长期定位施肥下灰漠土有机碳演变特征分析

[目的]研究不同施肥管理措施下农田土壤有机碳的变化规律,探明灰漠土有机碳含量提升及定向培育指标.[方法]依托始于1990年的国家灰漠土肥力与肥料效益长期定位监测试验,分析耕层与剖面土壤有机碳(SOC)的动态演变特征,拟合有机碳SOC (g/kg)与试验持续时间t(a)的线型回归方程,确定土壤有机碳变化的特征值.[结果]耕层(0～ 20 cm)土壤有机碳含量与施肥年限间存在显著相关性,配施有机肥(1.5NPKM、NPKM)和PK处理达极显著相关;施用有机肥(1.5NPKM、NPKM)土壤有机碳的增加速率分别是秸秆还田(N PKS)的28.8和15.2倍.除NP处理表现为增碳外,其他施用化肥处理均表现为减碳.NK、NPK、N、PK处理土壤有机碳下降速率依次为0.024、0.027、0.031和0.059 g/(kg·a).灰漠土有机碳投入的平均转化效率为23.6;(线性方程:Ssoc=0.236C-0.306(R2=0.894,P＜0.001)),维持新疆灰漠土有机碳的碳投入量为1.3 t/(hm2·a).[结论]与不施肥或长期施用化肥相比,在干旱区灰漠土采用有机无机配施固碳效应显著,其碳投入与土壤有机碳呈显著线性正相关(P＜0.001),增加土壤碳投入(有机肥或秸秆)仍然是提升或维持土壤肥力的主要措施.     

灰漠土农田长期碳投入与微生物商的关系

[目的]探讨由于长期施化肥和有机肥导致的碳投入差异对土壤微生物商的影响.[方法]依托国家灰漠土肥力与肥料效益长期监测试验中的5个典型化肥和有机肥料处理,分析长期不同施肥对小麦各生育期土壤微生物生物量碳(SMBC)和微生物商(qSMBC)的动态变化特征,揭示灰漠土微生物生物量碳(SMBC)、微生物商(qSMBC)、土壤有机碳(SOC)与碳投入量和小麦籽粒产量间的相关性.[结果]长期不同施肥措施下,灰漠土SMBC含量和qSMBC在冬小麦不同生育期存在显著差异,SMBC和qSMBC均在扬花期达到最大值,分别为37.5～ 106.0 mg/kg、0.41; ～0.61;.各施肥处理全生育期SMBC平均含量为:高量氮磷钾化肥与有机肥配施(hNPKM)＞常量NPK化肥与有机肥配施(NPKM)＞氮磷钾化肥配施秸秆(NPKS)＞不施肥(CK)＞氮磷钾配施(NPK),其中hNPKM与NPKM处理、CK与NPK处理之间差异不显著.全生育期qSMBC的变化趋势为:NPKS＞ NPKM＞ CK＞ hNPKM＞ NPK.在试验中,尽管化肥配施秸秆(NPKS)的SMBC含量低于化肥与有机肥配施(hNPKM或NPKM),但其提高qSMBC的作用优于化肥配施有机肥或单施化肥(NPK),能够增加土壤活性有机碳在土壤总有机碳中所占的比例.相关性分析表明,SOC、SMBC含量均与碳投入量呈极显著线性正相关(P＜0.01),小麦籽粒产量与灰漠土SOC含量呈显著线性正相关(P＜0.05),而qSMBC与碳投入量无明显相关性.[结论]长期有机(有机肥、秸秆)无机肥料配施是新疆绿洲灰漠土农田增加土壤有机碳、提升土壤质量的有效措施,长期大量单施化学肥料不利于土壤肥力的保持.     

长期不同施肥下新疆灰漠土土壤呼吸特征研究

[目的]探讨长期不同施肥下新疆灰漠土的土壤呼吸变化特征,为西北干旱区灰漠土农田土壤碳通量的计算以及灰漠土固碳潜力的评估提供依据.[方法]在连续定位施肥22 a灰漠土长期试验的12个处理中选择5个处理,利用英国ACE土壤碳通量测量仪,对其呼吸速率进行24 h的连续监测.同时监测试验区气温和5 cm地表温度等相关气象数据.[结果]长期施用有机物料(NPKM、M、S)的土壤呼吸速率总体高于不施用有机物料(NPK、CK)的处理,以单施有机肥(M)处理对土壤呼吸速率的影响最为显著,秸秆还田处理其次.NPKM处理的土壤呼吸速率小于M和S,说明化肥配合有机肥的施肥方式能够减缓农田CO2的释放,长期施用有机物料处理的土壤呼吸速率对环境温度的敏感性大于不施用有机物料的土壤,陈NPKM处理外,其余处理与地表温度间存在线性关系.[结论]从农业固碳减排和土壤肥力培育的角度,有机无机配合施用是实现新疆农田地力提升和环境友好双赢的重要培肥措施.     

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.     

长期地膜覆盖与不同施肥处理对棕壤活性有机碳的影响

[目的]研究长期地膜覆盖与不同施肥处理对土壤活性有机碳的影响。[方法]采用KMnO4氧化法对沈阳农业大学棕壤长期定位实验站2003年玉米整个生长季内土壤活性有机碳含量的剖面变化进行了研究。试验设覆膜与裸地2种土壤。每种土壤设4个施肥水平,分别为CK、N、M、MNP。其中,CK为对照。N为单施氮肥处理,年施尿素N 270.0 kg/hm2。M为单施有机肥处理,施用的有机肥为厩肥,其有机肥含量为100.0 kg/g左右,全氮含量为10.0 kg/g左右,折合年施N量为270.0 kg/hm2。MNP为有机肥化肥配施处理,年施有机肥N 270.0 kg/hm2,化肥N 135.0 kg/hm2,P2O567.5 kg/hm2。[结果]土壤活性有机碳含量随着季节的变化而变化,剖面分布随深度的增加而下降。长期地膜覆盖使表层土壤活性有机碳显著增加,而对深层影响不显著。无论覆膜与否,不同施肥处理土壤活性有机碳含量变化趋势为:M>MNP>CK>N。有机肥化肥配施和单施有机肥处理都能显著提高土壤表层活性有机碳含量,而单施氮肥则对土壤活性有机碳影响不显著。[结论]地膜覆盖与施用有机肥是提高土壤活性有机碳含量的有效途径。     

长期施肥对褐土有机碳矿化的影响

以26 a长期定位施肥试验为依托,选取其中6个具有代表性的施肥处理:N_3P_3(单施化肥)、N_3P_4M_1(施用化肥及低量有机肥)、N_3P_1M_2(施用化肥及低量有机肥)、N_3P_2M_3(施用化肥及低量有机肥)、M_6(单施有机肥),以不施肥为对照(CK),采用室内模拟培养试验法研究了长期施肥对褐土有机碳矿化的影响,为科学管理褐土土壤肥力提供依据。结果表明,不同施肥处理使土壤有机碳含量提升了6.28%～156.75%,以M_6处理土壤有机碳含量最高。不同处理土壤有机碳矿化速率均在培养第2天达到峰值,随后急剧下降,第4天后各处理的土壤有机碳矿化速率变化趋于一致,且培养期间各处理土壤有机碳矿化速率随培养时间的变化符合对数函数关系。培养32 d后,各处理土壤有机碳累积矿化量介于1 021.12～2 066.86 mg/kg,以M_6处理最高,较CK提高了102.41%。长期施肥处理均降低了土壤有机碳累积矿化率,以M_6处理下降最明显,与CK相比,降低了2.35%。一级动力学方程的拟合结果表明,长期施肥处理均提高了土壤潜在可矿化有机碳量,以M_6提高最为显著。此外,长期施肥处理均提升了土壤有机碳库的周转速率,缩短了土壤有机碳库半周转期。综上,M_6、N_3P_4M_1、N_3P_1M_2、N_3P_2M_3处理在提高土壤有机碳累积矿化量的同时降低了其土壤有机碳累积矿化率,加强了土壤的固碳能力。单施有机肥可作为褐土培肥管理的最佳选择。     

滴灌棉田有机碳组分对不同比率有机无机肥配施的响应

[目的]研究有机无机肥配施对土壤有机碳的影响,寻求合理的有机无机配施的施肥策略.[方法]在滴灌条件下,通过设置CK(不施肥)、100; NPK (N 300 kg/hm2;P2O5 90 kg/hm2;K2O 60 kg/hm2)、80; NPK+OF1(80; NPK+有机肥3 000 kg/hm2)和60; NPK+ OF2(60; NPK+有机肥6 000 kghm2)四个处理,进行连续3年棉田定位试验,研究土壤总有机碳、活性有机碳、土壤碳库管理指数及微生物量碳等土壤碳库特征值对不同比率有机无机肥配施的响应.[结果]施用3 000 ～6 000 kg/hm2有机肥,替代20; ～ 40;化肥可显著(P＜0.05)提高土壤总有机碳与活性有机碳含量.在第3年,80; NPK+ OF1和60; NPK+ OF2处理土壤有机碳分别比100; NPK处理增加了1.31和1.76 g/kg,增幅为11.4;和15.3;,而土壤活性有机碳则分别比100; NPK处理增加了0.59和0.79 g/kg,增幅分别为22.6;和53.0;,且处理间差异均达到显著水平(P＜0.05).与100; NPK相比,施用3 000～6 000 kg/hm2有机肥可使土壤CPMI值增加28.2;～69.7;,并可显著增加微生物量碳(P＜0.05).[结论]施用3 000～6 000 kg/hm2的有机肥,替代20;～ 40;化肥可明显增加土壤总有机碳和活性有机碳,且活性有机碳比总有机碳更敏感,有机肥替代部分化肥的施肥策略对增加滴灌棉田土壤碳库质量、提高土壤肥力有明显效果.     

长期施肥下黄壤有机碳库演变及固存特征

【目的】了解农田土壤有机碳库的演变及其特征,对于提升和维持土壤质量、增加作物产量和减缓温室效应具有重要意义。【方法】依托贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验,分析长期(21 a)不同施肥处理下黄壤碳库容量变化、源汇关系、产量效应及黄壤碳库提升和维持的方法。【结果】(1)施有机肥处理土壤有机碳含量较化肥处理明显提升,且年增加速率明显高于化肥处理;(2)施有机肥处理有机碳储量显著高于施化肥处理,有机肥各处理比CK高13%~19%;(3)长期施肥条件下土壤有机碳储量变化与累积碳投入量呈显著渐进相关性,在目前较高的有机碳投入水平下,土壤有机碳的固持已接近饱和;(4)21 a黄壤累积碳投入量分界拐点值为54.29 t/hm2,当小于此值时,土壤固碳效率较高,为26.62%;当累积碳投入量大于此值时,固碳效率仅1.72%;(5)黄壤累积碳投入量与玉米产量亦有极显著相关性,但随着碳投入量的增加,产量增加明显变缓;(6)为避免有机碳库容提前达到饱和,增加资源浪费和环境污染风险,1/4M+3/4NPK施肥方案较合理。【结论】有机肥与化肥配施对黄壤有机碳含量、有机碳密度和固碳速率等提升有显著作用,但生产实践中,有机肥施用量不可过高,要因地制宜,找到适宜作物增产、土壤培肥和土壤碳库容量保持稳定变化的节点是农田生态系统固碳的核心。     

长期施肥下黄壤稻田土壤有机碳和全氮的演变特征

以贵州黄壤稻田19年长期施肥定位试验为基础,选取对照(CK)、单施氮肥(N)、单施有机肥(M)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5 MNPK)和常量有机无机肥配施(MNPK)6个施肥处理,通过历史土样收集、田间取样和室内分析,结合趋势拟合,研究不同施肥下黄壤稻田有机碳(SOC)和全氮(TN)的时序变化规律,阐明长期施肥下黄壤稻田土壤碳氮含量的演变特征,揭示土壤培肥和固碳供氮的关系,为合理施肥提供理论依据。结果表明,1995—2006年各处理土壤有机碳含量和全氮含量呈下降趋势,2006—2014年呈增长趋势,其中施用有机肥的处理(M、MNPK和0.5 MNPK)对土壤有机碳含量和全氮含量的提升幅度大于单施化肥处理(N、NPK)。2006—2014年除CK处理外,其他处理土壤有机碳含量演变趋势均为显著的线性增加,年增长率依次为0.62 g/kg(M)、0.61 g/kg(MNPK)、0.59 g/kg(0.5 MNPK)、0.49 g/kg(N)和0.40 g/kg(NPK),均显著高于CK(0.17 g/kg)。与2006年对比,2014年各施肥处理土壤全氮含量均有增加,其中M增幅最高(81.9%),其次是MNPK(52.9%)、NPK(45.2%)、0.5 MNPK(34.9%)和N(18.0%)。2006—2014年各施肥处理土壤全氮含量的演变趋势与有机碳含量大体相同,除CK处理和N处理外,其他各处理土壤全氮含量均呈显著增加趋势(P0.05)。经长期施肥后,黄壤稻田各处理土壤碳氮比稳定在12.3左右。单施有机肥或者有机无机肥配施可以显著增加土壤有机碳和全氮的含量。长期有机肥化肥配合施用是土壤培肥的最佳选择。     

不同施肥对黑土有机无机复合及腐殖质结合形态的影响

利用长期定位试验研究了施肥对黑土有机无机复合及腐殖质结合形态的影响.试验设不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、常量有机肥与化肥配施(NPKM1)、1.5倍有机肥与化肥配施(NPKM2)和秸秆与化肥配施(NPKS)5个处理.结果表明:长期合理施用化肥能使土壤有机碳、重组有机碳的含量和原土复合量趋于增加;有机无机配施能使土壤有机碳、重组有机碳、原土复合量、土壤追加复合量及追加复合度增加,而原土复合度降低,增加有机肥用量可以降低土壤追加复合度.施肥能促进土壤中各种结合形态的腐殖质绝对含量和土壤松/稳和松/紧比值增加,但以松结合态腐殖质增加的较多.不同处理中高用量的有机肥处理(NPKM2)效果更明显.有机无机配施有利于改善土壤有机无机复合状况,增强土壤对养分的供贮、调控能力,提高土壤肥力水平.