秸秆还田与氮肥运筹对农田棕壤微生物生物量碳氮及酶活性的调控效应

如何有效运筹秸秆还田与氮肥施用，研发高效节氮秸秆还田技术，是目前东北地区农业生产中亟待解决的问题。基于田间定位试验，研究不同秸秆还田方式（秸秆不还田、秸秆粉碎翻压还田、秸秆堆腐旋耕还田）与施氮水平（180、210、240 kg N/hm2）运筹对土壤微生物量碳氮和氮代谢关键酶活性的影响。结果表明，与秸秆不还田相比，秸秆还田处理土壤MBC、MBN、MBC/MBN和脲酶活性均显著增加，硝酸还原酶活性无规律性变化。随着生育时期推进，秸秆还田处理土壤MBC和MBN分别呈现单峰和双峰曲线变化，脲酶和硝酸还原酶活性均呈波动式变化，高峰期均出现在春玉米旺盛生长期（拔节期 ~ 灌浆期）。随着施氮水平增加，秸秆还田处理土壤MBC、MBN均增加，MBC/MBN降低，而脲酶和硝酸还原酶活性变化行为因秸秆还田方式而异。在保证氮肥总量不变前提下，秸秆粉碎翻压还田配以15％氮肥后移能够增加土壤MBC和MBN，降低MBC/MBN。综上，在东北农业产区，秸秆粉碎翻压还田 + 210 kg N/hm2 + 15％氮肥后移的秸秆还田技术模式具有优化氮素管理、提高土壤肥力的潜力。     

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

城市不同功能区绿地土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮分布特征及影响因素

为研究城市功能分区对绿地土壤活性碳氮的影响,选择合肥市不同功能区(老商业区、老工业区、居民服务区、近郊森林公园)绿地土壤为研究对象,分析了土壤微生物量碳氮(MBC、MBN)、溶解性碳氮(DOC、DON)、有机碳(SOC)、全氮(TN)以及土壤基本理化性质的差异及其相互关系。结果表明,功能区类型对土壤微生物量碳氮及溶解性碳氮影响显著(P0.05),且0~30 cm土层含量均为近郊森林公园高于城区内各功能区。土层厚度对MBC、DOC、DON含量影响显著,MBC、DON在各功能区中均随土层深度增加而递减,森林公园MBN、DOC均为10~20 cm含量最高。不同功能区MBC/MBN在6~14间波动,以此预测本研究范围内土壤微生物可能以真菌和放线菌为主,细菌较少。本研究未证实DOC与MBC、MBC与DON、DON与MBN间的相关性,MBC+DOC、MBN+DON比MBC、DOC、DON、MBN更能反应土壤活性碳氮库与土壤微生物量。总体来说,相比城区内各功能区,近郊森林公园更利于土壤生物量碳氮及溶解性有机碳氮的积累。     

菌渣还田对设施土壤微生物量碳、氮的影响

[目的]探究设施土壤微生物量碳、氮对菌渣还田的响应,为实现设施瓜菜生产的可持续发展提供理论依据和技术支持。[方法]以草菇菌渣为材料,在山东省莘县进行了田间试验,以常规鸡粪还田为对照(CON),设置5个菌渣(FR)还田量,研究菌渣还田对设施土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和微生量碳(MBC)、氮(MBN)的影响。[结果] 5个菌渣还田处理的菌渣使用量分别为15,30,45,60和75 t/hm~2)相比CON增加了SOC和TN。SOC分别增加了12.0%,11.2%,21.6%,33.1%和31.7%,TN分别增加了3.1%,6.3%,19.9%,29.4%和26.4%。除FR_1以外,其他4个菌渣还田处理相比增加了MBC和MBN,MBC分别增加了16.1%,19.9%,36.8%和50.7%,MBN分别增加了3.3%,37.7%,40.4%和60.9%。相比CON,高量菌渣还田处理增加了MBC/SOC和MBN/TN。相关分析表明,MBC,MBN与SOC和TN均呈极显著正相关。[结论]菌渣还田可以提高土壤有机碳、土壤全氮和土壤微生物碳、氮。土壤微生物碳、氮含量随着菌渣还田量的增加而增加,因此菌渣还田是提高设施土壤微生物活性及土壤肥力的有效措施。     

秸秆还田方式对关中盆地土壤微生物量碳氮和冬小麦产量的影响

为了探究秸秆还田方式对土壤碳氮过程、水热过程和作物产量的影响,对比分析了关中平原无秸秆还田(T0)、秸秆覆盖还田(T1)、秸秆翻压还田(T2)和氨化秸秆翻压还田(T3)4种还田方式对冬小麦生育期土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、有机碳(SOC)、全氮(TN)、温度、水分利用效率(WUE)和产量的影响。结果表明:MBC和MBN在整个生育期大致呈现先增加再降低的趋势,在拔节期达到最大值,不同秸秆还田处理在生育期均能有效增加土壤MBC和MBN含量;不同秸秆还田方式均能增加耕作层SOC和TN含量,且对表层(0—10cm)的影响最为明显,大于下表层(10—20cm);T1、T2和T3在前期可提升土壤温度,T2日均温最大,越冬期后降低日平均地温;T3、T1和T2分别增加地上部生物量19.41%,5.63%和11.19%,增加籽粒产量23.48%,20.17%和13.17%,其中T3增产效果达到显著水平,明显优于其他秸秆还田方式;同对照相比,T3、T2和T1可显著提高WUE 28.73%,15.36%和18.83%。T3提高冬小麦籽粒产量和地上部生物量的效果优于其他秸秆还田方式,建议氨化秸秆翻压还田最为优化,对于关中地区旱作农业秸秆还田技术的完善和实践具有一定的指导作用。     

秸秆还田方式及施氮量对滴灌棉田土壤有机碳氮的影响

通过连续7年田间定位试验,采用2因素试验设计,设置秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(ST)和秸秆炭化还田(BC)3种秸秆还田方式和0(N0),300(N300),450(N450) kg/hm²3个施氮(N)量,研究秸秆直接还田和炭化还田配施氮肥对土壤碳氮含量和棉花产量的影响。结果表明:ST和BC处理土壤有机碳含量呈现逐年递增趋势,且BC处理增幅大于ST处理。第7年,在各施氮水平下,ST处理较CK处理土壤有机碳提高33.28%~36.43%,BC处理较CK处理土壤有机碳提高58.56%~63.25%。多年秸秆还田(ST和BC)可以提高土壤全氮含量,N0水平下,ST处理全氮含量最高;N300水平下,BC处理7年后土壤全氮含量较ST处理显著提高;N450水平下,5年后BC处理土壤全氮含量高于ST处理。在N0水平,ST和BC处理提高了土壤碳/氮,N300和N450水平,BC处理提高了土壤碳/氮。秸秆炭化还田配施氮肥显著提高了棉花产量,N300和N450条件下,BC处理较CK增产17.43%~17.89%。因此,多年秸秆炭化还田配施氮肥可增加土壤有机碳含量,氮库容量和土壤碳/氮,提高棉花产量。     

长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素

基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比, NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤p H以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤p H、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中p H是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤p H是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。     

氮肥管理对秸秆还田下土壤氮素供应和冬小麦生长的影响

通过田间试验研究了秸秆和氮肥管理对小麦生育期土壤无机氮、微生物量碳、氮和小麦生长的影响,设置秸秆还田不施氮(CK)、农民习惯施氮FN5∶5(5∶5为氮肥基追比,下同)、推荐施氮SN3∶7、SN5∶5、SN7∶3和秸秆移走推荐施氮N5∶5处理。施氮显著提高苗期土壤无机氮含量,其与基肥氮量成正比且在拔节期显著降低,拔节后追肥提高了后期无机氮且其与追肥量成正比。小麦生育前期土壤微生物没有增加对无机氮的固持,而在拔节和抽穗期显著增加,此后逐步降低。秸秆还田较秸秆移走增加了无机氮固持,且生育中期固持量远高于前期。氮肥基追比过高导致小麦前期氮奢侈吸收和旺长且影响后期生长,氮肥3∶7基追施能满足小麦养分供求同步并实现高产和提高氮肥利用效率。     

秸秆还田施氮调节碳氮比对土壤无机氮、 酶活性及作物产量的影响

秸秆的质量,特别是C/N是影响秸秆分解速率和养分释放的重要因素。在秸秆还田条件下,如何科学合理地施用氮肥是秸秆利用和优化施肥研究的关键问题。本研究以秸秆还田施入碳氮的C/N为切入点,于2012—2013年通过田间试验(设秸秆不还田不施肥、秸秆还田不施氮、秸秆还田施用无机氮肥调节C/N为10∶1、16∶1和25∶1以及秸秆还田施用有机氮肥调节C/N为25∶1处理),研究秸秆还田不同氮输入对小麦-玉米轮作田土壤无机氮、土壤微生物量氮、酶活性以及作物产量的影响。结果表明:1)在C/N为25∶1下,施用有机氮肥和无机氮肥对土壤无机氮含量无显著影响;在施用无机氮肥的情况下,C/N越低土壤无机氮含量越高。2)秸秆还田施氮提高了土壤微生物量氮含量,但是各秸秆还田施氮处理之间差异不显著;秸秆还田不同施氮处理对脲酶活性无显著影响;秸秆还田施氮提高了FDA水解酶活性,并随C/N降低呈升高趋势,施用无机氮肥的效果强于施用有机氮肥的。3)秸秆还田施用无机氮肥显著提高了小麦和玉米地上部生物量,施用无机氮肥调节C/N为10∶1和16∶1相比于C/N为25∶1提高了小麦和玉米的苗期和成熟期地上部生物量;施用有机氮肥调节C/N为25∶1相比秸秆还田不施氮对地上部生物量无显著影响。秸秆还田施用无机氮肥提高了作物产量,施用无机氮肥调节C/N为16∶1产量最高,而施用有机氮肥调节C/N为25∶1有降低作物产量的趋势。综合以上结果来看,施用无机氮肥调节C/N为16∶1较为合理。     

稻秸的不同组分对水稻土微生物量碳氮及可溶性有机碳氮的影响

为探明稻秸(稻草)及其不同组分(腐解稻秸、可溶性有机物和去活稻秸)对红黄泥水稻土微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)含量的影响。通过室内恒温培养试验,研究了长期淹水条件下,添加稻秸及其组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响。结果表明,与对照(S处理)相比,添加稻秸(RS+S处理)、腐解稻秸(DRS+S处理)和去活稻秸(NARS+S处理)均提高了MBC,提高幅度分别为11.17%(p0.01),1.83%和6.25%(p0.05),添加可溶性有机物(DOM+S处理)处理降低了MBC,降低幅度为2.67%;RS+S处理提高了MBN,提高幅度为15.29%,DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均降低了MBN,降低幅度分别为15.19%,3.09%和15.92%。与S处理相比,RS+S、DRS+S、DOM+S和NARS+S处理均极显著提高了红黄泥DOC(p0.01),提高幅度依次分别为13.33%,10.88%,6.81%和11.41%;RS+S、DRS+S和DOM+S处理均显著提高了红黄泥DON(p0.05),NARS+S处理极显著提高了红黄泥DON(p0.01),提高幅度依次分别为6.96%,10.84%,10.12%和13.41%。与S处理相比,DRS+S和NARS+S处理极显著提高了MBC/MBN,RS+S处理显著降低了MBC/MBN,DOM+S处理对MBC/MBN几乎没有影响;各处理对DOC/DON没有显著影响。稻秸及其不同组分对红黄泥水稻土MBC、MBN、DOC和DON含量的影响基本一致,但影响程度存在差异,稻秸和去活稻秸影响较大。结果可为稻秸及其不同组分对MBC、MBN、DOC和DON的影响机理提供基础数据,进一步揭示稻田土壤速效养分的来源与转化关系,为农业生产中秸秆的科学利用和稻田土壤肥力定向培育提供科学依据。     

玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对土壤有机碳矿化的影响

[目的]研究玉米秸秆不同构件混合分解的非加和效应及其对黄绵土土壤有机碳矿化的影响,为秸秆还田背景下坡地土壤CO2排放提供理论支撑。[方法]采用室内模拟试验,试验设置无玉米秸秆土壤对照(CK)及4种玉米秸秆添加处理:茎+土壤(CKS)、叶+土壤(CKL)、鞘+土壤(CKLS)、混合玉米秸秆+土壤(CKM)。[结果]培养结束土壤有机碳矿化累积排放量实测值显著高于预测值,且促进作用主要是由培养初期快速分解阶段(1~28d)导致的。培养结束后混合玉米秸秆剩余质量预测值明显高于实测值,且元素含量发生明显改变,其中全氮含量预测值明显低于实测值,C/N预测值明显高于实测值。培养结束后CKS处理土壤微生物碳含量明显高于其他几种处理,其他几种处理差异不显著;添加玉米秸秆处理土壤微生物量氮明显降低,相应的土壤微生物量C/N增大,CKS,CKL和CKM处理与CK处理差异达到显著水平。土壤可溶性有机碳(DOC)含量CKLS和CKM处理明显高于其他3种处理,CKS与CKL处理与对照差异不显著。[结论]玉米秸秆不同构件按比例混合对玉米秸秆分解产生协同促进作用,混合分解过程促进氮累积。     

地膜覆盖对黄土高原旱作春玉米田土壤碳氮组分的影响

基于2年田间试验,研究了地膜覆盖对旱作春玉米田土壤有机碳、全氮及其组分的影响,试验包括地膜覆盖玉米田、无覆盖玉米田和裸地休闲3个处理,分层测定了0—40cm土层有机碳、全氮、颗粒有机碳氮、潜在矿化碳氮和微生物量碳氮含量。结果表明:在0—40cm土层,各处理间土壤有机碳和全氮含量均无显著差异。与不覆盖相比,地膜覆盖处理0—40cm土层颗粒有机碳氮及其所占比例分别降低了29.0%,33.3%,29.9%,35.7%;0—10cm土层潜在可矿化碳及其所占比例分别降低了17.8%和16.1%,潜在可矿化氮和微生物量碳及其所占比例无显著差异,但在0—10cm土层地膜覆盖微生物量氮含量及其所占比例分别较不覆盖处理提高了10.6%和10.5%(p0.05)。与裸地休闲相比,无覆盖处理0—40cm土层潜在可矿化碳氮分别提高了12.8%和14.7%,地膜覆盖处理则分别提高了7.8%和6.5%(p0.05),但种植玉米降低了微生物量碳氮含量及其所占比例。在0—40cm土层覆盖与否对潜在可矿化碳氮和微生物量碳氮影响不显著。总体来看,地膜覆盖能够在一定程度上提高表土微生物量氮组分及其所占比例,但显著降低了中活性碳氮组分含量及其比例,不利于长期的土壤碳氮固定。     

碳氮添加对雨养农田土壤全氮、有机碳及其组分的影响

为探明碳氮添加4年后,土壤全氮、有机碳及其组分(可溶性有机碳、微生物量碳、轻组和重组有机碳)的变化特征,依托布设于甘肃省定西市安定区李家堡镇的不同碳源配施氮素田间定位试验,涉及秸秆、生物质炭、氮素3个因素,秸秆设置为不施、施用秸秆2水平;生物质炭为不施和施用生物质炭2个水平;氮素设置为不施氮、施纯氮50 kg/hm^2、施纯氮100 kg/hm^2 3个水平,共9个处理。结果表明:不同处理下土壤全氮、有机碳及其组分的含量均随土层的加深而降低。添加生物质炭对土壤全氮、有机碳及其组分均具有不同程度的提升效应。添加秸秆对土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳均具有显著提升效应,仅在0-5 cm土层对重组有机碳有显著提高。添加氮素可显著提升土壤全氮、有机碳和可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳含量。较其他处理,添加生物质炭对土壤全氮、有机碳和重组有机碳的提升效应最高,添加秸秆对可溶性有机碳、微生物量碳、轻组有机碳的提升效果最优。从提升土壤质量的角度出发,推荐秸秆配施氮素模式,该模式下土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度考虑,推荐生物质炭配施氮素模式,该模式有利于碳的封存。     

Microbial Properties of a Loess Soil as Affected by Various Nutrient Management Practices in the Loess Plateau of China

Microbial biomass phosphorus (MBP) and its relationships with other biological and chemical properties were studied on loess soil with an 11-year long-term fertilization experiment. The results indicated that inorganic fertilizers (F) improved soil microbial biomass carbon (MBC), nitrogen (MBN), and MBP levels and F plus maize stalk (SNPK) improved MBC and MBN. Manuring markedly increased soil MBC, MBN, and MBP levels. Fertilization decreased the ratios of MBC/MBN, MBC/MBP, and MBN/MBP. Microbial biomass phosphorus was positively and linearly correlated with MBC, MBN, organic carbon (SOC), total phosphorus (TP), water-soluble P, and Olsen P but negatively correlated with soil pH. Microbial biomass phosphorus constituted 2% of TP on control (CK) and inorganic fertilizer treatments and 12% on manure plots. Microbial biomass phosphorus to Olsen P ratios were 50% on CK, F, and SNPK and 80% on manure treatments. Measurements of MBP in soil containing high Olsen P were subject to analytical problems of unknown reasons.     

Soil Organic Carbon and Nitrogen Fractions under Different Land Uses and Tillage Practices

Many questions have surfaced regarding long-term impacts of land-use and cultivation system on soil carbon (C) sequestration. The experiment was conducted at Ohio Agricultural Research and Development Center. Only minor variations of soil organic carbon (SOC) and nitrogen (N) fractions with depth under plow tillage (PT). The SOC, total nitrogen (TN), microbial biomass carbon (MBC) and microbial biomass nitrogen (MBN) concentrations were higher under grassland and forestland in the top 0–15 cm depth than arable soils. No-tillage (NT) also increased SOC and N fractions concentrations in the surface soils than PT. Compared to arable, grass and forest could significantly improve proportions of MBC and MBN, and reduce proportions of dissolved organic carbon (DOC) and dissolved organic nitrogen (DON). NT and forest also increased the ratio of SOC/TN, MBC/MBN, and DOC/DON. Overall, grass and forest provided more labile C and improved C sequestration than arable. So did NT under arable land-use.     

长期施肥对稻田土壤活性有机碳和氮的影响

土壤活性有机碳、氮是土壤有机碳、氮中最活跃的组分,在土壤碳、氮循环过程中具有重要作用。以湖南3个长期定位试验点（桃源、宁乡、桃江）为研究对象,分析测定表层土壤MBC、MBN、DOC、DON,研究长期施肥对土壤活性有机碳、氮（MBC＋DOC,MBN＋DON）的影响。结果表明,长期施用化肥及配施有机肥均能提高土壤活性有机碳、氮的含量。与对应的无肥处理（CK）相比,长期单施化肥（NPK）使土壤活性有机碳、氮的提高幅度分别为3.3%~21.0%和3.3%~27.1%,长期有机肥施用提高幅度分别为48.7%~84.8%和17.9%~105.8%,且土壤活性有机碳、氮含量随有机肥施用量的提高而增加,3个试验点活性有机碳大小顺序为桃源〉宁乡〉桃江。土壤活性有机碳与土壤有机碳（SOC）的累积速率呈显著正相关关系（P〈0.05）,而与SOC的含量关系不大。桃源土壤粘粒含量较高可能是土壤SOC累积速率快的主要原因;宁乡和桃江的粘粒含量和有机碳投入量相差不大,桃江较高的初始SOC水平影响了SOC积累速率;桃源和宁乡试验点的土壤活性氮含量相差不大,约是桃江的1.8倍。与土壤全氮（TN）相比,全氮的积累速率与土壤活性氮的关系更为密切,两者间有极显著的相关关系（P〈0.01）。