不同施肥模式下设施菜田土壤团聚体养分和微生物量特征

【目的】针对设施蔬菜生产中普遍存在的化肥施用严重超量、化肥与有机肥配施模式不合理等现象,利用日光温室蔬菜有机肥/秸秆替代化肥模式定位试验,研究了不同施肥模式对设施菜地土壤团聚体养分、微生物量碳氮含量的影响,为设施蔬菜优质高效生产和减量施用化肥提供科学依据。【方法】将25%或50%的无机氮肥用玉米秸秆或猪粪中氮替代,进行温室蔬菜田间定位试验。试验共设5个处理(各处理等氮、等磷、等钾):1)全部施用化肥氮(4/4CN);2) 3/4化肥氮+1/4猪粪氮(3/4CN+1/4MN);3) 2/4化肥氮+2/4猪粪氮(2/4CN+2/4MN);4) 2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮(2/4CN+1/4MN+1/4SN);5) 2/4化肥氮+2/4秸秆氮(2/4CN+2/4SN)。在定位试验第6年冬春茬黄瓜季拉秧期采取耕层土壤样品,分析土壤团聚体分布规律和稳定性,并测定各粒级团聚体中土壤养分和微生物量碳、氮含量。【结果】设施菜地土壤团聚体以250~1000μm团聚体和> 2000μm团聚体为主,其含量分别平均为32.0%和38.4%。较4/4CN模式,有机肥/秸秆替代化肥模式提高了土壤大团聚体(> 250μm)比例。配施秸秆模式对土壤团聚体分布影响相对较大,并显著提高土壤团聚体机械稳定性,平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)分别提高6.1%和11.2%。在<250μm团聚体、250~1000μm团聚体、1000~2000μm团聚体和> 2000μm团聚体中,不同有机肥化肥配施模式(3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN、2/4CN+1/4MN+1/4SN、2/4CN+2/4SN)土壤有机碳含量较4/4CN模式分别增加36.8%~89.6%、34.9%~100.3%、29.5%~69.2%和21.7%~72.1%,分别平均增加69.8%、76.6%、56.9%和49.2%。不同施肥模式对有机碳、全氮、硝态氮、速效磷的影响规律基本一致。土壤有机碳、全氮主要分布在250~1000μm团聚体和> 2000μm团聚体中,平均分别占土壤有机碳储量的34.1%、35.2%和土壤全氮储量的34.0%、36.4%。土壤硝态氮在250~1000μm团聚体与1000~2000μm团聚体中含量较高,土壤速效钾、微生物量碳氮含量表现为随土壤团聚体直径的增大而提高,而速效磷则随土壤团聚体直径的增大而降低。【结论】设施菜田土壤团聚体优势粒级为> 2000μm团聚体和250~1000μm团聚体,配施秸秆模式显著提高土壤团聚体的机械稳定性。有机肥/秸秆替代化肥模式提高土壤各级团聚体有机碳、全氮、硝态氮和速效磷含量。设施菜地土壤有机碳氮主要分布在250~1000μm团聚体和> 2000μm团聚体中,而微生物量碳、氮含量随土壤团聚体直径的减小而呈增加的趋势。     

不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量碳、氮的影响

【目的】 本文利用天津日光温室蔬菜不同施肥模式定位试验,研究了不同施肥模式对设施菜田土壤微生物量碳、氮含量的影响,为设施蔬菜高效施肥和菜田土壤可持续利用提供依据。 【方法】 调查在第 9 茬蔬菜 (秋冬茬芹菜) 和第 10 茬蔬菜 (春茬番茄) 进行。定位试验设 8 个处理,分别为:1) 不施氮;2) 全部施用化肥氮 (4/4CN);3) 3/4 化肥氮 + 1/4 猪粪氮 (3/4CN + 1/4PN);4) 2/4 化肥氮 + 2/4 猪粪氮 (2/4CN + 2/4PN);5) 1/4 化肥氮 + 3/4 猪粪氮( 1/4CN + 3/4PN);6) 2/4 化肥氮 + 1/4 猪粪氮 + 1/4 秸秆氮 (2/4CN + 1/4PN + 1/4SN);7) 2/4 化肥氮 + 2/4 秸秆氮 (2/4CN + 2/4SN);8) 农民习惯施肥 (CF),除不施氮肥和农民习惯施肥外,其余处理为等氮磷钾处理。在不同生育时期,采 0—20 cm 土壤样品,测定土壤微生物量碳、氮含量,并分析其与蔬菜产量之间的关系。 【结果】 两茬蔬菜不同施肥模式土壤微生物量碳、氮含量总体上均随生育期的推进呈先增后降的趋势。芹菜季较高土壤微生物量碳含量出现在定植后 90 d,土壤微生物量氮较高含量出现在定植后 60 d;番茄季分别出现在定植后 20～80 d 和 60 d。芹菜季 5 个有机无机肥料配施模式土壤微生物量碳、氮含量分别在 185.0～514.6 和 34.3～79.1 mg/kg 之间,较化肥(4/4CN)模式平均分别增加 15.1%～81.7% 和 24.5%～100.0%,其中以配施秸秆模式土壤微生物量碳、氮含量相对较高,平均分别增加 62.0%～81.7% 和 81.1%～100.0%;番茄季 5 个有机无机肥料配施模式土壤微生物量碳、氮含量分别在 120.7～338.0 和 25.5～68.8 mg/kg 之间,较 4/4CN 模式平均分别增加 16.9%～86.9% 和 12.2%～109.3%,又以配施秸秆模式土壤微生物量碳、氮含量最高,平均分别增加 61.4%～86.9% 和 78.2%～109.3%。两季蔬菜不同生育期土壤微生物量碳、氮含量与当季蔬菜产量和定位试验开始以来蔬菜总产量之间均呈极显著正相关关系。 【结论】 同等养分投入量下,有机无机肥料配合施用提高土壤微生物量碳、氮的效果显著好于单施化肥,又以化肥配施秸秆效果更佳;土壤微生物量碳、氮含量与设施蔬菜产量之间呈极显著正相关关系。证明有机无机肥配施,特别是配施一定量的秸秆可有效提高土壤微生物量碳、氮含量,维持较高的菜田土壤肥力,有利于设施蔬菜的可持续和高效生产。      

不同施肥模式对设施秋冬茬芹菜生育期间土壤酶活性的影响

【目的】利用在天津的日光温室蔬菜不同施肥模式定位试验,研究了不同施肥模式对设施菜田土壤酶活性的影响,为设施蔬菜高效施肥和菜田土壤可持续利用提供依据。【方法】取样调查在第9茬蔬菜(秋冬茬芹菜)进行。定位试验设6个处理,在等氮磷钾条件下,分别为1)全部施用化肥氮(4/4CN),2)3/4化肥氮+1/4猪粪氮(3/4CN+1/4PN),3)2/4化肥氮+2/4猪粪氮(2/4CN+2/4PN),4)1/4化肥氮+3/4猪粪氮(1/4CN+3/4PN),5)2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮(2/4CN+1/4PN+1/4SN),6)2/4化肥氮+2/4秸秆氮(2/4CN+2/4SN)。在芹菜基肥施用前和定植后30、60、90、110天,采取0—20 cm土壤样品,测定土壤α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄苷酶、β-纤维二糖苷酶、几丁质酶、磷酸酶和脲酶的活性,分析其与土壤微生物量碳氮及土壤可溶性有机碳氮含量之间的关系。【结果】芹菜生育期间不同施肥模式土壤α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄苷酶、β-纤维二糖苷酶、几丁质酶和磷酸酶的活性总体上先增后降,较高土壤酶活性均出现在芹菜定植后60~90 d; 土壤脲酶活性总体上呈逐渐升高的趋势。芹菜季有机无机肥料配施模式土壤α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄苷酶、β-纤维二糖苷酶、几丁质酶、磷酸酶和脲酶的活性较4/4CN模式平均分别增加22.9%~92.0%、20.1%~152.4%、23.1%~145.1%、28.7%~273.8%、9.2%~207.8%、13.7%~86.8%和6.5%~56.5%,其中以配施秸秆模式土壤酶活性相对较高,较4/4CN模式平均分别增加59.9%~92.0%、98.9%~152.4%、90.3%~145.1%、171.6%~273.8%、106.4%~207.8%、68.8%~86.8%和30.7%~56.5%。土壤酶活性与土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮含量及芹菜产量之间总体上呈显著或极显著正相关关系。【结论】同等养分投入量下,设施菜田土壤酶活性表现为有机无机肥料配合显著高于单施化肥,又以配施秸秆效果更佳; 土壤酶活性与土壤微生物量碳氮、可溶性有机碳氮含量和蔬菜产量之间密切相关。说明有机无机肥配施,特别是配施一定的秸秆可有效提高土壤酶活性,维持较高的菜田土壤肥力,有利于设施蔬菜的可持续和高效生产。     

氮肥减施与有机肥/秸秆配施对盐碱地土壤肥力指标及玉米产量的影响

为揭示氮肥减施与有机肥/秸秆配施对土壤肥力指标及玉米产量的影响,连续3年对宁夏银川北部盐碱地定位试验的土壤物理、化学、生物性质及玉米产量进行了测定分析。试验设不施肥、单施化肥(N 540 kg hm~(-2))、化肥减氮1/3+有机肥(9000 kg hm~(-2))、化肥减氮1/6+玉米秸秆(6000 kg hm~(-2))4个处理。结果表明:相比单施化肥处理,化肥减氮1/6+秸秆处理在第2、第3年0～20 cm土层处分别脱盐20.27%、37.53%,同时土壤容重明显降低,非毛管孔隙度增加,0～40 cm土层土壤水稳性团聚体含量平均提高4.87%,速效磷含量平均增加41.02%;化肥减氮1/3+有机肥处理下土壤有机质含量最高,细菌数量比不施肥与单施化肥处理分别增加了21.36%、36.99%,同时,该处理下玉米产量比单施化肥处理平均增加5.20%,而化肥减氮1/6+秸秆处理在第1、第2年玉米产量会降低,而第3年产量有所增加,增幅为7.77%。     

基于宏基因组学方法分析施肥模式对设施菜田土壤微生物群落的影响

  【目的】  采用宏基因组测序技术,研究施肥对细菌、真菌和古菌群落组成和结构的影响,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据。  【方法】  设施蔬菜施肥长期定位试验始于2009年,试验地位于天津市西青区,为春季番茄和秋冬季芹菜轮作体系。在春茬番茄 (第20茬蔬菜) 盛果期,选择定位试验中的6个等氮磷钾投入处理,包括全部使用化肥氮 (4/4CN) 处理和5个有机替代处理 (3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN、1/4CN+3/4MN、2/4CN+1/4MN+1/4SN、2/4CN+2/4SN),其中M和S代表猪粪和秸秆。采集0—20 cm土壤样品,测定土壤微生物相关指标。  【结果】  有机替代处理的土壤微生物量碳(MBC) 和微生物量氮(MBN) 含量较4/4CN处理平均分别增加101.5%和134.6%,以2/4CN+1/4MN+1/4SN、2/4CN+ 2/4SN处理的土壤MBC和MBN含量相对较高,较4/4CN平均分别增加158.8%和210.9%。与4/4CN相比,有机替代处理的土壤细菌和真菌丰度平均分别增加8.6%和11.6%,古菌平均降低21.7%;高碳有机替代模式(1/4CN+3/4MN、2/4CN +1/4MN+1/4SN、2/4CN+2/4SN) 土壤细菌和真菌丰度较低碳有机替代模式(3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN) 平均分别增加12.3 %和12.0%,古菌丰度平均降低12.9%。与4/4CN处理相比,低量、中量有机替代模式（3/4CN+1/4MN、2/4CN+2/4MN）土壤细菌、真菌Shannon指数没有显著增加,而有机替代模式古菌Shannon指数平均增加了9.0%,高碳有机替代处理古菌Shannon指数平均增加了11.9%。与4/4CN处理相比,有机替代模式提高了土壤细菌中变形菌门相对丰度,降低了放线菌门、绿弯菌门相对丰度;提高了土壤真菌中子囊菌门、壶菌门和球囊菌门相对丰度,降低了担子菌门相对丰度;提高了古菌中的广古菌门和深古菌门相对丰度,降低了奇古菌门相对丰度。主成分分析表明,土壤细菌和真菌群落结构组成对施肥模式的响应弱于古菌。冗余分析表明,有机碳和硝态氮分别解释土壤细菌群落结构变异的22.3%和16.1%,解释真菌群落结构变异的10.4%和8.9%,解释古菌群落结构变异的36.0%和34.7%。  【结论】  同等养分投入量下,以有机肥、秸秆氮替代部分化肥氮可提高土壤细菌和真菌丰度,降低古菌丰度,改变土壤优势菌群的组成,增加微生物多样性。土壤硝态氮和有机碳含量是影响土壤细菌、真菌和古菌群落结构的共同因素,古菌对施肥模式的反应强于细菌和真菌。其中,以2/4化肥+1/4猪粪+1/4秸秆施肥模式可获得最多样的微生物群落结构。     

秸秆还田对滴灌春小麦产量和土壤肥力的影响

为提高秸秆还田的利用效率,采用大田试验研究了秸秆还田及配肥对小麦产量及土壤理化性状的影响,为干旱区土壤培肥提供科学依据。在常规施肥的基础上设置半量秸秆(S1)、全量秸秆(S2)、有机肥(M)、复混肥(CF)、全量秸秆与有机肥(S2+M)、全量秸秆与复混肥(S2+CF)配施6个处理。结果表明,秸秆配施肥(S2+M)、(S2+CF)对提高小麦的株高、单穗重、穗长和单株穗粒数效果优于单施秸秆处理(S1、S2);秸秆配施肥产量显著高于CK。秸秆配施肥显著降低了0~20 cm和20~40 cm土层土壤容重,提高了0~20 cm土层阳离子交换量,而对20~40 cm影响不显著。秸秆配施肥0~20 cm和20~40 cm土层土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于单施秸秆处理,而单施秸秆处理显著高于单施有机肥和复混肥处理。因此,在施氮、磷肥的基础上全量秸秆还田与有机肥或复混肥配合施用,能更有利于滴灌农田土壤肥力的提升。     

有机无机肥配施对旱地冬小麦产量及土壤物理性质的影响

通过研究有机无机肥配施对西北旱地冬小麦产量和土壤物理性质的影响，在保证冬小麦高产稳产基础上兼顾土壤物理性质，明确西北旱地麦田配施定量有机肥的最佳施氮量，为农业可持续发展提供参考。以冬小麦为供试作物，在西北旱区麦田连续5年进行了田间定位试验，采用裂区设计，主处理为施氮量分别为0，75，150，225，300 kg/hm²的5个氮水平，副处理为是否配施有机肥（30 t/hm²）。于2019年6月收获小麦后取0—10，10—20，20—40 cm土层的样品，测定其土壤容重、饱和导水率以及水稳定性团聚体等相关指标。结果表明，有机无机肥配施较单施化肥能使冬小麦产量显著增加，5年内平均提高13%，且效果最好为N150+M处理。配施有机肥后，供试土壤容重降低，在0—10，10—20，20—40 cm土层施加有机肥较不施有机肥容重分别降低4%，2%和4%。在0—10 cm土层有机无机肥配施较单施化肥降低了各处理的土壤饱和导水率，但未达到显著差异。与N0处理相比，N0+M处理下>2 mm的水稳性团聚体含量在0—10，10—20，20—40 cm土层中分别增加224%，105%，3%。无论是否配施有机肥，0—40 cm土层中土壤团聚体的MWD和GMD值均无明显变化，但整体看来，施氮量为150 kg/hm²对供试土壤水稳性团聚体的MWD和GMD值更为有利，对水稳性团聚体的稳定有一定的促进作用。综上可知，当施氮量为150 kg/hm²时，与施用量为30 t/hm²的有机肥配施有利于西北旱地冬小麦增产及土壤结构的稳定。     

长期不同培肥措施下玉米产量稳定性及棕壤氮素累积分布特征

  【目的】  研究长期不同培肥措施下玉米产量的稳定性、可持续性和土壤矿质氮累积分布、微生物量氮含量特征,为制定合理的施肥措施和保证东北棕壤地区农业的可持续绿色发展提供理论依据。  【方法】  棕壤肥料长期定位试验始于1979年。选取其中的12个处理:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机肥(M1)及其与化肥配施(M1N、M1NP和M1NPK)、高量有机肥(M2)及其与化肥配施(M2N、M2NP和M2NPK),分析长期施肥下玉米产量的变化,并于2018年在玉米收获期采集植株和土壤样品,阐明玉米地上部吸氮量变化,0—100 cm土层土壤矿质氮分布、累积及微生物量氮含量的差异。  【结果】  长期不同施肥下玉米产量呈波动变化,且在1979—1998年内玉米产量变化趋势较平稳,1999—2018年内变幅较大。M1NPK、M2NPK处理玉米平均产量最高,在试验前20年较NPK处理分别提高了10.3%、11.7%,后20年分别提高了17.1%、19.4%。随着试验年限增加,玉米产量的稳定性和可持续性增加,有机肥配施化肥各处理高于单施化肥处理,在试验前20年和后20年玉米产量的可持续性指数(SYI)介于0.43～0.58和0.50～0.67,低量有机肥配施处理高于高量有机肥配施处理。配施有机肥各处理肥料贡献率高于单施化肥处理,且试验后20年M1NPK处理肥料贡献率最高,达54%。施肥40年后(2018年)玉米地上部吸氮量以M1NPK处理最高(302 kg/hm2),与M2NPK处理差异不显著。配施低量有机肥玉米收获期80—100 cm土层土壤矿质氮含量较低,M1NPK处理 0—100 cm土层土壤矿质氮贮量为127 kg/hm2,显著低于M1N和M1NP处理。而高量有机肥配施各处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量较化肥试区和低量有机肥试区分别增加了324.5%和172.9%,增加了氮素损失风险。此外,长期配施有机肥处理0—40 cm土层土壤微生物量氮含量增加,但低量和高量有机肥试区各处理间差异不显著。  【结论】  长期不同培肥措施会影响玉米产量的稳定性和可持续性,改变土壤氮素分布和累积,进而影响玉米氮素吸收。低量有机肥(13.5 t/hm2)配施氮磷钾化肥可促进玉米生长和氮素吸收,降低0—100 cm土层土壤矿质氮贮量,降低氮素损失风险,增加微生物量氮含量,较高的微生物量氮又可作为有机氮库来增加土壤供氮并固持易损失的矿质氮和肥料氮,以保证玉米的高产稳产和环境友好。     

耕作与施肥措施对江淮地区白土理化性质及水稻产量的影响

针对连续旋耕白土田耕层浅薄、下层土壤黏重紧实、养分分布不均衡等问题,探索适合于白土稻田的耕作与施肥措施,以进一步提高江淮地区白土生产力和水稻产量水平。设置2种耕作方式(旋耕和翻耕)及3种施肥措施(单施化肥、化肥+有机肥、化肥+秸秆还田),通过大田定位试验研究不同耕作方式与施肥措施对白土稻田土壤理化性质、水稳性团聚体分布以及水稻产量的影响。结果表明,相较于旋耕,翻耕降低0—10cm土层土壤养分含量,而使10—20cm土层有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别提高3.2%～8.8%,4.5%～9.2%,5.2%～8.2%和8.3%～17.7%。增施有机肥或秸秆还田使土壤有机质和速效钾含量较单施化肥处理分别提高1.3%～8.6%和4.1%～21.1%。翻耕方式下10—20cm土层土壤容重较旋耕降低14.4%～19.5%,土壤大团聚体比例在0—10,10—20cm土层则较旋耕分别降低3.0%～5.4%和3.5%～9.7%;在翻耕的基础上增施有机肥或秸秆还田土壤容重较单施化肥降低2.1%～6.6%,大团聚体比例则提高2.8%～8.4%。翻耕有利于水稻产量的提高,较旋耕的增产幅度在11.7%～18.0%,增施有机肥或秸秆还田使水稻产量提高1.7%～7.5%。因此,江淮地区连续多年旋耕的白土田进行适宜翻耕结合秸秆还田或增施有机肥可改善0—20cm土层土壤理化性质,有利于水稻产量的提升。     

长期不同施肥处理对水稻土有机碳分布变异及其矿化动态的影响

基于持续26 a的太湖地区水稻土长期定位试验,研究了长期施肥对水稻土剖面有机碳分布、有机碳密度和变异幅度、及有机碳矿化动态的影响。结果表明:(1)长期施肥使水稻土表层有机碳含量显著升高,施有机肥和秸秆还田较单施化肥更能促进表层有机碳累积。施化肥处理10~30 cm土层有机碳含量相对稳定,施有机肥处理20~40 cm土层有机碳含量相对稳定;(2)0~25 cm和0~50 cm土层,施有机肥处理的有机碳密度均高于施化肥处理,有机肥+氮+磷处理(MNP)和化肥氮+磷+钾处理(CNPK)的有机碳密度均为最高,秸秆+化肥氮处理(CRN)高于有机肥+秸秆+氮处理(MRN)。各施肥处理0~25 cm和25~50 cm土层有机碳变异幅度均高于对照C0。施有机肥处理的有机碳密度变异幅度均高于施化肥处理。化肥氮+磷处理(CNP)和有机肥+氮+磷+钾处理(MNPK)有机碳密度的变异性最大;(3)各处理土壤有机碳矿化速率在培养第2~4天均达到最大,第3周后达到稳定,有机肥处理的最大矿化速率均高于化肥处理,各处理平均矿化速率为CO255.36~75.46 m l kg-1d-1,稳定矿化速率为CO210~20 m l kg-1d-1。在8周培养期内,施有机肥处理的累积矿化量始终大于施化肥处理,有机肥+秸秆+氮处理(MRN)的累积矿化量最大,各施肥处理土壤的矿化强度和稳定矿化率仍保持稳定。     

有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响

采用静态箱气相色谱法研究了有机无机肥料配合施用对设施菜田土壤N2O排放的影响。结果表明: 1）设施芹菜和番茄施基肥后57 d（灌溉后13 d）出现土壤N2O排放通量峰值,追肥后（施肥与灌溉同步）1 d出现土壤N2O排放通量峰值; 芹菜季和番茄季施用基肥后20 d内N2O排放量分别占当季总排放量的40%65%左右,是土壤N2O主要排放期。2）施用基肥后至定植灌水前各处理土壤N2O排放量逐渐降低,灌水后N2O排放通量迅速上升。各处理土壤N2O排放通量与土壤含水量之间呈显著相关,相关系数在0.43~0.72之间。3）土壤N2O排放主要发生在番茄季,番茄生育期各处理土壤N2O总排放量是芹菜生育期的3.1倍; 各处理土壤N2O排放通量与5 cm土层温度之间总体上呈显著相关,相关系数在0.40~0.58之间。4）设施菜田大幅减施化肥的有机无机肥配合施用模式可显著降低土壤N2O排放量和肥料损失率,芹菜季和番茄季土壤N2O排放量较习惯施肥处理分别降低66.3%和85.1%,肥料损失率分别降低45.2%和74.9%。5）等氮量投入时,施用秸秆较施用猪粪可有效降低土壤N2O排放,芹菜季和番茄季分别降低43.4%和74.2%。     

不同量化肥与有机肥配施对设施番茄栽培土壤硝化潜势和pH的影响

【目的】利用9年设施番茄定位试验,研究施氮量以及有机无机肥配施对土壤硝化潜势和pH的影响,为提高设施土壤供氮能力和减缓设施土壤酸化的施肥管理提供理论依据。【方法】设施番茄栽培定位施肥田间试验位于辽宁沈阳,始于2013年,每年种植一季番茄。设置施用尿素N 0、187.5、375.0、562.5 kg/hm² 4个水平(N0、N1、N2、N3),在每个氮水平下又设置施有机肥75000 kg/hm²处理(MN0、MN1、MN2、MN3),共8个处理。2021年,于番茄第一穗果膨大期(S1)、第二穗果膨大期(S2)、收获期(S3)和休耕期(S4),采集0—10和10—20 cm土层土壤样品,测定土壤硝化潜势(NP)、pH、铵态氮(NH₄⁺-N)和硝态氮(NO₃^--N)含量,以及休耕期土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,计算矿质氮(N_min)占TN的比例(N_min/TN)。【结果】化学氮肥施用量、施用有机肥及二者交互作...     

长期大量施肥增加设施菜田土壤可溶性有机氮淋溶风险

可溶性有机氮比较活跃,在氮素转化和生态环境安全方面都有重要作用。该文研究了长期不同施肥处理（不施肥、施有机肥、传统施氮、优化施氮和秸秆还田）对设施菜田土壤矿质氮和可溶性有机氮含量及其在剖面累积的影响。结果表明,设施菜田土壤0～180 cm可溶性有机氮含量范围为29.1～88.9 mg/kg,占可溶性总氮的27%～50%;与不施肥处理相比,有机肥和氮肥的施用显著增加土壤可溶性有机氮的含量,并且随着化肥氮投入的增加可溶性有机氮含量也相应增加;其中,有机肥处理比不施肥处理可溶性有机氮在0～180 cm土层累积增加了1132 kg/hm2,传统施氮比单施有机肥处理累计增加了1505 kg/hm2,秸秆的施用显著降低土壤无机氮累积量,但是对可溶性有机氮没有影响。综上所述,可溶性有机氮是设施菜田氮素重要的损失形态,其对环境的影响值得关注。     

有机无机肥料配合施用对设施番茄产量、品质及土壤硝态氮淋失的影响

利用田间小区试验,研究了有机无机肥配合施用模式对番茄产量、品质及氮素在土壤中累积和淋失的影响。结果表明：（1）与肥料用量较高的习惯施肥处理相比,大幅减少肥料施用的不同有机无机肥配合施用模式均能保证番茄产量稳定,显著提高经济效益,平均增收19127元·hm^-2其中（3／4）化肥N＋（1／4）猪粪N模式处理经济效益最高。（2）施用有机肥的3个有机无机肥配合施用模式处理可降低番茄果实中的硝酸盐含量,较全部施用化肥处理和习惯施肥处理的分别降低5．4％和7．0％;施用有机肥的3个有机无机肥料配合施用模式处理可提高番茄果实中Vc的含量,较全部施用化肥处理的提高9．4％。（3）与番茄种植前相比,番茄收获后土壤硝态氮含量总体上表现出表层增加、深层降低的趋势;大幅减施肥料的有机无机肥配合施用模式处理各土层硝态氮含量均低于习惯施肥处理相应土层硝态氮含量。（4）有机无机肥配合施用模式可显著降低渗漏水中硝态氮渗漏量,较全部施用化肥处理和习惯施肥处理的平均分别降低35．5％和55．1％。在试验条件下,综合考虑产量、经济效益和环境效益的适宜有机无机肥料配合施用模式为（3／4）化肥N＋（1／4）猪粪N模式处理。     

有机肥/秸秆替代化肥模式对设施菜田土壤氮循环功能基因丰度的影响

  【目的】  利用天津市农业科学院西青区基地日光温室的蔬菜有机肥/秸秆替代化肥模式定位试验,分析不同施肥模式下设施春茬番茄盛果期土壤氮循环功能基因丰度、硝化潜势(PNR)及N₂O排放量的差异,为设施菜田可持续健康发展提供科学依据。  【方法】  定位试验始于2009年,共设置来源于化肥(CF)、有机肥(M)和玉米秸秆(S)不同比例的6个等氮磷钾处理,分别为:4/4CF、3/4CF+1/4M、2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M、2/4CF+1/4M+1/4S、2/4CF+2/4S。在第20茬设施蔬菜(春茬番茄盛果期)采集0—20 cm土壤样品,测定土壤氮循环相关指标。  【结果】  1)含有机肥/秸秆处理土壤的PNR较4/4CF处理平均增加72.9%,其中仅配施有机肥3个处理平均增加了107.0%,而配施秸秆两个处理显著低于含有机肥的2/4CF+2/4M、1/4CF+3/4M处理。 2)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤反硝化过程功能基因NapAB、NirS、NorB、NosZ丰度平均分别增加了19.9%、20.4%、19.1%、2.3%,硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NirB丰度平均增加了25.9%,而土壤硝化过程功能基因AmoA、AmoB、AmoC、Hao,以及硝酸盐异化还原成铵过程功能基因NrfH丰度平均分别降低了37.9%、46.3%、33.8%、65.5%、8.8%。3)与4/4CF处理相比,有机肥/秸秆替代处理土壤0～28 天 N₂O累计排放量平均增加了59.6%。4) Spearman相关性分析表明,土壤PNR与土壤有机碳(r = 0.37)、铵态氮(r = 0.47)、土壤N₂O累计排放量(r = 0.56)以及反硝化过程功能基因NapAB (r = 0.78)、NirK (r = 0.21)和NorB (r = 0.53)呈显著正相关关系,与土壤pH (r = –0.40)呈显著负相关关系;土壤N₂O累计排放量与土壤有机碳(r = 0.90)、全氮(r = 0.83)、硝态氮(r = 0.83)、铵态氮(r =0.64)及反硝化过程功能基因NapAB (r = 0.67)、NirK (r = 0.49)、NirS (r = 0.36)和NorB (r = 0.88)呈显著正相关关系,与土壤pH (r = –0.52)和硝化过程功能基因AmoA (r = –0.62)、AmoB (r = –0.64)、AmoC (r = –0.71)和Hao (r = –0.77)呈显著负相关关系。冗余分析显示,土壤硝态氮(P = 0.01)、铵态氮(P = 0.03)和有机碳(P = 0.05)对土壤氮循环功能微生物影响显著,分别解释其群落结构变异的34.0%,13.3%和11.3%。  【结论】  同等氮磷钾养分投入量下,有机肥/秸秆替代部分化肥,尤其是配施1/4有机肥及1/4秸秆模式(2/4CF+1/4M+1/4S)可显著降低土壤硝化过程功能基因丰度,增加反硝化、硝酸盐异化功能基因丰度,促进番茄盛果期的氮素吸收,减少可能向下淋洗的氮量。     

玉米秸秆源有机物料对黑土养分有效性与酶活性的提升效应

  【目的】  研究以玉米秸秆为主要原料制备的不同类型有机物料对东北黑土土壤肥力和玉米产量的影响,为黑土地保护和秸秆资源高效利用提供理论依据。  【方法】  田间定位试验连续进行了5年。试验设不施肥对照 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施秸秆 (NPK+ST)、化肥配施生物炭 (NPK+BR) 以及化肥配施堆肥 (NPK+CP) 5个处理,各有机物料每年均为等碳量投入 (C 3200 kg/hm2)。5年后,采集耕层 (0—20 cm) 和亚耕层 (20—40 cm) 土壤样品,测定土壤有机碳 (SOC)、活性有机碳 (LOC)、速效养分与酶活性,并结合年际间玉米产量变化进行综合评价。  【结果】  与NPK相比,NPK+BR处理显著增加了耕层及亚耕层SOC含量,增幅分别为28.2%和11.2%;NPK+CP和NPK+ST处理增加了耕层SOC含量,增幅分别为15.5%和7.6%,对亚耕层SOC含量影响不显著;配施有机物料处理显著增加了0—40 cm土层LOC含量,且NPK+CP和NPK+ST处理LOC含量在0—20 cm土层显著高于NPK+BR,增幅分别为13.2%和8.7%,各种有机物料处理LOC含量在20—40 cm土层差异不显著;3个配施有机物料处理均显著增加了0—20 cm土层有效磷含量,仅NPK+CP和NPK+BR处理显著提高了20—40 cm土层有效磷含量;配施有机物料处理对0—40 cm土层土壤速效氮和速效钾含量影响均不显著,但配施堆肥处理0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理。配施有机物料处理比NPK处理显著增加了0—40 cm土层土壤纤维素酶、蔗糖酶和磷酸酶活性。NPK+ST和NPK+BR处理比NPK+CP处理更利于提高耕层纤维素酶活性,NPK+ST处理耕层蔗糖酶活性显著高于NPK+BR和NPK+CP处理;配施有机物料处理亚耕层土壤纤维素酶和蔗糖酶活性差异不显著。NPK+ST和NPK+CP处理较NPK+BR处理显著提高了0—40 cm土层土壤磷酸酶活性。不同处理玉米产量在年际间波动变化,配施有机物料处理玉米产量高于NPK处理,NPK+CP和NPK+ST处理对玉米产量的提升在第一年即有明显效果,而NPK+BR处理对玉米产量的积极效果在4年后才表现出来。各处理平均玉米产量的高低表现为NPK+CP > NPK+ST > NPK+BR > NPK > CK。  【结论】  化肥配施生物炭对0—40 cm土层土壤有机碳的积累作用最突出,而配施秸秆和堆肥更利于提升土壤活性有机碳的含量。配施堆肥0—20 cm土层土壤速效氮含量显著高于配施秸秆和生物炭处理,三者0—20 cm土层土壤有效磷含量无显著差异,但配施堆肥和生物炭20—40 cm土层有效磷含量显著高于配施秸秆处理。配施秸秆或生物炭增强了0—40 cm土层土壤纤维素酶活性,而蔗糖酶和磷酸酶活性以配施秸秆和堆肥处理为最高。随着土壤肥力的提高,配施有机物料处理促进了玉米产量的提升,以配施堆肥处理对玉米平均产量的增加幅度最高。因此,对于基础肥力较高的黑土而言,生物炭还田可实现黑土有机碳的快速提升,而堆肥和秸秆直接还田对玉米产量的促进作用更为明显。