长期施肥下新疆灰漠土有机碳及作物产量演变

为明确长期不同施肥下新疆灰漠土有机碳和作物产量演变特征,依托始于1990年的灰漠土肥力长期定位监测试验,选择对照(CK,不施肥)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、氮磷钾配合常量有机肥(NPKM)、氮磷钾配合高量有机肥(h NPKM,有机肥施用量为NPKM的2倍)、氮磷钾配合秸秆还田(NPKS)6个处理,分析不同处理下土壤有机碳和小麦、玉米产量演变特征,探讨碳投入及有机碳与作物产量的关系。结果表明:1)长期耗竭种植(CK)、连续施用NP或NPK肥,灰漠土有机碳含量持续下降,年均下降速率分别为0.094 g·kg~(-1)、0.043 g·kg~(-1)和0.053 g·kg~(-1),表明施化肥(NP、NPK)不能维持土壤有机碳含量,不利于土壤肥力的保持。NPKM和h NPKM处理,土壤有机碳显著增加,年均增加0.360 g·kg~(-1)和0.575 g·kg~(-1),增施有机肥是快速提高灰漠土肥力的重要措施。秸秆还田处理(NKPS),土壤有机碳年均增幅0.006 g·kg~(-1),与NPK处理对比,秸秆还田虽没有大幅度提高土壤有机碳,但维持了土壤肥力。2)较CK,长期化肥有机肥配施(NPKM、h NPKM)显著增加了作物产量(P0.05)。与NP和NPK比较,长期化肥有机肥配施显著提高了小麦产量(P0.05),但玉米产量与施化肥处理差异不显著(P0.05),玉米产量以平衡施肥(NPK)的增幅最高,达到220 kg·hm~(-2)·a~(-1)。小麦的产量变异系数(29.1%~43.9%)高于玉米产量变异(19.0%~32.7%)。化肥配合秸秆还田(NPKS)处理的小麦增产幅度与高量施用有机肥(h NPKM)处理接近,喻示了秸秆还田对作物增产的作用不可忽视。3)碳投入与土壤有机碳和小麦、玉米产量有显著线性正相关(P0.05)。基于以上分析,在干旱区灰漠土增加土壤碳投入(有机肥或秸秆)仍然是最基本的土壤培肥措施。     

长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤有效养分影响

利用中国农业科学院红壤实验站开始于1982年的水稻长期定位试验,研究长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤速效氮、磷、钾含量的动态变化(1982—2011年)特征。29年研究结果表明:长期有机无机肥配施(NPKM)能提高水稻产量,培肥地力。长期施用化肥(NPK)导致水稻产量降低。稻谷产量随着施肥量的增加而增加。在等氮投入情况下,增施化学磷肥的增产效应要高于化学钾肥,且早稻表现尤为明显;长期单施有机肥和单施化肥对稻谷产量的影响没有显著差异。随着施肥时间的延长,各处理水稻产量差异越显著。各施肥处理土壤碱解氮增加速率表现为慢-快-慢三个阶段,有机肥的施用相较单施化肥,能够显著提高土壤碱解氮含量(p0.05)。土壤有效磷的累积主要与化学磷肥的施用有关,各施肥处理土壤有效磷历年平均含量变化趋势为:NPKM、NPM、PKMNPKM、NKM(p0.01);土壤速效钾以有机肥和化学钾肥配施的处理(NPKM、NKM、PKM)增加最快,单施化学肥料的处理(NPK)增加最慢。随着氮、磷施用量的增加,土壤中氮、磷素出现盈余,但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量;各处理土壤中钾素均表现为亏缺状态,红壤性水稻田至少每年应补充投入钾素200 kg hm-2才能基本维持土壤钾素平衡。     

长期施钾对双季玉米钾素吸收利用和土壤钾素平衡的影响

  【目的】  玉米 (Zea mays L.) 生产需要投入大量的钾素营养。研究长期大量投入钾素对玉米钾素吸收利用以及土壤钾素平衡的影响，旨在保障该地区双季玉米的高产高效和土壤钾库平衡。  【方法】  红壤钾肥长期定位试验位于江西省进贤县，始于1986年，种植制度为一年两季玉米。试验处理包括不施肥对照 (CK)，氮磷化肥 处理(NP)，氮磷钾化肥处理(NPK)，2倍量的氮磷钾化肥处理 (DNPK)，氮磷钾化肥+有机肥处理 (NPKM) 和单施有机肥处理 (OM)。每季收获后，调查分析玉米产量和钾素含量，以及耕层土壤有效钾含量，计算玉米钾素吸收量、钾肥利用率、钾肥收获指数、钾肥农学效率和土壤钾素表观平衡；并以每10年为一个阶段，分析玉米产量、钾素吸收利用等指标及耕层土壤速效钾含量、钾素表观平衡等的变化规律。  【结果】  在试验的33年（1986—2018）间，NPK、DNPK、NPKM和OM处理的玉米年均产量和年均吸钾量均显著高于NP处理。在试验的第一个10年 (1986—1995年) 间，各钾肥处理间玉米产量和吸钾量无显著差异；而在第3个10年 (2006—2015) 和后3年 (2016—2018年) 间，NPKM处理的玉米年产量和年吸钾量分别比NPK处理提高了129.9%～246.7%和55.2%～62.1%。33年玉米的年均钾肥利用率以OM处理最高，而DNPK处理显著低于其他处理。在2006—2015和2016—2018年，NPKM处理的钾肥利用率显著高于DNPK处理，在2016—2018年间分别比NPK和DNPK处理显著增加了56.0%和119.2%。与NPK处理相比，1996—2005、2006—2015和2016—2018年间NPKM处理的年钾肥收获指数分别提高了61.6%、53.5%和35.8%，年钾肥农学效率分别增加了23.3%、227.8%和445.5%。除了1986—1995年间OM处理土壤钾素为亏缺外，其他施钾处理的土壤钾素均为盈余，NPKM处理的钾盈余量比NPK处理增加了53.2%～211.6%。钾素盈余量与耕层土壤速效钾含量显著相关 (P < 0.001)，钾素盈余量每增加1 kg/hm2，2016—2018年间耕层土壤速效钾含量增加2.60 mg/kg，明显高于1996—2005和2006—2015年的1.40和1.18 mg/kg。  【结论】  除前10年的单施有机肥处理外，其他施用钾肥处理在试验期间土壤钾素均处于盈余状态，钾肥施用量和钾肥来源对玉米钾素的吸收量没有显著影响。试验20年之后，有机无机肥配施对玉米产量、吸钾量和钾肥利用率的提升优势逐渐凸显。同时，长期施用钾肥导致的钾素盈余量增加会进一步提升耕层土壤速效钾含量，且随着试验年限的延长，钾素盈余量对耕层土壤速效钾的提升作用逐渐增加。     

有机钾与化学钾肥配施对黔中马铃薯产量、品质及钾素平衡的影响

为探究秸秆钾与化学钾肥配施对黔中地区马铃薯产量、品质及土壤钾平衡的影响,为黔中地区秸秆钾和钾肥资源合理利用提供科学依据。以马铃薯宣薯2号为供试作物,设置不施钾肥(NP)、化学钾肥(NPK)、秸秆钾肥(S)、化学钾肥+秸秆钾肥(NPKS)、高量化学钾肥(NPK1)5个处理,研究秸秆钾与化肥钾对马铃薯产量、品质及土壤钾素平衡的影响。结果表明:在氮、磷养分满足的条件下,单施化学钾肥与秸秆钾、秸秆钾与化学钾肥配施,较NP均有明显增产效应,表现为NPKSNPK1NPKSNP,秸秆钾与化学钾肥配施增产效果最好,随着种植年限增长年度间产量变异系数变小,有利于稳产;养分吸收量与品质(淀粉、Vc含量)均随着钾素的增加逐渐增加,但还原糖、硝酸盐含量却随着钾素增加而逐渐降低;无论高、低钾素条件下,化学钾肥与秸秆钾对养分吸收量与品质影响都呈相似的趋势,仅钾吸收量、Vc含量达到差异显著水平。土壤钾素表观盈亏来看,土壤钾素含量为129.2 kg/hm~2时能满足马铃薯生长所需。因此,高钾情况下土壤钾素处于盈余状态,NPKS、NPK1、NPK、S处理的钾素表观平衡系数分别为1.36、1.51、0.65、0.63。综上所述,在施用充足氮、磷肥的基础上,秸秆钾与化学钾肥配施(施钾量225 kg/hm~2)显著增加马铃薯产量、养分吸收和品质的同时,有利于钾素的收支平衡,减轻马铃薯对土壤钾素的耗竭,可维持土壤钾素肥力的稳定,也减少因气候因素等影响引起的产量变异,提高了产量的稳定性。     

长期施肥对东北中部春玉米农田土壤呼吸的影响

【目的】 探究不同施肥措施对土壤呼吸的影响,为我国东北黑土区固碳减排研究提供科学依据。 【方法】 本研究基于“国家黑土肥力与肥料效益监测基地”长期定位试验,选取不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPKS)、化肥配施低量有机肥 (NPKM1)、化肥配施高量有机肥 (NPKM2)5个不同施肥处理。采用Soil-box343土壤呼吸测量系统进行野外监测,并同时观测环境条件。 【结果】 长期不同施肥处理下,农田土壤呼吸速率变化范围为4.12～7.23 μmol/(m2·s),随玉米生长表现出“先升高后降低”的季节变化特征,最高值出现在播种后69天左右,NPKM2处理土壤呼吸速率的峰值显著高于其他处理 (P < 0.05)。监测期内土壤呼吸速率与土壤温度之间呈现显著的正相关关系,土壤温度可以解释土壤呼吸速率变异的41%～77%,土壤温度敏感系数Q ₁₀值的变化范围2.35～3.49。春玉米生长季内农田土壤呼吸总量变化范围为3473～5643 kg/hm2,NPKS处理显著高于CK处理34.2%,而NPKM2处理分别比NPKS、NPK和CK处理高21.0%、26.4%、62.4% (P < 0.05),长期有机无机肥配施处理土壤有机碳含量增加趋势比其他处理明显,截止到2016年,NPKM1和NPKM2处理SOC较初始SOC分别增加了6.01 g/kg和5.55 g/kg。 【结论】 长期施用有机肥能够增加土壤呼吸,提高土壤有机碳含量,有利于农田生产力提高和农田可持续利用。      

不同施肥模式对南方黄泥田耕层有机碳固存及生产力的影响

【目的】探讨南方丘陵黄泥田不同施肥对耕层土壤有机碳固存及生产力的影响,促进区域农田固碳减排和作物高产。【方法】基于32年的长期定位试验,研究不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)、化肥+全部稻草还田(NPKS)处理下,历年水稻产量、代表性年份耕层土壤有机碳含量及固碳速率的变化。【结果】NPK、NPKM、NPKS处理下水稻历年平均产量分别较CK高67.1%、88.1%和84.2%,差异显著,且NPKM、NPKS处理与NPK处理间亦具有显著差异。NPK、NPKM与NPKS处理耕层土壤有机碳历年平均含量比CK高8.9%~36.8%其中NPKM最高且亦显著高于NPKS与NPK处理。与初始土壤相比各处理有机碳含量增加1.84~5.26g/kg。以每10年为评价周期,NPKM、NPKS处理的固碳速率与CK及NPK差异均显著,其中双季稻年份NPKM与NPKS处理固碳速率分别是CK的2.38倍和1.98倍,是NPK处理的1.59倍与1.32倍但NPK处理与CK间差异不显著。稻田系统年均有机碳输入与有机碳固存间存在极显著幂函数关系,施肥土壤有机碳含量变化与籽粒产量变化间亦呈极显著正相关。【结论】南方黄泥田化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥稳步提升水稻产量。长期不施肥土壤有机碳仍可维持低幅度增长,随着土壤有机碳含量升高,固碳效率逐步降低。化肥配施有机肥或配合秸秆还田较单施化肥明显提高了土壤的固碳速率二者均是提高黄泥田生产力与固碳能力的双赢措施。     

连续秸秆还田替代钾肥对作物产量及土壤钾素平衡的影响

为了探索油菜-水稻轮作体系中连续秸秆还田替代钾肥效果,试验研究了连续秸秆还田配施钾肥对油菜-水稻轮作体系中油菜和水稻产量、地上部钾素累积量、钾肥利用率、土壤钾素含量的影响,探讨了秸秆还田可替代化学钾肥的用量。结果表明:1)油菜季秸秆还田可以替代1/3～2/3的化学钾肥而油菜不减产,水稻季随着试验年限的增加,秸秆还田能够替代化学钾肥的量呈减少趋势。轮作周期上,秸秆还田可以替代1/3的化学钾肥而油菜和水稻的总产量不减少。2)与单施钾肥(NPK)处理相比,油菜季,秸秆替代钾肥(NP+1/3K+S、NP+2/3K+S)处理均显著提高了钾肥吸收利用率和偏生产力;水稻季,NP+2/3K+S处理显著提高了钾肥吸收利用率和偏生产力,同时NP+1/3K+S处理也显著提高了钾肥偏生产力。3)在3个轮作周期中,不施钾肥(NP)、单施钾肥(NPK)始终处于亏缺状态,而秸秆替代钾肥处理(NP+S、NP+1/3K+S、NP+2/3K+S)的土壤钾素虽然在第1个轮作周期时均处于亏缺状态,但随着秸秆还田年限增加,亏缺量逐渐减少,至第3个轮作周期时,土壤钾素均处于盈余状态。4)秸秆还田配施钾肥均不同程度增加了耕层土壤速效钾含量,减缓了耕层土壤缓效钾含量的下降。上述结果表明:油菜-水稻轮作区秸秆还田减施钾肥有利于弥补土壤钾素亏缺,对维持土壤钾素平衡有重要意义。     

长期施肥条件下灰漠土磷的吸附与解吸特征

通过等温吸附与解吸试验,研究了长期施肥条件下不同水平的灰漠土耕层0～ 20 cm土壤磷素吸附与解吸特征.结果表明,在实验浓度范围内,不同Olsen-P水平的灰漠土土壤,随外源磷量的增加,磷的吸附量、解吸量及解吸率均逐渐增大,吸附率逐渐减小.土壤Olsen-P含最水平与土壤磷素吸附饱和度(DPS)的大小呈正相关关系.处理间比较,土壤最大吸附量(Xm)值为CK＞ NPK≈NPKM＞ PK≈NPKS、且处理间达到极显著差异水平;NPK处理的吸附常数(K)值与土壤最大缓冲容量(MBC)值均极显著地大于CK、PK、NPKM和NPKS处理.该4个处理间比较:K值无显著差异,MBC值CK极显著大于PK和NPKS处理、CK与NPKM、PK与NPKS处理间差异不显著.化肥配施有机肥或秸秆的处理土壤易解吸磷(RDP)值极显著大于单施化肥的处理,释磷效果以化肥有机肥配施为最优.     

长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析

农田基础地力提升对于减施肥料和作物稳产高产有着重大现实意义,该文依托潮土长期定位试验,采用DSSAT(decision support system for agro-technology transfer)模型分析了长期不同施肥条件下冬小麦农田基础地力的演变规律及其影响因素。结果表明,不同施肥显著影响冬小麦的农田基础地力产量,18a连续施用氮磷钾化肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)、高量NPK配施有机肥(1.5NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)的农田基础地力均得到提升,其基础地力产量分别增加了721、1033、2108和1306kg/hm2,增长率分别为29.6%、42.4%、86.6%和53.7%,平均每年提高1.6%、2.4%、4.8%和3.0%,其中以1.5NPKM处理更能有效提高冬小麦农田基础地力产量。1991-2008年冬小麦的基础地力贡献率在36.5%～70.9%,各处理18a年均基础地力贡献率分别为42.5%、59.9%、58.9%和52.5%,大小顺序为NPKM>1.5NPKM>NPKS>NPK,说明有机肥或秸秆与化肥配施比单施化肥更能有效提高农田基础地力产量及地力贡献率。基础地力贡献率与土壤全钾、全磷含量无显著相关性,与土壤有机碳、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾含量均达到了极显著相关,其中有机碳和全氮与基础地力贡献率相关度最高,说明土壤有机碳和全氮是潮土区基础地力的主要影响因素,是潮土区基础地力的主要评价指标。     

土区长期施肥对小麦-玉米轮作体系钾素平衡与钾库容量的影响

本文研究了土区小麦-玉米轮作体系长期氮磷钾化肥不同配合施用方式及氮磷钾化肥与秸秆或有机肥配合施用对钾素平衡以及土壤钾库的影响。试验包括9个处理,分别为不施肥（CK）、单施氮（N）、氮钾（NK）、磷钾（PK）、氮磷（NP）、氮磷钾（NPK）、氮磷钾配合一季秸秆还田（SNPK）、氮磷钾配合低量有机肥（M1NPK）和高量有机肥（M2NPK）。结果表明,除NK、PK和M2NPK处理外,其它处理小麦和玉米钾的携出量均大于钾的投入量,导致土壤钾素处于亏缺状态,20年累计亏缺量为6174333 kg/hm2。与试验前相比,长期施肥种植没有显著影响土壤全钾含量; 长期施用钾肥显著提高土壤速效钾含量,但长期不施钾肥处理的土壤速效钾含量也未显著降低; 无论施钾与否土壤非交换性钾（Mactotal K）以及非交换性钾中更容易被HNO3溶解提取的钾（Step K）均明显低于试验前水平。表明土壤非交换性钾可以作为该土壤钾素消耗的指标。考虑到施钾肥的经济投入和现有资源高效利用（如秸秆、有机肥）,从长远的角度出发,维持土壤钾素肥力以及土地可持续生产力,土区小麦-玉米轮作体系采用秸秆全部还田或施有机肥是必要的。     

长期不同施肥模式下南方典型农田磷肥回收率变化

【目的】 通过比较南方典型农田不同土壤类型、不同施肥模式下的土壤供磷能力、磷肥回收率,揭示长期施肥下磷肥回收率时空变化特征,为区域内磷肥的合理施用提供科学依据。 【方法】 基于重庆北碚紫色土 (始于1991)、湖南望城 (始于1981) 和江西进贤 (始于1981) 红壤性水稻土长期施肥定位试验。选取不施肥 (CK)、单施稻草、厩肥 (M)、施化学氮钾肥 (NK)、施化学氮钾肥+猪粪 (NKM)、施化学氮磷肥 (NP)、施化学氮磷钾肥 (NPK)、施氮磷钾肥+厩肥、猪粪 (NPKM) 或稻草 (NPKS) 等不同施肥处理,分析长期不同施肥下作物吸磷量、磷肥回收率和磷肥累积回收率的动态变化,探讨不同施肥下作物磷肥回收率的变化特征。 【结果】 长期不施磷肥,土壤自然供磷量显著下降,北碚紫色土 (21年)、望城 (23年) 和进贤 (27年) 红壤性水稻土的年下降速率分别为0.60、0.48和0.63 kg/hm2。各试验点不同处理作物历年平均吸磷量的大小顺序为NPK、NPKS和NPKM > NP、NKM > CK或NK ( P < 0.05)。NPK配施猪粪,与配施厩肥或秸秆配施相比较,其作物吸磷量更高。3个试验点磷肥回收率随着施肥年限增加而提高。NPK处理磷肥回收率每年增加0.15%～1.94%, NPKM和NPKS处理磷肥回收率每年增加0.07%～1.60%。NPK处理磷肥累积回收率在37.8%～61.5%之间,NPKM和NPKS处理,其磷肥累积回收率较NPK处理降低了3.0%～34.3%。 【结论】 土壤的磷素自然供给量随作物种植年限增加而显著下降。磷肥的施用能够显著提高作物的吸磷量,NPK平衡施用的吸磷量显著高于化肥偏施;氮肥投入量每增加100 kg/hm2,作物吸磷量增加5 kg/hm2。各试验点磷肥回收率随施肥年限的增加而提高。NPK配施有机肥相比较NPK,降低了磷肥的累积回收率。磷肥施用量每增加 P 10 kg /hm2,磷肥回收率下降约0.9%。NPK与猪粪配合施用的情况下,可以考虑通过适当提高化学氮肥用量、减少化学磷肥投入的措施,从而提高磷肥回收率。      

长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响

以农业部耕地保育福建观测实验站的长期肥料试验为平台,研究了长期不同施肥对黄泥田土壤酶活性和微生物的影响。结果表明:与不施肥(CK)相比,单施NPK(NPK)、NPK配施牛粪(NPKM)及NPK配施秸秆(NPKS)的土壤酶活性均有不同程度的提高,其中NPKM可显著提高转化酶活性,NPKS可显著提高脲酶活性。施肥均不同程度地提高了土壤细菌、真菌及放线菌的数量,尤其是放线菌数量,提高幅度均达到显著性水平;NPKS可显著提高土壤细菌数量,NPKM可显著提高土壤真菌数量。施肥均会对真菌群落产生重要影响;单施化肥对土壤细菌群落的影响不大,增施有机物料会对细菌群落产生明显影响;施用牛粪会对放线菌优势群落产生影响。以上结果表明,有机无机配施更有利于提高土壤酶活性和土壤微生物数量,提升土壤生物肥力。     

不同施肥措施提高南方黄泥田供钾能力及钾素平衡的作用

【目的】基于连续 30 年南方低产黄泥田培肥定位试验,研究土壤全钾、速效钾、缓效钾含量与钾素盈亏特性,明确钾肥投入量与产量的关系,以期为黄泥田钾素肥力定向培育及水稻钾肥施用提供科学依据。 【方法】定位监测不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥 + 牛粪 (NPKM)、化肥 + 全部稻草还田 (NPKS) 四种施肥处理代表性年份耕层土壤钾素含量动态变化,分析各形态钾素间及与有机碳含量的关系,并于相邻集中年份 2010、2011、2013、2014 年采集植株样品以评价土壤钾素水平、土壤钾素盈亏、植株养分对钾肥投入量的响应。 【结果】30 年施肥处理下,土壤全钾含量平均较 CK 增加 2.2%～5.0%,且双季稻年份不同处理差异较单季稻年份大,速效钾含量历年平均较 CK 增加 43.9%～102.4%,以 NPKS 增加最为明显,而不同处理的土壤缓效钾含量无明显差异。土壤速效钾含量与全钾呈显著正相关,土壤全钾、速效钾含量与有机碳均呈极显著正相关。各施肥处理提高了收获期植株钾含量与累积量。NPKS 处理每年盈余钾素 (K₂O) 101.1 kg/hm2,其余处理每年亏缺幅度为 –89.4～–18.6 kg/hm2。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量相互间呈极显著正相关,可推算出外源钾肥 (K₂O) 每年投入量达到 161.8 kg/hm2 时,土壤钾素处于持平状态,其对应的土壤速效钾含量为 95.3 mg/kg。钾肥用量、速效钾含量、土壤钾素盈亏量及籽粒钾含量均与植株产量呈显著正相关。 【结论】水稻增产效果与土壤钾肥投入量、速效钾含量及钾素盈亏量有关。黄泥田土壤速效钾较缓效钾、全钾更直接反映生产力水平。长期施肥提高了黄泥田土壤全钾与速效钾含量,NPK 化肥加秸秆还田对增加土壤钾素盈余与提升速效钾效果要明显优于单施 NPK 化肥或 NPK 肥配合粪肥。     

长期施肥对氨氧化古菌丰度及群落结构的影响

【目的】氨氧化古菌对土壤氮素转化有着重要的作用。本研究以长期定位施肥黄泥田土壤为研究对象探讨了长期不同施肥模式对土壤氨氧化古菌数量和多样性的影响,为制定合理的施肥制度提供理论基础。【方法】试验在福建省农科院试验站上进行,以30年长期定位施肥的红壤性水稻土为研究对象采用荧光定量PCR和克隆文库技术,研究了长期不同施肥模式对氨氧化古菌(ammonia-oxidizing archaea,AOA)丰度及群落结构的影响。试验设4个处理:1)不施肥(CK);2)单施氮磷钾肥(NPK);3)氮磷钾肥配施牛粪(NPKM);4)氮磷钾肥配施秸秆(NPKS)。小区面积为12 m~2每个处理设3个重复。土样采集时间为2012年10月份(水稻收获后),测定土壤养分和氨氧化古菌的数量及多样性。【结果】1)与CK相比,NPKM和NPKS处理显著增加了土壤有机质含量,NPKM和NPKS处理之间无显著差异。2)与CK相比施肥均能提高土壤全氮含量;NPKM和NPKS处理能够显著提高土壤全磷含量,NPKM处理全磷含量最高;仅NPKS处理能显著增加全钾含量。3)与CK相比,长期施肥均能提高土壤有效氮(AN)、速效磷(AP)和速效钾(AK)的含量,并且NPKM处理AN和AP含量最高,NPKS处理中AK含量最高。4)与CK相比,长期施肥均对土壤pH值无显著影响。5)与CK处理相比,NPKM和NPKS处理的amoA基因拷贝数显著增加增加幅度分别为168.4%和95.7%;单施化肥处理与CK无显著差异。土壤氨氧化古菌数量与土壤有机质含量呈显著正相关,与土壤全磷、有效氮、速效磷和速效钾含量呈极显著正相关。6)长期不同施肥处理影响土壤氨氧化古菌的种群结构,单施化肥增加了土壤AOA的多样性,而化肥配施有机肥则降低了AOA的多样性。7)本试验中得到的土壤氨氧化古菌amoA基因序列均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeote)和奇古菌(Thaumarchaeote)。本试验所得氨氧化古菌绝大多数与来自土壤、沉积物的amoA基因克隆非常相似,少数与水体环境相似。【结论】不同培肥模式下,土壤中氨氧化古菌均为不可培养的古菌,包括泉古菌(Crenarchaeota)和奇古菌(Thaumarchaeota),然而水稻土壤养分和氨氧化古菌丰度及群落结构变化显著。单施化肥的作用不明显,有机无机肥配施有利于土壤有机质和养分的积累以及氨氧化古菌的生长增加了氨氧化古菌优势菌群的比例。     

长期不同施肥下南方黄泥田有效磷对磷盈亏的响应特征

【目的】黄泥田为南方主要中低产田类型之一。通过研究长期施肥条件下南方黄泥田土壤磷素累积盈亏与有效磷的关系,为黄泥田科学施用磷肥提供理论依据。【方法】基于连续33年水稻长期定位试验,研究了不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施牛粪 (NPKM)、化肥配施秸秆 (NPKS) 四个处理土壤有效磷的变化规律及土壤磷累积盈亏状况,计算有效磷–磷盈亏响应系数。【结果】各施肥处理双季稻年份 (1983～2004年) 土壤有效磷与全磷含量呈年际上升趋势,以NPKM增幅最为明显,改为单季稻后 (2005～2015年) 则呈下降趋势,也以NPKM降幅最为明显。试验至2015年,NPK、NPKS处理有效磷含量分别为9.7 mg/kg、8.7 mg/kg,较试验初期分别下降8.3 mg/kg、9.3 mg/kg,NPKM处理与试验初期持平。CK、NPK、NPKM、NPKS处理的磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,其多年平均磷素活化系数值 (PAC) 分别为2.9%、3.5%、4.7%、4.1%,其中NPKM与NPKS处理显著高于NPK与CK处理。除双季稻NPKS处理外,不同施肥模式下双季稻与单季稻年份的土壤有效磷增减与土壤累积磷盈亏均呈显著正相关,其中双季稻年份土壤磷素 (P) 每盈余100 kg/hm2,NPK、NPKM处理有效磷分别增加4.5 mg/kg与11.2 mg/kg,而单季稻年份土壤磷素每亏缺100 kg/hm2,NPK、NPKM、NPKS处理有效磷分别减少14.6 mg/kg、23.9 mg/kg、25.9 mg/kg。双季稻磷肥年施用量 (P) 为26.2 kg/hm2时,土壤磷素呈盈亏持平状态。【结论】有机无机肥配施比单施化肥能够显著提高黄泥田土壤有效磷、全磷含量和磷素活化系数,有效磷含量与磷素累积盈亏密切相关,等磷素盈亏量下,有机无机肥配施的有效磷响应系数要高于单施化肥,而磷累积亏缺下,有效磷降幅响应比磷累积盈余下有效磷增幅响应大。     

Carbon sequestration dynamic,trend and efficiency as affected by 22‐year fertilization under a rice–wheat cropping system

The maintenance and accumulation of soil organic carbon (SOC) in agricultural systems is critical to food security and climate change, but information about the dynamic trend and efficiency of SOC sequestration is still limited, particularly under long‐term fertilizations. In a typical Purpli‐Udic Cambosols soil under subtropical monsoon climate in southwestern China this study thus estimated the dynamic, trend and efficiency of SOC sequestration after 22‐year (1991–2013) long‐term inorganic and/or organic fertilizations. Nine fertilizations under a rice–wheat system were examined: control (no fertilization), N, NP, NK, PK, NPK, NPKM (NPK plus manure), NPKS (NPK plus straw), and 1.5NPKS (150% NPK plus straw). Averagely, after 22‐years SOC contents were significantly increased by 4.2–25.3% and 10.2–32.5% under these fertilizations than under control conditions with the greatest increase under NPKS. The simulation of SOC dynamic change with an exponential growth equation to maximum over the whole fertilization period predicted the SOC level in a steady state as 18.1 g kg^?1 for NPKS, 17.4 g kg^?1 for 1.5NPKS, and 14.5–14.9 g kg^?1 for NK, NP, NPK, and NPKM, respectively. Either inorganic, organic or their combined fertilization significantly increased crop productivity and C inputs that were incorporated into soil ranging from 0.91 to 4.63 t (ha · y)^?1. The C sequestration efficiency was lower under NPKM, NPKS, and 1.5NPKS (13.2%, 9.0%, and 10.1%) than under NP and NPK (17.0% and 14.4%). The increase of SOC was asymptotical to a maximum with increasing C inputs that were variedly enhanced by different fertilizations, indicating an existence of SOC saturation and a declined marginal efficiency of SOC sequestration. Taken all these results together, the combined NPK plus straw return is a suitable fertilizer management strategy to simultaneously achieve high crop productivity and soil C sequestration potential particularly in crop rotation systems.     

长期施肥对潮土不同层次活性有机质及碳库管理指数的影响

为探索长期不同施肥下潮土不同土层活性有机质和碳库管理指数变化特征,选取不施肥对照(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)4个典型施肥处理,测定并分析土壤高、中、低活性有机质含量以及碳库管理指数(CMI)变化特征。结果表明:各处理土壤有机质含量均随土层加深而降低,且处理间差异随土层深度缩小。施肥处理相对不施肥对照(CK)均明显提升了不同土层的有机质含量,以NPKM处理最高,达到13.91～33.55 g/kg。各处理以非活性和低活性有机质为主,且其比例随着土层加深而增加,其中CK处理比例最高,分别为35.6%～56.6%和17.7%～50.7%。施肥处理对土壤CMI均有提高,在0—40 cm土层,NPKS的高活性CMI最高,分别为149.54,147.01,237.65;而在40—60 cm土层,以NPKM处理的高、中活性CMI最高,达到237.65,537.67。综上所述,各处理土壤有机质和活性有机质含量均随土层加深而降低,且处理间差异随土层深度缩小;氮磷钾配施有机肥提升总有机质及活性有机质处理效果最佳。在上层土层(0—40 cm)氮磷钾配施秸秆有助于提升高、中活性有机质的碳库管理指数;而在下层土层(40—60 cm)则以氮磷钾配施有机肥最优。整体来看,NPK配施有机肥(NPKM)对土壤的肥力提升效果最好,NPK配施秸秆还田(NPKS)次之。     

Changes of heavy metals in soil and wheat grain under long-term environmental impact and fertilization practices in North China

Abstract

We evaluated the effects of long-term fertilization on heavy metals in soil and wheat grain under no-fertilizer control (CK), nitrogen, phosphorus, and potassium fertilizers (NPK), NPK plus straw (NPKS), and NPK plus manure (NPKM) treatments. Total lead (Pb) significantly increased in the CK over the initial soil. All fertilization treatments increased soil total arsenic (As) than CK, and the NPKM increased total cadmium (Cd), copper (Cu), and zinc (Zn) than NPK. All fertilization treatments increased soil available As and Cd than CK, and the NPKM increased available As and chromium (Cr) than NPK. The NPKS decreased grain As, Cd, Cu, and bran Cr, Zn, and Pb; but the NPKM increased grain Cr, Pb, and bran As, and Cu than NPK. Under current manure fertilization systems, the maximum bearing year of soil for As, Cr, Cd, Cu, Zn, and nickel (Ni) was 1136, 2990, 694, 1530, 910, and 1555?years, respectively.