黑土有机碳变化的DNDC模拟预测

为探讨黑土有机碳的长期变化规律及DNDC模型在土壤有机碳预测方面的适用性,本文利用吉林省公主岭地区黑土不同施肥措施下的长期定位试验数据,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、配施有机肥(NPKM)和增施有机肥(M2+NPK)4个处理进行土壤有机碳分析,并将数据用作DNDC模型验证。验证结果表明:各处理DNDC验证中RMSE值均小于10%(分别为5.09%、6.11%、9.38%、8.36%),说明模拟值与观测值一致性良好,模型可用于该地区土壤有机碳模拟。选取了化肥施用、有机肥施用、秸秆还田比率、温度及降水5个因子进行模型的敏感性分析,结果表明:有机肥的施用对土壤有机碳含量的影响最显著,且这种影响具有持久性。最后模拟了4种施肥情境下未来(至2100年)的土壤有机碳变化情况。结果表明:对照不施肥处理(CK)土壤有机碳含量略有下降,至2100年土壤有机碳含量为11.55 g·kg-1,较试验前土壤初始有机碳(13.2 g·kg-1)下降约12.5%。单施化肥处理(NPK)土壤有机碳含量较为稳定,并未出现土壤有机碳含量下降。配施有机肥(NPKM)和增施有机肥(M2+NPK)处理土壤有机碳含量增加明显,至2100年土壤有机碳含量为24.4 g·kg-1和27.6 g·kg-1,分别较初始有机碳含量上升84.8%和109.1%。     

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.     

Impact of long-term application of fertilizer, manure and lime under intensive cropping on physical properties and organic carbon content of an Alfisol

Intensive cropping with conventional tillage results in a decline of soil organic carbon (SOC) with consequent deterioration of soil physical properties. Some studies indicate that this decline in SOC can be arrested by way of organic manure application and improved nutrient management practices. This study was conducted to find out the long-term effects of inorganic fertilizer, manure and lime application on organic carbon content and physical properties of an acidic Alfisol (Typic Haplustalf) under an annual soybean-wheat crop rotation. Six treatments namely, control (CON), nitrogen fertilization (NIT), nitrogen and phosphorus (NP), nitrogen, phosphorus and potassium (NPK), NPK plus manure (NPKM) and NPK plus lime (NPKL) from a long-term fertilizer experiment continuing at Ranchi, India, were chosen for this study. Soil samples were collected from the selected treatments after 29 crop cycles and analyzed for physical and chemical properties. The results indicated that SOC content in all the treatments decreased from initial levels, but the decrease was considerably less in NPKM (8.7%) and NPKL (10.9%) treatments than that in NIT (28.3%) treatment. The SOC at 0-15 and 15-30 cm depth was lowest in NIT and CON. The NPKM, NPKL and NPK treatments up to 30 cm soil depth recorded significantly higher SOC than NIT and CON. Application of balanced fertilizer along with manure (NPKM) or lime (NPKL) improved soil aggregation, soil water retention, microporosity and available water capacity and reduced bulk density of the soil in 0-30 cm depth over CON. In contrast, soil aggregate stability, microporosity and available water capacity were significantly lower in the NIT plots than that in CON. The study thus suggests that soil management practices in acidic Alfisols should include integrated use of mineral fertilizer and organic manure or lime to maintain the organic carbon status and physical environment of soil.     

施肥措施对复垦土壤团聚体碳氮含量和作物产量的影响

研究复垦后不同施肥措施下有机碳（OC）和全氮（TN）在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征，以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象，采集0～20 cm耕层土壤样品，利用湿筛法进行土壤粒径分组，分析大粒径大团聚体（> 2 mm）、小粒径大团聚体（0.25～2 mm）、微团聚体（0.053～0.25 mm）和粉黏粒组分（< 0.053 mm）中OC和TN含量，判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素，探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥（CK）、施氮磷钾化肥（NPK）、单施有机肥（M）和有机无机肥配施（MNPK）4个处理。结果表明：1）整个试验周期（2008-2013年），同CK相比， NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量，且以MNPK处理的效果最显著，分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。     

长期施肥下红壤有机碳及其颗粒组分对不同施肥模式的响应

采集不同施肥24年的红壤,采用物理分组的方法,观测了长期不同施肥下红壤有机碳及其组分变化,并结合历史资料分析了不同施肥模式对红壤有机碳及其颗粒组分的影响。结果表明,化肥配施有机肥（NPKM）处理下红壤总有机碳含量（10.33 g/kg）,砂粒（2000～53 m）、细粉粒（5～2 m）和粘粒（2 m）组分中的有机碳含量显著高于其他处理。与不施肥（CK）相比,施用化肥（NPK、2NPK）和有机肥（NPKM、M）显著地提高了红壤有机碳在砂粒和粘粒中的分配比例,而降低了其在粗粉粒和细粉粒的分配比例。施化肥（NPK、2NPK）、单施有机肥（M）、化肥配施有机肥（NPKM）处理,土壤有机碳的平均固定速率分别为0.05 t/(hm2?a)、0.18 t/(hm2?a)、0.26 t/(hm2?a)。相关分析表明,不同施肥模式下红壤有机碳的固定量与碳投入量之间存在着极显著的线性相关关系（R2=0.909, P0.01）,土壤的固碳效率为8.1%;随着碳投入的增加,粗粉粒和细粉粒有机碳储量逐渐下降,而砂粒和粘粒中碳储量逐渐增加,并且粘粒增加速率要远远高于砂粒。以上结果说明,红壤中有机碳还没有达到饱和,还具有一定的固碳潜力,增加的有机碳主要固持在粘粒中,粘粒是红壤有机碳的主要固持组分。     

长期施肥红壤稻田有机碳演变规律及影响因素

利用1981年起设置的水稻土长期施肥定位试验,分析了CK(不施肥)、N(单施氮肥)、NPK(氮磷钾配施)、NPK2(2倍氮磷钾配施)和NPKM(有机无机肥配施)等施肥措施下土壤有机碳的演变规律及其与作物产量和土壤养分(全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾)的相关性.结果表明:试验30年后,各个处理的土壤有机碳含量均有上升,其中CK、N、NPK、NPK2和NPKM的土壤有机碳在试验30年分别比试验前增加18.95％、17.72％、23.36％、16.92％和32.68％.与CK处理相比,NPK、NPK2和NPKM处理的土壤有机碳平均提高了4.09％、4.03％和25.68％.土壤有机碳含量与水稻产量呈显著相关(P＜0.001),相关系数r为0.410,这说明土壤有机碳含量的增加可以促进水稻增产.土壤有机碳与土壤养分中的碱解氮、速效磷和全磷含量均表现出极显著相关(P＜0.001),相关系数r分别为0.452、0.559和0.487,但是与钾含量相关不显著.这表明:有机无机肥配施可以持续快速提高红壤性水稻土的有机碳含量,同时在有机无机肥配施过程中应适当增施钾肥,从而促进土壤肥力平衡和维持作物高产稳产,实现农业可持续性.     

长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率

【目的】探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。【方法】依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度选择不施肥(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)、氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、单施有机肥(M)、增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)和粘粒(2μm)4个组分。【结果】与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm~2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系表明小颗粒(粗粉粒、细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm~2·a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm~2·a)]而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为0.09~0.16t/(hm~2·a)。分析结果还表明土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。【结论】南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。     

长期施肥对中国亚热带水稻土土壤稳定性和机械属性的影响

Wet stability, penetration resistance （PR）, and tensile strength （TS） of paddy soils under a fertilization experiment for 22 years were determined to elucidate the function of soil organic matter in paddy soil stabilization. The treatments included no fertilization （CK）, normal chemical fertilization （NPK）, double the NPK application rates （2NPK）, and NPK mixed with organic manure （NPK＋OM）. Compared with CK, Fertilization increased soil organic carbon （SOC） and soil porosity. The results of soil aggregate fragmentation degree （SAFD） showed that fast wetting by water was the key fragmentation mechanism. Among the treatments, the NPK＋OM treatment had the largest size of water-stable aggregates and greatest normal mean weight diameter （NMWD） （P ≤ 0.05）, but the lowest PR and TS in both cultivated horizon （Ap） and plow pan. The CK and 2NPK treatments were measured with PR 〉 2.0 MPa and friability index 〈 0.20, respectively, in the Ap horizon, suggesting that the soils was mechanically unfavourable to root growth and tillage. In the plow pan, the fertilization treatments had greater TS and PR than in CK. TS and PR of the tested soil aggregates were negatively correlated to SOC content and soil porosity. This study suggested that chemical fertilization could cause deterioration of mechanical properties while application of organic manure could improve soil stability and mechanical properties.     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳含量的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪+紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤团聚体活性有机碳含量均随深度的增加而降低。长期施用肥料,特别是有机肥与无机肥配施会提高土壤团聚体活性有机碳含量,从而保持和提高土壤有机碳库质量。不同粒级土壤团聚体中活性有机碳含量和团聚体活性有机碳占团聚体有机碳比率有差异,潜在可矿化碳含量和潜在可矿化碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.25~1mm、1~3mm、>3mm、0.05~0.25mm和<0.05mm;而可溶性有机碳含量和可溶性有机碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.05~0.25mm、0.25~1mm、1~3mm、>3mm和<0.05mm。不同施肥处理A层土壤团聚体潜在可矿化碳、可溶性有机碳含量都与土壤团聚体有机碳含量都呈极显著相关;P层除1~3mm团聚体外都呈显著相关。土壤微团聚体(<0.25mm)中有机碳的稳定性高于大团聚体(>0.25mm)。     

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.     

长期定位施肥对玉米根际土壤团聚体有机碳与钾素含量及其相互关系的影响

  目的  探讨长期定位施肥对玉米根际土壤中不同形态钾素含量变化及其与团聚体组分有机碳含量间的耦合关系,为红壤合理施肥提供理论依据。  方法  依托红壤长期施肥定位试验（始于1986年）,采集不施肥（CK）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）、2倍氮磷钾肥（DNPK）和氮磷钾配施有机肥（NPKM）5个处理玉米根际土壤,测定不同粒级土壤团聚体的有机碳、交换性钾和非交换性钾含量,探明它们之间的相关关系。  结果  各施肥处理玉米根际土壤不同粒级团聚体组分中 > 2 mm组分均显著低于0.25 ~ 2 mm和 < 0.25 mm组分,但NPKM处理 > 2 mm的组分最高,< 0.25 mm组分则显著低于其他处理;而各团聚体组分间、同一粒级不同处理间全钾含量均无显著差异。与NP处理相比,NPK处理在 > 2 mm、0.25-2mm和 < 0.25mm团聚体的交换性钾含量分别增加了64.83%、31.12%和32.43%,非交换性钾含量分别提高了11.74%、16.86%和14.54%。相关分析表明,> 2 mm团聚体中有机碳与交换性钾、非交换性钾含量均呈现出显著的正相关关系（R2分别为0.72和0.77,P < 0.05）,且 > 2 mm团聚体中有机碳含量增加0.1 g kg?1,交换性钾和非交换性钾含量分别提高5.69 mg kg?1和 2.37 mg kg?1。  结论  在南方红壤地区,长期有机无机肥配施是提高玉米根际土壤大团聚体比例的重要措施,且大团聚体中有机碳含量的增加促进了交换性钾和非交换性钾含量的提高,可为满足作物根系的钾素需求奠定基础。     

长期定位施肥紫色土无机硫形态变化

【目的】以紫色土肥力与肥料效益监测基地的土壤为研究对象研究了长期(22年)不同施肥(不施肥对照、施用氮磷钾、单施有机肥、氮磷钾与有机肥配施、永久休闲)处理对表层土壤(0-20 cm)硫含量的影响,为合理进行硫素供应和肥料施用提供理论依据。【方法】利用连续提取法提取耕层土壤的水溶性硫、吸附性硫、HCl溶性硫和总硫,并用BaS04比浊法进行测定。【结果】化肥与有机肥长期配施能显著增加土壤的总硫含量,与原始土壤相比增加65.42 mg/kg但有效硫比例低于单施化肥处理;与原始土壤相比5个处理的水溶性硫含量都有所下降幅度为0.87~1.38 mg/kg;而单施有机肥或化肥与有机肥配施能显著增加土壤的吸附性硫含量分别比原始土壤增加93.3%和177.4%;长期施用氮磷钾化肥能显著增加土壤HCl溶性硫含量,比原始土壤增加了161.7%。【结论】单施化肥或有机肥化肥配合施用都能显著增加土壤硫的供给,而有机肥与化肥配施更有利于土壤硫的累积。此外,长期施肥试验表明大气硫沉降的减少对土壤硫供给的影响需值得进一步关注。     

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。      

长期施肥棕壤团聚体分布及其碳氮含量变化

【目的】探究玉米-玉米-大豆轮作体系不同施肥处理对土壤团聚体分布及其有机碳、全氮的影响,以期深入了解施肥对土壤培肥、改善土壤结构的机制。【方法】选取不施肥（CK）,化肥（NPK）,低量有机肥（M1）,低量有机肥与化肥配施（M1NPK）,高量有机肥（M2）,高量有机肥与化肥配施（M2NPK）6个处理。采集棕壤37年长期定位试验微区不同施肥处理的0-20 cm和20-40 cm土样,分析其水稳性团聚体（ 1 mm、1~0.5 mm、0.5~0.25 mm、0.25~0.053 mm及 0.053 mm）分布及其有机碳、全氮分配特征。【结果】棕壤长期施肥对团聚体分布及其碳氮的影响0-20 cm大于20-40 cm,随土层深度的增加,有机碳（SOC）、全氮（TN）含量减少。各处理团聚体及碳、氮在团聚体中的分配主要在黏粉粒中（40%以上）。与CK相比,NPK处理显著提高了黏粉粒的含量,降低大团聚体与微团聚体含量,显著增加黏粉粒储碳比例;M1、M2处理显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,显著增加 0.25 mm各粒级团聚体的储碳比例,且M2处理显著高于M1处理;M1NPK、M2NPK处理也显著增加 1 mm团聚体数量及其SOC含量,M1NPK与M2NPK处理在NPK处理的基础上依次增加0.5~0.25 mm（M1NPK）、1~0.5 mm及 1 mm团聚体的储碳比例,M2NPK处理 0.25 mm团聚体储碳比例最高,土壤团聚体全氮的变化趋势与有机碳类似。【结论】棕壤连续有机无机配合施用可显著增加土壤大团聚体数量、SOC、TN含量及其储碳、氮比例,是提高土壤质量、改善土壤结构的有效施肥措施。     

Phosphorus availability and rice grain yield in a paddy soil in response to long-term fertilization

Rice (Oryza sativa L.) is one of the most important crops in the world, and its production is limited by soil phosphorus (P) deficiencies in many parts of the world. Impacts of long-term fertilization regimes on rice productivity and soil P availability is largely unknown. A long-term (26-year) field experiment in a paddy soil of southeastern China was carried out to study the response of rice grain yield and soil P pools to different fertilization regimes including control without fertilization (CK), nitrogen, P, and potassium (NPK) fertilizer (NPK), NPK fertilizer plus cattle manure (NPKM), and NPK fertilizer plus rice straw (NPKS). Application of fertilizers (NPK, NPKM, and NPKS) increased rice grain yield compared with the CK treatment (on average, by 75%, 97%, and 92%, respectively). Soil P was predominately present in the organic form (51–75% of total P) across different treatments. Most soil inorganic P fractions decreased with time due to continuous depletion by rice plants in the nonfertilized treatment (CK), while they generally increased with time in the fertilizer treatments (NPK, NPKM, and NPKS) due to continued supply of P to soil. On the other hand, soil organic P fractions increased continuously with time regardless of treatment, probably due to the retention of stubble and biological immobilization of inorganic P. Positive relationships between the rice grain yield and most inorganic P fractions in the CK treatment indicated the P limitation for rice production due to no P inputs and long-term conversion of inorganic P into organic P.     

应用DNDC模型分析东北黑土有机碳演变规律及其与作物产量之间的协同关系

【目的】探索长期不同施肥方式下土壤有机碳的动态变化及其与作物产量之间的耦合关系,以期为东北地区黑土耕地资源的持续利用与管理提供科学依据。 【方法】基于黑土区国家土壤肥力与肥料效益监测网站公主岭监测基地的23年长期定位试验数据,选取不施肥（CK）、单施氮磷钾肥（NPK）、无机肥配施低量有机肥（NPKM1）、1.5倍的无机肥配施低量有机肥[1.5（NPK）M1]、无机肥配施高量有机肥（NPKM2）和无机肥配施秸秆（NPKS）6个处理进行土壤有机碳和产量的分析,将数据用于DNDC模型验证,并对6种施肥处理在未来气候下（40 a）黑土有机碳的演变进行模拟。 【结果】试验监测结果表明:从1990~2012年的土壤有机碳数据分析得出,长期不施肥土壤有机碳从12.49 g/kg以年均0.69%的速率下降,有机无机配施可以提升土壤有机碳含量。DNDC验证结果如下:DNDC验证土壤有机碳时各处理的相对均方根误差（RMSE）为14.98%~37.91%,验证作物产量时各处理的RMSE为8.28%~11.19%,说明模型能够基本反映长期不同施肥下的作物产量和土壤有机碳的变化。未来气候下的模拟结果表明:CK和NPK处理土壤有机碳在未来40年里分别下降16.67%和11.21%。而3个化肥有机肥配施处理在未来40年呈稳定增长态势,NPKM1、1.5（NPK）M1和NPKM2处理的土壤有机碳将分别增加13.65%、15.74%和15.84%,以1.5（NPK）M1增势最为显著。NPKS处理的有机碳相对初始略有增加。当施氮量从160 kg/hm2增至320 kg/hm2时,土壤有机碳每增加1.00 g/kg,作物产量的增加量从44.48 kg/hm2下降至15.95 kg/hm2。 【结论】从长期实测数据的分析和DNDC模型模拟得出,实施秸秆还田和有机肥配施无机肥能有效持续增加SOC含量,并能获得较高的作物产量。在施氮量160~320 kg/hm2水平下,作物产量随着土壤有机碳含量的增加而升高,且土壤有机碳含量对产量的提升幅度随着施氮量的升高而降低。     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。      

长期施肥下黑土不同团聚体氮组分的植物有效性差异

【目的】 土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。 【方法】 依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了室内土壤培养试验和黑麦草盆栽试验。供试土壤选择的定位试验处理包括不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS)、氮磷钾 + 农家肥 (NPKM)。采集1000 g土样于2 L塑料瓶内,加入15N丰度为20.12%的尿素0.247 g,置于25℃培养箱中恒温控湿培养40天。培养完成后将土样风干,将有机物分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (iPOM,53～250 μm) 和矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm),矿物结合有机物又进一步分为团聚体内矿物结合有机物 (MOMi) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOMo),分析了不同团聚体组分中15N的固持量。称取各粒级土壤样品40 g,分别与20 g细石英砂混匀,于80 mL小塑料盆中,每盆黑麦草定苗7株于温室内培养,20天时加入适量磷、钾营养液。培养30天后,分别采集黑麦草地上部和根系,烘干、称重、研磨,测定养分含量及15N丰度。 【结果】 在NPK处理和NPKM处理的土壤中,植株生物量分别在MOMo和cfPOM下最高,分别为每盆100.2 mg和99.8 mg。黑麦草尿素氮含量在MOMo的NPK处理最大,在其他三个组分均表现为CK > NPK > NPKS > NPKM,其中cfPOM组分氮固持量与黑麦草氮含量表现一致;黑麦草吸收的氮素主要来自cfPOM和MOMo组分中 (0.1～0.21 mg/pot),在其他组分下不足0.05 mg/pot;cfPOM、iPOM、MOMi和MOMo中的氮素利用率分别为14.1%～19.3%、5.5%～15.4%、3.1%～4.9%和12.7%～23.6%,在NPKM处理下,以cfPOM组分中最高,为19.3%,在NPK处理下以MOMo组分最高,为23.6%。 【结论】 施用有机肥可促进外源氮肥保存在粗游离颗粒中,其固持的氮有效性最高,有利于后季养分的供应。单施化肥处理团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高;团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高,但氮有效性很低。      

连续施肥20年后棕壤团聚体分布和碳储量变化

利用两种不同分离方法(干筛法与湿筛法)对耕作施肥20年后棕壤的团聚体组成、团聚体有机碳含量以及有机碳储量进行了研究。结果表明:棕壤团聚体以0.25～1mm团聚体为主。与长期不施肥比较,除0.25～1mm粒级外长期施用氮磷化肥使风干团聚体和水稳性团聚体中较大团聚体和微团聚体数量下降,降低了各级风干团聚体中有机碳积累,增加了水稳性团聚体中有机碳积累;长期施用有机肥较大团聚体和微团聚体数量增加及其相连的有机碳含量和储量均增加;长期有机无机肥配施大团聚体数量下降,微团聚体数量增加,有机碳含量均增加,大团聚体碳库储量下降,微团聚体碳库储量增加。由此可见长期施有机肥土壤结构改善,固C潜力增加。长期高量有机肥与无机肥配施可能有利于土壤固碳,但不利于作物生长。     

长期施肥对黄棕壤细菌多样性的影响

  【目的】   基于武汉黄棕壤长期定位试验 (1981—2016年),探究不同施肥措施下土壤肥力演变和土壤微生物多样性变化,为黄棕壤培肥以及农业绿色可持续发展提供依据。   【方法】   本研究采用Illumina MiSeq高通量测序技术和偏最小二乘路径模型 (PLS-PM) 综合分析了不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、常量有机肥 (OM)、氮磷钾+常量有机肥 (NPK+OM) 和氮磷钾+高量有机肥 (NPK+OMM) 5种不同施肥方式对黄棕壤理化性质、细菌多样性的影响及其与产量的关系。   【结果】   1) 与CK相比,施有机肥处理显著增加了土壤碱解氮、有效磷、速效钾和有机碳含量,而NPK处理只显著增加了土壤有机碳含量。NPK+OMM处理的土壤有效磷和速效钾含量显著高于OM和NPK+OM处理,3个有机肥处理间的碱解氮、有机碳含量差异不显著。4个施肥处理均显著提高了水稻产量,但处理间差异不显著。2) OM处理土壤微生物多样性最高,而高量粪肥投入的NPK+OMM处理,细菌多样性有下降的趋势,但各施肥处理间细菌多样性差异不显著。3) 长期不同施肥方式影响土壤细菌群落结构,其中NPK+OM和NPK+OMM处理细菌群落结构更接近。OM处理提高了变形菌纲和放线菌纲的相对丰度,降低了绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲的相对丰度。NPK处理降低了放线菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度,提高了酸杆菌纲相对丰度。与NPK+OM处理比较,NPK+OMM处理降低了放线菌纲和α-变形菌纲相对丰度,提高了厌氧绳菌纲、绿弯菌纲和硝化螺旋菌纲相对丰度。4) PLS-PM显示土壤有机碳 (SOC)、碱解氮、有效磷和速效钾对细菌群落结构表现出正调控 (路径系数 = 0.36),而pH表现负调控 (路径系数 = ?0.48);但是对细菌多样性的影响都较小;影响产量的理化指标主要是SOC、碱解氮和有效磷。土壤细菌多样性对产量显示正调控 (路径系数 = 0.42)。   【结论】   土壤有机碳 (SOC) 和碱解氮、有效磷、速效钾含量对细菌群落结构有正调控作用,而pH有负调控作用。与NPK处理相比,长期施用常量有机肥 (OM) 处理提高了细菌多样性和水稻产量,而高量有机肥配施氮磷钾肥 (NPK+OMM) 会导致细菌多样性和产量降低。