长期施用化肥对农田黑土有机碳和氮消长规律的影响

利用中国科学院海伦农业生态实验站黑土区的农田长期定位试验土壤(1990~2004年)为研究对象,研究了长期施用化肥对土壤有机碳和氮的消长规律的影响。结果表明,长期施用化肥,氮用量的增加对土壤有机碳含量的影响较大,使土壤有机碳含量降低,而对土壤氮素的含量影响较小;磷用量的增加对土壤有机碳含量的影响不大,但使土壤全氮含量下降较多,因而C/N比呈上升趋势;而钾用量的增加对土壤中的有机碳含量基本上没有影响,但使土壤全氮量下降明显,有效氮含量略有降低,C/N比呈现增加趋势。因此,通过调控化肥的用量可以维持土壤中的有机碳、全氮及有效氮含量,保持土壤的持续生产力,提高作物产量。     

科尔沁沙地沙漠化过程中土壤碳氮特征分析

对科尔沁沙地不同沙漠化阶段土壤有机碳、全氮含量、土壤质地以及碳氮密度进行了测定与分析。结果表明,沙漠化过程中不同阶段的特征体现在土壤碳、氮、颗粒组成的有规律变化,土壤碳、氮含量衰减,质地变粗;从潜在沙漠化阶段到严重沙漠化阶段,100 cm深土壤有机碳和全氮含量分别下降91.6%和85.8%,有机碳密度从4 877.9(C)g/m2下降到481.8(C)g/m2,全氮密度从518.0(N)g/m2下降到89.4(N)g/m2;土壤有机碳、全氮与土壤细颗粒组分(<0.1mm)含量之间表现为同增同减性;沙漠化初期有机碳、氮衰减速率要快于沙漠化后期;沙漠化过程中土壤C/N比呈递减趋势,土壤有机碳衰减速率要快于全氮。     

不同施肥处理对棕壤几个肥力指标的影响

23年定位试验结果表明:土壤有机碳、全氮和碱解氮、生物氮量以:高量有机肥区>低量有机肥区>化肥区>对照。土壤C/N基本维持在11~16之间。单施化肥处理土壤微生物碳量降低,Kos值高于其它施化肥处理,有机无机肥配合施用,结合态腐殖质含量明显下降,松结态/重组腐殖质的比值和松/紧比值也有所降低。有机无机配施各处理土壤微生物碳量,以及土壤松结态、稳结态、紧结态腐殖质的含量显著升高,提高松结态/重组腐殖质和松/紧的比值;不同用量的施有机肥处理土壤微生物碳量与对照相比差异不显著,Kos值下降,其他指标均升高。     

长期不同施肥对红壤碳氮储量的影响

利用20年长期肥料定位实验,研究了不同施肥条件下土壤全氮在0~20 cm、20~40 m、40~60 cm层次中分布特征。结果表明,不同施肥处理土壤全氮含量、C/N比值均以0~20 cm土壤层次中最高,随着土壤层次加深而出现下降。长期不同施肥处理后土壤全氮储量高低趋势为:有机肥料区组>化学肥料平衡施用区组>化学肥料不平衡施用区组,有机肥料和有机无机肥料配合施用效果最为显著。长期不同施肥,土壤碳氮比(C/N)无显著差异,长期施用有机肥料,土壤有机碳和土壤全氮数量同步上升,土壤C/N比值保持稳定。有机肥料与化学肥料配合施用能够提高土壤碳氮库容,是维持土壤肥力的最优施肥方式。     

洞庭湖区不同耕种方式下水稻土壤有机碳、全氮和全磷含量状况

在洞庭湖区的2km2典型样区内,按3个/hm2的密度采集土样,分析不同耕种方式下(水稻、水旱轮作油菜、水改旱种苎麻1~5年)水稻土壤的有机碳、全氮和全磷含量状况。结果表明,水稻田土壤有机碳、全氮和全磷含量水平均较高,水田改为旱地后土壤有机碳、全氮含量及C/N比值有较大幅度的下降,但全磷含量变化不大。土壤有机碳、全氮及C/N比值均以水稻田土壤>油菜地土壤>苎麻地土壤,与水稻田相比,油菜土壤有机碳平均下降了11.19%、全氮下降了10.33%,而苎麻土壤有机碳平均下降了35.57%、全氮下降了31.61%。土壤有机碳与全氮之间呈线性关系,相关性均达极显著水平(P<0.01)。     

长期施用化肥和秸秆对活性有机质组分的影响

以长期定位试验为基础,分析了长期施用化肥和秸秆对土壤不同组分C、N的影响.结果表明:连续施肥16年后,与CK处理相比,单施化肥使土壤全N、有机C、轻组有机N、颗粒态有机N、碱解N、易氧化有机C分别增加了13.8%,9.4%,38.2%,20.0%,19.7%和26.3%,但并没有增加轻组有机C量和颗粒态有机C量.化肥与秸秆配施后,土壤全N、有机C和不同组分C、N含量都显著大于单施化肥.单施化肥显著降低了土壤有机质、轻组有机质、颗粒态有机质的C/N比,但化肥与秸秆配施后, 其C/N比并没有继续降低.此外,易氧化有机C量与土壤有机C量显著相关,颗粒态有机N量、轻组有机N量、碱解N和土壤全N间也存在显著相关性.     

长期地膜覆盖对土壤氮素状况的影响

定位试验结果表明,长期地膜覆盖对棕壤全氮影响较小,而碱解氮含量平均下降6.46mg/kg。覆膜土壤上层NO3-N含量明显增加。有机氮各组分在覆膜条件下发生较大变化,其中氨基酸态氮的绝对和相对数量下降显著,各处理平均下降21.6mg/kg和2.0％。覆膜使土壤微生物体氮量增加。试验结果还表明,施用有机肥和化肥都能提高土壤全氮、碱解氮、NO3-N和有机氮的含量,施用有机肥明显地提高了微生物体氮的含量,是培肥覆膜土壤氮素肥力的有效措施。     

不同土地利用和管理方式对黑土肥力的影响

基于中国科学院海伦农业生态试验站22 a长期定位实验,研究了不同土地利用和管理方式对黑土肥力的影响。结果表明,不同土地利用方式促使土壤肥力发生不同的变化,裸地生态系统由于无有机质输入和无植被保护,土壤肥力逐年下降;草地植被覆盖使黑土全碳、全氮、碱解氮含量逐年提高;农田生态系统施肥管理能减缓土壤肥力降低,化肥配施有机肥增加土壤养分库,提高土壤肥力。不同覆盖特定的因子影响特殊的土壤酶活性。自然植被恢复对土壤转化酶和磷酸酶活性的影响大于增加土壤养分含量(碳、氮、磷含量)的影响。黑土自然植被恢复和农田土壤有机-无机肥配施是保持和增加黑土有机C,N库稳定性以及提高土壤肥力的重要途径。     

苜蓿对旱地土壤有机碳氮变化的驱动作用

根据旱地长期定位试验和分离土壤有机质中微粒有机质及矿物结合有机质的方法,研究了长期生长苜蓿对土壤有机碳、全氮变化的驱动作用。结果表明:不施肥条件下,苜蓿地土壤有机碳、全氮的含量比裸地土壤中的含量明显增加,土壤有机碳和氮库中的微粒有机碳、氮的含量没有显著增加,而增加的有机碳、氮主要分布在矿物结合有机碳、氮组分中。在施用有机肥及氮、磷化肥条件下,苜蓿地土壤有机碳和全氮的含量显著地提高,增加的有机碳、氮几乎平均地分布在微粒有机碳、氮和矿物结合有机碳、氮组分中。由此表明,保持适宜的苜蓿生产力并采用合理的施肥措施,长期生长苜蓿能够有效地驱动土壤固定有机碳和氮素,从而保持和提高土壤肥力。     

施用有机肥对土壤肥力的影响

在潮棕壤上进行了5年的定位试验,研究不同有机肥用量对作物产量和土壤肥力的影响。结果表明,施用有机肥处理与对照处理相比,施用有机肥有明显的增产和稳产作用。不施肥处理,除土壤全钾以外,土壤其他各项养分指标（C、N、P）均有所下降;施用有机肥能显著提高速效P、K养分含量和有机碳及全磷含量。5年时间,低量有机肥处理土壤碱解氮含量下降了9.19mg/kg,说明低量有机肥并不能保证土壤氮的供给;中量有机肥处理土壤碱解氮含量略有上升,土壤全氮收支基本平衡;高量有机肥处理土壤碱解氮含量有明显增加,土壤全氮也有较大程度的盈余。     

Dynamics of soil carbon to nitrogen ratio changes under long‐term fertilizer addition in wheat‐corn double cropping systems of China

Soil carbon to nitrogen (C:N) ratio is one of the important properties of terrestrial ecosystems. Here, we report a study of soil C:N ratio dynamics in wheat‐corn double cropping systems based on four long‐term experimental sites in China: three in the temperate zone and one in the sub‐tropical zone. We evaluate effects of long‐term fertilizer input on soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (TN) by comparing three treatments: no added fertilizer (the control), added nitrogen‐phosphorus‐potassium chemical fertilizers (NPK), and chemical fertilizers combined with manure (NPKM). Our study shows that SOC and TN had different responses to the treatments. There was an increasing trend in SOC, even without fertilizer. However, applying inorganic fertilizers only (NPK) did not maintain TN contents at some sites. The NPKM treatment resulted in a large increase in both SOC (35–147%) and TN (33 to 10%) contents, relative to the initial values. The soil C:N ratio showed a significant increase over time at the sub‐tropical site but little change at the three temperate sites. Our analysis showed similar C:N ratios (37–38) in gross input of organic materials under the NPK treatments. However, the estimated C:N ratio during decomposition was much smaller at the sub‐tropical site (23.7) than at the three temperate sites (44.0–48.2) under the NPK treatments, which may explain the increased soil C:N ratio at the sub‐tropical site. Thus, we conclude that variations in soil C:N ratio are not caused by organic matter inputs but by decomposition in the wheat‐corn double cropping systems.     

南方典型丘陵区耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异特征及其影响因素

  【目的】  了解土壤全氮、有机碳和碳氮比空间变异及其影响因素是进行土壤碳氮调控的前提和基础。  【方法】  以江西省丰城市为案例区，通过实地采样获取2018年139个表层土壤数据，运用地统计学、普通克里格插值等方法对南方丘陵区县域尺度下耕地土壤全氮、有机碳和碳氮比的空间变异特征及其影响因素进行系统的分析。  【结果】  研究区土壤全氮 (TN) 含量介于0.74～3.80 g/kg、土壤有机碳 (SOC) 含量介于8.14～36.67 g/kg、土壤碳氮比 (C/N) 介于6.31 ～15.15，均值分别为2.24 g/kg、22.52 g/kg和10.15，变异系数分别为25.45%、26.24%、14.38%，均呈中等程度的空间变异。半方差分析结果显示，TN、SOC、C/N的块金效应分别为44.44%、56.97%、19.57%，这表明TN、SOC和C/N的空间分布受结构性因素和随机性因素共同影响。普通克里格插值结果显示，在空间分布上，研究区土壤TN和SOC具有相似性，总体表现出由中部向南北递减的趋势；土壤C/N空间分布与TN和SOC有所不同，总体呈现出西高东低的趋势。逐步回归分析结果显示，成土母质、土壤类型、土壤pH、氮肥施用量和土壤质地对土壤全氮，成土母质、土壤类型、土壤pH对土壤有机碳，土壤类型对土壤碳氮比影响极显著 (P<0.01)。  【结论】  成土母质对土壤TN和SOC的独立解释能力最高，分别为28.1%和23.2%；土壤类型对研究区土壤C/N的独立解释能力达到了13.2%。因此，成土母质是引起研究区土壤全氮、有机碳空间变异的主要因素，土壤类型则是引起研究区土壤碳氮比空间变异的主要因素。     

The role of non‐crystalline Fe in the increase of SOC after long‐term organic manure application to the red soil of southern China

Because of the important role of soil organic carbon (SOC) in nutrient cycling and global climate changes, there has been an interest in understanding how different fertilizer practices affect the SOC preservation and promotion. The results from this study showed that long‐term application of manure (21 years) could increase significantly the content of SOC, total nitrogen (N) and soil pH in the red soil of southern China. The chemical structure of SOC was characterized by using solid‐state cross‐polarization magic angle spinning (CPMAS) ¹³C nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, and the aromatic C, ratio of alkyl C : O‐alkyl C, aromaticity and hydrophobicity of mineral fertilizers N, P and K plus organic manure (NPKM) and organic manure (M) treatments were less than those of mineral fertilizer nitrogen (N) and mineral fertilizers N, P and K (NPK) treatments. Both poorly crystalline (Fe_o) and organically complexed (Fe_p) iron contents were influenced significantly (P < 0.05) by different fertilizers, and it was observed that NPKM and M treatments increased the non‐crystalline Fe (Fe_o‐Fe_p) content. There was a significant (P < 0.01) positive correlation between soil organic C and non‐crystalline Fe in both the surface (0–20 cm) and subsurface (20–40 cm) soils. The results suggested that non‐crystalline Fe played an important role in the increase of SOC by long‐term application of organic manure (NPKM and M) in the red soil of southern China.     

长期施肥对棕壤有机碳组分的影响

对起始于1979年的棕壤长期肥料定位试验田2005年的耕层土壤不同有机碳组分进行了测定与分析,以探讨长期施肥影响土壤有机碳的过程及机理。结果显示:长期单施化肥降低了土壤的游离态颗粒有机碳（FPOM-C）含量,但进一步稳定了矿物结合态有机碳(MOM-C),最终提高了土壤总有机碳(TOC)含量;长期施用有机肥和有机肥配施化肥使土壤的FPOM-C、闭蓄态颗粒有机碳(OPOC)、MOM-C以及含量均显著提高,且增加效果好于单施化肥。从各组分有机碳所占比例或相对比值来看,长期施用有机肥和有机肥配施化肥提高了POM-C/TOC比例而降低了MOM-C/TOC比例,使FPOM-C/OPOM-C比值显著增大。表明土壤有机碳结构分组的应用有助于揭示长期施肥影响土壤有机碳的机理。     

Effects of irrigation and nitrogen fertilizer on yield,carbon inputs from above ground harvest residues and soil organic carbon contents of a sandy soil in Germany

To better understand the complex interactions between irrigation and nitrogen fertilizer application on soil organic carbon content, the results from long‐term field experiments over a period of 40 years were analysed. The combined effect of irrigation and nitrogen fertilizer rates on crop yields, carbon input by above ground harvest residues and soil organic carbon content has been investigated at a site on a sandy soil in northeast Germany. Combined with nitrogen fertilizer application, irrigation has frequently had a significantly positive effect on crop yield and carbon inputs from above ground harvest residues. However, enhanced carbon inputs to the soil under irrigation did not lead to significantly greater soil organic carbon contents. As the combination of irrigation and nitrogen also improved microbial decomposition by changing of above ground harvest residues C/N ratio and soil moisture, the effect of an additional input of carbon from above ground harvest residues was nullified.     

Long-Term Effect of Nitrogen and Tillage Management on Soil Carbon Pools in the Semiarid Northern Great Plains

No-tillage and manure application effect on soil organic carbon (SOC) and total nitrogen (N) concentrations were studied under a 27-year-old 4-year rotation consisting corn (Zea mays L.)-soybean (Glycine max L.)-wheat (Triticum aestivum L.)-field pea (Pisum sativum L.). Under each crop, four applied N treatments were control, annual urea-N applications at the rate of 45 and 89 kg N ha^?1, and composted beef cattle feedlot manure-N at the rate 179 kg N ha^?1 applied once every four year. For each fertilizer treatment, no-till (NT) and conventional till (CT) were compared for basic soil properties, SOC, and total N within 0–15 cm soil. Manure application significantly reduced soil bulk density and increased SOC and total N over urea-N. Particulate organic matter, mineralizable N, and permanganate-oxidizable C fractions significantly related with SOC. Long-term manure additions and no-tillage had potential to improve soil compaction and maintain SOC over chemical fertilizer N and CT.     

培肥措施对复垦土壤轻重组有机碳氮的影响

为揭示复垦土壤轻重组分有机碳氮随复垦年限和培肥措施变化的特征,采用密度分组方法研究了不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施有机肥(M)、有机无机配施(MCF)和生物有机肥与化肥配施(MCFB)5种培肥措施下复垦4,8年土壤轻重组分碳氮含量及碳氮比变化规律。结果表明:复垦土壤总有机碳氮与轻重组有机碳氮含量变化趋势总体均表现为随复垦年限的增加而显著提高。经过8年复垦,不同处理间,单施有机肥对总有机碳(TOC)、总有机氮(TON)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)与轻组有机氮(LFON)、重组有机氮(HFON)的提高效果总体优于其他处理,与生土相比,增加幅度分别为148.10%,68.09%,163.68%,129.51%,35.00%,92.59%。土壤轻组组分C/N重组组分C/N,土壤轻组组分C/N总体表现为随复垦年限增加而提高,以单施化肥最高,达25.48;重组C/N表现为随复垦年限增加而降低,以单施化肥最低,为6.44。施肥对土壤碳氮库管理指数影响显著,各施肥处理均以生物有机肥与化肥配施处理效果最好。综合来看,在等量养分投入的情况下,单施有机肥更有利于采煤塌陷区复垦土壤总有机碳氮库及轻重组有机碳的积累,单施化肥更大程度促进了轻组组分有机碳和重组组分有机氮的提升幅度。     

长期不同施肥处理对棕壤氮储量的影响

为揭示施肥对棕壤氮素状况的影响,利用29年长期肥料定位试验,研究了不同施肥处理条件下土壤全氮在0―60 cm土层的分布特征,并在此基础上计算0―60cm土层氮库的储量变化。结果表明,不同施肥处理土壤全氮含量、C/N比值均随土层深度增加而降低,其影响主要表现在表层;而对0―60cm 土层全氮储量有显著性影响（P0.05）。长期不同施肥处理后土壤全氮及其储量变化趋势是:高量有机肥区＞低量有机肥区＞化肥区＞无肥区＞试验前（1979年）,特别是高量有机肥和化肥配合施用效果最显著;单施化肥处理土壤全氮含量和储量虽有缓慢提高,但差异不显著。说明土壤氮素含量的提高与施肥措施密切相关,有机肥和化肥配合施用能提高土壤全氮含量和储量,是维持土壤肥力的最优施肥方式。     

长期施肥对水稻土碳氮矿化与团聚体稳定性的影响

水稻土有机碳、氮矿化过程对水稻土质量和作物养分吸收具有重要的作用,但是它们对施肥措施的响应及其与土壤结构之间的关系尚不清楚。本研究基于红壤性水稻土长期施肥定位试验,分析了不施肥(CK)、施用常量化肥(NPK)、2倍化肥(NPK2)和常量化肥配施有机肥(NPKOM)等处理下水稻土碳氮矿化特征,并研究了其与土壤团聚体稳定性的关系。结果表明NPKOM处理显著提高了土壤有机碳和全氮含量(P0.05),而单施化肥处理(NPK2和NPK)则同CK处理没有显著差异。土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率均为NPKOMNPK2NPKCK处理,其中NPKOM处理显著高于其他处理(P0.05),而后3个处理间没有显著差异。土壤氮矿化速率、累积矿化量和矿化率同土壤碳矿化的规律一致,NPKOM、NPK2和NPK处理累积矿化氮量较CK处理分别提高110.0%、29.4%和8.8%,矿化率分别提高110.8%、25.6%和13.0%。单施化肥处理(NPK和NPK2)的平均质量直径(MWD)分别降低了17.1%和15.5%,而NPKOM处理则增加了19.4%。相关分析表明,土壤碳氮矿化主要取决于土壤有机碳氮含量,而与土壤团聚体水稳定性无直接关系。在今后研究中,应重点分析土壤孔隙结构与有机碳氮周转的关系。