长期施用有机肥增加黄壤稻田土壤微生物量碳氮

【目的】微生物量碳、氮是土壤中易于利用的养分库及有机物分解和矿化的动力,与土壤养分循环密切相关,其变化可反映土壤耕作制度和土壤肥力的变化。本研究旨在揭示长期施肥对贵州黄壤稻田土壤微生物生物量碳 (SMBC) 和土壤微生物生物量氮 (SMBN) 的影响,并探讨其合理培肥模式。【方法】以贵州黄壤肥力与肥效长期定位监测基地为依托,采用氯仿熏蒸—K₂SO₄提取法,重点研究不同施肥条件下土壤微生物生物量碳氮的变化及其与全量有机碳氮的关系。试验处理包括不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M)、低量有机无机肥配施 (0.5MNPK) 和高量有机无机肥配施 (MNPK)。【结果】长期不同施肥处理下,SMBC的变化范围在423.87～695.04 mg/kg之间,SMBN的变化范围在44.36～91.65 mg/kg之间。施用化肥 (NPK) 和施用有机肥及两者配施 (M、0.5MNPK和MNPK) 能增加SMBC和SMBN含量,其中MNPK处理较CK处理SMBC含量增幅最高,达64.0%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与M处理差异不明显;M处理较CK处理SMBN含量增幅最高,达106.6%,显著高于NPK和0.5MNPK处理,但与MNPK处理差异不明显;长期单施化肥 (NPK) 仅对SMBN含量有显著提高作用 (44.1%),对SMBC作用不明显。SOC、TN和微生物熵 (qMB) 的变化与SMBC一致,均表现为MNPK处理最高,其次为M和0.5MNPK处理,NPK处理最低;所有施肥处理下的SMBC/SMBN无显著性差异且均低于CK处理。【结论】土壤微生物碳、氮量和微生物熵的显著提高均与土壤有机质和全氮的含量变化呈正相关,单施有机肥和高量有机无机肥配施是提高土壤微生物生物量的有效途径。     

控释尿素对小麦-玉米产量及土壤氮素的影响

利用田间试验研究了包膜控释尿素对小麦-玉米产量、氮素利用效率、土壤氮素积累及移动的影响。结果表明,与施用普通尿素比较,小麦-玉米周年施用包膜控释尿素,在肥料用量减少20%和40%情况下,小麦-玉米总产量分别是100%普通尿素处理的97.4%和97.7%;控释尿素施氮量为60%处理的肥料农艺利用率和偏生产力分别比普通尿素提高11.57%和54.14%。控释尿素施氮量为80%处理的肥料农艺利用率和偏生产力分别提高6.40%和22.09%。施用控释尿素显著增加了0-20 cm土层的碱解氮和0～40cm土层的硝态氮含量;60-100 cm土层中,控释氮肥处理土壤硝态氮含量与不施氮肥处理差异不显著,普通尿素处理小麦收获后60～80 cm土层、玉米收获后60～100 cm土壤硝态氮显著高于不施氮肥处理,肥料氮素下移明显。试验结果显示,施用控释尿素增加了耕层（0～20 cm）土壤的氮素积累,减少了氮素向土壤深层移动的数量,有利于减少施肥对环境的不利影响。     

氮肥运筹对稻茬小麦土壤硝态氮含量时空分布和氮素利用的影响

研究了不同氮肥运筹对土壤硝态氮时空分布及小麦氮肥利用效率的影响。结果表明,小麦氮素利用效率随施氮量的增加而显著降低,增加追肥比例提高了产量和氮肥利用效率,品种间趋势一致。0～60 cm土层土壤硝态氮含量冬前最高,随着生育进程而逐渐降低。随施氮量增加土壤硝态氮含量升高,特别是下层土壤硝态氮含量在施氮处理下更为明显。从播种至成熟,不施氮处理土壤氮素出现了表观亏缺,施氮处理均表现氮素盈余,且随施氮量的增加而增加。因此,在小麦生产中应避免在播种时一次性大量施用氮肥,而分期施肥有利于小麦吸收利用,并且可以减少深层土壤硝态氮的累积。     

长期不同施肥处理对土壤活性氮库的影响

通过长期肥料定位试验,对不同施肥处理下草甸黑土活性氮库中几种重要组分含量变化及其相互之间的比例关系进行研究.结果表明,氮肥施用能够增加土壤中无机氮含量,以土壤剖面中硝态氮含量变化为例,除NPK配施处理外,其它施氮处理在180-200 cm土层硝态氮含量均显著增加,N,.P,K配施减少了土壤剖面中硝态氮累积.土壤表层微生物态氮和固定态铵含量的变化不仅取决于氮素的投入量,还与其它因素有关,长期单纯施用氮肥土壤微生物氮含量并没有增高.而N,P配施的处理,土壤微生物氮含量较高.施用氮肥抑制了土壤中可矿化氮的含量,促进氮的矿化释放,增加了活性氮库中其它组分的含量;不同施肥处理表层土壤氮素矿化速率从高到低的顺序是:CKPKPKNPNPKNKN,不同施肥处理对硝化速率的影响大小按PCKKPKNPNPKNNK顺序排列.     

东北棕壤长期不同施肥处理轮作大豆氮素吸收和土壤硝态氮特征

【目的】在玉米–玉米–大豆轮作体系下,基于棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对东北地区大豆生物量、产量、各部位吸氮量及收获期土壤0―100 cm硝态氮累积的影响,为该地区合理施肥提供理论依据和科学指导。【方法】棕壤肥料长期定位田间试验始于1979年,包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量厩肥(M1)及其与化肥配施(M1N和M1NPK)、高量厩肥(M2)及其与化肥配施(M2N和M2NPK)9个处理。厩肥为猪厩肥,1992年后大豆季不施猪厩肥,仅在玉米季相关处理中施用。39年后,调查分析了大豆生物量、产量、氮素吸收利用及大豆收获期0―100 cm土壤硝态氮累积特征。【结果】高量、低量厩肥配施化肥处理大豆生物量、产量、总吸氮量及各部位吸氮量均显著高于单施氮肥和不施肥处理,其中,M1NPK处理大豆生物量、产量和总吸氮量最高,分别为9107、2979和314.2 k g/h m^2,较其他处理分别提高了6.1%~133.6%、23.9%~232.5%和11.7%~359.4%。施肥提高了大豆氮收获指数,但氮素生理效率降低。NPK和M1NPK处理的氮素收获指数最高,均为63.5%,而氮素生理效率较CK分别降低了30.6%和28.1%。大豆收获期各处理土壤硝态氮累积量随土层深度的增加而降低。与播前相比,大豆收获期单施氮肥处理的0―100 cm土层硝态氮积累量显著增加,NPK处理变化不显著,M1、M1N和M1NPK处理显著降低。低量厩肥配施化肥处理收获期0―100 cm土壤硝态氮积累量远低于高量厩肥配施化肥处理,较播前平均降低了79.2%。所有处理中,土壤硝态氮积累量以M1NPK处理最低,比其他处理平均降低了58.2%。【结论】在东北棕壤地区玉米–玉米–大豆轮作体系下,玉米季低量厩肥(13.5 t/hm^2)与氮磷钾化肥配合施用时,大豆季仅施氮磷钾化肥既可提高大豆生物量、产量,促进氮素吸收,同时还可降低大豆收获期土壤硝态氮累积量,降低环境风险,是该轮作体系较为合理的施肥方式。     

长期施肥对土壤微生物生物量碳、氮及矿质态氮含量动态变化的影响

利用位于陕西杨凌的17年长期定位试验研究了长期不施肥(CK)、单施化肥(F)、化肥配施有机肥(F+M)和化肥加秸秆还田(F+S)处理对小麦-玉米轮作体系中作物不同生长时期土壤微生物生物量碳、氮(SMBC、SMBN)和矿质态氮含量的影响。结果表明,0—10 cm土层土壤SMBC、SMBN和矿质态氮含量的变化范围分别为264.8~752.2、37.51~14.8和3.83~8.5 mg/kg。不同处理相比,F+M处理中各采样时期(小麦苗期、拔节期、灌浆期及玉米播种期、大喇叭口期、灌浆期和收获后)土壤SMBC和SMBN含量均为最高,分别为不施肥对照的1.382~.65和1.892~.50倍;F+S处理矿质态氮含量最高,SMBC和SMBN也高于F和CK处理,大部分采样时期的差异达显著水平(P0.05);与CK相比,长期单施化肥也使各时期SMBC和SMBN含量提高。在小麦拔节期到灌浆期的旺盛生长阶段各施肥处理土壤SMBN含量均下降,而矿质态氮含量变化不大,处于较低水平;在玉米大喇叭口期到灌浆期的旺盛生长阶段,F+M、F+S和F处理土壤矿质态氮含量显著下降,而SMBN含量均有所升高。表明在土壤矿质态氮含量较高时,作物首先利用矿质态氮,而在土壤矿质态氮含量处于较低水平时,微生物固持的氮素可能会释放出来供作物吸收利用。     

玉米深松分层施肥和小麦限水灌溉对土壤微生物量碳、氮及酶活性的影响

小麦—玉米两熟为华北平原主要种植制度,以玉米季深松分层施肥和常规施肥定位试验为基础,研究小麦开花期土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)及酶活性对玉米季不同施肥方式和小麦不同灌水处理的响应。以冬小麦开花期农田土壤为研究对象,采用裂区试验设计,玉米季常规施肥(F1)和深松分层施肥(F2)为主区,小麦季3个灌溉处理为副区,分别为春季不灌水(W0)、春1水(拔节期灌水75 mm,W1)、春2水(拔节期和开花期灌水150 mm,W2)。结果表明:(1)玉米季深松施肥有利于提高氮、磷、钾的供应,改善土壤肥力,对小麦开花期耕层土壤理化性状影响显著。0—20,20—40 cm土层,F2W2处理土壤含水量和硝态氮含量显著高于其他处理,含水量受深松施肥和灌水的共同影响,而且互作效应显著;硝态氮受水分处理影响显著大于深松施肥因素。(2)SMBC和SMBN同时受深松施肥和灌水处理的共同影响,小麦季灌水处理可显著提高0—20 cm土层SMBC和SMBN含量,土壤含水量具有极显著影响(p<0.05),贡献率为78.3%;20—40 cm土层,玉米季施肥方式和小麦季灌水处理对SMBC和SMBN含量均有显著影响,且二者交互作用对SMBN影响显著,土壤含水量贡献率为86.3%。0—20 cm F2W2处理SMBN含量为94.16 mg/kg,显著高于其他处理;20—40 cm F2W2处理SMBN和SMBC含量分别为57.57,243.77 mg/kg,显著高于其他处理;SMBC和SMBN与有机碳、速效钾和硝态氮含量呈显著正相关,与土壤含水量呈极显著正相关。(3)玉米季相同施肥条件下,0—20 cm各处理土壤蔗糖酶、过氧化氢酶活性均表现为W2＞W1＞W0,且差异显著;小麦季相同水分管理条件下,0—20 cm土层蔗糖酶、过氧化氢酶活性F2处理最高,显著高于F1;0—20 cm土层蔗糖酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶与速效钾和速效磷呈显著正相关,2个土层土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性与土壤含水量呈显著或极显著正相关关系。(4)F2W2处理小麦产量最高,养分携出量较其他处理显著提高,小麦产量和养分携出量与土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性和微生物量碳、氮含量均呈显著或极显著正相关。因此,小麦季灌溉拔节水和开花水结合玉米季分层深松施肥管理措施可有效促进土壤养分活化,提升土壤质量和保障土壤可持续生产。     

施入~(15)N标记氮肥在长期不同培肥土壤的残留及其利用

采用盆栽试验和短期矿化培养相结合的方法,研究了施入15N标记氮肥(+N)及其与秸秆配施(+1/2N+1/2S)在3种长期(19年)不同培肥土壤(即:No-F,长期不施肥土壤;NPK,长期施用NPK化肥土壤;MNPK,长期有机无机肥配施土壤)中的残留及其矿化和作物吸收特性。结果表明,第一季小麦收获后,+1/2N+1/2S处理下三供试土壤和+N处理下的NPK和MNPK土壤残留肥料氮(残留15N)中有82.6%~95.1%以有机态存,而+N处理下No-F土壤残留15N有47.7%以矿质态存在。经过28 d矿化培养后,与NPK土壤相比,MNPK土壤氮素净矿化量显著增加,增幅为39%~49%;NPK和MNPK土壤残留肥料氮(残留15N)矿化量为1.23~1.90 mg kg-1,占总残留15N的2.78%~5.53%,均显著高于No-F土壤。与+N处理相比,+1/2N+1/2S处理显著提高了3供试土壤氮素净矿化量,但两施肥处理对NPK和MNPK土壤残留15N矿化量无显著影响。+N处理下No-F土壤残留15N的利用率为20%,显著高于NPK(9%)和MNPK(12%)土壤。两种施肥处理下,MNPK土壤残留15N的利用率均显著高于NPK土壤。短期培养期间土壤氮素矿化量和第二季小麦生育期作物吸氮量呈显著性正相关,而残留15N矿化量和第二季小麦吸收残留15N量间无显著性相关关系。长期有机无机配施可以提高土壤残留肥料氮的矿化量及有效性。     

氮肥运筹对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长及氮素利用的影响

以宁麦9号为材料,研究施氮量及氮肥基追比例对稻茬小麦土壤硝态氮含量、根系生长、植株氮素积累量、产量和氮素利用效率的影响。结果表明,拔节前0-60cm土层硝态氮含量随基施氮量的增加而显著增加,随生育进程的推进各处理硝态氮显著向下层土壤淋洗;拔节期追施氮肥显著提高了孕穗期0-40cm土层硝态氮含量,且随追施氮量的增加而显著增加,N300和N3/7处理硝态氮显著向40-60cm土层淋洗。根系主要生长于0-20cm土层,拔节前各土层根长密度均随基施氮量的增加而增加,拔节后则随施氮量增加和适当的追肥比例而增加。各施氮处理均以拔节至开花期为小麦氮素积累高峰期。适宜增加施氮量并适当提高追肥比例,有利于提高产量、植株氮素积累量和氮素利用效率。因此,在小麦生产中,适当降低施氮量并提高拔节期追肥比例有利于促进小麦根系生长和植株氮素积累,进而提高小麦产量并减少硝态氮淋洗损失。     

水稻秸秆还田配施肥料对小麦产量和氮素利用的影响

为了解高C/N比秸秆还田与肥料施用对金坛地区小麦产量和氮素利用的影响，通过设置大田试验，研究了稻秸还田与肥料施用对麦季土壤养分、微生物生物量、作物产量和氮肥利用率的影响。结果表明：稻秸还田配施肥料能够提高土壤速效养分含量。单施肥仅显著影响拔节期微生物生物量碳，单施稻秸显著影响拔节期和抽穗期微生物生物量氮，稻秸还田和肥料施用的交互作用在拔节期显著影响土壤微生物生物量和微生物熵。单施肥、稻秸配施肥料处理的氮肥表观利用率分别为31%和37%，稻秸配施肥料后的氮肥农学利用率和偏生产力表明每kg纯氮增产幅度约为6.86 kg籽粒。单施肥和稻秸配施肥料显著增加了小麦每穗粒数及千粒重，并且理论产量分别增加211%和319%，实际产量则分别增加119%和231%，而单施稻秸处理的实产却减产21%。综合分析认为，稻秸还田搭配肥料施用，能够保证当季土壤有效氮供应，促进土壤有机质转化为更易被微生物利用的形态，提高养分有效性，促进小麦对氮素的吸收利用，有利于每穗粒数和千粒重的增加，从而最终提高小麦的产量。     

Fate of residual 15N-labeled fertilizer in dryland farming systems on soils of contrasting fertility

Abstract

Up to 50% of nitrogen (N) fertilizer can remain in soil after crop harvest in dryland farming. Understanding the fate of this residual fertilizer N in soil is important for evaluating its overall use efficiency and environmental effect. Nitrogen-15 (¹⁵N)-labeled urea (165 kg N ha^?1) was applied to winter wheat (Triticum aestivum L.) growing in three different fertilized soils (no fertilizer, No-F; inorganic nitrogen, phosphorus and potassium fertilization, NPK; and manure plus inorganic NPK fertilization, MNPK) from a long-term trial (19 years) on the south of the Loess Plateau, China. The fate of residual fertilizer N in soils over summer fallow and the second winter wheat growing season was examined. The amount of the residual fertilizer N was highest in the No-F soil (116 kg ha^?1), and next was NPK soil (60 kg ha^?1), then the MNPK soil (43 kg ha^?1) after the first winter wheat harvest. The residual fertilizer N in the No-F soil was mainly in mineral form (43% of the residual ¹⁵N), and for the NPK and MNPK soils, it was mainly in organic form. The loss rate of residual ¹⁵N in No-F soil over summer fallow was as high as 48%, and significantly (P < 0.05) higher than that in the NPK soil (22%) and MNPK soil (19%). The residual ¹⁵N use efficiency (RNUE) by the second winter wheat was 13% in the No-F soil, 6% in the NPK soil and 8% in the MNPK soil. These were equivalent to 9.0, 2.0 and 2.2% of applied ¹⁵N. The total ¹⁵N recovery (¹⁵N uptake by crops and residual in 0–100 cm soil layer) in the MNPK and NPK soils (84.5% and 86.6%, respectively) were both significantly higher than that in the No-F soil (59%) after two growing seasons. The ¹⁵N uptake by wheat in two growing seasons was higher in the MNPK soil than in NPK soil. Therefore, we conclude that a high proportion of the residual ¹⁵N was lost during the summer fallow under different land management in dryland farming, and that long-term combined application of manure with inorganic fertilizer could increase the fertilizer N uptake and decrease N loss.     

Effect of long-term fertilization on 15N uptake and retention in soil

We did a pot experiment with three different fertilized soils (no fertilizer (No-F), inorganic fertilizer nitrogen, phosphorus and potassium (NPK), manure plus inorganic fertilizer (MNPK)) from a 19-year fertilizer trial. Three N treatments, (1) no N, (2) 100 mg/kg urea-¹⁵N (N), (3) 50 mg/kg urea-¹⁵N + 50 mg/kg corn straw-N (1/2N + 1/2S), were applied to each soil. The residual soil from the same treatments was used to grow second wheat crop. The MNPK soil had significantly higher nitrogen use efficiency (NUE) in the first growing season, and lower N loss than the NPK, and No-F soils. The 1/2N + 1/2S treatment decreased NUE on each soil, even though the MNPK soil still had highest NUE and lowest N loss. The residual ¹⁵N use efficiency (RNUE) in 1/2N + 1/2S treatment of MNPK soil was higher than NPK and No-F soils. We concluded that long-term application of manure plus inorganic fertilizer increased NUE and decreased N loss.     

Fate of 15 N-labeled fertilizer in soils under dryland agriculture after 19 years of different fertilizations

This study addressed if long-term combined application of organic manure and inorganic fertilizers could improve the synchrony between nitrogen (N) supply and crop demand. ¹⁵?N-labeled urea was applied to micro-plots within three different fertilized treatments (no fertilizer, No-F soil; inorganic NPK fertilizers, NPK soil; and manure plus inorganic NPK fertilizers, MNPK soil) of a long-term field trial (1990–2009) in a dryland wheat field in the south Loess Plateau, China. After one season of wheat harvest, ¹⁵?N use efficiency was 20, 58, and 65 % in the No-F, NPK, and MNPK soil, respectively. During the early wheat growth stage, microbial immobilization of applied ¹⁵?N was significantly (P?<?0.05) highest in the MNPK soil (15.3 %), higher in the NPK soil (12.6 %), and lowest in the No-F soil (7.4 %). Of the ¹⁵?N immobilized by the soil microbial biomass, 69 % (NPK soil) to 83 % (MNPK soil) was released between the stem elongation and flowering of wheat. Compared with the NPK soil, the MNPK soil had significantly (P?<?0.05) higher grain yield. Our findings highlight that long-term application of organic manure with inorganic fertilizers cannot only improve the synchrony of N supply for crop demand but also increase N use efficiency and grain yield.     

西南黄壤性水稻土长期不同施肥模式下作物产量及氮肥利用率演变特征

为了解西南黄壤性水稻土长期施肥效应,通过连续19年长期定位试验,分析了西南黄壤性水稻土单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、1/2有机肥和1/2化肥配施(0.5MNPK)、全量有机肥和全量化肥配施(MNPK)4种施肥模式对作物产量、氮肥利用率的影响及变化特征。结果表明:长期施用化肥或有机肥可显著增加作物产量,NPK、M、0.5MNPK、MNPK比CK分别显著增产56.2%、57.8%、65.0%、74.0%;各施肥处理氮肥偏生产力(PFP_N)、氮肥内部利用率(IE_N)、氮肥回收利用率(RE_N)、氮肥累积利用率(ARE_N)分别为10.9~20.7kg·kg~(-1)、44.7~53.8 kg·kg~(-1)、13.6%~19.6%、12.0%~16.9%,均以0.5MNPK最高,MNPK最低,高量氮肥施用导致氮肥利用率较低;长期单施化肥处理氮肥利用率随时间保持持平或呈下降趋势,施用有机肥的各处理氮肥利用率随时间呈显著上升趋势,尤其是氮肥累积利用率呈极显著上升趋势。长期施用有机肥尤其是有机无机配施作物产量稳定且氮肥利用率稳步提高。因此,常年高量施氮的黄壤性水稻土可适量减少氮肥用量,相应的进行有机无机肥料的合理配施是提高作物产量和肥料利用率的有效措施。     

Long‐term effects of manure and fertilization on soil organic matter and quality parameters of a calcareous soil in NW China

Long‐term applications of inorganic fertilizers and farmyard manure influence organic matter as well as other soil‐quality parameters, but the magnitude of change depends on soil‐climatic conditions. Effects of 22 annual applications (1982–2003) of N, P, and K inorganic fertilizers and farmyard manure (M) on total organic carbon (TOC) and nitrogen (TON), light‐fraction organic C (LFOC) and N (LFON), microbial‐biomass C (MB‐C) and N (MB‐N), total and extractable P, total and exchangeable K, and pH in 0–20 cm soil, nitrate‐N (NO ‐N) in 0–210 cm soil, and N, P, and K balance sheets were determined using a field experiment established in 1982 on a calcareous desert soil (Orthic Anthrosol) at Zhangye, Gansu, China. A rotation of irrigated wheat (Triticum aestivum L.)‐wheat‐corn (Zea mays L.) was used to compare the control, N, NP, NPK, M, MN, MNP, and MNPK treatments. Annual additions of inorganic fertilizers for 22 y increased mass of LFON, MB‐N, total P, extractable P, and exchangeable K in topsoil. This effect was generally enhanced with manure application. Application of manure also increased mass of TOC and MB‐C in soil, and tended to increase LFOC, TON, and MB‐N. There was no noticeable effect of fertilizer and manure application on soil pH. There was a close relationship between some soil‐quality parameters and the amount of C or N in straw that was returned to the soil. The N fertilizer alone resulted in accumulation of large amounts of NO ‐N at the 0–210 cm soil depth, accounting for 6% of the total applied N, but had the lowest recovery of applied N in the crop (34%). Manure alone resulted in higher NO ‐N in the soil profile compared with the control, and the MN treatment had the highest amount of NO ‐N in the soil profile. Application of N in combination with P and/or K fertilizers in both manured and unmanured treatments usually reduced NO ‐N accumulation in the soil profile compared with N alone and increased the N recovery in the crop as much as 66%. The N that was unaccounted for, as a percentage of applied N, was highest in the N‐alone treatment (60%) and lowest in the NPK treatment (30%). In the manure + chemical fertilizer treatments, the unaccounted N ranged from 35% to 43%. Long‐term P fertilization resulted in accumulation of extractable P in the surface soil. Compared to the control, the amount of P in soil‐plant system was surplus in plots that received P as fertilizer and/or manure, and the unaccounted P as percentage of applied P ranged from 64% to 80%. In the no‐manure plots, the unaccounted P decreased from 72% in NP to 64% in NPK treatment from increased P uptake due to balanced fertilization. Compared to the control, the amount of K in soil‐plant system was deficit in NPK treatment, i.e., the recovery of K in soil + plant was more than the amount of applied K. In manure treatments, the recovery of applied K in crop increased from 26% in M to 61% in MNPK treatment, but the unaccounted K decreased from 72% in M to 37% in MNPK treatment. The findings indicated that integrated application of N, P, and K fertilizers and manure is an important strategy to maintain or increase soil organic C and N, improve soil fertility, maintain nutrients balance, and minimize damage to the environment, while also improving crop yield.     

长期不同施肥措施下黑土作物产量与养分平衡特征

为了明确长期不同施肥措施下黑土作物产量及养分平衡特征,利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验,以小麦-大豆-玉米轮作(3a)为一个周期,选取对照(不施肥,记作CK)、常量氮磷钾化肥配施(小麦施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为75、150 kg/hm2,玉米施N、P2O5量分别为150、75 kg/hm2,K2O共施75 kg/hm2,记作NPK)、常量有机肥(施肥18 600 kg/hm2,记作M)、常量化肥有机肥配施(化肥施量同NPK,有机肥施量同M,记作MNPK)和二倍量氮磷化肥有机肥配施(小麦施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,大豆施N、P2O5量分别为150、300 kg/hm2,、玉米施N、P2O5量分别为300、150 kg/hm2,有机肥共37 200 kg/hm2,记作M2N2P2)5个处理,研究了不同作物的平均产量、产量年际变化和土壤养分表观平衡。结果表明:1)较CK,长期平衡施用化肥或化肥配施有机肥提高了作物产量,多年平均增产率分别在82.5%~91.6%(小麦)和35.6%~40.9%(玉米)之间。长期不同施肥措施增产效果表现为M2N2P2MNPKNPKM,有机无机肥配施与单施化肥处理间作物产量差异不显著。2)长期不施肥处理小麦和玉米产量随试验年限推移呈下降趋势,降幅分别为13.93和42.61 kg/(hm2·a),大豆则以7.409 kg/(hm2·a)的速率增加。施肥处理小麦、大豆和玉米产量随试验年限的增加呈总体上升的趋势。3)在该试验条件下,长期施用常量化肥处理(NPK)和常量化肥有机肥配施处理(MNPK)土壤氮亏缺量分别为29.7和17.5 kg/hm2,磷盈余量分别为33.4和61.2 kg/hm2。各处理土壤中钾素均表现为亏缺,亏缺量在30.4~73.0 kg/hm2之间。MNPK处理氮、钾供应状况有所改善,较NPK处理分别增加12.2和27.6 kg/hm2。4)作物产量与土壤有机质、碱解氮、有效磷、降雨量、生育期日平均气温呈显著正相关关系(P0.05)。5)在黑土小麦-大豆-玉米典型轮作制度下,基于土壤养分平衡特征提出"稳氮、减磷和增钾"的施肥策略。该研究为评价和建立长期施肥模式、促进粮食持续生产提供依据。     

长期不同施肥措施下塿土细菌群落结构变化及其主要影响因素

? 【目的】 ?研究不同施肥处理下土壤细菌群落的特征，为建立促进土壤生态系统稳定和健康的养分管理制度提供依据。? 【方法】 ?陕西省杨凌示范区“国家黄土肥力与肥料效益监测基地”的28年长期定位试验始于1990年秋，种植制度为冬小麦–夏休闲，无灌溉。本研究选取定位试验中不施肥 (CK)、施用氮磷钾肥 (N、P₂O₅、K₂O分别为135、108、67.5 kg/hm2，NPK) 和有机无机肥配施 (70% N来自牛粪，MNPK) 3个处理。于2018年6月小麦收获后采集0—20 cm耕层土样，测定养分含量、含水量、微生物量碳含量、微生物量氮含量及目标土壤微生物。以1%琼脂糖凝胶电泳法检测土壤中DNA，根据97%相似度对序列进行OTU聚类、α多样性分析 (包括Shannon、ACE和Chao1等指数)，使用CANOCO 4.5软件对土壤细菌门水平群落结构、细菌相对丰度等与土壤理化性质进行冗余分析。? 【结果】 ?与CK相比，NPK和MNPK处理显著提高了土壤有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮、硝态氮和铵态氮含量，显著降低了土壤pH值。不同处理细菌基因拷贝数为每克干土6.69 × 109～16.46 × 109，与CK相比，NPK和MNPK处理细菌数量分别提高了77%和146%。MNPK处理的土壤细菌Shannon多样性指数显著高于CK和NPK处理，而Simpson指数显著低于CK和NPK处理，NPK与CK处理间两个指数无显著差异。3个处理的细菌丰富度指数 (Chao1指数和ACE指数) 和均匀度指数均没有显著差异。在门水平上，共获得35个细菌类群，其中，放线菌门 (Actinobacteria)、变形菌门 (Proteobacteria)、酸杆菌门 (Acidobacteria) 和绿弯菌门 (Chloroflexi) 为主要优势菌门 (相对丰度 > 10%)，占到全部菌门的80.1%～81.7%。与CK相比，MNPK处理显著降低了放线菌门 (F = 5.845，P < 0.05) 的相对丰度，增加了拟杆菌门 (F = 4.461，P < 0.05) 的相对丰度，3个处理间其他菌门均无显著差异。冗余分析结果显示，CK与NPK、MNPK处理的土壤细菌群落结构具有明显差异，且MNPK处理对土壤细菌群落组成的影响更大。土壤理化性质对细菌菌群影响表现为:土壤硝态氮 > 可溶性有机碳 > pH > 铵态氮 > 有机碳 > 土壤含水量，这些理化因子均是影响微生物生长的关键因子。? 【结论】 ?关中土区旱作雨养条件下，化肥平衡施用和有机无机肥配施均显著提高了土壤中细菌数量、多样性和丰富度，有机无机肥配施还改变了细菌群落结构，特别是降低了放线菌门、增加了拟杆菌门的丰度，更有利于土壤生态系统的稳定和健康。     

等氮条件下长期有机无机配施对春玉米的氮素吸收利用和土壤无机氮的影响

【目的】研究等氮量投入条件下,长期使用不同有机物料替代无机肥的适宜比例对玉米氮养分累积、运移和氮肥利用效率和产量的影响,可以为吉林黑土区春玉米高效施肥,维持并提高土壤肥力提供理论依据。【方法】以国家(公主岭)黑土肥力与肥料效益长期定位试验为研究平台,玉米品种郑单958为供试作物,设5个不同处理,即:不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷钾化肥(NPK)、粪肥+NPK(MNPK)、秸秆还田+NPK(SNPK)。在玉米苗期、拔节期、大喇叭口期、抽丝期、灌浆期和成熟期采集地上部植株样品,分析玉米植株不同部位的氮含量和累积量以及运移比例,计算氮肥利用效率。【结果】在玉米各生育时期,MNPK处理氮素累积量均高于NPK和SNPK处理;拔节期至大喇叭口期氮素累积量为19.67~86.44 kg/hm2,其中MNPK氮素累积量达到86.44 kg/hm2,为氮素累积量增加最多、吸收速率最快的时期;在成熟期,MNPK、NPK、SNPK、N和CK处理植株氮素总累积量分别达到286.2、276.2、249.4、151.7和63.6 kg/hm2,SNPK处理氮素累积量略低于NPK处理,MNPK显著高于NPK和SNPK(P0.05)。MNPK、SNPK、NPK和N处理中,叶和茎鞘总氮素转移量分别为99.0、79.7、87.2和41.8 kg/hm2,总的转移氮素对籽粒的贡献率分别为51.0%、47.7%、47.2%和43.4%,以MNPK处理的总氮素转移量和转移氮素对籽粒贡献率最高,与其他处理差异显著。在各处理中,MNPK、NPK和SNPK三个处理的氮肥偏生产力(PFP)均大于60kg/kg,以MNPK最高,达到65.4 kg/kg。与化肥NPK处理比较,SNPK氮素偏生产力和收获指数差异不显著。MNPK处理土壤无机氮的含量在玉米整个生育期一直高于化肥NPK处理,并在玉米大喇叭口期达到最高,达到60.83 mg/kg,并与其他处理差异显著。【结论】长期有机无机配合施用,不仅能有效调节氮素积累和转运,还能提高氮肥利用效率。在适宜氮用量为165 kg/hm2时,以农家肥氮替代70%,或秸秆氮替代30%化肥氮素,既减少化肥氮投入,又增加了土壤供氮能力,因此,有机肥氮替代部分化肥氮是吉林省黑土区春玉米氮素管理的有效途径之一。