与秸秆配施(S+NPK)、化肥与栏肥配施(M+NPK)5种不同施肥方式对土壤主要养分指标与微生物量及微生物群落结构的影响,试验以不施肥处理为对照。结果表明,所有施肥处理均提高了土壤有机碳,其中秸秆与化肥配施、栏肥无论是单独施用还是与化肥配施所提高的有机碳含量均达到显著水平;施用化肥、有机肥、秸秆+化肥及有机肥+化肥均可在一定程度增加土壤氮、磷、钾养分。施用秸秆和栏肥显著提高了土壤中总PLFA、细菌、真菌、放线菌等含量以及微生物群落Shannon指数(P＜0.05),但施用化肥可引起土壤微生物量和多样性指数的下降。相关分析结果表明,土壤微生物PLFA含量及Shannon指数与土壤碳氮比呈显著正相关(P＜0.05)。典范对应分析结果表明,土壤有机碳含量(F=2.18,P=0.027)是影响微生物群落结构的主要环境因子。可得出结论,长期秸秆还田或施用栏肥可显著提高土壤微生物量并改变其群落结构,土壤有机碳含量及碳氮比对于土壤质量和肥力的提高具有至关重要的作用。     

长期定位施肥对土壤有机质、不同形态氮含量及作物产量的影响

通过长期定位试验,研究不同施肥处理对河北省低平原区土壤有机质、不同氮形态含量及作物产量的影响,旨在为该区冬小麦–夏玉米轮作系统秸秆全量还田下土壤肥力和作物产量的提高提供理论依据。结果表明,经过36个小麦玉米轮作周期的不同施肥处理后,与不施肥处理（CK）相比,施肥可以提高土壤有机质和全氮含量,且随化肥施用量的增加而逐渐增加。在化肥施用量≤N 360kg/hm²+P₂O₅ 240kg/hm²时,秸秆还田较不还田可显著提高土壤有机质和全氮含量,在化肥施用量为N 540kg/hm²+P₂O₅ 360kg/hm²时,增加速度减缓。与CK相比,长期施肥提高了土壤碱解氮和硝态氮含量,而对土壤铵态氮含量没有显著影响。单施化肥时,表层土壤碱解氮和硝态氮含量随氮肥施用量的增加而增加;在秸秆还田下,N360+P240+S9000处理表层土壤碱解氮和硝态氮含量最高。施肥显著提高了作物产量,单施化肥处理,小麦、玉米产量均随施肥量的增加而逐渐增加;秸秆还田条件下,小麦产量在化肥施用量≤N 360kg/hm²+P₂O₅ 240kg/hm²时较单独施用化肥的处理增产。由以上结果可知,长期施肥可提高土壤肥力,增加土壤有机质和全氮含量,适宜的氮肥施用量配合秸秆还田可固持土壤有机碳和全氮,过量氮肥不利于土壤有机质的累积。长期单施化肥或化肥配合秸秆还田均可提高土壤碱解氮和硝态氮含量,对土壤铵态氮含量无显著影响。长期施肥可提高作物产量,在秸秆还田条件下,化肥施用量为N 360kg/hm²+P₂O₅ 240kg/hm²时,增产效果较好。     

长期不同施肥对潮土有机碳储量的影响

为了探讨土壤有机碳储量对长期不同施肥模式的响应特征,以潮土35年长期定位试验为依托,研究了不同施肥条件下土壤有机碳及其储量差异,分析了有机碳储量与碳投入量之间的关系。结果表明:不施肥和施肥处理有机碳含量均呈增加趋势,与不施肥处理(CK)相比,有机无机配施处理(MN、MNP、MNPK)有机碳平均含量增幅最大(90.6%~100.8%),单施有机肥处理(M)次之,并显著高于施用化肥处理(N、NP、NPK)。经过35年不同施肥后,土壤有机碳储量大小为:有机无机配施处理单施有机肥施用化肥处理;有机碳储量变化量与累积碳投入量之间呈极显著正相关性(R~2=0.944 7,P0.01),要想维持该试验点初始有机碳水平其累积碳投入量最小值为9.01 t/hm~2。当累积碳投入量小于83 t/hm~2时,土壤的固碳效率为18.2%,有机碳储量随外源有机碳投入量的增加而显著增加,当累积碳投入量大于83 t/hm~2后,有机碳储量随外源有机碳投入量增加的幅度明显减缓,土壤固碳效率下降为11.5%,土壤有机碳储量变化量与累积碳投入变化量呈现出"线性+平台"趋势。     

不同施肥制度对褐土有机氮及其组分的影响

为探讨施肥对土壤有机氮及其组分含量的影响,通过8年田间定位试验,研究了长期不同施肥制度下褐土有机氮及其组分的变化规律。结果表明,与试前比较,不施肥主要消耗氨基酸氮和铵态氮,土壤酸解性总氮及氨基酸态氮、铵态氮、氨基糖态氮含量均显著减少,进而造成全氮含量下降。单施常量NPK化肥处理土壤全氮、酸解性总氮和氨基酸态氮出现下降趋势,氨基糖态氮含量显著降低,铵态氮含量则呈增加态势;增量NPK化肥处理主要通过提高铵态氮含量使酸解性总氮和土壤全氮略有盈余;有机肥(物)料配施常量NPK化肥各处理则表现为酸不溶性氮含量降低,并通过有效增加氨基酸态氮、铵态氮和氨基糖态氮含量进而使土壤酸解性总氮及全氮含量显著提高,增强土壤氮素供应水平。有机氮积累过程中,化肥氮主要进入土壤铵态氮和氨基酸态氮库,而有机肥(物)料氮则主要进入土壤氨基酸态氮库。     

长期施入不同量有机肥对农田黑土土壤养分、产量的影响

为了阐明不同量有机肥施入对东北黑土区不同侵蚀深度农田黑土作物产量及土壤养分的影响,笔者以5个侵蚀深度0、5、10、20、30 cm农田黑土为研究对象,对比研究长期施用化肥、化肥配施不同量有机肥对农田侵蚀黑土土壤碳、氮、磷及作物产量的影响。结果表明:与单施化肥相比,化肥配施中量有机肥、化肥配施高量有机肥对0、5、10、20、30 cm 5个侵蚀深度农田黑土作物产量有明显的增产及提高土壤C、N、P养分的作用,化肥配施高量有机肥处理显著高于其他2个处理(P0.05),其中,侵蚀深度0、5 cm土壤增加的幅度最大,侵蚀深度20 cm土壤增加的幅度最小。所有施肥处理土壤C、N、P养分含量均表现出随土壤侵蚀深度的增加而降低的趋势。     

长期施入不同量有机肥对侵蚀农田黑土土壤养分、产量的影响

为了阐明不同量有机肥施入对东北黑土区不同侵蚀深度农田黑土作物产量及土壤养分的影响，笔者以5 个侵蚀深度0、5、10、20、30 cm农田黑土为研究对象，对比研究长期施用化肥、化肥配施不同量有机肥对农田侵蚀黑土土壤碳、氮、磷及作物产量的影响。结果表明：与单施化肥相比，化肥配施中量有机肥、化肥配施高量有机肥对0、5、10、20、30 cm 5 个侵蚀深度农田黑土作物产量有明显的增产及提高土壤C、N、P 养分的作用，化肥配施高量有机肥处理显著高于其他2 个处理(P<0.05)，其中，侵蚀深度0、5 cm土壤增加的幅度最大，侵蚀深度20 cm土壤增加的幅度最小。所有施肥处理土壤C、N、P养分含量均表现出随土壤侵蚀深度的增加而降低的趋势。     

秸秆还田与优化施氮对稻田土壤碳氮含量及产量的影响

针对滨海盐碱地稻田土壤有机质较低、氮肥投入过量,采用田间微区试验研究了秸秆还田与优化施氮对稻田土壤全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物碳氮含量及水稻生长特征的影响。设秸秆还田与氮肥两因素,3个碳(秸秆还田)水平:C0:无秸秆还田; C1:秸秆还田4 500 kg/hm~2; C2:秸秆还田9 000 kg/hm~2; 2个氮水平:N1:255 kg/hm~2(优化施氮); N2:400 kg/hm~2(农民传统施氮)。结果表明,与C0、C1处理相比,C2处理时土壤有机碳含量分别增加了100. 46%,28. 06%;分蘖期时C2N2处理土壤全氮含量最高,而成熟期C1N1处理土壤全氮含量最高;秸秆还田与优化氮肥显著增加了DOC(可溶性有机碳)含量,分蘖期与成熟期土壤铵态氮、硝态氮含量均以C1N1最高,分蘖期与成熟期时,与未秸秆还田相比,土壤微生物量碳、氮含量显著增加,且C1N1、C1N2处理含量最高;秸秆还田量4 500 kg/hm~2与氮肥施用量255 kg/hm~2处理可有效增加水稻二次枝梗数、千粒质量、结实率及水稻产量,且高于其余处理。与农民传统施肥管理(C0N2)相比,秸秆还田与优化施氮(C1N1)处理水稻产量提高19. 02%,且显著提高滨海盐碱地稻田土壤碳氮含量。     

不同类型水稻土氮素组成及含量分布特征

研究川中丘陵地区不同类型水稻土氮素组成及含量分布特征,探讨土壤氮素与有机质含量间的相关关系。结果表明,研究区土壤氮素含量总体水平较低,全氮、碱解氮含量分别为（1.08±0.26）g/kg、（33.06±8.07）mg/kg,氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮的含量分别为（30.39±15.08）mg/kg、（96.06±13.01）mg/kg、（16.77±11.30）mg/kg;不同类型水稻土全氮、碱解氮与有机氮含量分布特征均为潜育型>渗育型>淹育型;不同类型水稻土中有机氮组分变化为氨态氮>氨基酸态氮>氨基糖态氮;不同类型水稻土全氮与有机质含量存在极显著正相关关系(P<0.01)。     

长期定位条件下秸秆还田对土壤有机碳及腐殖质含量的影响

为了探讨不同秸秆还田条件对土壤有机碳与腐殖物质含量的影响,利用连续进行6年的莱阳潮土区长期定位秸秆还田试验,研究了小麦-玉米秸秆还田条件下,施用氮肥以及不施肥或单施有机肥对土壤有机碳及腐殖物质的影响。结果表明,在供试的5个处理中,两季秸秆还田施肥处理(WCN)的有机碳以及腐殖物质含量最大,为最优处理。主要效应从大到小依次是氮肥、有机肥、秸秆还田+氮肥、秸秆还田。与对照(CK)相比,氮肥与秸秆配施大幅增加土壤胡敏酸(HA)、胡敏素(HM)、富里酸(FA)含量并使之处于稳定水平上,与单施有机肥相比,随着年限增加,秸秆与氮肥配施(WN、WCN)能够显著增加土壤腐殖质各组分含量,其中两季秸秆还田施氮肥(WCN)处理增幅最显著。通过对不同秸秆还田模式下土壤有机碳、腐殖质含量变化趋势的研究,表明秸秆还田与氮肥配施能够提高土壤有机碳含量,提高土壤腐殖质品质。     

有机肥替代化肥对水稻产量、土壤肥力及农田氮磷流失的影响

采用田间小区试验,研究不同种类有机肥替代化肥比例对水稻产量、土壤肥力及农田径流氮、磷流失的影响。研究结果表明：50%猪粪有机肥替代化肥处理水稻产量最高,可达10 439.66kg/hm ²,100%、30%、50%有机肥替代化肥处理水稻产量呈依次增加趋势,且猪粪有机肥替代化肥各处理水稻产量均高于秸秆有机肥替代化肥处理;有机肥能有效提高土壤肥力,100%有机肥替代化肥处理土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量最高;单施化肥处理总氮（TN）流失量和流失率最高,分别为9.43kg/hm ²和4.91%,随着有机肥施用比例的增加,稻季农田径流TN流失量和流失率逐渐下降,50%和30%有机肥替代化肥处理TN流失量和流失率较100%有机肥处理显著升高,但猪粪和秸秆有机肥替代化肥处理间差异不显著;100%秸秆和猪粪有机肥处理总磷（TP）流失量和流失率最高,TP流失量分别为1.815、1.732kg/hm ²,TP流失率分别为1.08%、1.02%,50%和30%有机肥替代化肥处理TP流失量逐渐下降,秸秆有机肥替代化肥处理TP流失量和流失率均高于猪粪有机肥替代化肥处理,且有显著性差异。50%猪粪有机肥替代化肥处理在兼顾水稻高产稳产的同时,能够有效降低稻季农田氮素径流流失量和流失率,且维持较低水平的磷素径流流失量和流失率,是一种适宜的资源有效利用、节肥增效的有机肥替代化肥措施。     

机收稻草全量还田减施化肥对双季晚稻养分吸收利用及产量的影响

稻草还田替代部分化肥对推进化肥零增长行动具有重要的意义。研究等量氮磷钾养分条件下连续稻草还田减施化肥对双季晚稻产量及养分吸收利用的影响, 可为南方稻区稻草资源的合理利用和水稻高产、养分高效管理提供参考。本试验基于江西温圳国家级耕地质量监测点双季稻稻草还田定位试验, 以超级杂交晚稻五丰优T025为试材, 设稻草还田减施化肥(SI+NPK)、稻草烧灰还田减施化肥(SB+NPK)和单施化肥(NPK)等处理, 以稻草不还田不施化肥(CK)为对照, 施肥处理中氮磷钾养分用量相等。研究了不同处理对双季晚稻产量、氮磷钾素养分吸收利用的影响。结果表明, 在等量氮磷钾养分施用条件下, 连续6年早稻稻草还田处理有利于协调双季晚稻穗粒结构, 协同维持晚稻产量稳定, 保持与其余施肥处理产量基本持平。与NPK相比, SI+NPK处理植株各器官中N、P、K含量及总吸收量在生育前期均较低, 生育后期较高, 且P、K养分吸收量差异显著; SI+NPK可显著提高水稻N、P、K养分收获指数、农学效率、回收率和养分偏生产力, 而SB+NPK只比NPK显著提高了K养分收获指数、农学效率、回收率和养分偏生产力。此外, SI+NPK也比SB+NPK提高了氮、磷、钾养分收获指数、农学效率、回收率及偏生产力。总之, 早稻稻草还田替代部分化肥可稳定晚稻产量水平及提高养分利用效率, 实现南方稻区土壤养分资源的高效利用。     

长期施肥对褐潮土磷、钾状况及速效供应能力的影响

氮磷钾配施有机肥提高耕层土壤全磷的效果十分明显,比对照增加52.2%,而氮磷钾配施秸秆比对照增加18.85%;氮磷、磷钾、或氮磷钾配合分别比对照增加17.87%,15.88%和14.89%,明显高于长期单施氮肥,或氮钾配合处理;氮磷钾配施有机肥速效磷含量比不施肥增加10倍以上,而氮磷钾配施秸秆比对照增加3倍;氮磷、磷钾、或氮磷钾配合分别比对照增加3～5倍.单一施用氮磷钾化肥作物钾索吸收量和施钾量总体上是平衡的,氮磷钾化肥配施有机肥或秸秆具有提高土壤速效钾含量的作用,比对照分别增加16.0%和11.4%,不施钾肥处理总体上速效钾含量是逐年下降的.各处理土壤缓效钾含量多年总体上都是下降的;但与对照及不施钾处理比较,施钾处理土壤缓效钾含量较高.     

连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳含量及土壤肥力的影响

为了研究传统耕作方式下连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳分布及土壤肥力的影响,采用中国黑土区进行8年田间定位试验的大田土壤为研究对象,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤水稳性团聚体中的有机碳含量及土壤养分的影响,并与2004年试验初期土壤进行比较。结果表明,与起始土壤相比,连续8年秸秆还田后,土壤大团聚体的含量显著提高,且NPK+S处理下土壤大团聚体的含量及团聚体的平均重量直径(MWD)显著高于CK处理和NPK处理;连续秸秆还田8年后土壤的有机质(SOM)含量显著提高了6.59%,而CK处理和NPK处理均导致SOM含量下降,分别降低了1.95%和2.56%。与CK处理、NPK处理和起始土壤相比,NPK+S处理提高了土壤各级团聚体内的有机碳含量,而且显著提高了大团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率,降低了微团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率;同时,秸秆还田配施化肥显著提高了土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量,其对土壤速效养分的改善程度要明显强于单施化肥处理。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土团聚体的稳定性及其有机碳含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

不同施肥方式对甘肃陇中黄土丘陵区土壤养分及春小麦产量的影响

为探讨不同施肥方式对土壤养分含量和春小麦产量的影响,设置不施肥（T）、化学氮肥（N）、有机肥（M）、有机肥和氮肥配施（NM）4个处理,分析不同施肥方式下陇中黄土丘陵区土壤养分含量和春小麦产量的变化特征。结果表明,不同施肥处理下土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）含量及化学计量特征有一定差异。NM处理下SOC、TN含量及碳磷比（C:P）、氮磷比（N:P）均为最高,显著高于N和M处理;土壤碳氮比（C:N）和TP含量在各施肥处理间无显著差异。春小麦产量在不同施肥处理下有一定差异。NM处理下春小麦产量最高,显著高于N和M处理。春小麦产量与土壤SOC、TN、C:P、N:P和C:N呈显著或极显著相关关系,产量与TP含量无显著相关性。综上,在黄土高原丘陵区,有机肥和氮肥配施可以有效增加土壤养分含量和春小麦产量。     

稻-油轮作条件下长期秸秆还田对土壤肥力的影响

在湖北省2个秸秆还田长期定位试验(武穴市8年和荆州市3年)的基础上,研究武穴的传统耕作(W1)、秸秆还田配合传统耕作(W2)、免耕(W3)、秸秆还田配合免耕(W4)以及荆州的施氮磷肥(J1)、氮磷钾肥(J2)、秸秆还田配合氮磷肥(J3)、秸秆还田配合氮磷钾肥(J4)处理对土壤肥力的影响。结果表明:(1)两地耕层(0~20 cm)土壤中各养分(全氮、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾)的含量均显著高于20~40 cm土层的,秸秆还田和免耕均能有效提高耕层土壤中有机质和全氮的含量,其中W4和J4处理效果最好;W4比W1有机质和全氮分别增加了1.72%~37.55%和2.09%~15.79%,J4比J1增加了1.41%~21.90%和5.83%~16.38%;油菜季土壤有机质含量普遍高于水稻季;(2)秸秆还田显著提高耕层土壤的速效养分(碱解氮、速效磷、速效钾)的含量,尤其是速效钾,增幅最大;(3)与W1和J1相比,W2和J3减小了耕层土壤的容重(分别减小7.81%和2.39%),增大土壤总孔隙度(分别增大4.75%和1.14%)和毛管孔隙度(分别增大3.77%和9.40%)。稻-油轮作条件下长期秸秆还田显著提高耕层土壤养分的含量,降低土壤容重和增大孔隙度,对培肥土壤有积极的作用。