Effects of Long-Term Combined Application of Organic and Mineral Fertilizers on Microbial Biomass, Soil Enzyme Activities and Soil Fertility

Soil health is important for the sustainable development of terrestrial ecosystem. In this paper, we studied the relationship between soil quality and soil microbial properties such as soil microbial biomass and soil enzyme activities in order to illustrate the function of soil microbial properties as bio-indicators of soil health. In this study, microbial biomass C and N contents （Cmic ＆ Nmic）, soil enzyme activities, and soil fertility with different fertilizer regimes were carried out based on a 15-year long-term fertilizer experiment in Drab Fluvo-aquic soil in Changping County, Beijing, China. At this site, 7 different treatments were established in 1991. They were in a wheat-maize rotation receiving either no fertilizer （CK）, mineral fertilizers （NPK）, mineral fertilizers with wheat straw incorporated （NPKW）, mineral fertilizers with incremental wheat straw incorporated （NPKW＋）, mineral fertilizers plus swine manure （NPKM）, mineral fertilizers plus incremental swine manure （NPKM＋） or mineral fertilizers with maize straw incorporated （NPKS）. In different fertilization treatments Cmic changed from 96.49 to 500.12 mg kg^-1, and Nmic changed from 35.89 to 101.82 mg kg^-1. Compared with CK, the other treatments increased Cmic ＆ Nmic, Cmic/Corg （organic C） ratios, Cmic/Nmic, urease activity, soil organic matter （SOM）, soil total nitrogen （STN）, and soil total phosphorus （STP）. All these properties in treatment with fertilizers input NPKM＋ were the highest. Meantime, long-term combined application of mineral fertilizers with organic manure or crop straw could significantly decrease the soil pH in Fluvo-aquic soil （the pH around 8.00 in this experimental soil）. Some of soil microbial properties （Cmic/Nmic, urease activity） were positively correlated with soil nutrients. Cmic/Nmic was significantly correlated with SOM and STN contents. The correlation between catalase activity and soil nutrients was not significant. In addition, except of catalase act     

不同施肥方式对农田有机碳含量的影响

[目的]研究不同施肥方式对农田有机碳（SOC）含量的影响,为制定农田管理措施以减少碳排放提供科学依据。[方法]收集我国37个试验站资料,分析不同施肥处理下SOC变化。[结果]对照（CK）、有机肥（M）、无机肥（NPK）、无机肥＋秸秆（NPKS）和无机肥＋厩肥施肥（NPKM）处理方式下,SOC含量上升的样本比例分别为37.86%、89.96%、72.24%、97.87%和94.43%。不同施肥处理下SOC的增长量与施肥时间呈显著正相关（P〈0.01）。SOC初始值与不同施肥方式下的SOC含量呈极显著正相关（P〈0.01）,但与SOC年增长率呈明显或极显著负相关（P〈0.05,P〈0.01）。[结论]有机肥和无机肥配施,有助于提高SOC含量,增强土壤养分供贮能力,有利于维持土壤有机质的平衡。     

长期有机无机配施黑土土壤有机碳对农田基础地力提升的影响

【目的】探讨长期不同施肥方式对提升东北黑土土壤有机碳和农田基础地力的差异。【方法】以国家黑土肥力和肥料效益长期监测试验（1989-2011年）资料为基础,采用 DSSAT ver.4.0作物生长模型模拟：（1） CK（对照,不施肥）;（2）NPK（施氮磷钾肥）;（3）NPKM（有机肥+NPK化肥,M指有机肥）;（4）l.5NPKM（NPKM处理的1.5倍）;（5）NPKS（秸秆+NPK化肥,S指玉米秸秆）5种施肥方式下东北黑土区春玉米20年的农田基础地力产量,在分析长期不同施肥措施下基础地力与土壤有机碳的演变规律的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。【结果】经过20年施肥管理,NPK、NPKM、1.5NPKM和NPKS施肥处理春玉米农田基础地力产量分别增长了53.4%、78.0%、101.2%和69.4%,而CK处理的基础地力产量随时间延长呈下降趋势。到2008年,1.5NPKM、NPKM、NPKS、NPK 4个处理的土壤有机碳含量分别比CK处理的土壤有机碳含量增加了65.6%、65.1%、26.0%和21.7%,土壤有机碳储量分别提升了69.9%、44.2%、25.2%和16.7%。土壤有机碳含量与春玉米基础地力产量呈显著正相关（P＜0.01）,土壤有机碳含量每增加1 g?kg^-1,春玉米农田基础地力产量大约提高220 kg?hm^-2。【结论】土壤有机碳是黑土区基础地力的主要驱动因素,有机肥或秸秆与化肥配施提升了土壤有机碳,因而能有效提高春玉米农田基础地力产量和基础地力贡献率。增加有机物料投入是黑土区农田基础地力培育的最佳施肥措施。     

不同施肥年限下作物产量及土壤碳氮库容对增施有机物料的响应

【目的】研究不同年限下增施有机肥及秸秆还田对作物产量及剖面土壤碳氮库容的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量提供依据。【方法】以农业部昌平潮褐土生态环境重点野外科学观测试验站为平台,分别在长达11年和27年的2个不同施肥年限试验区采集4个施肥处理,即氮磷钾（NPK)、氮磷钾+22.5 t·hm ^-2有机肥（NPKM）、氮磷钾+33.75 t·hm ^-2有机肥（NPKM+）、氮磷钾+秸秆还田（NPKS）不同土层深度的土壤样品,分析冬小麦-夏玉米产量和土壤碳氮库容剖面分布特征。 【结果】（1）增施有机肥及秸秆还田处理对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强。与NPK处理相比,施肥11年限的NPKM、NPKM+和NPKS处理分别提高小麦和玉米产量为18.6%、15.8%、3.5%和39%、42%、35%;而27年的各施肥处理对小麦和玉米产量的增产幅度分别为41%、51.5%、23%和31%、33%、58%。（2）随着施肥年限的延长,增施有机肥及秸秆还田均能持续提升土壤碳、氮库容。连续施肥11年后,土壤碳、氮库容分别为25—114 Mg·hm ^-2、2.2—9.0 Mg·hm ^-2;而27年后土壤碳、氮库容分别为29—146 Mg·hm ^-2、2.5—12.1 Mg·hm ^-2。随着土壤剖面的加深,不同施肥年限中土壤碳、氮库容均表现为先逐渐增加后逐渐降低的趋势,均在80 cm处达到峰值。在80 cm土层峰值处,27年施肥处理中NPK、NPKM、NPKM+、NPKS土壤碳库和氮库分别为102、128、146、123 Mg·hm ^-2和8.3、9.7、12.1、9.1 Mg·hm ^-2,而11年施肥年限内各处理土壤碳、氮库均表现为差异不显著（P>0.05）。和NPK相比,不同年限中增施有机肥及秸秆还田均降低了不同土层的土壤碳氮比。同时,随着施肥年限的延长,土壤碳氮比越稳定。（3）随着施肥年限的延长,各处理土壤累积碳、氮库均呈现增加趋势。连续施肥11年后,NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为5.2%、11.2%、9.2%和21.2%、26.6%、38.8%;连续施肥27年后NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为26.3%、41.1%、21.8%和26.2%、44.9%、4.0%,且随着施肥年限的延长,施用有机肥对土壤累积碳库容的提升高于秸秆还田的趋势愈加明显,而对土壤累积氮库容的提升效果低于秸秆还田。 【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥及秸秆还田会提高作物产量、增强土壤碳氮库容、提升土壤肥力,且随着施肥年限的延长,效果愈加明显。同时,施用有机肥对作物产量、碳库的增强效应强于秸秆还田,而对氮库的提升效果低于秸秆还田。     

稻麦轮作下紫色土有机碳活性及其对长期不同施肥的响应

【目的】研究稻麦轮作系统中紫色土总有机碳、活性有机碳和活性有机碳不同组分的变化特征及其对长期不同施肥措施的响应,揭示稻麦轮作系统长期不同施肥管理下有机碳质量和内在组成的变化。【方法】采集22年长期定位试验不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、化肥氮磷钾配施(NPK)、化肥氮磷钾+秸秆还田(NPKS)、高量化肥氮磷钾+等量秸秆还田(1.5NPKS)和化肥氮磷钾+厩肥(NPKM)处理0—20、20—40、40—60 cm土层的土壤,测定了总有机碳、活性有机碳及其不同活性组分的含量,计算土壤碳库管理指数和不同活性组分的分配比例,分析了活性有机碳及其各组分与总有机碳的关系。【结果】长期不同施肥显著影响了各土层总有机碳和活性有机碳含量,与不施肥相比,所有施肥处理均维持或提高了土壤总有机碳、活性有机碳含量和碳库管理指数,其中化肥氮磷钾+秸秆还田(NPKS)处理0—20、20—40和40—60 cm土层总有机碳含量分别提高32.5%、25.7%和5.3%,活性有机碳含量提高37.0%、44.7%和9.3%,碳库管理指数提高38%、49%和9%,其提升幅度高于其他施肥处理。长期不同施肥显著提高了各土层高、中、低活性有机碳含量,有机无机肥配施处理(NPKS、1.5NPKS、NPKM)提升效果高于单施化肥处理(NPK、N);但施肥对各活性组分占活性有机碳比例的影响较小,并没有改变各活性组分的分布格局。土壤活性有机碳及其高、中、低活性组分的含量与土壤深度有关,0—20 cm耕层土壤活性有机碳及高、中、低活性组分的含量均高于20—40和40—60 cm土层。不同土层高、中、低组分占活性有机碳的比例也存在较大差异,0—20 cm土层高、中、低活性组分占活性有机碳的比例平均为23.6%、35.6%和40.7%;下层土壤各活性组分的含量均下降,其中20—40 cm土层低活性组分下降程度较大,导致其占活性有机碳的比例下降至24.7%,而高活性和中活性组分的比例增加至30.5%和44.8%。土壤活性有机碳及其各组分与总有机碳含量呈显著线性正相关,表明土壤活性有机碳可以较好地反映总有机碳变化。【结论】稻麦轮作条件下,长期不同施肥可维持或提高土壤总有机碳、活性有机碳及其不同组分的含量,提高土壤碳库管理指数,氮磷钾肥配合秸秆还田总体提升效果较好,是促进土壤总有机碳和活性有机碳累积、改善土壤有机碳质量的推荐施肥措施。     

长期有机无机肥配施对红壤性水稻土微生物生物量和有机质结构的影响

为研究长期有机无机肥配施对红壤性水稻田作物产量、土壤微生物生物量及有机碳分子结构的影响,以始于1984年的江西红壤性水稻田长期定位试验为平台,选取的试验处理包括：不施肥（CK）、单施化肥（NPK）和等养分条件下70%化肥配施30%有机肥（NPKM1）、50%化肥配施50%有机肥（NPKM2）、30%化肥配施70%有机肥（NPKM3）,采用固体¹³C核磁共振测定了土壤有机碳组分含量,分析了土壤化学指标和土壤微生物生物量碳（Microbial biomass carbon,MBC）和微生物生物量氮（Microbial biomass nitrogen,MBN）。结果表明,连续34年的不同施肥处理显著影响了水稻产量、土壤微生物生物量及土壤有机碳（SOC）分子结构。与NPK处理相比,有机肥配施（NPKM1、NPKM2、NPKM3）提高了水稻产量,增幅为6.5%~7.7%（P>0.05）,中低有机肥配施比例（30%和50%）稳产效果更优。长期单施化肥使土壤严重酸化,而配施有机肥可减缓土壤酸化。长期施肥处理MBC和MBN较CK处理分别显著提高17.0%~71.1%和104.1%~267.0%,但MBC/MBN下降,有机无机肥配施处理较NPK处理提高了微生物熵。长期单施化肥主要提高了烷基碳的相对含量,而配施有机肥同时提高烷基碳和烷氧碳（甲氧基/含氮烷基碳）含量,有利于土壤活性有机质累积。Pearson相关性分析表明土壤微生物生物量与SOC、氮磷养分指标及甲氧基/含氮烷基碳呈显著或极显著正相关,与芳基碳和羧基碳呈显著负相关。冗余分析显示SOC、有效磷、速效钾及烷基碳等对水稻产量的影响较大。研究表明,在供试条件下,长期实行中低比例有机肥配施化肥有利于提高土壤养分和土壤微生物生物量,并改善土壤有机质结构,是维持作物高产和提升土壤质量的有效施肥措施。     

Interaction of soil microbial communities and phosphorus fractions under long-term fertilization in paddy soil

Understanding the impact of biological activities on the soil phosphorus (P) distribution under long-term fertilizer application can facilitate better soil P fertility management. Therefore, the primary objectives of this study were to investigate the effect of long-term (since 1981) fertilizer application on the soil P fractions and microbial community and to evaluate correlations between the microbial community structure and P distribution. The following treatments were implemented in a long-term field trial: no fertilization (CK), inorganic N and K (NK), inorganic P and K (PK), inorganic N, P and K (NPK) and manure+NPK (MNPK) fertilization. The study showed that the soil pH, soil organic carbon and total and available N and P concentrations were considerably higher in the MNPK treatment than in the CK treatment. The soil microbial biomass C, N and P concentrations were also significantly higher in the MNPK treatment than in the CK treatment. Among fertilization treatments, the β-1,4-glucosidase, α-1,4-glucosidase, urease, acid phosphatase and phosphodiesterase activities were the highest in the MNPK treatment. Compared to inorganic fertilization, the MNPK treatment increased the labile soil P fractions and decreased the residual soil P concentration. Continuous fertilization significantly affected the soil microbial composition. The total phospholipid fatty acid (PLFA) concentrations in the NK, PK, NPK and MNPK treatments were 23.3, 43.1, 48.7 and 87.7% higher, respectively, than in the CK treatment. A significant correlation was observed between the microbial community and soil P fractions. Moreover, the aggregated boosted tree (ABT) model showed that among the various soil biochemical properties, the total PLFA concentration was the factor that most influenced the active P pool, accounting for 35.4% of the relative influence of all soil biochemical properties examined. These findings reveal that combined manure and inorganic fertilizer application is a better approach than applying inorganic fertilizer alone for sustaining long-term P fertility by mediating soil biological activity.     

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即：对照（CK）;氮磷钾（NPK）;氮磷钾+有机肥（NPKM）;氮磷钾+过量有机肥（NPKM+）;氮磷钾+秸秆还田（NPKS）。【结果】（1）在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%-50%和30%-32%;增加0-20 cm表层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量分别为62%-121%、107%-187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力（PFP_N）分别达22%-32%、27%-41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFP_N为216%、降低玉米季PFP_N为40%。（2）长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0-20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮（NO₃^--N）、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20-200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。（3）与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100-200 cm深层土壤中NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为17.8-26.1 mg·kg^-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0-100 cm土层NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为3.6-13.4 mg·kg^-1,表明增施有机肥会促进土壤NO₃^--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO₃^--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。     

长期施肥下灰漠土易氧化有机碳的变化特征研究

以长期定位施肥下灰漠土易氧化有机碳变化特征为研究对象,于2013年采集不同施肥处理的对照（CK）、单施氮肥（N）、化肥平衡配施（NPK）、化肥配施有机肥（NPKM）、化肥配施秸秆（NPKS）、撂荒（CK0）的土样,分析测定土壤易氧化有机碳及总有机碳含量.结果表明,24 a 后,化肥配施有机肥（NPKM）处理土壤有机碳含量达到17．42 g/kg,比1990年的基础值增加了80％;对照（CK）处理土壤有机碳含量最低,仅为6．46 g/kg 左右,比1990年下降了48％;单施氮肥（N）、化肥平衡配施（NPK）的土壤有机碳下降了30％;化肥配秸秆（NPKS）的土壤有机碳下降了10％;撂荒（CK0）处理的土壤有机碳增加了11％.配施有机肥（NPKM）处理土壤易氧化有机碳含量显著增加了188％;除化肥平衡配施（NPK）处理以外,CK、N、NPKM、NPKS、CK0处理的易氧化有机碳含量均有所增加,但与基础值差异不显著（P ＞0．05）,NPK处理比基础值下降了28％.各处理的活度、碳库管理指数和活度指数都较基础土壤值高（除 NPK处理）,NPKM处理明显提高了土壤碳库管理指数.易氧化有机碳与土壤有机碳的相关性达极显著水平（P ＜0．01）,与作物产量的相关性达显著水平（P ＜0．05）.长期化肥配施有机肥有利于土壤有机碳的积累.土壤易氧化有机碳是反映土壤碳素动态变化灵敏而有效的指标,该指标为培肥地力、增加土壤活性有机质含量提供了量化依据.     

长期施肥对稻田土壤可溶性有机氮和游离氨基酸剖面分异的影响

为探讨长期不同施肥对稻田土壤可溶性有机氮(SON)和游离氨基酸(FAA)剖面分异的影响,阐明长期施肥稻田土壤SON和FAA的剖面迁移特性。以不施肥(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾配施牛粪(NPKM)和氮磷钾结合秸秆还田(NPKS)4种处理的稻田长期(33年)施肥定位试验小区为研究对象,采用带总氮检测器的总有机碳分析仪(TOC-TN)、连续流动注射和氨基酸自动分析仪测定不同深度(0～20、20～40 cm和40～60 cm)土层SON、FAA及其组分的含量。结果表明:长期不同施肥水稻土SON含量剖面分异较明显,0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤SON含量分别为24.14～49.80、11.30～13.86 mg·kg~(-1)和6.35～9.38 mg·kg~(-1);不同处理0～20 cm土壤SON含量表现为NPKSNPKMNPK=CK,NPKS处理较NPK和CK分别提高67.1%和106.3%,NPKM处理较NPK和CK分别提高了28.5%和58.7%;不同土层SON与可溶性总氮(TSN)的比值为40.0%～69.3%。长期不同施肥水稻土FAA含量也存在较明显剖面差异,0～20、20～40 cm和40～60 cm土壤FAA含量分别为8.15～15.91、0.83～2.13 mg·kg~(-1)和0.69～0.99 mg·kg~(-1),FAA/SON比例的均值分别为35.3%、12.6%和11.2%;NPKM和NPKS处理0～20 cm土壤均包含20种FAA,较CK和NPK处理增加了3种易分解的碱性氨基酸(鸟氨酸、赖氨酸和精氨酸);NPK、NPKM和NPKS处理20～40 cm土壤均包含10种FAA,较CK处理增加了3种中性氨基酸(缬氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸),而40～60 cm土壤则均包含7种FAA,较CK处理增加了2种中性氨基酸(异亮氨酸和胱氨酸);不同处理不同深度土壤FAA组成均以中性氨基酸占优势。研究表明:土壤SON、FAA含量与组分及其剖面分异和施肥模式密切相关,长期化肥配施牛粪和秸秆能增加0～20 cm土壤SON、FAA含量且丰富FAA种类。     

Improvement of soil fertility and rice yield after long-term application of cow manure combined with inorganic fertilizers

Fertilization is an effective technique to improve soil fertility and increase crop yield. The long-term effects of different fertilizers on soil considerably vary. Over 38 consecutive years of different fertilization positioning experiments in a double cropping rice field of Qiyang Red Soil Experimental Station, seven different fertilization treatments including CK (no fertilization), NPK (nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizer), M (cow manure), NPKM (nitrogen, phosphorus, and potassium with cow manure), NPM (nitrogen and phosphorus with cow manure), NKM (nitrogen and potassium with cow manure), and PKM (phosphorus and potassium with cow manure) were applied to study the effects on rice yield, soil fertility, and nutrient apparent balance in a paddy field. The results showed that the annual average yields of rice in NPKM, NPM, NKM, PKM, M, NPK and CK treatments ranged from 6 214 to 11 562 kg ha^–1. Yields under long-term organic and inorganic treatments (NPKM, NPM, NKM and PKM) were 22.58, 15.35, 10.53 and 4.41%, respectively, greater than under the NPK treatment. Soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), available nitrogen (AN) and available potassium (AK) concentration with long-term organic and inorganic treatment (NPKM, NPM, NKM and PKM) were significantly higher than in inorganic fertilizer (NPK) treatments. Soil total phosphorus (TP) and available phosphorus (AP) contentration with organic fertilizer combined with inorganic N and P fertilizer treatment (NPKM, NPM and PKM) were significantly higher than with inorganic fertilizer alone (NPK treatments). The average annual rice yield (11 562 kg ha^–1), SOC (20.88 g kg^–1), TN (2.30 g kg^–1), TP (0.95 g kg^–1), TK (22.50 g kg^–1) and AP (38.94 mg kg^–1) concentrations were the highest in the NPKM treatment. The soil AN concentration (152.40 mg kg^–1) and AK contentration (151.00 mg kg^–1) were the highest in the NKM treatment. N and P application led to a surplus of nitrogen and phosphorus in the soil, but NPKM treatment effectively reduced the surplus compared with other treatments. Soils under all treatments were deficient in potassium. Correlation analysis showed that SOC, TN, AN, TP, and AP contentration was significantly correlated with rice yield; the correlation coefficients were 0.428, 0.496, 0.518, 0.501, and 0.438, respectively. This study showed that the combined application of N, P, and K with cow manure had important effects on rice yield and soil fertility, but balanced application of N, P, and K with cow manure was required.     

The efficiency of long-term straw return to sequester organic carbon in Northeast China's cropland

Black soil is one of the most precious soil resources on earth because it has abundant carbon stocks and a relatively high production capacity. However, decreasing organic matter after land reclamation, and the effects of long-term inputs of organic carbon have made it less fertile black soil in Northeast China. Straw return could be an effective method for improving soil organic carbon (SOC) sequestration in black soils. The objective of this study was to evaluate whether straw return effectively increases SOC sequestration. Long-term field experiments were conducted at three sites in Northeast China with varying latitudes and SOC densities. Study plots were subjected to three treatments: no fertilization (CK); inorganic fertilization (NPK); and NPK plus straw return (NPKS). The results showed that the SOC stocks resulting from NPKS treatment were 4.0 and 5.7% higher than those from NPK treatment at two sites, but straw return did not significantly affect the SOC stocks at the third site. Furthermore, at higher SOC densities, the NPKS treatment resulted in significantly higher soil carbon sequestration rates (CSR) than the NPK treatment. The equilibrium value of the CSR for the NPKS treatment equated to cultivation times of 17, 11, and 8 years at the different sites. Straw return did not significantly increase the SOC stocks in regions with low SOC densities, but did enhance the C pool in regions with high SOC densities. These results show that there is strong regional variation in the effects of straw return on the SOC stocks in black soil in Northeast China. Additional cultivations and fertilization practices should be used when straw return is considered as an approach for the long-term improvement of the soil organic carbon pool.     

Long-term organic and inorganic fertilizations enhanced basic soil productivity in a fluvo-aquic soil

The improvement of soil productivity depends on a rational input of water and nutrients, optimal field management, and the increase of basic soil productivity(BSP). In this study, BSP is defined as the productive capacity of a farmland soil with its own physical and chemical properties for a specific crop season under local field management. Based on 19-yr data of the long-term agronomic experiments(1989–2008) on a fluvo-aquic soil in Zhengzhou, Henan Province, China, the decision support system for agrotechnology transfer(DSSAT ver. 4.0) crop growth model was used to simulate yields by BSP of winter wheat(Triticum aestivium L.) and summer maize(Zea mays L.) to examine the relationship between BSP and soil organic carbon(SOC) under long-term fertilization. Five treatments were included:(1) no fertilization(control),(2) nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers(NPK),(3) NPK plus manure(NPKM),(4) 1.5 times of NPKM(1.5NPKM), and(5) NPK plus straw(NPKS). After 19 yr of treatments, the SOC stock increased 16.7, 44.2, 69.9, and 25.2% under the NPK, NPKM, 1.5NPKM, and NPKS, respectively, compared to the initial value. Among various nutrient factors affecting contribution percentage of BSP to winter wheat and summer maize, SOC was a major affecting factor for BSP in the fluvo-aquic soil. There were significant positive correlations between SOC stock and yields by BSP of winter wheat and summer maize(P0.01), and yields by BSP of winter wheat and summer maize increased 154 and 132 kg ha~(–1) when SOC stock increased 1 t C ha~(–1). Thus, increased SOC accumulation is a crucial way for increasing BSP in fluvo-aquic soil. The manure or straw combined application with chemical fertilizers significantly enhanced BSP compared to the application of chemical fertilizers alone.     

长期施肥对黄泥田土壤团聚体中氮素积累和有机氮组成的影响

【目的】氮是南方黏瘦型中低产田重要的限制因子。研究长期施肥对黄泥田团聚体中氮素累积及有机氮组成的影响,为合理培肥及土壤氮库管理提供依据。【方法】采集黄泥田36年定位试验中不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、化肥+牛粪（NPKM）、化肥+全量稻秸还田（NPKS）4种处理耕层土壤,采用湿筛和Bremner有机氮分级方法,分析团聚体氮素累积与有机氮组分含量及分配的变化。【结果】施肥处理>2 mm团聚体全氮含量较CK显著增加12.7%—51.9%(P<0.05);NPKM与NPKS处理>2 mm团聚体对原土全氮累积贡献率较CK分别显著提高24.7与20.0个百分点（P<0.05）。施肥处理>2 mm团聚体酸解性氮与非酸解性氮含量分别较CK增加10.1%—36.3%与20.7%—100.5%,并相应提高两组分对原土全氮累积贡献率,NPKM与NPKS处理增加尤为明显。对于>2 mm团聚体,施肥处理酸解铵态氮含量较CK显著增加17.2%—40.4%(P<0.05),以NPKM处理增加最为明显;酸解氨基酸态氮与酸解未知态氮含量分别以NPKS与NPKM处理增加最...     

农艺措施对干旱区棉田土壤有机碳及微生物量碳含量的影响

【目的】探讨干旱区绿洲棉田农艺措施对土壤有机碳（SOC）及微生物量碳含量（MBC）的影响,揭示农艺措施对农田生态系统土壤碳稳定性的影响机制,为干旱区农业资源高效利用及可持续发展提供理论依据。【方法】试验采用裂裂区设计,以膜下滴灌和常规漫灌2种灌溉方式为主区,秸秆还田与秸秆不还田2种处理为裂区,4种施肥处理：单施有机肥（为腐熟鸡粪,OM）、单施氮磷钾化肥（NPK）、氮磷钾化肥与有机肥配施（NPK+OM）和不施肥（CK）为裂裂区。于棉花出苗后开始测定土壤异氧呼吸强度,并于每年棉花收获期采集土壤样品,测定和分析不同农艺措施下绿洲棉田土壤有机碳及微生物量碳含量。【结果】干旱区绿洲棉田不同农艺措施两两交互及3种措施交互作用下土壤有机碳、微生物量碳含量差异均不显著（P＞0.05）。土壤有机碳、微生物量碳含量表层0-20 cm含量均最高,其下层随着土壤深度的增加呈逐渐降低的趋势,至40-60 cm土层降至最低。不同农艺措施下,土壤有机碳含量变化表现为,与常规漫灌方式相比,膜下滴灌方式增加了2.5%-3.0%,秸秆还田比秸秆不还田增加了2.3%-6.3%,与CK处理相比,（NPK+OM）处理土壤有机碳含量增加了14.3%-16.8%,且（NPK+OM）/OM处理土壤有机碳含量显著大于CK/NPK处理（P＜0.05）。土壤微生物量碳含量为膜下滴灌方式比常规漫灌方式增加了21.9%-34.3%,秸秆还田比秸秆不还田增加了12.1%-29.4%,与CK处理相比,（NPK+OM）处理土壤微生物量碳含量增加了83.9%-151.0%。棉田土壤微生物熵（qMB）的大小变化在灌溉处理间表现为膜下滴灌>常规漫灌方式,秸秆处理间为秸秆还田>秸秆不还田处理,施肥处理间土壤微生物熵在0-40 cm土层显著大于40-60 cm土层,且不同土层间（NPK+OM）处理土壤微生物熵为最大,其次分别为OM、NPK、CK处理。棉田土壤微生物代谢熵（qCO₂）大小变化在不同灌溉处理间表现为膜下滴灌低于常规漫灌方式,秸秆处理间为秸秆还田低于秸秆不还田处理,施肥处理间为（NPK+OM）P＜0.05）。不同农艺措施间互作,膜下滴灌方式及秸秆还田措施下,（NPK+OM）处理棉田土壤微生物代谢熵最低。【结论】干旱区棉花生产中,采用膜下滴灌节水技术,氮磷钾化肥和有机肥配施,并实施秸秆还田等农田管理措施,可使土壤质量得到进一步改善,有利于农田土壤的可持续利用。     

贝加尔针茅草原土壤微生物功能多样性对养分添加的响应

为揭示养分添加对草原土壤微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog-Eco技术,研究了在无养分添加对照(CK)和7种不同氮磷钾养分添加方式(单养分添加:N、P、K,不同组合添加:PK、NK、NP、NPK)下贝加尔针茅草原土壤微生物群落功能多样性变化。结果表明:(1)不同养分添加条件下土壤微生物群落单孔平均颜色变化率(Average Well Color Development)AWCD值从高到低依次为NPPNPKNKNCKKPK。(2)含磷添加处理(PK除外,NP、P、NPK)和含氮添加处理(N、NK)的丰富度指数H均显著高于CK、K、PK,而均匀度指数E和优势度指数D在各处理间差异不显著。(3)主成分分析结果表明,CK、K、PK、NK处理土壤微生物群落碳源利用方式相似,而NP、P和N、NPK分别具有不同的碳源利用方式。据此可知,NP、P、NPK、N养分添加方式可以提高土壤微生物代谢活性、物种丰富度指数和微生物群落碳源利用能力,有利于土壤微生物群落功能多样性的提高。     

长期施肥旱地土壤易分解与耐分解氮的矿化特性

【目的】土壤易分解氮库和耐分解氮库是土壤有机质的重要组分,其矿化能力的大小可反映土壤有机氮的周转性能。论文旨在研究长期不同施肥制度下土壤易分解氮库与耐分解氮库的矿化特性,为了解不同培肥措施及其氮素供应提供依据。【方法】以中国长期不同施肥处理的2种旱地土壤（黑土和潮土）为例,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理,采用颗粒密度法,将土壤有机氮分为易分解氮和耐分解氮2个组分,室内培养分析不同组分氮的矿化特性。【结果】筛分及培养结果显示,黑土和潮土的平均质量回收率和氮回收率均超过97%,易分解和耐分解氮组分矿化量之和占原土矿化量的平均比例为99.91%（99.89%-99.93%）,是一种研究土壤易分解和耐分解氮组分矿化特性的可行方法。2种旱地土壤NPK、NPKS和NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势（除黑土NPK处理差异不显著）较CK处理显著提高26.82%-137.10%;不同施肥处理对旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势影响显著,其中,黑土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.48 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（1.02 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.75 mg?kg^-1?d^-1）处理;潮土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.17 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（0.89 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.76 mg?kg^-1?d^-1）处理;旱地土壤各处理耐分解氮组分净氮矿化潜势之间差异不显著,其中,黑土各处理耐分解氮组分平均净氮矿化潜势为0.58 mg?kg^-1?d^-1（0.52-0.63 mg?kg^-1?d^-1）,潮土为0.51 mg?kg^-1?d^-1（0.40-0.62 mg?kg^-1?d^-1）。不同施肥处理旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势均显著大于同处理耐分解氮组分净氮矿化潜势,NPKM处理两者显现出最大差异,其中,黑土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.41、1.39、1.75和2.35倍,潮土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.22、1.33、1.56和1.87倍。土壤矿化过程中易分解组分对原土矿化贡献率受施肥措施显著影响,其大小按CK、NPK相似文献   

不同施肥措施对华北潮土区玉米田土壤微生物碳源代谢多样性的影响

探讨长期不同施肥措施下华北潮土区玉米田土壤微生物碳源代谢多样性特征,为华北地区可持续性施肥管理提供理论依据和数据支持。以农业农村部环境保护科研监测所建立的武清长期定位试验站为平台,采用Biolog生态板技术,研究6种不同施肥处理[不施肥对照（A0）、单施有机肥（A1）、氮肥减量配施有机肥（A2）、常量化肥配施有机肥（A3）、氮肥增量配施有机肥（A4）和单施化肥（A5）]对华北潮土区土壤微生物碳源代谢多样性的影响。结果表明,与不施肥对照相比,A1、A2、A3、A4和A5处理显著提高了土壤全氮和硝态氮含量,显著降低了土壤碳氮比和pH;施用有机肥处理（A1、A2、A3和A4）显著增加了有机碳和微生物量氮含量。培养96 h时,反映土壤微生物活性的平均颜色变化率（AWCD）变化顺序为： A2 > A3 > A4 > A5 >A1 > A0。A2的土壤微生物Shannon指数H显著高于其他施肥处理。主成分分析表明,不同施肥处理显著影响土壤微生物的碳源利用特征,A2和A3集中在第1主成分正方向,得分系数在1.125~1.473,土壤微生物碳源利用特征相似;A0、A1、A4和A5位于第1主成分负方向,得分系数在-1.157~-0.167。土壤微生物利用的碳源主要为碳水类、羧酸类、氨基酸和聚合物类。相关分析表明,土壤碳氮比、铵态氮、硝态氮、pH和微生物量氮是影响土壤微生物碳源代谢多样性的主要因素。氮肥减量配施有机肥有利于提高土壤微生物代谢活性和碳源代谢多样性。     

等氮量条件下有机肥替代化肥对玉米农田温室气体排放的影响

[目的]明确大田等氮量条件下,有机肥替代化肥对玉米农田土壤温室气体(N20和Co2)排放及其增温潜势的影响,为稳定作物产量、减少化肥投入、减少氮肥流失、提高氮肥利用效率提供理论依据.[方法]2018和2019年大田采用静态箱-气相色谱法,以不施肥(CK)为对照,比较等氮量条件下常规单施化肥(NPK)、有机肥替代30％(...     

长期施肥对紫色水稻土团聚体中有机碳和微生物的影响

【目的】土壤微生物在维持土壤肥力、土壤健康和提高作物产量等方面都具有非常重要的作用,探讨长期不同施肥措施对紫色水稻土团聚体微生物量及活性的影响,明确不同施肥制度下土壤不同粒级团聚体中微生物特性,为系统了解施肥管理对土壤肥力演变的影响提供理论依据。【方法】依托重庆市北碚区中性紫色水稻土22年的长期定位试验,选取对照（CK,不施肥）、氮磷钾（NPK）、稻草还田（S）、氮磷钾+稻草还田（NPK+S）4个处理,采集0-20 cm耕层土壤样品,采用湿筛法获得不同粒级土壤团聚体,研究不同粒级土壤团聚体中的有机碳以及微生物量、呼吸代谢熵等微生物特性。【结果】连续22年定位试验表明,与CK相比,各施肥处理均显著增加了耕层土壤中水稳性大团聚体（＞0.25 mm）含量,以NPK+S的促进作用最为明显,表明化肥与稻草还田长期配施有利于紫色水稻土水稳性大团聚体的形成;施肥还显著提高了团聚体稳定性和土壤有机碳水平,以稻草还田（S和NPK+S处理）效果最佳。长期施肥改变了土壤养分及生物活性在不同粒径团聚体上的分布。土壤中有机碳、微生物量碳、呼吸代谢熵在不同粒级团聚体中呈异质分布,在2.00-1.00 mm和1.00-0.25 mm两个级别的水稳性大团聚体中土壤有机碳、呼吸速率和代谢熵显著高于0.25-0.053 mm和＜0.053 mm两个级别的水稳性小团聚体。【结论】＞0.25 mm的水稳性团聚体是土壤有机碳和微生物量碳的主要载体,2.00-1.00 mm团聚体的生物活性最强;长期氮磷钾配施结合稻草还田显著提高了紫色水稻土团聚体的水稳性及大团聚体中有机碳和微生物量碳的含量,是改善紫色水稻土团粒结构和生物功能的有效措施。