后续施肥措施改变对水稻土团聚体有机碳分布及其周转的影响

利用一个长达30 a且已进行适当变更的长期定位施肥试验,改施C4玉米秸秆以替代C3水稻秸秆,运用δ~(13)C自然丰度方法,研究长期施用高量有机肥、常量有机肥、化肥及当其施肥措施改变(化肥改为常量有机肥、常量有机肥改为高量有机肥、高量有机肥改为化肥、常量有机肥改为化肥)3 a后对红壤性水稻土团聚体有机碳分布及其周转的影响。结果表明:在所有施肥处理条件下红壤性水稻土团聚体分布以大团聚体(0.25 mm)为主,占72.48%~86.33%。与施用化肥30 a相比,长期施用常量有机肥、高量有机肥有利于促进红壤性水稻土粗大团聚体(2 mm)的形成,并提高团聚体平均重量直径(MWD)。团聚体中有机碳含量随着团聚体粒径的增大而增大,大团聚体更有利于有机碳富集。长期常量有机肥、高量有机肥处理下红壤性水稻土中有机碳主要贮存在粗大团聚体(2 mm)中,而长期化肥处理下以细大团聚体(2~0.25 mm)对土壤有机碳贡献率最高。外源新碳施入量越多,全土和各粒径团聚体新碳含量越高,且外源新碳主要分布在大团聚中。在后续施肥措施改变3年后,增加有机肥施入量(化改常、常改高)2 mm粗大团聚体、MWD、全土及各粒径团聚体中有机碳含量将分别显著提高7.08%~73.13%、5.38%~44.22%、14.53%~38.50%、0.70%~35.86%;而减少有机肥施入量(高改化、常改化)则与之相反,分别降低28.17%~43.20%、21.17%~31.54%、17.54%~27.30%、11.49%~29.77%。因此,在我国南方红壤性稻作区的农业生产过程中应继续或加大施用有机肥,从而进一步维持或改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。     

地下水位和长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化特征的影响

以1982年开始的长期定位试验红壤性水稻土为对象,采用室内模拟培养试验方法,对耕层土壤有机碳矿化特征进行分析,以探究两个地下水位(20 cm、80 cm)下,长期不同施肥处理(高量有机肥+化肥(2/3OM)、常量有机肥+化肥(1/3OM)、单施化肥(NPK))红壤性水稻土有机碳矿化特征和差异。结果表明,较高的地下水位促进土壤有机碳累积,提高了高量有机肥和常量有机肥处理的土壤有机碳矿化速率,且增加了其有机碳累积矿化量(C_t)及潜在可矿化有机碳量(C_0),但土壤有机碳累积矿化率在施用化肥的条件下表现为减少。长期不同施肥的红壤性水稻土土壤有机碳矿化特征在不同地下水位条件下变化明显,2个地下水位的土壤有机碳含量、土壤有机碳矿化速率及有机碳累积矿化量高低排序均表现为:2/3OM1/3OMNPK;20cm地下水位长期施用2/3OM和1/3OM土壤有机碳累积矿化率分别较NPK高出53.32%(P0.05)、15.44%,80 cm地下水位则分别低出5.56%、17.95%(P0.05);20 cm地下水位2/3OM和1/3OM处理的土壤潜在可矿化有机碳量(C_0)显著高于NPK处理,而80cm地下水位C_0表现为1/3OM处理显著低于NPK处理;地下水位对相同施肥处理土壤有机碳周转常数(k)影响不明显,而在同为80 cm的地下水位条件下,长期施用有机肥可显著提高k。因此,长期不同施肥对红壤性水稻土有机碳累积矿化率、潜在可矿化有机碳量及周转常数的影响在不同地下水位条件下发生变化。     

增减施有机肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及胶结物的影响

利用具有35a的长期定位试验,在保证原定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或增施有机肥,分析增减施有机肥后耕层土壤团聚体稳定性总有机碳(TOC)及其组分和铁铝氧化物的变化与作用关系,探究胶结物对红壤性水稻土团聚体稳定性变化的影响。结果表明:化肥(CF)及常量有机肥(NOM)处理增施有机肥后,团聚体平均重量直径(MWD)变化不明显,易氧化有机碳(EOC)分别升高87.44%和20.53%;高量有机肥(HOM)及NOM处理减施有机肥后,MWD分别显著降低8.39%和6.80%,高改化(H-C)处理的TOC、轻组有机碳(LFOC)及粗颗粒态有机碳(cPOC)含量显著降低,而常改化(N-C)处理的TOC及其组分变化不明显。无论增施还是减施有机肥,铁铝氧化物含量的变化规律不明显。相关及结构方程模型分析表明,大于0.25mm团聚体含量是影响团聚体稳定性的唯一直接影响因素;影响MWD及大于0.25mm团聚体含量的效应系数由大到小依次为:易氧化有机碳、轻组有机碳、游离氧化铁、络合态铁。因此,大于0.25mm大团聚体在红壤性水稻土的团聚体稳定性中发挥主导作用,有机碳活性组分对大团聚体的形成与破坏具有重要影响。     

长期施肥与地下水位对红壤性水稻土微团聚体及其分形特征的影响

以1982年开始的长期定位试验红壤性水稻土为材料,采用野外采样与室内分析的方法,对耕层土壤微团聚体组成进行分析,以探究长期施肥(高量有机肥+化肥(2/3 OM)、常量有机肥+化肥(1/3 OM)、单施化肥(NPK))和地下水位(20 cm、80cm)对红壤性水稻土微团聚体分布、分形维数及特征微团聚体的影响。结果表明:长期施肥土壤2～0.25 mm团聚体含量表现为2/3 OM 1/3 OM NPK,而微团聚体含量均表现为2/3 OM 1/3 OM NPK;且有机肥处理的土壤团聚状况和团聚度均高于NPK处理,分散系数、分散率、RMD(0.02 mm/(2～0.02) mm微团聚体比值)和微团聚体分形维数则表现相反。不同地下水位的2～0.25 mm团聚体含量表现为20 cm地下水位高于80 cm地下水位,而0.25 mm微团聚体含量相反;同时团聚状况、团聚度表现为20 cm地下水位高于80 cm地下水位,分散率、分散系数、RMD和微团聚体分形维数则相反。相关分析表明,2～0.25mm团聚体含量与总有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、络合态铁和络合态铝含量极显著正相关,与游离氧化铁含量极显著负相关,而0.05～0.02 mm、0.02～0.002 mm和0.002 mm微团聚体含量与以上指标的相关关系相反。微团聚体分形维数和RMD均与2～0.25 mm团聚体、全N、总有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、络合态铁、络合态铝的含量呈显著或极显著负相关,与0.05 mm各粒级微团聚体和游离氧化铁含量呈极显著正相关;表明RMD可作为评价红壤性水稻土肥力的综合指标。     

有机肥增减施后红壤水稻土团聚体有机碳的变化特征

利用一个长达35 a水稻土长期定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下,将部分原化肥处理增施有机肥,部分原有机肥处理改施化肥或者增施有机肥,研究有机肥增减施后长期不同施肥红壤性水稻土团聚体有机碳变化特征及影响。结果显示:红壤性水稻土以0.25 mm团聚体为主;长期不同施肥下土壤团聚体有机碳含量高低排序均表现为:0.25 mm团聚体0.25～0.053 mm团聚体(0.053 mm)团聚体,长期施用有机肥可提高红壤水稻土各粒级有机碳含量和2mm团聚体有机碳的贡献率。施肥对红壤性水稻土各粒径团聚体有机碳影响的大小排序为:0.053 mm0.25～0.053 mm(2 mm)2～0.25 mm;游离氧化铁和络合态铝对2～0.25 mm粒径团聚体有机碳有着重要影响,游离氧化铁在2 mm团聚体的形成中发挥作用。增加有机肥施用量可提高2 mm各粒级团聚体有机碳含量,减施有机肥则显著降低各粒级团聚体有机碳含量。不管减施还是增施有机肥均导致2mm团聚体有机碳贡献率降低;同时,减施有机肥后2 mm的各级团聚体有机碳贡献率提高,而增施有机肥后2～0.25 mm团聚体有机碳贡献率提高。     

后续施肥措施改变对红壤性水稻土团聚体有机碳组分的影响

利用一个长达30年且已进行适当变更的长期定位施肥试验,采用物理方法对团聚体有机碳进行分组,并运用δ13 C自然丰度方法,研究长期施用高量有机肥、常量有机肥、化肥及当其施肥措施改变(化改常、常改高、高改化、常改化)3年后红壤性水稻土团聚体有机碳组分含量及其分布比例的变化规律,以期为调控稻田土壤肥力及红壤性水稻土有机碳库的管理提供理论依据。结果表明:与施用化肥30年相比,长期施用有机肥显著提高了红壤性水稻土团聚体总有机碳、粗游离态颗粒有机碳(cfPOC)、细游离态颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)及矿物结合态有机碳(MmMOC)的含量,其中以游离态颗粒有机碳变幅最大,达67.5%~150.0%,对施肥最敏感,能较好地反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。在后续施肥过程中,增加有机肥施入量(化改常、常改高)团聚体总有机碳、粗游离态颗粒有机碳(cfPOC)、细游离态颗粒有机碳(ffPOC)、闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)及矿物结合态有机碳(MmMOC)含量将分别显著提高5.2%~15.5%,2.8%~40.2%,18.9%~43.9%,2.8%~17.6%,5.1%~8.2%;而减少有机肥施入量(高改化、常改化)则与之相反,分别降低15.8%~20.9%,12.6%~26.9%,24.6%~48.4%,19.9%~23.9%,4.9%~21.9%。在所有施肥处理条件下闭蓄态颗粒有机碳(oPOC)分布比例最低,为11.3%~13.4%;矿物结合态有机碳(MmMOC)分布比例最高,为50.4%~59.0%,是红壤性水稻土固存有机碳的主要形式。外源新碳施入量越多,大团聚体及其各有机碳组分的新碳含量越高,且45.6%~50.1%进入矿物结合态有机碳组分,34.1%~42.3%进入游离态颗粒有机碳组分,11.8%~18.0%进入闭蓄态颗粒有机碳组分。因此,在我国南方红壤性稻作区的农业生产过程中应继续或加大施用有机肥,从而进一步维持或提升土壤不同组分有机碳库。     

增施或减施有机物料对长期培肥红壤性水稻土团聚体组成的影响

利用一个长达30年且已进行适当变更的定位肥料试验,采用湿筛法进行土壤团聚体分级,测定并计算土壤容重、孔隙度与平均质量直径(MWD),探讨了长期施用高量有机肥、常量有机肥、化肥及当其施肥措施改变(化改常、常改高、高改化、常改化)3年后红壤性水稻土团聚体组成及结构的变化特征,以期为已培肥红壤性水稻土选择合理的后续施肥策略而促进水稻土可持续发展提供理论依据。结果表明,与施用化肥30年相比,长期施用有机肥(常量、高量)能显著降低土壤容重(10.38%~19.81%),并提高孔隙度(6.77%~13.13%)与MWD(46.84%~61.58%)。有机肥处理(常量、高量、化改常、常改高)下粗大团聚体(2 mm)所占比例最高,而化肥处理(高改化、常改化、化肥)下细大团聚体(2~0.25 mm)所占比例最高。在施肥措施改变3年后,如减少有机肥(高改化、常改化)的施入量将导致土壤容重增加(6.47%~14.34%),土壤孔隙度(3.63%~6.79%)或MWD(21.15%~31.43%)降低;而增加有机肥(化改常、常改高)的施入量将显著降低土壤容重(3.08%~9.02%)并增加土壤孔隙度(1.73%~6.01%)与MWD(5.45%~44.58%)。由此,为进一步维持或改善土壤结构,红壤性水稻土长期培肥后应继续或加大田间外源有机物料的投入量。     

长期施肥对水稻土碳氮矿化与团聚体稳定性的影响

水稻土有机碳、氮矿化过程对水稻土质量和作物养分吸收具有重要的作用,但是它们对施肥措施的响应及其与土壤结构之间的关系尚不清楚。本研究基于红壤性水稻土长期施肥定位试验,分析了不施肥(CK)、施用常量化肥(NPK)、2倍化肥(NPK2)和常量化肥配施有机肥(NPKOM)等处理下水稻土碳氮矿化特征,并研究了其与土壤团聚体稳定性的关系。结果表明NPKOM处理显著提高了土壤有机碳和全氮含量(P0.05),而单施化肥处理(NPK2和NPK)则同CK处理没有显著差异。土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率均为NPKOMNPK2NPKCK处理,其中NPKOM处理显著高于其他处理(P0.05),而后3个处理间没有显著差异。土壤氮矿化速率、累积矿化量和矿化率同土壤碳矿化的规律一致,NPKOM、NPK2和NPK处理累积矿化氮量较CK处理分别提高110.0%、29.4%和8.8%,矿化率分别提高110.8%、25.6%和13.0%。单施化肥处理(NPK和NPK2)的平均质量直径(MWD)分别降低了17.1%和15.5%,而NPKOM处理则增加了19.4%。相关分析表明,土壤碳氮矿化主要取决于土壤有机碳氮含量,而与土壤团聚体水稳定性无直接关系。在今后研究中,应重点分析土壤孔隙结构与有机碳氮周转的关系。     

长期施肥紫色水稻土团聚体稳定性及其固碳特征

【目的】探讨长期不同施肥对土壤团聚体分布及其稳定性的影响,以及团聚体中有机碳对碳投入的响应。【方法】采集经历30年不同施肥处理后的紫色水稻土,利用湿筛法分离2 mm、0.25~2mm、0.053~0.25mm和0.053 mm团聚体组分,并分析团聚体的稳定性以及年均碳投入量和有机碳固定速率的关系。【结果】与不施肥(CK)比较,施肥(N、NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK)使2 mm团聚体所占比例提高了9.6%~36.1%,0.25~2 mm团聚体降低了6.7%~26.3%,0.053~0.25 mm和0.053 mm团聚体所占比例基本稳定;单施化肥处理(N、NP和NPK)没有显著提高土壤团聚体的稳定性,化肥与有机肥配施(MNP和MNPK)显著增加团聚体的稳定性。与CK相比施肥显著增加土壤总有机碳和2 mm团聚体有机碳含量,其他粒径团聚体碳含量略有提高,但未达显著水平;化肥配施有机肥对团聚体有机碳含量增加效果优于单施化肥。CK和N处理土壤有机碳损失速率为0.08t/(hm~2·a)和0.02 t/(hm~2·a),单施化肥(NP和NPK)、单施有机肥(M)、化肥配施有机肥(MN、MNP和MNPK)处理土壤有机碳的固定速率分别为0.14、0.10和0.17t/(hm2·a)。土壤有机碳的固定速率与碳投入呈显著的线性相关关系(R~2=0.531,P0.05);碳转化效率为3.3%;随碳投入的增加,各粒径团聚体碳含量均增加,且2 mm团聚体的碳增加速率远远高于其他团聚体。【结论】化肥配施有机肥增强团聚体稳定性效果优于单施化肥;本试验紫色水稻土的有机碳还没有达到饱和,仍具有一定固碳潜力,增加的有机碳主要固持在2 mm团聚体中。     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。     

黄土台塬不同林分结构土壤有机碳质量分数特征

为探讨林分结构对土壤有机碳固定的影响,本文以黄土台塬的油松、 沙棘、 刺槐和侧柏纯林及其混交林为对象,对土壤有机碳、 易氧化态、 轻组、 颗粒态以及可溶性有机碳进行了分析。结果表明, 1）混交林可有效增加土壤不同组分有机碳含量,侧柏混交林与纯林相比增加最为明显,其土壤有机碳增加了123%和160%,易氧化态有机碳增加了161%和304%,轻组有机碳增加了1399%和482%,颗粒态有机碳增加了454%和436%,可溶性碳增加了138%和170%（05 cm土层）; 刺槐-沙棘、 油松-沙棘-刺槐混交林相对改良效果较差。2）各活性有机碳间相比较,混交林对土壤易氧化态碳含量增加效果最显著,而对土壤颗粒有机碳的改善效果不甚明显。3）在0100 cm土层,轻组有机碳敏感性指标分别是总有机碳、 可溶性和易氧化态有机碳的1.00~10.58、 3.83~10.19和1.78~5.10倍。4）有机碳与活性有机碳组分均呈线性极显著正相关关系; 轻组有机碳与颗粒有机碳二者之间的相关性大于其与其他,易氧化态碳与可溶性有机碳二者之间的相关性大于其与其他。     

Organic carbon and its fractions in paddy soil as affected by different nutrient and water regimes

As an essential indicator of soil quality, soil organic carbon (SOC) and its fractions play an important role in many soil chemical, physical, and biological properties. A 4-year field experiment was conducted to determine the effects of different nutrient and water regimes on paddy soil organic carbon quality by measuring the major SOC fractions. Four nutrient regimes were compared: (i) control; (ii) chemical fertilizers only (CF), (iii) combined application of chemical fertilizers with farmyard manure (FYM) (CM), and (iv) combined application of chemical fertilizers and wheat straw (CS). Two soil water regimes included continuous waterlogging (CWL) and alternate wetting and drying (AWD). The total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in paddy soil were 40–60% and 37–67% higher in the combined organic sources and chemical fertilizers treatment against the sole chemical fertilizers treatment (CF), especially under continuous waterlogging (CWL). By fractionalizing SOC, it was observed that, under the water regimes of CWL, easily oxidizable carbon (EOC), particulate organic carbon (POC), light fraction organic carbon (LFOC), microbial biomass carbon (MBC), and mineralizable organic carbon (MNC) in the organically treated paddy soil were significantly (P<0.05) lower, as compared with alternate wetting and drying (AWD). Especially for CM treatment, EOC, POC, LFOC, MBC, and MNC in the paddy soils under the regime of CWL were 23.5%, 32.7%, 16.3%, 56.8% and 25.1% lower than those by AWD, respectively. The proportions of EOC, POC, LFOC, MBC and MNC as a percent of TOC in the CWL were lower than those in the AWD, especially for the CM treatment. In the water regime of CWL, no significant differences were seen in the corresponding proportion of all the investigated organic fractions to soil total organic carbon (TOC) among the three fertilization treatments, whereas in the AWD, the corresponding proportions of different carbon fractions to TOC in the organic fertilizer treatments were significantly (P<0.05) higher than those in the chemical fertilizer treatment. Under continuous waterlogging, the proportion of soil water stable aggregate >250 μm (WSA) decreased by 42–45% and clay dispersion ratio (R_CD) increased by 12–38%, as compared to the water regimes of AWD, when FYM or wheat straw was incorporated into paddy soil. Correlation analysis showed that, under the water regimes of AWD, WSA was significantly and positively related to EOC, LFOC and POC with the coefficients (r) of 0.822, 0.889, 0.912 (P<0.01), respectively. R_CD was negatively correlated to EOC, LFOC and POC with the r=−0.796, −0.854, and −0.897 (P<0.01), respectively, under AWD. Under the water regimes of CWL, there were no significant (P<0.05) correlations between WSA as well as R_CD and any organic carbon fraction except POC.     

长期施用有机肥对稻麦轮作体系土壤有机碳氮组分的影响

【目的】 以湖北武汉地区长期稻麦轮作制度下施肥试验地作为研究对象,研究了长期不同施肥处理对耕层土壤有机碳、全氮及活性碳氮组分的影响,为优化稻麦轮作体系下施肥措施,实现土壤固碳减排,培肥土壤提供理论依据。 【方法】 长期施肥试验开始于1981年,试验处理包括不施肥 (CK)、施化学氮肥 (N)、施化学氮磷肥 (NP)、施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 及有机无机肥配施处理 (NPKM)。收集2017年小麦收获后耕层 (0—20 cm) 土壤,测定各小区土壤中的有机碳 (SOC)、全氮 (TN)、微生物量碳氮 (MBC、MBN)、水溶性碳 (DOC)、热水溶性有机碳 (HWSC)、颗粒有机碳氮 (POC和PON)、轻组有机碳氮 (LFOC和LFON) 及氯化钾浸提氮 (KEN,即水溶性无机氮) 的含量并分析各指标间的关系。 【结果】 1) 除KEN外,长期施用有机肥显著增加耕层土壤的各碳氮组分含量,特别是有机无机肥配施处理。2) 各活性有机碳组分占SOC的百分比由高到低排序为POC > LFOC > HWSC > MBC > DOC,各氮组分占TN的百分比由高到低排序为PON > LFON > MBN > KEN,其中POC占SOC的24.04%～37.64%,PON占TN的12.09%～20.24%,且有机肥处理下POC/SOC、PON/TN显著高于其余处理。3) 通过对土壤有机碳及各活性有机碳的对施肥的敏感性分析可得,各活性碳敏感性指数均显著高于SOC,且DOC的敏感性最高。4) 通过各组分间相关性分析可知,除KEN外,各碳、氮组分间显著正相关,其中DOC与SOC、PON与TN关系更为紧密,表明DOC及PON可较好地反应出SOC、TN的变化情况。 【结论】 在湖北稻麦轮作地区,长期有机无机肥配施处理显著增加了土壤碳库及氮库,促进了土壤碳、氮的积累,尤其是颗粒有机碳和有机氮 (POC和PON)。水溶性碳 (DOC) 对施肥反应最为敏感,可作为指示该地区有机物早期变化的指示物。      

长期施肥下黑土活性有机碳变化特征

观测分析了黑土长期不同施肥30年后不同形态的活性有机碳含量(易氧化有机碳>轻组有机碳>微生物量碳>水溶性有机碳)的变化特征。结果表明,长期施用氮、氮磷和氮磷钾化肥对土壤活性有机碳无显著影响;长期施用有机肥以及有机肥配施化肥均显著提高了土壤活性有机碳含量,与不施有机肥相比,有机肥区组中土壤轻组有机碳和水溶性有机碳含量增幅较大,分别在122%～258%和237%～351%之间,而土壤易氧化有机碳和微生物量碳含量增幅分别在72%～98%和83%～112%。黑土不同形态活性有机碳对施肥的响应灵敏度为,轻组有机碳>水溶性有机碳>微生物量碳≈易氧化有机碳。因此,轻组有机碳是指示土壤有机碳变化的较好指标。     

肥料减施条件下水稻土壤有机碳组分对紫云英—稻草协同利用的响应

研究紫云英与稻草不同利用模式在化肥减量条件下稻田表层土壤有机碳及其活性组分的差异,为合理利用有机物料调控土壤肥力提供参考。采用湖南省南县连续5年(2011—2015年)大田定位试验的方法,研究了减量施肥下洞庭湖地区紫潮泥双季稻田0-20cm表层土壤总有机碳(TOC)、微生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和轻组有机碳(LFOC)对紫云英与稻草不同利用模式的响应。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施化肥(F100)TOC、MBC、DOC、EOC和LFOC的含量均有显著上升,增幅分别为12.2%,19.5%,18.6%,11.3%和100.9%。化肥减量20%条件下紫云英与稻草利用模式更有助于有机碳组分的积累,其中晚稻留高桩还田冬种紫云英(F80+HR+A)处理效果最为突出,与CK相比,增幅分别为18.3%,47.2%,24.1%,20.0%和204.0%。减量施肥下紫云英单独利用相比稻草单独还田更益于MBC、DOC与EOC的积累,增幅分别为9.8%,4.0%和0.6%,土壤LFOC则相反,下降了34.8%。敏感指数分析表明土壤有机碳及其活性组分中LFOC对土壤质量变化最为敏感,其次是MBC,二者可作为衡量土壤质量状况的良好指标。F80+HR+A各有机碳组分敏感性均显著高于F100处理。相关性分析表明水稻产量、土壤有机碳及其组分之间均呈极显著相关(p0.01)。综上所述,化肥减量条件下不同紫云英与稻草利用模式对紫潮泥稻田土壤有机碳及其活性组分含量的影响存在明显差异,稻草还田能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,紫云英的利用则有利于土壤微生物量碳、可溶性有机碳和易氧化有机碳的积累,而紫云英与稻草协同利用模式,尤其是晚稻留高桩还田冬种紫云英更有助于土壤有机碳及其活性组分的积累。     

长期不同施肥对黄泥土水稳性团聚体颗粒态有机碳的影响

研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下太湖地区黄泥土耕层水稳性团聚体颗粒态有机碳含量的变化。结果表明,供试土壤水稳性团聚体组成以>2mm和2~0.25mm粒径为主,施肥下>2mm水稳性团聚体显著增加,并伴随2~0.25mm水稳性团聚体明显减少。颗粒态有机碳主要存在于>2mm水稳性大团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的减小而明显减少。>2mm水稳性大团聚体中的POC对施肥的响应较为敏感,以化肥与秸秆配施下该粒径水稳性团聚体中POC的积累效果最为明显。而化肥与猪粪配施则显著增加了2~0.25mm和0.25~0.053mm水稳性团聚体中的POC含量。土壤不同层次水稳性团聚体中POC的来源不同,在0~5 cm表层可能主要来源于作物根茬生物量,而在5~15 cm土层则可能跟施入的外源有机物有关。     

Loss of labile organic carbon from subsoil due to land-use changes in subtropical China

Topsoil carbon (C) stocks are known to decrease as a consequence of the conversion of natural ecosystems to plantations or croplands; however, the effect of land use change on subsoil C remains unknown. Here, we hypothesized that the effect of land use change on labile subsoil organic C may be even stronger than for topsoil due to upward concentration of plantations and crops root systems. We evaluated soil labile organic C fractions, including particulate organic carbon (POC) and its components [coarse POC and fine POC], light fraction organic carbon (LFOC), readily oxidizable organic carbon, dissolved organic carbon (DOC) and microbial biomass down to 100 cm soil depth from four typical land use systems in subtropical China. Decrease in fine root biomass was more pronounced below 20 cm than in the overlying topsoil (70% vs. 56% for plantation and 62% vs. 37% for orchard. respectively) driving a reduction in subsoil labile organic C stocks. Land use changes from natural forest to Chinese fir plantation, Chinese chestnut orchard, or sloping tillage reduced soil organic C stocks and that of its labile fractions both in top and subsoil (20–100 cm). POC reduction was mainly driven by a decrease in fine POC in topsoil, while DOC was mainly reduced in subsoil. Fine POC, LFOC and microbial biomass can be useful early indicators of changes in topsoil organic C. In contrast, LFOC and DOC are useful indicators for subsoil. Reduced proportions of fine POC, LFOC, DOC and microbial biomass to soil organic C reflected the decline in soil organic C quality caused by land use changes. We conclude that land use changes decrease C sequestration both in topsoil and subsoil, which is initially indicated by the labile soil organic C fractions.     

不同有机物料对苏打盐化土有机碳和活性碳组分的影响

【目的】在大同盆地苏打盐化土上,研究不同有机物料对春玉米产量、土壤有机碳及活性碳组分的影响,明确土壤有机碳及活性碳组分与主要盐碱指标的相关关系,为苏打盐化土改良及有机物料资源化利用提供理论支撑。【方法】2016-2017年在山西省北部怀仁县开展田间定位试验,设对照(CK)、风化煤、生物炭、牛粪和秸秆5个处理,各处理有机物料施用量按照每年9000 kg/hm^2等有机碳投入量折算,收获时对春玉米进行测产。2017年春玉米收获后,采集土壤样品测定土壤有机碳总量(SOC)和水溶性有机碳(WSOC)、易氧化有机碳(EOC)、轻组有机碳(LFOC)含量,分析土壤活性碳组分占有机碳的比例、土壤有机碳及活性碳组分与盐碱指标之间的关系。【结果】与CK相比,生物炭和秸秆处理春玉米产量无明显差异,而风化煤和牛粪处理春玉米产量则分别显著提高30.2%和30.3%。添加有机物料促进了0-20 cm土层SOC累积,其中以风化煤和牛粪处理效果最佳,较CK分别提高47.6%和36.1%。在有机碳组分方面,风化煤和牛粪处理提高WSOC、EOC含量的效果显著高于生物炭、秸秆处理;风化煤、牛粪和秸秆处理的LFOC含量显著高于生物炭处理。四类有机物料处理的WSOC占总有机碳的比例差异不显著,牛粪处理的占比显著高于CK。EOC占总有机碳的比例以牛粪处理最高,风化煤次之,且二者均显著高于CK处理;LFOC占总有机碳的比例则表现为秸秆、牛粪>风化煤、生物炭> CK。此外,添加有机物料能有效降低0-20 cm土层土壤pH、电导率(EC)和碱化度(ESP),其中以风化煤和牛粪处理降幅最大。相关分析表明,土壤SOC与pH、EC和ESP呈显著负相关。【结论】通过有机物料改良效果比较,发现牛粪和风化煤处理能促进苏打盐化土有机碳累积,提高可溶性、易氧化态及轻组有机碳组分在总有机碳中的占比,降低土壤pH、EC和ESP,明显提高春玉米产量。因此,风化煤和牛粪是山西北部苏打盐化土良好的改良剂。     

添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的影响及激发效应

为了探讨长期不同施肥潮土有机碳矿化对添加牛粪的响应特征及添加牛粪对长期不同施肥潮土有机碳矿化的激发效应,以始建于1986年的长期定位试验为平台,通过室内恒温培养的方法研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥(不施肥,CK;常量有机肥,SMA;常量化肥,SMF;常量有机无机配施,1/2(SMA+SMF))潮土有机碳矿化、土壤有机碳及活性碳库组分(微生物量碳、可溶性有机碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳)含量的变化特征。结果表明:无论添加牛粪与否,长期不同施肥潮土有机碳矿化过程均符合一级动力学方程,而牛粪的添加显著增加了长期不施肥、长期单施化肥和长期有机无机配施土壤的有机碳矿化速率常数,增长幅度分别为21.74%、35.00%和45.00%;添加牛粪提高了长期不同施肥潮土有机碳、微生物量碳、颗粒有机碳和易氧化有机碳含量,却显著降低了可溶性有机碳含量;牛粪对长期不施肥、长期施用常量有机肥、常量化肥和常量有机无机配施潮土有机碳矿化的正激发效应分别达到了48.56%、3.60%、48.43%和3.92%,且对长期不施肥及长期施用常量化肥潮土的激发效应显著高于对长期施用常量有机肥及长期有机无机配施土壤;冗余分析显示添加牛粪对长期不同施肥土壤有机碳矿化的激发效应与土壤活性组分碳氮比呈正相关,与土壤养分含量呈负相关。该研究不仅为合理施用有机肥和实现农田生态系统的可持续发展提供理论依据,还有利于实现农业资源再利用及其效益最大化。     

长期稻虾共作模式提高稻田土壤生物肥力的机理

  【目的】  长期稻虾共作是提高稻田肥力的有机生态途径。研究该模式对稻田土壤有机碳库和土壤酶活性的影响，为该模式的可持续应用提供理论依据。  【方法】  基于连续10年 (2005—2015) 中稻单作和稻虾共作的田间定位试验，于2015年10月中旬水稻收获后，按照0—10 cm、10—20 cm、20—30 cm、30—40 cm 土层采集土样，分析不同土层中总有机碳 (total organic carbon，TOC)、土壤微生物量碳 (microbial biomass carbon，MBC)、可溶性有机碳 (dissolved organic carbon，DOC)、易氧化有机碳 (easily-oxidized organic carbon，EOC) 和颗粒有机碳 (particulate organic carbon，POC) 含量，测定不同土层土壤水稳性团聚体中有机碳的含量，计算了土壤碳库管理指数，同时分析了与土壤碳、氮和磷代谢有密切关系的纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。  【结果】  1) 相对于中稻单作，稻虾共作显著增加了各土层中TOC、POC和DOC含量，增加30—40 cm土层中MBC含量以及10—40 cm土层中EOC含量；2) 稻虾共作显著提高了10—30 cm土层中土壤碳库管理指数，碳库管理指数在10—20 cm和20—30 cm土层中较中稻单作模式分别提高了52.7%和58.2%；3) 稻虾共作模式下，0—20 cm土层中小于0.053 mm粉–黏团聚体的有机碳含量显著高于中稻单作模式，而在20—30 cm土层各粒级团聚体的有机碳含量均显著高于中稻单作模式；4) 与中稻单作相比，稻虾共作土壤脲酶活性在10—20 cm土层显著降低了16.7%，而在20—30 cm土层纤维素酶活性显著提高了28.0%；5) 除DOC外，TOC、POC、MBC与纤维素酶、蔗糖酶、脲酶和酸性磷酸酶活性均呈显著正相关。  【结论】  长期稻虾共作提高了稻田土壤有机碳及其活性组分含量，特别是提高了20—30 cm土层纤维素酶活性，促进了根茬等有机物的分解，提高了该层次各粒级团聚体内的有机碳含量，改善了土壤结构，加大了水稻根系的下扎深度，改善了固持速效养分的能力，从而提升了稻田土壤生物肥力。