我国典型农田土壤中有机物料腐解特征及驱动因子

【目的】研究不同有机物料在我国典型农田土壤中的腐解残留率变化。结合气候、土壤等环境因素,阐明秸秆和粪肥在我国农田土壤中的腐解特征及其主控因素,为因地制宜的合理利用有机资源和培肥土壤提供科学依据。【方法】在“国家土壤肥力肥效监测基地”中的黑土、潮土和红壤实验站,开展大田填埋试验。有机物料烘干后过2 mm筛,置于48 μm孔径尼龙网袋后填埋在土壤中。共4种供试有机物料：小麦秸秆（WS）、玉米秸秆（MS）、猪粪（PM）和牛粪（CM）。根据各地温度差异,分别在填埋后49—360 d内采样6次。通过分析腐解过程中有机碳含量的变化,整合土壤积温与腐解残留率的相关关系,采用VPA（方差分解分析）定量化气候因子,有机物料性质及土壤养分对不同有机物料腐解的相对贡献率。【结果】秸秆的腐殖化系数为11%—39%,粪肥的为50%—57%,秸秆腐解速率显著高于粪肥,且南方红壤上腐解速率高于北方黑土。地积温方程可拟合有机物料腐解残留率变化,由该方程可知,秸秆和粪肥易分解碳库占比分别为76%和43%,稳定碳库分别为17%和53%。但秸秆和粪肥易分解碳库的分解速率常数（k）无显著差异,其周转积温（1/k）约为1 400—2 000℃。物料性质是有机物料腐解的最主要影响因子,贡献率为28%;其次是气候,贡献率为20%。秸秆腐解过程中主要影响因子为气候因子、有机物料性质和土壤因子三者的交互作用,贡献率达42.3%。粪肥腐解过程中主要影响因子为气候因子,贡献率为38.3%。【结论】秸秆腐解速率和其有机碳库中易分解碳库比例明显高于粪肥,秸秆腐解受到气候、土壤和物料性质协同作用影响,而粪肥则受气候因子影响最大。在田间秸秆还田时需结合当地水热条件确定还田时间和还田量,粪肥则建议在还田前进行堆腐,且注意施用时间。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量:不施氮(N0),推荐施氮(165 kg·hm-2,N165),习惯施氮(195 kg·hm-2,N195);秸秆配施氮肥:秸秆移除(CK),秸秆还田(移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S),秸秆还田+习惯施氮量(SN),秸秆还田+推荐施氮量(SF),秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂(SM);施氮时期:基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0(R1),5﹕3﹕2(R2),10﹕0﹕0(R3)。【结果】秸秆还田+习惯施氮量(SN)显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳(SMBC)含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量(DOC)显著降低。秸秆还田+推荐施氮量(SF)显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量(DON)。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量(ROC)也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量(AN);推荐施氮处理(165 kg N·hm-2)的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理(195 kg N·hm-2)降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量：不施氮（N0）,推荐施氮（165 kg·hm ^-2,N165）,习惯施氮（195 kg·hm ^-2,N195）;秸秆配施氮肥：秸秆移除（CK）,秸秆还田（移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S）,秸秆还田+习惯施氮量（SN）,秸秆还田+推荐施氮量（SF）,秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂（SM）;施氮时期：基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0（R1）,5﹕3﹕2（R2）,10﹕0﹕0（R3）。【结果】秸秆还田+习惯施氮量（SN）显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳（SMBC）含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量（DOC）显著降低。秸秆还田+推荐施氮量（SF）显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量（DON）。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量（ROC）也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量（AN）;推荐施氮处理（165 kg N·hm ^-2）的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理（195 kg N·hm ^-2）降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

黑土水溶性有机碳对有机物料还田的响应

【目的】探究不同有机物料还田措施下黑土水溶性有机碳含量及组成的变化特征,为黑土区土壤肥力提升提供科学依据。【方法】以黑龙江省克山县定位7年的有机物料还田小区为研究对象,采用常规测定及荧光分析方法,以单施化肥处理为对照,对配施有机肥、生物炭、秸秆3种有机物料处理下土壤水溶性有机碳含量及结构进行分析。【结果】与单施化肥相比,配施有机物料使土壤水溶性有机碳含量提升9.65%—20.30%,土壤总有机碳含量提升6.63%—14.86%。各有机物料还田处理下土壤水溶性有机碳中类酪氨酸蛋白质物质、类色氨酸蛋白质物质减少。有机肥施入使水溶性有机碳中溶解性微生物代谢产物增加,使富里酸类物质、腐殖酸类物质增加并使二者结构简化;秸秆、生物炭使土壤水溶性有机碳中富里酸类物质结构简化;生物炭的添加使土壤水溶性有机碳中腐殖酸类物质复杂化。【结论】有机肥、生物炭、秸秆3种有机物料不同程度上提升了土壤水溶性有机碳中各组分含量、增强土壤微生物分解代谢、使水溶性有机碳中结构相对简单的富里酸组分含量增加、结构简化,其中以有机肥效果最佳。     

黑土水溶性有机碳对有机物料还田的响应

【目的】探究不同有机物料还田措施下黑土水溶性有机碳含量及组成的变化特征,为黑土区土壤肥力提升提供科学依据。【方法】以黑龙江省克山县定位7年的有机物料还田小区为研究对象,采用常规测定及荧光分析方法,以单施化肥处理为对照,对配施有机肥、生物炭、秸秆3种有机物料处理下土壤水溶性有机碳含量及结构进行分析。【结果】与单施化肥相比,配施有机物料使土壤水溶性有机碳含量提升9.65%—20.30%,土壤总有机碳含量提升6.63%—14.86%。各有机物料还田处理下土壤水溶性有机碳中类酪氨酸蛋白质物质、类色氨酸蛋白质物质减少。有机肥施入使水溶性有机碳中溶解性微生物代谢产物增加,使富里酸类物质、腐殖酸类物质增加并使二者结构简化;秸秆、生物炭使土壤水溶性有机碳中富里酸类物质结构简化;生物炭的添加使土壤水溶性有机碳中腐殖酸类物质复杂化。【结论】有机肥、生物炭、秸秆3种有机物料不同程度上提升了土壤水溶性有机碳中各组分含量、增强土壤微生物分解代谢、使水溶性有机碳中结构相对简单的富里酸组分含量增加、结构简化,其中以有机肥效果最佳。     

腐解菌剂对玉米秸秆降解效果的研究

【目的】研究施用秸秆腐解菌剂对玉米秸秆的促分解效果、养分释放规律及土壤理化特性、养分含量、腐殖质组成和土壤酶活性的影响,为低温地区秸秆快速、高效腐熟以及有机废弃物合理利用提供理论依据和技术参考。【方法】以玉米秸秆作为供试材料,选用低温复合菌剂GF-20、中农绿康秸秆型有机物料腐熟剂(以下简称绿康菌剂)、世明生物发酵菌种(以下简称世明菌剂)作为试验菌剂,设置5个处理,分别为:对照1(CK),土壤+玉米秸秆+不施用菌剂;对照2(B),土壤+无玉米秸秆+不施用菌剂;GF,土壤+玉米秸秆+菌剂GF-20;LK,土壤+玉米秸秆+绿康菌剂;SM,土壤+玉米秸秆+世明菌剂,采用室内培养试验,在10℃黑暗条件下培养60d,测定不同处理玉米秸秆降解率、养分释放率以及土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量和腐殖质成分与土壤酶活性,最后对添加秸秆腐解菌剂后土壤酶活性与速效养分含量的相关性进行了分析。【结果】在10℃黑暗培养条件下,与CK相比,施用3种秸秆腐解菌剂后均在一定程度上促进了玉米秸秆的分解,加快了秸秆养分的释放,提高了土壤速效养分含量与土壤酶活性,其中以添加低温复合菌剂GF-20的效果最好。秸秆腐解60d后,处理GF的秸秆降解率达36.75%,较处理LK、SM和CK高出9.78%,9.92%和16.38%。处理GF明显提高了土壤酶活性,促进土壤物质转化,碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为94.10,14.95和38.36mg/kg,明显高于其他处理;处理GF腐殖质碳含量为21.99g/kg,较其他处理增加1.76~3.68g/kg;处理GF的HI(胡敏酸与胡敏素含量比值)为1.43,较其他处理高0.14~0.45。相关性分析结果显示,添加秸秆腐解菌剂后,土壤酶活性与速效养分含量呈显著或者极显著相关。【结论】在10℃黑暗培养条件下,低温复合菌剂GF-20能更有效促进秸秆分解进程,加快玉米秸秆腐解速率及养分释放,提高土壤速效养分含量及酶活性。     

添加有机物料后红壤CO2释放特征与微生物生物量动态

 【目的】对不同有机物料施入红壤后CO2释放特征及几种形态碳、氮变化进行了观测,并分析其相互关系,以阐明添加有机物料后红壤中CO2释放量及几种碳、氮形态的变化特征。【方法】采用室内恒温培养试验,向红壤中添加5种有机物料（猪粪、牛粪、鸡粪、玉米秸秆和小麦秸秆）,培养期间定期采样分析红壤CO2释放量及土壤微生物量碳、氮（SMBC、SMBN）的动态变化。【结果】添加有机物料后,各处理CO2释放速率在培养前期较高,在培养18-20 d后基本趋于稳定。整个培养期间,土壤CO2-C的累积过程符合一级反应动力学方程。添加不同有机物料后红壤CO2潜在释放量从高到低顺序为：小麦秸秆（1.51 g•kg-1）＞玉米秸秆（1.38 g•kg-1）＞猪粪（0.89 g•kg-1）＞鸡粪（0.78 g•kg-1）＞牛粪（0.50 g•kg-1）。添加几种有机物料后红壤CO2释放量存在显著差异,秸秆类有机物料分解释放CO2量相当于动物有机肥的2倍以上,其中小麦秸秆最高,牛粪最低,且有机物料分解释放CO2量与SMBC、SMBN、土壤可溶性有机碳（WSOC）和有机物料C/N呈显著相关。【结论】等碳量的有机物料施入红壤后能显著提高土壤CO2的释放速率和释放量,且土壤CO2释放量与土壤微生物量、可溶性碳和有机物料的C/N紧密相关。添加有机物料处理,土壤微生物生物量和碳源、氮源的有效性较高,有利于土壤养分的转化和释放。     

施肥对玉米/大豆套作土壤活性有机碳组分及碳库管理指数的影响

【目的】研究不同施肥模式对玉米/大豆套作下土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响。【方法】通过长期定位田间试验,以不施肥(CK)作为对照,按照氮磷钾施用量相同原则,设单施化肥(NPK)、70%NPK+30%秸秆(J1)、70%NPK+30%牛粪(N1)、40%NPK+60%秸秆(J2)和40%NPK+60%牛粪(N2)施肥处理,测定土壤有机碳、可溶性有机碳、易氧化有机碳和微生物量碳含量,并计算土壤碳库管理指数。【结果】与CK相比,2013年N1、J2和N2处理显著地提高了土壤有机碳含量;2014年各施肥处理均显著地提高了土壤有机碳含量。除2013年NPK处理外,2013年和2014年各施肥处理土壤可溶性有机碳含量均显著高于CK,其中J2处理可溶性有机碳含量最高,2013年显著高于NPK。土壤易氧化有机碳含量在2年内均表现为N1、J2和N2处理显著高于CK,其中N2处理土壤易氧化有机碳含量最高。各施肥处理土壤微生物量碳含量均显著高于CK,其中N2处理土壤微生物量碳含量最高。与同年CK相比,各施肥处理均显著地提高了土壤碳库管理指数,其中N2处理土壤碳库管理指数最高。【结论】玉米/大豆套作下,40%化肥与60%牛粪配施(N2)是提高桂西北喀斯特地区土壤活性有机碳组分和碳库管理指数的最佳方案。     

有机物料腐熟剂对玉米和水稻秸秆还田效应的影响

通过网袋法模拟秸秆还田(设置玉米秸秆、水稻秸秆单独还田,玉米秸秆、水稻秸秆+有机物料腐熟剂还田4个试验处理)研究有机物料腐熟剂对玉米秸秆和水稻秸秆还田后秸秆腐解率和腐解残余物有机碳及腐殖质组分的影响;通过秸秆还田盆栽试验(设置无秸秆还田,玉米秸秆、水稻秸秆单独还田,玉米秸秆、水稻秸秆+有机物料腐熟剂还田5个试验处理)研究有机物料腐熟剂对玉米秸秆、水稻秸秆还田后土壤基本性质以及生菜生物量和养分质量分数的影响。结果表明:有机物料腐熟剂促进秸秆腐解效果明显,与秸秆单独还田相比,玉米秸和水稻秸+有机物料腐熟剂还田的秸秆腐解率分别提高32.36%和29.76%,有机物料腐熟剂有促进腐解残余物有机碳质量分数下降的趋势,腐殖酸质量分数分别提高29.17%和20.71%,胡敏酸质量分数分别提高55.60%和48.84%,胡敏酸/富里酸比值分别提高54.17%和29.73%;且以玉米秸+有机物料腐熟剂的腐解效果更好;秸秆+有机物料腐熟剂还田显著增加土壤活性有机质、碱解氮和有效磷的质量分数以及生菜生物量,同时促进生菜对养分的吸收。与秸秆单独还田相比,玉米秸和水稻秸添加有机物料腐熟剂还田的土壤活性有机质质量分数分别增加12.74%、9.01%,生物量分别提高25.85%、18.07%,且以玉米秸+有机物料腐熟剂的腐解效果更好。可以看出,玉米秸和水稻秸添加有机物料腐熟剂还田均可促进秸秆的腐解和有机物质转化,改善土壤理化性质、提高作物产量。     

不同有机物料在黄壤旱地中的腐解特性及养分释放特征

以玉米秸秆、水稻秸秆和猪粪为研究对象,采用尼龙网袋填埋法,结合一级动力学方程拟合,研究了不同有机物料在等碳量还田条件下翻埋入黄壤旱地后的腐解特性和养分释放特征。以期为贵州省黄壤旱地条件下有机物料还田和资源化利用提供理论依据。结果表明:经过180 d腐解后,不同有机物料腐解均表现为前期快后期慢的趋势,三种有机物料累计腐解率为60.98%～62.69%,表现为水稻秸秆玉米秸秆猪粪;动力学方程拟合结果表明,玉米秸秆处理腐解率最低,达到腐解平衡的时间较短;水稻秸秆和猪粪养分释放率均表现为钾磷氮碳,玉米秸秆养分释放率表现为钾磷氮碳;有机物料中碳、氮、磷和钾的释放率分别为58.50%～78.75%、54.96%～69.26%、75.29%～91.66%和93.49%～98.07%。总体表现为秸秆类累积腐解率大于粪肥,各有机物料中钾素释放速率较高,施用玉米秸秆维持并提高旱作黄壤肥力的较好措施。     

不同有机物料还田对东北黑土活性有机碳的影响

 【目的】阐明不同有机物料培肥对黑土总有机碳和活性有机碳组分的影响,探讨合理调控农田土壤肥力的施肥模式。【方法】以黑龙江省海伦市国家野外科学观测研究站试验区上进行了6年田间定位试验的小区土壤为研究对象,通过对土壤活性有机碳的提取以及室内作物栽培试验,对比和分析不同有机物料配施化肥处理下土壤活性有机碳与土壤生产力的变化。【结果】与试验初期相比,经过6年单施化肥处理后,土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（WSOC）以及轻组有机碳（LFOC）的含量显著下降;而有机无机配施则显著提高了土壤有机碳及各活性有机碳组分的含量。不同有机物料还田对土壤总有机碳和各活性有机碳组分的作用存在显著差异,作物秸秆与化肥配施更有助于TOC和LFOC的积累,其中以玉米秸秆配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为26%和136%;粪肥配施化肥对MBC和WSOC的积累效果优于作物秸秆,其中以猪粪配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为52%和85%。室内作物栽培试验表明,单施化肥处理将引起土壤生产力的下降,有机无机配施则能明显改善土壤生产力水平。不同有机物料配施化肥对土壤生产力的提升效果表现为：猪粪＞牛粪＞小麦秸秆≈玉米秸秆。【结论】在东北黑土区,不同有机物料处理之间土壤总有机碳、活性有机碳以及土壤生产力存在明显差异,玉米秸秆配施化肥能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,而猪粪配施化肥则更有助于土壤微生物量碳和水溶性有机碳的积累,有利于土壤生产力的提升。     

长期施肥对黑土水稳性团聚体稳定性及有机碳分布的影响

【目的】基于黑土长期定位试验平台,研究不同施肥方式下土壤水稳性团聚体和有机碳分布特征,以期揭示化肥和有机肥长期施用对土壤肥力的影响,为实现黑土合理培肥提供理论指导。【方法】依托37年黑土长期定位试验,采集CK（不施肥）、NPK（化肥）、M₂（常量有机肥）、M₂NPK（常量有机肥配施化肥）、M₄（高量有机肥）、M₄NPK（高量有机肥配施化肥）处理0—20 cm土层的土壤样品,利用湿筛法分析水稳性团聚体稳定性及有机碳在不同粒级团聚体中的分配特征。【结果】长期有机无机配施以及施高量有机肥显著降低大团聚体比例,提高微团聚体比例。长期施用化肥及常量有机肥并未明显改变团聚体的分布。M₂NPK、M₄NPK、M₄处理的大团聚体比例较CK处理分别降低32.7%、45.8%和55.4%,而微团聚体的比例较CK处理分别提高73.2%、102.5%和123.9%。长期有机无机配施及高量有机肥的施用显著降低表层土壤水稳性团聚体的稳定性。长期施肥显著增加土壤有机碳含量,增加量为CK的1.12—2.06倍,施用有机肥及有机无机配施处理有机碳含量增加更为显著。长期施用有机肥可以增加各粒级水稳性团聚体中有机碳的含量,且随着粒径的变小,各处理有机碳含量的增加幅度逐渐减小。各处理水稳性大团聚体中有机碳含量显著高于微团聚体,这表明有机碳主要分布在大团聚体中。长期施高量有机肥及配施化肥显著降低了大团聚体对有机碳的贡献率,增大了微团聚体的贡献率,即微团聚体有机碳贡献率高于大团聚体,而其他处理大团聚体有机碳贡献率高于微团聚体。【结论】黑土长期施用化肥对团聚体的分布及团聚体有机碳含量没有显著影响。高量有机肥以及有机无机配施显著降低了大团聚体的比例,进而降低土壤团聚体的稳定性。长期施用有机肥显著增加土壤及各粒级团聚体中有机碳含量。高量有机肥及配施化肥显著降低了大团聚体有机碳贡献率,有机碳贡献率的优势粒级为微团聚体。     

不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征

【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。     

长期施肥下黄壤性水稻土有机碳组分变化特征

【目的】土壤有机碳具有高度异质性,不同组分的有机碳由于化学性质和存在方式等不同,其生物有效性和肥力功能不同,并反映出不同的稳定机制,所以深入研究土壤有机碳的组分特征,对于更好地了解土壤有机碳的稳定性和肥力机制具有重要意义。本研究以黄壤性水稻土为对象,旨在研究揭示长期施肥对土壤有机碳组分特征的影响并探讨合理培肥模式。【方法】以中国黄壤性水稻土18年长期施肥定位试验为依托,通过田间取样和室内分析,采用土壤有机碳物理-化学联合分组方法,重点研究不同施肥条件下土壤有机碳组分含量及分配比例的变化,并通过定量分析组分碳含量与年均碳投入量的关系,探讨土壤有机碳饱和现象。试验处理包括不施肥对照（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、无机肥配施低量有机肥（0.5MNPK）和无机肥配施高量有机肥（MNPK）,碳投入梯度为0.87-6.02 t·hm^-2·a^-1。【结果】与不施肥（CK）相比,单施化肥（NPK）处理显著增加了土壤游离态粗颗粒有机碳、化学保护粉粒组有机碳和生物化学保护粉粒组有机碳含量,总有机碳提升10%;有机肥处理（0.5MNPK、M、MNPK）显著增加了土壤游离态粗颗粒有机碳、物理保护有机碳、化学保护粉粒组、黏粒组有机碳和生物化学保护粉粒组、黏粒组有机碳,增加幅度高于化肥处理,总有机碳提升24%-46%,其中以有机无机肥配施（MNPK）的提升幅度最大;与不施肥（CK）及单施化肥（NPK）处理相比,有机肥处理（0.5MNPK、M、MNPK）土壤物理保护有机碳的分配比例显著升高;模型分析发现,长期施肥条件下土壤游离态粗颗粒有机碳浓度与年均碳投入量呈显著的线性关系,而化学保护态有机碳浓度与生物化学保护态有机碳浓度以及土壤总有机碳含量,均与年均碳投入量呈显著的“饱和曲线效应”的对数函数关系。【结论】有机无机肥配施是提升黄壤性水稻土有机碳水平的最佳培肥措施,并以物理保护有机碳的提升幅度最大,强化了有机碳的物理稳定机制;黄壤性水稻土较稳定的有机碳组分（化学保护态、生物化学保护态）以及总有机碳存在饱和现象,在当前条件下出现饱和限制。     

添加不同养分培养下水稻土微生物呼吸和群落功能多样性变化

 【目的】研究不同养分培养条件下水稻土（黄泥土）微生物量碳、氮,呼吸强度及微生物功能多样性等指标,为正确认识集约化农业利用条件下,施肥特别是大量施用化肥对土壤质量以及农业可持续发展的影响提供参考依据。【方法】采用发育于河湖相沉积物的黄泥土表层土壤,通过室内培育试验,观测了不同施肥处理下微生物量碳氮、呼吸强度,分析了不同施肥处理对水稻土微生物群落功能多样性的影响。【结果】整个培养过程中,微生物碳含量情况为：化肥配施2%秸秆或2%猪粪＞对照及化肥配施0.5%秸秆或0.5%猪粪＞单施化肥处理;土壤微生物量氮：化肥配施2% 秸秆＞对照、化肥配施2% 猪粪或0.5% 秸秆＞单施化肥处理;不同施肥处理的土壤呼吸强度和代谢熵总体上呈波动下降趋势;整个培养过程中,化肥配施2% 秸秆或者猪粪处理的土壤呼吸强度大于其它施肥处理;微生物代谢熵的关系为：化肥配施2%秸秆或者2%猪粪及单施3倍常规化肥＞化肥配施0.5% 秸秆或0.5%猪粪及单施0.5倍常规化肥＞对照及常规施肥量处理;BIOLOG分析表明,大量施肥,特别是大量施用化肥处理降低了微生物对碳源的利用能力和微生物多样性。【结论】土壤微生物生物量,土壤呼吸及微生物多样性可以灵敏地反映集约利用下土壤质量的变化,在高度集约利用农业下,大量的施肥,特别是化肥降低土壤的生物量及活性,不利于土壤肥力的保持和农业的可持续发展。     

长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化的影响

【目的】土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分释放、土壤质量保持以及温室效应密切相关。揭示稻田生态系统在长期施肥下土壤有机碳固存与矿化特征,旨在正确评价施肥对全球气候变化的影响。【方法】本研究以33年长期定位试验为依托,对红壤性水稻土土壤有机碳累积及矿化动力学特征等进行系统研究。长期定位试验始于1984年,选取其中5个处理：不施肥处理（CK）,施氮磷钾化肥处理（NPK）,施70%化肥+30%有机肥处理（70F+30M）,施50%化肥+50%有机肥处理（50F+50M）,施30%化肥+70%有机肥处理（30F+70M）,于 2017 年早稻种植前采集耕层 （0—20 cm） 土壤样品,采用室内培养方法,测定土壤碳矿化释放 CO₂-C量和速率等,并采用一级动力学方程拟合土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）、易矿化有机碳量（C₁）和周转速率常数等。【结果】各施肥处理均不同程度地提高了土壤总有机碳含量,NPK处理有机碳含量显著高于CK,较CK提高了27.32%。化肥配施有机肥处理（70F+30M、50F+50M 和30F+70M）土壤有机碳显著高于NPK处理（P<0.05）,平均较NPK处理提高了31.31%,以50F+50M和30F+70M处理较为显著。各处理有机碳矿化速率均在培养后的第1天达到峰值且差异显著,排序为50F+50M>30F+70M>70F+30M>NPK>CK,随后下降,11 d之后趋于稳定,稳定后各处理的土壤有机碳矿化速率大小排序为：30F+70M>50F+50M>70F+30M>NPK≈CK。在整个培养期,土壤有机碳矿化速率与培养时间呈对数曲线关系。培养35 d结束后,NPK处理较CK未能显著改变土壤有机碳累积矿化量（P>0.05）,70F+30M、50F+50M和30F+70M处理土壤有机碳累积矿化量显著高于NPK处理（P<0.05）,分别较NPK提高了50.99%、70.85%和86.39%。各处理土壤有机碳累积矿化率（累积矿化量占有机碳总量的比率）变化范围为3%—4%,30F+70M处理显著高于NPK处理（P<0.05）。施肥处理均不同程度地提高了土壤潜在可矿化有机碳量,以30F+70M处理最高,较NPK提高了1.19倍。不同施肥处理较不施肥均未明显改变土壤有机碳周转速率及半周转期。土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）、易矿化有机碳量（C₁）、累积矿化量及累积矿化率均显著受土壤有机碳含量及投入碳量的影响,且呈现正相关关系。土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）/土壤有机碳比值与所投入碳量呈现显著正相关（P<0.05）;土壤有机碳的周转速率常数（k）与土壤有机碳及投入碳量均未呈现显著性相关性。【结论】长期化肥配施有机肥可有效提高红壤性水稻土有机碳的矿化速率及促进有机碳的积累,并未显著改变土壤有机碳的矿化率,有利于红壤性水稻土的养分供应及固碳。     

不同配肥方案对黑土有机碳含量及碳库管理指数的影响

 【目的】研究减施化学氮肥而相应增施有机肥对土壤有机碳含量及碳库管理指数的影响,寻找最佳的有机无机配比施肥方案。【方法】以黑龙江双城黑土为研究对象,共设5个施肥处理,分别为单施化肥(T1)、施5/6(N)+1/6有机肥(T2)、施4/6(N)+ 2/6有机肥(T3)、施3/6(N)+3/6有机肥(T4)、施2/6(N)+ 4/6有机肥(T5)。选用经典测定方法对各处理进行有机碳、活性有机碳的测定,进而算出碳库管理指数。【结果】施2/6(N)+ 4/6有机肥与施3/6(N)+3/6有机肥土壤有机碳含量和活性有机碳含量分别比单施无机肥高15.7%、6.4%和8.2%、10.9%;施3/6(N)+ 3/6有机肥与施5/6(N)+1/6有机肥碳库管理指数(CPMI)最高,其平均值比施2/6(N)+ 4/6有机肥和单施无机肥处理均高13.0%;单施无机肥、施5/6(N)+1/6有机肥与施3/6(N)+ 3/6有机肥粮食产量平均值高于其它处理9.1%。【结论】有机肥无机肥的不同配比对土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数及粮食产量均有显著影响,施3/6(N)+ 3/6有机肥的处理能显著提高土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数及粮食产量,是双城有机无机配肥的最佳方式。     

长期施肥管理对红壤稻田土壤微生物量碳和微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在地球化学循环及维持土壤肥力和作物产量方面发挥了重要作用,为了研究长期不同施肥制度对土壤肥力状况的影响,明确施肥制度与土壤微生物的关系。【方法】采用土壤熏蒸和磷脂脂肪酸分析方法,研究了湖南宁乡不施肥处理、施用化肥、常规施肥、秸秆还田、30%有机肥+化肥和60%有机肥+化肥6个长期肥料定位试验的土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸。【结果】与不施肥对照相比,施用化肥、秸秆还田及有机肥与化肥配合施用可以显著的提高土壤微生物量碳及总磷脂脂肪酸的量。长期施用化肥后,群落中含有iC15:0的微生物明显增多,长期施用有机肥和秸秆还田后,群落中含iC15:0微生物明显减少,而含aC15:0微生物则显著增加。通过对21种测得磷脂脂肪酸进行主成分分析,结果表明,前两个主成分可以解释总变异的87.6%。除C12:0和C15:0外,大部分的非饱和脂肪酸和环式脂肪酸的变异可以在第一主成分中反映出来。从肥料处理的主成分分析结果看,第一主成分及第二主成分可以解释肥料处理变异的89.8%,相比较而言,化肥处理和常规施肥处理相互间的差别较小,60%有机肥处理与秸秆还田处理几乎重合。【结论】不同施肥处理对土壤微生物量碳和微生物多样性有重要影响,肥料处理差异可以在微生物结构与多样性变化上得以体现。