长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响

利用河南封丘潮土的13年长期施肥试验,采用Bremner法研究了潮土耕层有机氮组成的变化,分析了长期施肥对土壤有机氮组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成,其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮,氨基糖态氮含量最小。施有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例减小,主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989年试验开始时的土壤初始值相比,施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮磷钾的情况下,有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量,是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。     

长期有机肥与氮肥配施对潮土有机碳和有机氮组分的影响

以进行7年的小麦-玉米轮作农田有机肥与氮肥配施田间定位试验为基础,采用Bremner法测定有机氮组分,研究长期有机肥与氮肥配施对潮土0~30 cm土壤有机碳、全氮和有机氮组分的影响。结果表明:相比不施用有机肥,施有机肥22.5 t hm-2和30 t hm-2显著的提高了土壤有机碳、全氮,但有机肥7.5 t hm-2和15 t hm-2对土壤有机碳、有机氮的提高不显著。施用有机肥对有机氮各组分均有极显著影响,而施氮量180 kg hm-2,225 kg hm-2和270 kg hm-2对土壤全氮以及有机氮各组分的影响不显著,有机肥与氮肥配施仅对酸解氨态氮、氨基酸氮有显著影响。从潮土中有机氮组分上来看,酸解未知氮氨基酸氮酸解氨态氮氨基糖氮。有机碳与全氮、酸解氨态氮、氨基糖氮、非酸解氮有极显著相关性,全氮与酸解氮、酸解氨态氮、非酸解氮有极显著相关性,与氨基糖氮有显著相关性。     

长期施用化肥和有机肥下潮土干团聚体有机氮组分特征

依托中国科学院封丘农业生态实验站长期施肥试验,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、有机无机肥配施(1/2OM)、有机肥(OM)处理,对比研究27a连续施用化肥和有机肥对土壤机械稳定性团聚体及其有机氮组分的影响。结果表明,长期施用有机肥显著提高了耕层土壤中大于2 mm团聚体的比例,较CK提高了33%,较NPK增加了17%。施肥显著提高耕层团聚体中有机氮含量,以OM处理效果最明显,大于2 mm、2～0.25 mm、小于0.25 mm团聚体中酸解有机氮含量分别为776.4、837.7、625.3 mg·kg~(-1)。各团聚体中有机氮以酸解铵态氮为主,氨基糖态氮最少。长期单施化肥主要提高了大于2 mm团聚体中酸解铵态氮比例,施用有机肥提高了氨基酸态氮和酸解未知态氮含量及分配比例。长期施用有机肥使潮土结构明显改善,有利于耕层团聚体中全氮及有机氮各组分的积累,氨基酸态氮、氨基糖态氮、非酸解有机氮主要赋存于2～0.25 mm团聚体中,而酸解铵态氮和酸解未知态氮在大于2 mm团聚体中分布较多,有效地提高了土壤供氮能力。     

有机肥和化肥配施对黑土有机氮形态组成及分布的影响

研究了长期定位施用有机肥和化肥对黑土中有机氮各组分含量及其在土壤各层次中分布的影响。结果表明,在耕层土壤中,常量氮磷钾和倍量有机肥配施,有机氮中铵态氮、氨基酸态氮和氨基糖态氮含量最高,各组分含量在不同肥料处理中的顺序是酸不溶氮>氨基酸态氮>铵态氮>酸解未知氮>氨基糖态氮。不同施肥处理有机氮各组分含量随着土层的加深而下降,与有机质的变化规律一致;不同土层的C/N比值在9.03～12.49之间变动。     

有机氮部分替代化学氮肥对土壤有机氮组分的影响

为综合评价有机肥替代化肥应用效果,指导南方稻田科学施肥,研究了不同比例有机氮部分替代化学氮肥对土壤有机氮组分的影响。试验地位于湖南省长沙县高桥镇湖南省农业科学院科研试验基地,共设置 5 个处 理:单施化肥(NPK);15% 有机肥替代(15M);30% 有机肥替代(30M);45% 有机肥替代(45M);60% 有机肥替代(60M)。2021 年晚稻收获后,测定 0 ～ 20 cm 土层土壤全氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮、有机氮组 分含量。结果表明:相比单施化肥,有机氮部分替代化学氮肥显著提高了稻田耕层土壤的全氮含量,在等量氮磷养分投入条件下,15M、30M、45M 和 60M 处理相比单施化肥处理土壤全氮分别提高了 2.73%、10.93%、11.47%和 20.77%;有机氮部分替代化学氮肥提高了土壤可溶性有机氮和微生物生物量氮含量,其中可溶性有机氮提高了24.53% ～ 72.89%,微生物生物量氮提高了 0.92% ～ 44.42%;有机氮部分替代化学氮肥增加了土壤酸解氨基酸氮、酸解铵态氮和酸解氨基糖氮含量,降低了土壤非酸解氮含量;土壤全氮与可溶性有机氮、微生物生物量氮呈极显著正相关,可溶性有机氮、微生物生物量氮均与土壤酸解铵态氮、酸解氨基酸氮、酸解氨基糖氮存在极显著正相关关系。相比单施化肥,有机氮部分替代化学氮肥提高了土壤全氮、活性氮(可溶性有机氮和微生物生物量氮)以及酸解氮中酸解氨基酸氮、酸解铵态氮和酸解氨基糖氮的含量,有利于提高土壤供氮能力。土壤酸解铵态氮、酸解氨基酸氮和酸解氨基糖氮是影响土壤活性氮的关键因子,本研究中以 60M 处理替代化学氮肥培肥效果最优。     

水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响

为探讨水氮调控对设施土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响,通过膜下滴灌设施番茄田间定位试验,采用灌水下限(W_1、W_2、W_3)和施氮量(N_1、N_2、N_3)的两因素三水平随机区组设计,研究水氮调控对休耕期0—30cm土层土壤有机氮组分、全氮和矿质氮的影响。结果表明,不同水氮调控下,设施土壤有机氮主要是以酸解态氮为主,总体表现酸解态氮大于非酸解态氮含量。土壤有机氮组分在酸解态氮和非酸解态氮中分配比例差异明显。土壤有机氮各组分含量及占全氮比例的大小顺序为氨基酸氮/氨态氮未知氮氨基糖氮。除氨基糖氮,其余酸解态氮各组分和酸解总氮含量及其占全氮比例均随着土层深度的增加而降低,不同土层含量差异显著(P0.05)。土壤全氮、矿质氮和总有机氮含量随土层深度的增加也呈降低趋势,且含量差异达到极显著水平(P0.01)。除氨基糖氮,全氮与其他有机氮各组分、酸解总氮间均达到极显著正相关(P0.01);矿质氮仅与酸解氨态氮及酸解总氮的影响达到极显著(P0.01)和显著正相关(P0.05)。灌水下限、施氮量及水氮交互对设施土壤全氮、矿质氮和总有机氮及有机氮组分影响均达到极显著水平(P0.01)。因此,设施土壤氮素含量的变化与水氮管理模式紧密相关。氨态氮和氨基酸氮是设施土壤中最主要的有机氮形态,是土壤活性氮中的主要组分,亦是土壤供氮潜力的表征。考虑土壤供氮潜力,灌水下限35kPa、施氮量300kg/hm~2为该设施生产下最优的水氮管理措施。     

长期施肥条件下黑土有机碳和氮的动态变化

以黑土地区海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站的农田长期(1990～2004年)肥料定位试验土壤为试验材料,对不同施肥处理有机碳和氮进行了系统分析。结果表明,长期不施化肥(CK),土壤中有机碳、全氮、碱解氮及C/N呈现下降趋势;长期施用氮肥,土壤有机碳亏损速率较大,但土壤氮素变化较小,C/N保持相对稳定;长期施用磷肥,土壤有机碳含量下降速率较小,但全氮含量下降速率较大,因而C/N保持上升趋势;长期施用钾肥,土壤有机碳、氮及C/N变化趋势相同,但土壤有机碳含量下降速率较小,C/N增加较快。因此,通过调控化肥可以维持土壤的有机碳、全氮及碱解氮含量,保持土壤的持续生产力及提高作物产量。     

长期施用有机肥显著提升潮土有机碳组分

借助潮土36a长期定位施肥试验平台,利用物理化学相结合的方法,研究了不同施肥处理对耕层土壤有机碳组分的影响。试验处理包括不施肥(CK)、施氮磷钾肥不同组合(N、NP、NPK)、施有机肥(M)、施氮肥和有机肥(MN)、施氮磷肥和有机肥(MNP)及施氮磷钾肥和有机肥(MNPK)。结果表明:施肥能显著提高土壤易氧化有机碳(EOC)含量,与CK相比,MNPK处理提高效果最为显著,增幅为72.17%;NPK处理对颗粒有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)含量的提升效果高于N处理,但低于施有机肥处理;施有机肥处理的POC含量较不施有机肥处理平均增加92.69%,与CK相比,MNPK处理的POC分配比例增加了13.33%;施有机肥条件下,所增加的总有机碳对MOC的贡献率明显提高,MNPK处理所增加的总有机碳可1︰1进入POC和MOC组分。有机肥施用尤其是氮磷钾平衡施用并增施有机肥,能有效改善土壤化学性质、提升土壤碳组分含量、促进新碳在各碳组分均衡分配。     

长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响

【目的】作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。本文以25年长期定位施肥试验为依托,分析了不同施肥处理对栗褐土有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及栗褐土有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验开始于1988年,设置8个施肥处理为不施肥(CK);单施氮肥(N);氮磷肥合施(NP);单施低量有机肥(M1);低量有机肥与氮肥合施(M1N);低量有机肥与氮磷肥合施(M1NP);高量有机肥与氮肥合施(M2N);高量有机肥与氮磷肥合施(M2NP)。于第25年玉米播种前,采集以上处理的耕层(0—20 cm)土壤样品。借助有机碳物理分组方法和化学分析方法,测定了土壤总有机碳和有机碳各组分的含量。【结果】长期施用不同肥料不同程度地提高了栗褐土总有机碳、游离态颗粒有机碳以及闭蓄态颗粒有机碳含量,其中有机肥与化肥配施尤其是高量有机肥与化肥配施的作用更加明显。与不施肥相比,高量有机肥与无机肥配施(M2N、M2NP)总有机碳含量增加了121.1%、166.8%,游离态颗粒有机碳增加了239.2%、359.2%,闭蓄态颗粒有机碳增加了288.4%、289.9%。单施氮肥(N)及有机肥与氮磷肥配施(M1NP、M2NP)可显著提高矿物结合态有机碳含量,增幅分别为27.8%、34.8%、33.3%。不施肥条件下,栗褐土有机碳中颗粒有机碳与矿物结合态有机碳所占的比例相当,长期施肥提高了颗粒有机碳特别是闭蓄态颗粒有机碳的比例,降低矿物结合态有机碳所占的比例,闭蓄态颗粒有机碳成为栗褐土有机碳的主要贮存库。相关分析表明,长期施肥条件下栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳含量之间及其与总有机碳含量之间均呈极显著正相关,矿物结合态有机碳含量与总有机碳及其他组分的有机碳之间均无明显相关。【结论】化肥、有机肥以及有机肥与化肥配施能够提高栗褐土游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及总有机碳含量。高量有机肥与化肥配施更有助于栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳的积累,有利于土壤养分有效性的提高和有机碳品质的改善。氮肥单施、有机肥与氮磷肥配施则是提高矿物结合态有机碳含量的有效措施。     

不同土地利用方式对棕壤有机氮组分及其剖面分布的影响

研究了典型棕壤不同土地利用方式对有机氮组分及剖面分布的影响。结果表明,三种利用方式对耕层(020.cm)有机氮各组分影响最大。有机氮各组分含量总体趋势为林地柞树林地耕地,林地与柞树林地有机氮组分都是随剖面的加深而降低且基本达显著水平,耕地有机氮各组分在剖面中分布则明显不同。三种利用方式下土壤有机氮组分均以酸解性氮占主体,其占全氮的比例随利用程度的加强和剖面的加深而降低,非酸解性氮则相反。有机氮各组分占酸解氮的比例林地与柞树林地相同,均为氨基酸氮酸解未知态氮酸解氨态氮氨基糖氮;耕地为酸解未知态氮氨基酸态氮酸解氨态氮氨基糖态氮,其中酸解氨态氮的比例在040.cm土层明显高于林地、柞树林地。     

外源有机碳对黑土有机碳及颗粒有机碳的影响

为了阐释外源有机碳在土壤有机碳运转中的作用机制,以黑土为供试材料,进行了5年的室外培养试验,并结合室内全土及颗粒组分单独矿化培养试验,研究了不同外源有机碳对黑土有机碳(SOC)、颗粒有机碳(POC)含量及其矿化特征的影响。试验包括单施化肥、牛粪配施化肥、鸡粪配施化肥、秸秆配施化肥和树叶配施化肥5个处理。结果表明:(1)单施化肥黑土SOC的损失主要来源于POC的损失,外源有机碳有利于SOC和POC的累积,与对照相比,禽畜粪便处理的SOC和POC平均增加幅度分别为16.6%和27.8%,植物残体处理的SOC和POC平均增加幅度分别为27.0%和46.4%;(2)一级动力学方程能较好地描述SOC和POC的矿化动态(R~20.9),且POC比SOC易矿化,POC的60d累积矿化量是SOC的3倍以上;(3)禽畜粪便处理和植物残体处理的POC平均矿化率分别为31.5%和29.8%,禽畜粪便处理的POC更易矿化;(4)外源有机碳有效降低了黑土有机碳的矿化,尤其是牛粪,其SOC矿化率为1.9%,比对照低了3.4%,其POC矿化率为24.8%,比对照低17.4%;(5)外源有机碳在黑土中的碳累积能力表现为树叶秸秆牛粪鸡粪。     

Extraction of Soil Organic Nitrogen by Organic Acids and Role in Mineralization of Nitrogen in Soil

The solubilization of organic nitrogen (Norg) in soil was examined by using organic acids often present in root exudates. The organic acids tested were classified into two groups depending on their solubilizing ability for Norg in a soil sample. Oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate could dissolve Norg by increasing their concentrations, while succinate and glutarate could not dissolve Norg even when their concentrations were increased. The amount of organic N extracted with oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate showed a strong correlation with the sum of the amounts of Al and Fe in the extracts. Therefore, it was assumed that the solubilizing ability may be attributed to the structure of these organic acids that can form stable chelate compounds with Al and Fe (oxalate, malonate, tartarate, citrate and malate). Furthermore, the amount of 20 mM cit-rate-extractable Norg (CEON), which was the highest among the organic acids tested, showed a strong correlation with both that of 67 mM phosphate buffer, which is now being widely used as an index for estimating soil N availability in Japan, and N mineralized using an incubation method in 46 soil samples belonging to different soil types. These results suggested that CEON might be an important constituent of mineralizable Norg in soil. Therefore, organic acids secreted by crops play a role in the solubilization of available Norg surrounding the crop rhizosphere.     

有机物料对稻田土壤团聚体及有机碳分布的影响

通过连续5年定位试验,以紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料还田的稻田土壤为对象,研究有机物料还田后不同物理分组下土壤组成特点和有机碳变化特征。结果表明,稻田土壤团聚体主要分布在2~0.25mm与0.25~0.053mm粒级,团聚体颗粒有机碳含量随着粒径的减小而减少。有机物料还田可提高0.25~0.053mm和0.053mm粒级团聚体有机碳的含量,紫云英、秸秆、商品有机肥等有机物料可通过提高土壤微团聚体有机碳含量而增加土壤碳库。有机物料施用增加土壤轻组组分颗粒含量,减少重组组分颗粒含量,有助于土壤轻组组分的形成。稻田土壤轻组颗粒有机碳含量与0.25mm和0.053mm团聚体颗粒有机碳含量呈显著相关,与2~0.25mm团聚体颗粒有机碳含量呈极显著相关。稻田土壤施用紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料,可有效提高土壤微团聚体和轻组成分颗粒含量,增加土壤微团聚体和轻组有机碳含量,改变稻田土壤有机碳库组成特征。     

有机酸对石灰性潮土有机磷组分的影响

采用小麦盆栽试验的方法,研究了有机酸对石灰性潮土有机 P 组分含量及土壤 P 有效性的影响.结果表明:石灰性潮土的 4 种有机 P 组分中,以中度活性有机 P 为主,其次为高稳性有机 P 和中稳性有机 P ,活性有机P的含量最低;施用磷酸二氢钾和氟磷灰石后,土壤有机P总量和有机P各组分发生了变化;土壤经有机酸处理后,有机P总量增加,有机P总量的增加主要是中度活性有机P和活性有机P的增加.而中稳性有机P和高稳性有机P主要表现为下降,说明有机酸能够促进土壤有机P由有效性较低的形态逐步向有效性高的形态转化,从而进一步矿化为无机P或者被植物根系直接吸收,其中草酸的作用效果总体上较腐殖酸强;在P素供应不足的情况下,有机酸(草酸和腐殖酸)能够提高石灰性潮土中P的有效性,促进植物的正常生长.     

黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征

为研究黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳含量和δ~(13) C值的分布特征,探讨黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布和稳定性,为该地区黑土的合理利用及土壤的合理培肥提供理论依据,以黑土区不同有机碳含量的水稻土为研究对象,利用湿筛法和物理分组技术分离提取各级团聚体及其颗粒有机物,采用~(13) C稳定同位素质谱技术分析有机碳含量及其δ~(13) C值。结果表明,黑土区水稻土以2~0.25mm团聚体为主,土壤有机碳主要富集在0.25mm团聚体中,尤其是2~0.25mm团聚体中;团聚体有机碳的δ~(13) C值随团聚体粒级的减小而增大,2mm和2~0.25mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳截获或碳固定能力,而0.25~0.053mm和0.053mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均大于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳固持或稳定的能力;除B-2土样外,各土样均以2~0.25mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最大,以0.25~0.053mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最小,且该团聚体中颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(r=0.917,P0.01),表明微团聚体闭蓄态的颗粒有机碳对土壤有机碳的固持和稳定发挥重要作用。土壤颗粒有机碳及各级团聚体中颗粒有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳及各粒级团聚体中有机碳的δ~(13) C值,团聚体颗粒有机碳的δ~(13) C值也随团聚体粒级的减小而增大。因此,黑土区水稻土中0.25mm的水稳性团聚体是有机碳的主要载体,团聚体颗粒有机碳作为活性碳库,较总有机碳更易反映黑土区水稻土有机碳的周转变化,其敏感性随团聚体粒级的增大而增强。     

不同有机物料对苏打碱化土有机碳库和化学性质的影响

以内蒙古河套灌区苏打碱化土为研究对象开展田间试验,设置常规施肥(CK)、生物炭+常规施肥(BC)、牛粪+常规施肥(CD)、玉米秸秆+常规施肥(SW)和羊粪+常规施肥(GM)5个处理,研究不同有机物料添加对碱化土壤有机碳(SOC)库和化学性质的影响。分别于2019年和2020年收获季采集0—30 cm耕层土壤,分析不同有机物料添加下SOC及其活性碳组分和主要盐碱指标的变化特征及其相关关系。结果表明:与CK相比,2019年和2020年各有机物料添加处理下SOC平均增幅分别为22.7%和17.2%,土壤有机碳储量(SOCs)平均增幅分别为22.9%和18.2%;4种有机物料均提高了碱化土壤活性有机碳组分含量,其中,CD和GM处理下各活性碳组分含量增幅较其他处理更高;2019年各有机物料添加处理下碳库管理指数(CPMI)较CK提高53.8%~108.3%,2020年提高71.3%~144.1%(P＜0.05),CD和GM对CPMI的提升作用更明显。土壤化学性质方面,2020年各有机物添加处理下pH均显著下降,BC和CD处理下碱化度(ESP)分别显著下降36.9%和29.3%,CD处理下蔗糖酶活性提高36.7%(P＜0.05)。主成分分析(PCA)表明,影响苏打碱化土SOC含量变化的主要因素为活性有机碳组分和ESP。牛粪和羊粪施用对苏打碱化土有机碳库质量提升作用较好,生物炭施用对盐碱化指标改良效果最明显。     

土壤有机碳储量研究进展

如何有效进行土壤有机碳储量估算,世界各国都做了有益地探索和研究。本文通过对比分析目前国内外土壤有机碳相关研究成果,系统总结了土壤有机碳的研究背景、研究方法、评价指标及储量等主要成果,并指出了我国在土壤有机碳储量研究方面存在的若干问题。最后提出目前需要深入的几个研究方向,包括采用大比例尺地形图,进一步提高不同海拔地块土壤碳储量估算精度,加强土壤有机碳与气候相互作用机理分析,综合分析土地利用/覆盖变化对土壤有机碳的影响,并寻求不同时空条件下土壤有机碳估算方法。     

有机物料对红壤团聚体稳定性的影响

试验设置了对照(CK)、秸秆混匀(M-Str)、秸秆覆盖(Str)、生物质炭混匀(BC)和猪粪混匀(SM)5个处理,采用室内培养法研究有机物料种类与施用方式对红壤团聚体稳定性的影响。结果表明,秸秆混匀与猪粪处理下土壤有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWC)、土壤抗破碎性和团聚体水稳定性(MWD)显著提高(p0.05),而秸秆覆盖对土壤有机碳和土壤团聚体形成的提升作用不明显(p0.05)。相对于对照处理,生物质炭提高了土壤有机碳含量,但对团聚体稳定性的影响不显著(p0.05)。秸秆混匀和猪粪处理下团聚体稳定性的变化与土壤累积呼吸之间存在线性关系(p0.05)。可见,有机物的性质(秸秆、猪粪和生物质炭)与还田方式(混匀和覆盖)对红壤团聚体的稳定性存在显著差异。     

半干旱区不同土层深度土壤有机碳变化

选择内蒙古自治区赤峰市敖汉旗黄花甸子流域为研究对象,运用地统计学与ArcGIS空间分析工具相结合的方法研究了不同土层深度土壤有机碳含量、密度以及储量的变化情况。结果表明,不同土层有机碳含量与密度由高到低均表现为:表层(0—20cm)中层(20—60cm)底层(60—100cm)。表层土壤碳密度随海拔高度的增加而下降,有机碳含量呈现先增加后降低的趋势;底层土壤有机碳含量随海拔高度的改变无明显变化。同时海拔高度对土壤有机碳的影响也随土壤深度的增加而减小。研究区有机碳总储量为2.04×105 t,不同土层有机碳储量由高到低表现为:中层(8.56×104 t)底层(6.41×104 t)表层(5.47×104 t)。土壤有机碳储量与其对应海拔高度下面积的大小具有显著相关性。