长期施用有机肥对稻麦轮作体系土壤有机碳氮组分的影响

【目的】 以湖北武汉地区长期稻麦轮作制度下施肥试验地作为研究对象,研究了长期不同施肥处理对耕层土壤有机碳、全氮及活性碳氮组分的影响,为优化稻麦轮作体系下施肥措施,实现土壤固碳减排,培肥土壤提供理论依据。 【方法】 长期施肥试验开始于1981年,试验处理包括不施肥 (CK)、施化学氮肥 (N)、施化学氮磷肥 (NP)、施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 及有机无机肥配施处理 (NPKM)。收集2017年小麦收获后耕层 (0—20 cm) 土壤,测定各小区土壤中的有机碳 (SOC)、全氮 (TN)、微生物量碳氮 (MBC、MBN)、水溶性碳 (DOC)、热水溶性有机碳 (HWSC)、颗粒有机碳氮 (POC和PON)、轻组有机碳氮 (LFOC和LFON) 及氯化钾浸提氮 (KEN,即水溶性无机氮) 的含量并分析各指标间的关系。 【结果】 1) 除KEN外,长期施用有机肥显著增加耕层土壤的各碳氮组分含量,特别是有机无机肥配施处理。2) 各活性有机碳组分占SOC的百分比由高到低排序为POC > LFOC > HWSC > MBC > DOC,各氮组分占TN的百分比由高到低排序为PON > LFON > MBN > KEN,其中POC占SOC的24.04%～37.64%,PON占TN的12.09%～20.24%,且有机肥处理下POC/SOC、PON/TN显著高于其余处理。3) 通过对土壤有机碳及各活性有机碳的对施肥的敏感性分析可得,各活性碳敏感性指数均显著高于SOC,且DOC的敏感性最高。4) 通过各组分间相关性分析可知,除KEN外,各碳、氮组分间显著正相关,其中DOC与SOC、PON与TN关系更为紧密,表明DOC及PON可较好地反应出SOC、TN的变化情况。 【结论】 在湖北稻麦轮作地区,长期有机无机肥配施处理显著增加了土壤碳库及氮库,促进了土壤碳、氮的积累,尤其是颗粒有机碳和有机氮 (POC和PON)。水溶性碳 (DOC) 对施肥反应最为敏感,可作为指示该地区有机物早期变化的指示物。      

有机物料输入稻田提高土壤微生物碳氮及可溶性有机碳氮

土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮是土壤碳、氮库中最活跃的组分,是反应土壤被干扰程度的重要灵敏性指标,通过设置相同有机碳施用量下不同有机物料处理的田间试验,研究了有机物料添加下土壤微生物量碳（soil microbial biomass carbon,MBC）、氮（soil microbial biomass nitrogen,MBN）和可溶性有机碳（dissolved organic carbon,DOC）、氮（dissolved organic nitrogen,DON）的变化特征及相互关系。结果表明化肥和生物碳、玉米秸秆、鲜牛粪或松针配施下土壤微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮显著大于不施肥处理（no fertilization,CK）和单施化肥处理,分别比不施肥处理和单施化肥平均高23.52%和12.66%（MBC）、42.68%和24.02%（MBN）、14.70%和9.99%（DOC）、22.32%和21.79%（DON）。化肥和有机物料配施处理中,化肥+鲜牛粪处理的微生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮最高,比CK高26.20%（MBC）、49.54%（MBN）、19.29%（DOC）和32.81%（DON）,其次是化肥+生物碳或化肥+玉米秸秆处理,而化肥+松针处理最低。土壤可溶性有机碳质量分数（308.87 mg/kg）小于微生物量碳（474.71 mg/kg）,而可溶性有机氮质量分数（53.07 mg/kg）要大于微生物量氮（34.79 mg/kg）。与不施肥处理相比,化肥和有机物料配施显著降低MBC/MBN和DOC/DON,降低率分别为24.57%和7.71%。MBC和DOC、MBN和DON随着土壤有机碳（soil organic carbon,SOC）、全氮（total nitrogen,TN）的增加呈显著线性增加。MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC和DON+MBN之间呈极显著正相关（P<0.01）。从相关程度看,DOC+MBC和DON+MBN较MBC、DOC、MBN、DON更能反映土壤中活性有机碳和氮库的变化,成为评价土壤肥力及质量的更有效指标。结果可为提高洱海流域农田土壤肥力,增强土壤固氮效果,减少土壤中氮素流失,保护洱海水质安全提供科学依据。     

长期免耕旱作对冬小麦生长季土壤剖面有机碳含量的影响

依托21a长期免耕秸秆还田定位试验，探究长期免耕加秸秆还田的田间管理方式对冬小麦生长季0−60cm土层内土壤有机碳（SOC）和土壤活性有机碳（MBC、POC、DOC）的影响。试验共设长期免耕秸秆还田（NT）与常规耕作（CT）两种耕作模式，分析0−60cm土层内土壤总有机碳（SOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤颗粒有机碳（POC）、土壤可溶性碳（DOC）含量的变化。结果表明，在0−20cm土层，NT处理SOC含量显著高于CT处理，其中0−5cm和5−10cm土层平均SOC含量分别增加了81.2 %和52.9 %，冬小麦不同生育期内土壤SOC含量变化不显著；在0−30cm土层内，与CT处理相比，NT显著改变了土壤MBC、POC及DOC在播种前、越冬前、拔节期、开花期和成熟期5个生育阶段的分布情况，且显著提高了5个生育阶段内土壤活性有机碳的含量（P＜0.05），其中0−5cm土层内，土壤MBC、POC及DOC含量在各个时期相较于CT处理分别增长60.8%～161.4%、71.8%～141.1%和21.9%～104.4%。0−60cm土层内，两种耕作方式下的SOC、MBC、POC、DOC均随着土壤深度的增大呈下降趋势。说明长期免耕可提高耕作层土壤有机碳含量和小麦生长季活性有机碳的水平，这为旱地土壤有机碳的高效固存提供了理论依据。     

不同有机物料还田对华北农田土壤固碳的影响及原因分析

中国农业面临着废弃物数量大、污染严重,农田土壤生产力低的现实问题。该研究以增加农田土壤固碳为目标对砂质农田进行有机物料还田,将秸秆、猪粪、沼渣和生物炭4种物料用尿素调节等氮还田,对农田土壤有机碳、颗粒有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量进行测定,并探究不同有机物料还田对土壤有机碳的影响原因。研究结果表明:物料还田3a后,生物炭、猪粪和沼渣处理土壤有机碳(SOC)比秸秆处理分别高262.4%、26.8%和20.7%;2014—2015年生物炭处理的土壤微生物量碳(MBC)较秸秆处理降低2.9%~35.5%,猪粪处理和沼渣处理的土壤可溶性有机碳(DOC)分别提高17.1%~60.1%和7.2%~64.8%;2014—2015年生物炭、猪粪和沼渣处理土壤颗粒有机碳(POC)较秸秆处理提高10.8%~148.2%、9.5%~58.3%和11.3%~57.6%;物料还田后,土壤总有机碳(TOC)和POC呈极显著的回归关系(R2=0.67,P0.001),土壤DOC与MBC有极显著相关性(R2=0.52,P0.001)。与秸秆还田相比,生物炭还田有利于土壤POC的累积进而促进土壤有机碳的提升,猪粪和沼渣则通过提高土壤MBC、DOC和POC的含量,促进土壤有机碳的周转和固定。从农田土壤固碳角度而言,生物炭,猪粪和沼渣还田优于秸秆还田。     

作物残体与其生物炭配施对土壤有机碳及其自身矿化率的提升

【目的】本研究通过探讨小麦和玉米残体与其生物炭配施对土壤各组分有机碳及其自身有机碳矿化的影响,揭示其在土壤固碳和培肥方面的效应,为农田有机物资源合理利用提供理论支撑。【方法】采用室内恒温培养试验,共设置小麦或玉米残体(根茬、秸秆)和秸秆制成的生物炭单施(WS、WR、WB、MS、MR、MB),配施(WS+WB、WR+WB、MS+MB、MR+MB)以及对照(CK)构成的11个处理,培养期间测定土壤CO2释放量,培养结束后测定土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、颗粒有机碳(POC)以及粗细颗粒有机碳含量(CPOC、FPOC)。【结果】添加玉米有机物料对土壤TOC、MBC、POC、CPOC和FPOC含量的增加作用普遍高于添加小麦有机物料。添加小麦或玉米秸秆对土壤TOC、POC、CPOC、FPOC含量的增加作用均高于添加根茬。单独添加生物炭,作物残体与生物炭配施和单独添加作物残体处理分别在培养的第4、8、21 d有机碳矿化速率最大,为有机碳矿化快速期,之后矿化速率减缓并逐渐趋于稳定。单独添加作物残体其有机碳累积矿化率最大,达到30%~46%;与对照相比,添加有机物料的各处理均显著增加了土壤TOC含量,其中添加生物炭处理土壤TOC含量增幅最大;单独添加小麦和玉米生物炭处理,土壤TOC含量分别显著增加34.4%和36.5%,但其有机碳累积矿化率仅为3%左右,土壤FPOC含量及敏感性指数在单独添加生物炭处理最高;小麦和玉米残体与其生物炭配施处理,土壤MBC和CPOC含量分别显著增加80.2%~199.2%,且其有机碳累积矿化率为12%~19%,介于生物炭和残体单施之间,土壤CPOC含量及敏感性指数均表现为配施处理最高。【结论】单独添加作物残体能够较好地补充土壤养分,但CO2释放量显著高于单施生物炭及配施处理;单独添加生物炭其有机碳累积矿化率较低,短期内对土壤养分的补充作用较小。作物残体与其生物炭配施可以较好地克服各自单独施用的弊端,尤其是玉米秸秆与其生物炭配施,在保证作物养分供应的同时能增加土壤碳库储量,对土壤肥力提升效果更好。     

长期秸秆还田与施氮后土壤活性碳、氮的变化

通过长期定位试验,研究了秸秆还田和施氮后小麦生育期内土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)及可溶性有机碳(DOC)的变化,以期为关中麦玉轮作区土壤肥力的提升以及农业的可持续发展提供科学依据。采用裂区设计,主处理为玉米秸秆全量还田(S+N)和秸秆不还田(N),副处理为3个不同施氮水平(0,168,252kg/hm~2)共6个处理。结果表明:土壤MBC从小麦分蘖期至越冬期降低,此后至拔节期升高且达到峰值,拔节期至成熟期降低。各处理土壤DOC从分蘖期至拔节期增加,拔节期达到峰值,此后至成熟期降低;而土壤MBN的动态变化在整个生育期呈现降低的趋势。秸秆还田处理的土壤MBC和DOC显著高于秸秆不还田处理,平均分别提高6.7%和9.3%;秸秆还田后土壤MBN均高于秸秆不还田处理,且在越冬期、拔节期和成熟期达显著水平;各处理的土壤MBC和MBN随着施氮量的增加而显著降低,还田处理的土壤DOC随施氮量的增加而显著增加,平均增加11.8%;而秸秆不还田各处理中土壤DOC含量表现出先增高后降低的趋势。可见,秸秆还田有提高土壤活性有机碳氮的作用,而过量施用氮肥对活性碳氮的提高有抑制作用。因此,关中平原麦玉轮作区实行秸秆还田配合施用适量氮肥是提高土壤肥力水平、实现农业可持续发展的有效措施。     

秸秆配施膨润土对旱作农田土壤有机碳及其活性组分的影响

为明确秸秆配施膨润土对旱作农田0～40 cm土层土壤有机碳(SOC)、活性有机碳组分及其分配比例和碳库管理指数的影响,于2019—2021年在内蒙古清水河县一间房试验基地连续3年进行田间定位试验。分别设置不施膨润土和秸秆(CK)、单施秸秆(T1)、单施膨润土(T2)和秸秆配施膨润土(T3)4个处理。结果表明:土壤SOC及活性碳组分在年际间表现为先降低后升高[除颗粒有机碳(POC)含量]的变化趋势,不同土层间表现为10～20 cm > 0～10 cm > 20～40 cm;各处理均提高了0～40 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量,秸秆配施膨润土效果优于单施。与CK相比,在0～40 cm土层,T3处理土壤SOC、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(LOC)和POC 3年平均提高了7.16%～9.63%、12.35%～18.05%、15.55%～41.97%和100.73%～127.90%,同时提高了不同土层DOC/SOC、LOC/SOC和POC/SOC以及土壤碳库管理指数;土壤SOC及各组分之间均呈显著正相关关系,以LOC相关系数最大,表明LOC可较好地反映出SOC的变化情况。可见,在旱作区采取秸秆配施膨润土措施能够显著提高土壤SOC及其活性组分含量以及碳库管理指数,对土壤肥力提升、质量改善具有重要意义。     

不同氮素水平下生物质炭、秸秆添加对陇中黄土高原旱作农田土壤活性有机碳的影响

针对黄土高原旱地小麦产量和土壤肥力水平低的问题,为更好地提升土壤肥力,达到稳产增产的效果,通过布设在定西李家堡镇的长期定位试验,研究了3种氮素(N)水平下(不施氮,施氮50 kg/hm^2,施氮100 kg/hm^2)生物质炭(B)、秸秆(S)添加(共9个处理)对陇中黄土高原旱作农田土壤有机碳及活性有机碳的影响。结果表明:相比于不施氮肥(CNO),其余施肥方式均可显著提升土壤有机碳含量,且以BN100的效果最为显著,0-5,5-10,10-30 cm土层分别提升了84.7%,69.3%,47.8%,BN0、BN50、BN100对土壤有机碳含量的提升效果明显好于SN0、SN50、SN100、CN0、CN50、CN100;相比于土壤有机碳,各处理对土壤各活性有机碳(MBC、EOC、DOC、HWOC)的影响以SN100最为显著,且均显著高于CN0、CN50、CN100;各处理对土壤有机碳及其组分含量的影响均表现出随土层加深而降低的趋势;相比于只施氮肥,生物质炭、秸秆添加下土壤有机碳及其各组分之间的相关性更加显著。相比于只施氮肥,生物质炭、秸秆的添加对于农田土壤有机碳及其活性有机碳组分含量的提升效果更加显著,生物质炭的添加对土壤有机碳含量的提升效果较好,而秸秆添加对活性有机碳含量的提升效果较为显著。研究结果对于土壤微生物环境的改善、土壤肥力的提升、减少土壤养分淋失、作物产量的提高都具有重要意义。     

轮作结合施肥对土壤有机碳及其组分和土壤养分的影响

研究了轮作结合施肥对土壤有机碳组分及土壤养分的影响,以期为优化眉豆-燕麦轮作体系下施肥措施,实现土壤固碳减排,培肥土壤提供理论依据。本研究设燕麦连作、眉豆-燕麦轮作、眉豆连作模式分别结合不施肥、施化肥、施有机复合肥措施9个处理,三年连续田间定位试验,分析2018年收获后土壤有机碳(SOC)、易氧化有机碳(ROC)、可溶性有机碳(DOC)、重组有机碳(HFOC)、微生物生物量碳(MBC)及养分含量。研究结果表明,各处理团聚体内SOC含量呈现先升高再降低的趋势,其中轮作结合施用有机复合肥处理SOC含量最高,达到41.36 g kg-1。在同一种植模式下ROC、DOC、MBC、碱解氮、速效磷、速效钾含量总体变化趋势为:施用有机复合肥>施用化肥>无肥,轮作结合施用有机复合肥处理较不施肥处理ROC、DOC、MBC、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别高7.54%、30.56%、13.35%、9.56%、31.88%、9.52%。HFOC含量总体变化趋势为施用有机复合肥>无肥>施用化肥,轮作结合施用有机复合肥处理较施化肥处理HFOC含量高12.10%。相同施肥条件下轮作模式ROC、DOC、HFOC、MBC含量高于连作模式。眉豆-燕麦轮作模式土壤有机碳组分和土壤养分含量在施用有机复合肥处理下显著增加,能够为建立合理轮作模式提供理论支撑,对实现该地区土壤耕地质量提升具有重要指导意义。     

施氮对干热河谷农田土壤有机碳及其组分的影响

干热河谷农业土壤环境长期承受“大水大肥”生产方式的胁迫,开展高温、干旱农田环境中氮肥施用与土壤有机碳固持间关系研究是维持土壤肥力、提高作物产量、实现农业可持续发展的重要科学基础。以干热河谷优势作物番茄为研究对象,设置4个施氮量处理(0、125、225、325 kg/hm²)开展田间施肥试验,探讨不同施氮量对番茄农田0～50 cm不同土层总有机碳(SOC)、活性有机碳(AOC)、非活性有机碳(NOC)、微生物量有机碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)的量变特征及其相互作用关系。结果表明:(1)与对照相比,低氮施肥处理10～50 cm土层的SOC含量显著增加(P<0.05),中氮施肥处理耕作层0～30 cm的SOC含量显著增加(P<0.05),高氮施肥处理在各个土层SOC含量均有小幅增加;(2)高氮施肥处理0～30 cm土层的AOC含量显著增加(P<0.05),0～50 cm土层的MBC含量及其分配比例也显著增加(P<0.05);中氮施肥处理0～30 cm土层的DOC含量显著增加(P<0.05);低氮施肥处理10～50 cm土层NOC含量及其分配比例显著增加(P<0.05);(3)不同氮肥处理的SOC含量及活性有机碳组分含量呈现逐层减少的趋势;(4)中高氮施肥处理下土壤AOC与SOC含量呈显著正相关关系(P<0.05),无氮处理的NOC与SOC含量呈极显著正相关关系(P<0.01),MBC和DOC含量也在一定程度上显著影响SOC含量(P<0.05);(5)番茄产量随施氮量的增加而增加,耕层0～30 cm的MBC含量与番茄产量显著正相关(P<0.05)。因此,在干热河谷冬春季番茄生产中,建议适量减少氮肥施用量至225 kg/hm²,不仅有利于作物对有机碳的吸收利用,增加土壤有机碳储量,而且能提高番茄产量,减少农业投入成本和环境污染风险。     

高寒草原土壤有机碳矿化对水氮添加的响应

[目的]研究不同水氮添加下的高寒草原土壤有机碳矿化过程,探讨土壤性质与土壤碳矿化的关系,为揭示全球变化背景下高寒草原土壤碳转化规律提供科学依据。[方法]设置45%,60%,75%,90%的田间持水量(WHC)4个水分梯度和4个氮添加梯度(0,0.2,0.4,0.8 mg/g)进行室内培养,分析CO_2浓度,测定土壤溶解性有机碳(DOC)、土壤微生物生物量碳(MBC)含量以及土壤酶活性。[结果]①在水或氮添加范围内,土壤有机碳矿化量呈抛物线变化趋势,土壤碳矿化受水分调控更加敏感,氮添加对土壤碳矿化的影响依赖于水分添加量。②土壤水分从45%增加到60%WHC,加速了土壤中可溶性物质溶出,增加了有机碳矿化;施氮量从0 mg/g增加到0.4 mg/g,土壤有机碳含量、土壤微生物量碳含量呈上升趋势,刺激了土壤有机碳的矿化。③90%田间持水量WHC的高水分添加与45%田间持水量土壤水分下的高氮添加(0.8 mg/g)抑制高寒草原土壤碳矿化,高水分添加通过降低土壤通透性抑制有机碳矿化过程,高氮添加通过降低土壤DOC生物有效性、土壤MBC含量、土壤酶活来抑制土壤有机碳矿化过程,高氮添加对碳矿化的抑制作用在90%WHC条件下得到缓解。[结论]随着未来氮沉降量与降雨量的持续增加,青藏高原高寒草原土壤有机碳的矿化作用可能会受到抑制,有利于高寒草原土壤有机碳积累。     

氮素富集对青藏高原高寒草甸土壤有机碳迁移和累积过程的影响

为深入揭示陆地生态系统碳固定对大气氮沉降增加的响应机理,基于海北高寒草甸多形态(NH4Cl、(NH4)2SO4、KNO3)、低剂量(N 0、10、20、40 kg hm-2a-1)的增氮控制试验平台,采集各处理水平下不同深度土壤样品,利用颗粒分组法分离测定总土壤有机碳(SOC)以及各粒径组分的碳含量和δ13C值。研究结果表明:低氮显著增加了土壤粗颗粒态有机碳(Macro POC)和矿质结合态有机碳(MAOC)的含量,而高氮处理正好相反。施氮一致降低土壤细颗粒态有机碳(Micro POC)含量。此外,添加硝态氮肥对SOC各组分含量和δ13C值的影响显著高于铵态氮肥。总体而言,低氮导致地表30 cm层SOC储量增加了4.5%,而中氮和高氮导致SOC储量分别下降了5.4%和8.8%。低氮处理时新增的碳以Macro POC为主,而高氮处理时损失的碳主要是Micro POC。连续5 a施氮促进了颗粒态有机碳(POC)组分的分解,进而导致SOC稳定组分的比例增加。可以认为,大气氮沉降或低剂量施氮(10 kg hm-2a-1)短期内有利于青藏高原高寒草甸土壤碳截留,硝态氮较铵态氮输入对土壤碳储量增加更为有益。     

草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构对长期氮输入的响应

为探究长期氮输入对草甸草原土壤不同组分有机碳含量及化学结构影响，以内蒙古东北草甸草原为研究对象，于2010年设置0(CK)、30(N30)、50(N50)、100(N100)、150(N150)、200(N200)kg/(hm~2·a) 6个不同施氮水平处理，测定土壤不同组分有机碳含量及红外光谱特征。结果表明：(1)相比CK，长期氮输入条件下可提高土壤总有机碳(SOC)含量(增幅0.3%～13.6%)，且主要表现为颗粒有机碳(POC)含量的增加(9.22%～16.39%)，但降低土壤轻组有机碳(LOC)含量。(2)红外光谱主成分分析(PCA)结果表明，土壤LOC主要来源于脂肪碳、芳香碳、酚醇化合物，POC主要来源于芳香碳和酚醇化合物，矿物结合有机碳(MOC)主要来源于烷基碳和多糖。(3)相比CK，施氮处理凋落物和LOC官能团中烷氧碳(单糖+多糖)的相对强度降低，烷基碳、芳香碳相对强度增加；土壤POC和MOC官能团中烷氧碳、烷基碳及芳香碳相对强度增加，酚醇化合物相对强度降低；且施氮处理下凋落物及其不同土壤碳组分有机碳结构稳定性(芳香碳/脂肪碳)均高于CK。(4)结构方程模型(SEM)结果...     

果园土壤有机碳及呼吸速率对豆科和禾本科草类的差异反应

在行间长期(连续6年)种植豆科植物毛苕子和禾本科植物黑麦草的苹果园,调查土壤不同深度的有机碳组分和表层土壤呼吸速率日变化。结果表明:间作2种植物后,行间土壤0—20,20—40cm土层总有机碳(TOC)、轻质有机碳(LFOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物生物量碳(MBC)含量均显著提高;在40—60cm土层,仅DOC含量明显提高;0—20cm土层的TOC和全部有机碳组分及20—40cm土层的TOC、DOC、POC和ROC的含量在种植毛苕子后均明显高于种植黑麦草。TOC与LFOC、TOC与POC、DOC与LFOC、DOC与MBC、DOC与ROC、MBC与ROC、ROC与POC、LFOC与ROC之间均呈显著正相关,土壤呼吸速率与LFOC、DOC、MBC和ROC之间也呈显著正相关。种植2种草类均显著提高土壤呼吸速率,并使呼吸速率日变化峰型更突出,其中毛苕子的作用效果比黑麦草更显著。     

氮肥及黄腐酸对盐渍土有机碳和团聚体特征的调控作用

为了探明不同氮肥水平下黄腐酸对盐碱障碍土壤的改良及培肥效应,本研究以滨海滩涂新垦轻中度盐碱障碍土壤为研究对象开展田间试验,采用水稻-小麦轮作种植模式,通过测定土壤电导率、pH、有机碳和土壤团聚体含量及其稳定性,研究黄腐酸与不同氮肥水平对土壤盐分消减调控和土壤地力提升效应。结果表明:黄腐酸能有效降低耕层土壤盐分,在氮水平300 kg/hm~2条件下黄腐酸处理对耕层0～20 cm土壤电导率与p H降低效果最好;黄腐酸可以有效改善土壤结构及稳定性,小麦季与水稻季,在氮水平300kg/hm~2条件下黄腐酸处理土壤2mm水稳性大团聚体含量相较于不施肥对照分别增加18.6%和13.8%,土壤团聚体平均重量直径与当地常规施肥相比增加38%;围垦初期,氮水平处理相较于黄腐酸处理对耕层土壤有机碳含量的影响更大,氮水平300kg/hm~2处理相较于低氮(225kg/hm~2)与高氮(325kg/hm~2)处理,两季土壤总有机碳积累量分别增加31.0%和120.0%。综合考虑土壤改良效应,黄腐酸处理土壤表层盐分降低、水稳性大团聚体含量增加且稳定性增强、有机碳含量提升,因此黄腐酸结合适宜用量氮肥是一条轻中度盐碱障碍土壤的优化施肥措施。     

土壤活性有机碳不同组分对保护性耕作的响应

为分析保护性耕作措施对旱作农田土壤活性有机碳的影响以及对土壤有机碳的敏感响应指标进行归纳总结,探讨适合西南丘陵区紫色土农田生态系统在保护性耕作下的有机碳分组方法和活性碳有效指标提供科学依据,进而为土壤固碳减排、提高土壤质量奠定理论基础。在重庆北碚西南大学试验农场对平作(traditional tillage,T)、垄作(ridge tillage,R)、平作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)和垄作+秸秆覆盖(ridge tillage+straw mulching,RS)4种处理下、西南紫色土丘陵区"旱三熟"种植模式下的土壤总有机碳(Total soil organic carbon,TOC)、颗粒有机碳(Particulate organic carbon,POC)、水溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、易氧化有机碳(Readily oxidized organic carbon,ROC)、可矿化有机碳(Mineralized organic carbon,MOC)以及微生物量有机碳(Microbial biomass carbon,MBC)进行了测定和分析。结果表明,秸秆覆盖不仅增加了表层土壤的TOC,也有利于20cm以上的耕层TOC的增加,而垄作对TOC的影响很小。秸秆覆盖处理下各土层POC均显著高于传统耕作,而单纯的垄作处理对5cm以下土层的POC没有影响,却显著地降低了0-5cm土层POC含量。DOC含量随土层的加深逐渐降低,且不同处理的差异主要出现在表层0-5cm土壤中,5cm以下土壤的DOC含量不易受到耕作措施的影响。TS、RS与对照相比均显著提高0-5cm土层的ROC含量,R与T之间差异不显著,秸秆覆盖只对土壤表层ROC影响很大。T、R、TS、RS处理全年日均土壤呼吸分别为1.84,1.65,2.22,2.21μmol/(m2·s),年土壤呼吸总量分别为696.31,624.41,840.12,836.33g/m2。与对照相比,垄作对土壤呼吸的影响不大,秸秆覆盖加速了土壤呼吸速率。秸秆覆盖处理显著提高了MBC含量,而垄作处理的影响不大。MBC与土壤呼吸速率呈显著正相关,R2介于0.756~0.919之间,P0.05。通过对土壤总有机碳及各组分之间的相关分析分析结果显示,TOC、POC、DOC和ROC在0-5cm土层表现显著的正相关,其他土层没有明显的规律。TOC、POC、DOC、ROC和MBC对耕作措施的响应变化基本一致,表现为对垄作处理的响应不显著,而受秸秆覆盖的影响很大,其中颗粒有机碳占总有机碳的35.74%~49.66%,二者显著正相关,可以作为反映土壤有机碳变化的敏感指标。     

施肥对紫色土农田土壤有机碳损失过程的影响

农田土壤有机碳气体交换与径流损失的研究大都相对孤立,对二者之间的同步观测研究较少。本文利用紫色土坡地可测壤中流的径流小区,开展了不同施肥处理下紫色土农田土壤有机碳土-气交换和土-水界面迁移过程的同步观测试验。试验处理包括:无肥对照(CK)、常规氮磷钾(NPK)、猪厩肥配施氮磷钾(OMNPK)、秸秆配施氮磷钾(RSDNPK)。结果表明:1)不同施肥处理的土壤异养呼吸速率与通量均呈现:RSDNPKOMNPKNPKCK,表明施加无机肥、有机肥和秸秆还田均会增加紫色土的土壤CO_2排放,其中秸秆还田配施氮磷钾肥的CO_2排放通量为4155.87 kg(C)·hm~(-2),显著大于其他施肥处理。2)不同施肥处理的土壤有机碳径流损失通量表现为:RSDNPKOMNPKCKNPK,径流损失途径也存在差异,与CK相比, RSDNPK处理在降低紫色土泥沙损失通量的同时,显著增加了壤中流可溶性有机碳(DOC)损失通量,达8.29 kg(C)·hm~(-2),各施肥处理的壤中流DOC损失通量占径流碳损失总通量的49.82%～92.11%,说明壤中流DOC损失是紫色土有机碳径流损失的主要方式。3) RSDNPK处理的土壤有机碳损失总通量显著大于其他施肥处理, OMNPK与NPK处理的总通量没有显著差异;各施肥处理的CO_2排放通量占总通量的比例均大于99%,说明气态损失是紫色土有机碳损失的主要途径。4)本文计算了不同施肥处理的单位产量碳损失通量,将作物经济效益与生态环境负荷相结合,结果表明CK的单位产量碳损失通量显著大于其他3个施肥处理。OMNPK处理的土壤有机碳含量为5.86 g·kg~(-1),大于NPK处理,说明施加有机肥有利于土壤有机碳的积累,因此在紫色土地区可以优先考虑施加有机肥配施氮磷钾肥。     

深松施肥对黑土活性有机碳氮组分及酶活性的影响

探究不同深松深度下施肥后对黑土碳排放与活性碳氮组分的影响，在黑龙江省绥化市试验点开展为期两年的大田试验， 共设5个处理：免耕+单施化肥（T1）、深松25cm+单施化肥（T2）、深松25cm+化肥有机肥配施（T3）、深松35cm+单施化肥（T4）和深松35 cm +化肥有机肥配施（T5）处理，主要分析了各处理的土壤呼吸动态、有机碳（Soil organic carbon, SOC）与全氮（Total nitrogen, TN）、活性碳氮组分包括溶解性有机碳（Dissolved organic carbon, DOC）、微生物量碳（Microbial biomass carbon, MBC）、易氧化有机碳（Readily organic carbon, ROC）、颗粒有机碳（Particulate organic carbon, POC）和微生物量氮（Microbial biomass nitrogen , MBN）、颗粒有机氮（Particulate organic nitrogen, PON）与酶活性包括乙酰基β-葡萄糖胺酶（N-acetylglucosaminnidase, NAG）、纤维素酶（Cellobiohydrolase, CBH）、β-葡萄糖苷酶（β-glucosidase, BG）和木聚糖酶（β-xylosidase, BXYL）变化。结果表明：春玉米生育后期土壤呼吸速率逐渐下降，深松35cm（T4）显著提高碳排放36.82%，土壤温度与土壤呼吸呈极显著指数相关，免耕处理（T1）下土壤呼吸对土壤温度和水分变化最为敏感。深松、施肥及其交互作用均显著影响土壤活性碳氮组分，相对免耕（T1）处理，深松25cm（T2）显著降低MBC、POC、DOC 和PON含量20.49%、40.56%、7.94%和33.43%（P<0.05），深松35cm（T4）显著降低SOC、MBC、POC、DOC、TN和PON含量9.44%、33.29%、77.62%、18.14%、14.60%和41.80%（P<0.05）；增施有机肥显著增加土壤碳氮组分含量，深松25cm时，有机无机配施（T3）相对单施化肥（T2）显著增加SOC、POC、ROC和PON含量8.37%、46.64%、35.10%和42.39%（P<0.05）；深松35cm时，有机无机配施（T5）相对单施化肥（T4）显著增加SOC、POC和PON含量8.45%、57.36%和44.83%（P<0.05）。深松25cm和深松35cm均显著降低土壤MBC/SOC、POC/SOC比例（P<0.05），深松35CM显著降低PON/TN比例（P<0.05），说明深松可以提高土壤碳氮稳定性。相对免耕处理（T1），深松后（T2和T4处理）土壤NAG、CBH、BG和BXYL 酶活均没有显著差异，而增施有机肥（T3相对T2处理）显著提高了土壤CBH酶活性。综合来看，深松25cm下化肥有机肥配施处理（T3）的土壤碳氮库组分含量较高，且土壤呼吸碳排放量低于同等施肥下的深松35cm处理（T5），T3处理更适宜在试验地区推广。     

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。     

不同施氮水平下秸秆还田对农田黑土养分及活性有机碳的影响

为揭示不同施氮水平下秸秆深埋还田配施菌剂对农田黑土养分与活性有机碳的影响及调控机制,以农田黑土为研究对象,采用裂区试验设计,设置无秸秆还田、秸秆深埋还田配施菌剂为主因素,4个施氮水平(N):0、135、180、225 kg/hm²为副因素,测定农田黑土有机碳、全氮、全磷及可溶性有机碳、易氧化有机碳、轻组有机碳、颗粒有机碳含量的变化。研究表明,在不同施氮水平下,秸秆深埋还田配施菌剂增加了土壤有机碳、全磷、轻组有机碳、易氧化有机碳和可溶性有机碳含量,增幅分别为0.61%～1.55%、2.39%～4.55%、2.85%～45.31%、2.23%～4.08%和46.42%～88.63%,降低了全氮含量,降幅为3.74%～9.55%。在无秸秆还田中,施氮处理与不施氮处理相比,土壤有机碳、全氮、全磷、可溶性有机碳含量增幅分别为2.26%～8.77%、1.65%～3.30%、14.09%～25.00%、4.84%～21.88%;土壤易氧化有机碳含量降低幅度为5.26%～8.83%。在秸秆深埋还田配施菌剂条件下,施氮处理与不施氮处理相比土壤总碳和全磷含量幅度分别为1.32%～3.79%、11.74%～24.35%;土壤轻组有机碳和易氧化有机碳含量减幅分别为12.74%～21.78%、5.71%～10.46%;土壤可溶性有机碳含量在N 180 kg/hm²处理时增加了57.02%。秸秆深埋还田配施菌剂结合适量氮肥能提高土壤活性有机碳组分含量,有效改善土壤养分的供给能力,配施过量氮肥效果反而不显著,其中秸秆深埋还田配施菌剂并施N 180 kg/hm²处理效果最佳,有望成为黑土地区土壤培肥的实际有效方式。