长期施肥对栗褐土有机碳矿化的影响

【目的】 土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分的释放、土壤质量的保持以及温室气体的形成密切相关。本文以 25 年长期定位施肥试验为依托,对栗褐土土壤有机碳矿化速率、有机碳累积矿化量的动态变化进行研究,为科学管理土壤肥力、增加栗褐土碳汇、减少温室气体排放提供依据。 【方法】 田间试验开始于 1988,共设置 8 个施肥处理:不施肥 (CK);单施氮肥 (N);氮磷肥合施 (NP);单施低量有机肥(M₁);低量有机肥与氮肥合施 (M₁N);低量有机肥与氮磷肥合施(M₁NP);高量有机肥与氮肥合施 (M₂N);高量有机肥与氮磷肥合施 (M₂NP)。于 2013 年玉米播种前,采集耕层 (0—20 cm) 土壤样品,采用室内培养方法,对土壤碳矿化释放 CO₂ 的数量和速率进行测定,并利用一级动力学方程计算出土壤有机碳库潜在矿化势和周转速率。 【结果】 各肥料处理不同程度地提高了栗褐土总有机碳含量,以高量有机肥与化肥配施作用最为显著。与 CK 相比,M₂N、M₂NP 处理土壤总有机碳含量增加了 121.1%、166.8%。不同处理土壤样品培养有机碳矿化速率均在第一天达到峰值,随后急剧下降。5 d 后,下降趋缓,不同处理 CO₂ 产生速率趋于一致。培养期间,各处理矿化速率变化符合对数函数关系。长期施用不同肥料均可以提高栗褐土有机碳的矿化速率,其大小顺序为:有机肥与化肥配施 > 单施有机肥 > 单施化肥 > 对照。培养 57 d 后,各处理土壤有机碳累积矿化量为 555.0～980.3 mg/kg,以 M₂NP、M₁N 的累积量较高,为对照的 1.77 倍、1.73 倍。长期施肥栗褐土有机碳矿化率呈下降趋势,以处理 M₂NP 下降最明显,与对照相比,降低了 6.3 个百分点。施肥处理土壤的潜在矿化势均高于对照,M₁N、M₂NP 最高,为 923.7 mg/kg 和 926.4 mg/kg,较对照增加了 74.0% 和 74.5%。不同施肥处理均可明显提升土壤有机碳的周转速率,减少周转时间,其中处理 M₁NP、M₂NP 效果最为明显。 【结论】 长期施用化肥、有机肥及有机无机肥配施可有效促进栗褐土有机碳的积累,提高有机碳的矿化速率和周转速率,降低有机碳的矿化率 (累积矿化量占有机碳总量的比率),加强了土壤的固碳能力,以 M₂NP 处理的效果更佳。      

秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳含量及土壤碳矿化的影响

为了探明秸秆还田对宁南旱区土壤有机碳及土壤碳矿化的影响,为该区作物生产及土壤培肥制度的建立提供参考,通过4a（2007—2010年）秸秆还田定位试验,设置不同秸秆还田量处理,谷子秸秆按3000kg·hm-（2低L）、6000kg·hm-（2中M）、9000kg·hm-（2高H）粉碎还田,玉米秸秆按4500kg·hm-（2低L）、9000kg·hm-（2中M）、13500kg·hm-（2高H）粉碎还田,对照为秸秆不还田,对不同处理条件下土壤有机碳、土壤碳矿化速率、累积矿化量及其与不同形态碳素之间的相关性进行了分析。结果表明,土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层的加深而减少;各处理0～60cm土层土壤有机碳和活性有机碳含量分别比CK显著提高了24.2%、20.8%、9.5%和50.3%、46.6%、34.8%（P〈0.05）;秸秆还田不仅增加了土壤活性有机碳含量,同时也显著提高了0～20cm土层活性有机碳占总有机碳含量的比重,提高幅度达21.1%～23.1%（P〈0.05）;土壤碳矿化速率和累积矿化量在0～60cm各土层内随着秸秆还田量的增加大小顺序均为高量秸秆还田〉中量秸秆还田〉低量秸秆还田〉秸秆不还田,各秸秆还田处理较CK差异显著（P〈0.05）。相关性分析表明,土壤碳累积矿化量与不同形态碳素之间均存在极显著相关性。因此,在宁南半干旱区采用秸秆还田对提高土壤有机碳含量和碳矿化具有明显作用。     

长期不同施肥措施下黑土有机碳的固存效应

利用开始于1979年的黑土长期定位试验,研究长期不同施肥措施下土壤有机碳含量演变特征、固碳效应及外源碳输入对土壤固碳的贡献。结果表明:长期单施化肥土壤有机碳含量较试验前下降了11.6%~16.1%,有机肥与化肥配施土壤有机碳含量呈上升趋势,常量有机肥化肥配施(MNP、MNPK)土壤有机碳含量分别上升了6.5%和8.4%,二倍量有机肥化肥配施(M2N2、M2N2P2)土壤有机碳含量分别上升了7.7%和11.6%。不施肥和施化肥土壤有机碳储量呈现亏缺,亏缺量在3.5~6.1t/hm2。有机肥与化肥配施土壤有机碳储量表现为盈余,M2N2P2处理盈余量最高,达到1.9t/hm2。年均有机碳投入量与土壤固碳速率呈显著的线性正相关,表明黑土仍具有一定的固碳潜力。黑土碳投入的转化效率为34.1%,若要维持黑土有机碳库平衡,则每年至少投入1.416t/hm2有机碳。可见,在黑土区增加土壤碳投入(有机肥)仍然是最有效的土壤固碳措施。     

模拟氮添加对亚热带杉木人工林土壤有机碳矿化的影响

为探讨氮添加对亚热带杉木人工林土壤有机碳矿化的影响，选择福建三明森林生态系统与全球变化国家野外科学观测研究站38年生杉木人工林土壤为研究对象，设置N0(0 mg/kg)、N10(100 mg/kg)、N25(250 mg/kg) 3个氮添加水平，并进行117 d的培养。结果表明：(1)氮添加后，土壤有机碳矿化速率在培养开始(0 d)即达到最大值，在培养前期(0～57 d)这一段时间内N0、N10和N25处理的有机碳矿化速率平均值显著下降了44%、45%、47%，而在整个培养期间3个处理有机碳平均矿化速率分别为9.97、9.27、8.89 mg/(kg·d)；(2)有机碳矿化累积量随培养时间延长显著增加，随氮添加增加显著降低，与N0处理相比，培养117 d后N10、N25处理有机碳矿化累积量平均值分别降低了3.4%、7.4%；(3)微生物生物量对氮添加响应并不显著，但真菌/细菌比随氮添加增加而增大。总体上，氮添加主要是通过改变土壤有机碳和氮抑制了土壤有机碳矿化。因此，氮添加后土壤中碳、氮养分含量的变化是有机碳矿化变化的主要原因，而微生物群落结构变化则不是主要因素。     

长期不同施肥对新疆荒漠农田土壤碳含量及其剖面分布的影响

以建于1990年的新疆阜康荒漠生态系统观测研究站的长期施肥定位试验为平台，分析了不施肥（CK）、单施化肥（化肥常规NPK和化肥高量N2P2K）、化肥配施秸秆（化肥配施秸秆常规NPKS和化肥配施秸秆高量NPKS2）和化肥配施猪粪（NPKM）对农田土壤有机碳和无机碳含量与剖面分布及有机碳热稳定性的影响。结果表明：（1）长期施肥处理提高了土壤有机碳含量，其中耕层（0—20 cm）土壤有机碳响应最敏感，化肥配施秸秆还田处理下有机碳积累高于其他处理。（2）长期施肥处理均降低土壤有机碳稳定性，表明增加的土壤有机碳并不利于碳稳定。（3）长期施肥处理降低土壤无机碳含量，其降低程度随剖面呈下降趋势，可能由于灌溉淋洗导致深层土壤无机碳的净增加。（4）尽管长期施肥促进土壤有机碳累积，但由于降低无机碳含量及其储量，最终导致土壤全碳降低，表明土壤无机碳变化对干旱区土壤碳库变化具有决定性作用。结果表明，深入理解施肥措施对干旱区盐碱土的碳影响，需要同时考虑不同深度土壤有机碳和无机碳含量的变化。     

长期施肥潮土在玉米季施肥初期的有机碳矿化过程研究

以黄淮海平原长期定位试验地2007年玉米播种期土壤为研究对象,通过室内37天的培养实验并选择4个应用比较广泛的方程对土壤有机碳矿化过程进行拟合,其目的主要是为了比较研究长期不同施肥土壤在玉米季施肥初期有机碳矿化过程及主要矿化参数的差异,并评估矿化参数和主要土壤性质之间的相关关系.结果表明,37天培养期内各施肥处理土壤CO2-C累积释放量与土壤有机碳、全氮含量和微生物活度均呈显著正相关,大小依次为OM＞1/2OM+1/2NPK＞NPK＞NP＞PK＞CK＞NK,有机碳矿化过程均呈曲线形式,与Jones(1984)改进的一级动力学方程拟合效果最好.拟合所得土壤潜在可矿化有机碳量(C0)、易矿化有机碳量(C1)和初始潜在矿化速率(C0k)均表现出有机肥处理高于化肥处理,施肥处理高于不施肥处理(NK处理除外),与土壤有机碳、全氮和土壤微生物活度均呈显著正相关;有机碳矿化速率(k)和土壤潜在可矿化有机碳占土壤总有机碳的比例在处理间差异均不显著,除k与有机碳呈显著负相关外,其他与土壤性质均无显著相关性.因此,我们推测有机肥和化肥的平衡施用均能显著增强土壤有机碳的矿化作用,有利于土壤无机养分的释放,同时使部分有机碳在土壤中积累.     

长期施肥对不同农田生态系统土壤有效碳库及碳素有效率的影响

主要讨论了长期施肥对不同农田生态系统土壤有效碳库和土壤碳素有效率的影响。结果表明：长期施肥对土壤 效碳库和碳素有效率有很大影响。有机肥处理和有机无机配合施用处理的土壤有机碳,微生物量碳,易氧化碳,可矿化碳含量,土壤碳素有效率明显高于对照和无机肥处理的。     

黑土根际土壤有机碳及结构对长期施肥的响应

由于人类农业措施的干扰,氮肥和畜禽粪污大量输入到黑土中,对土壤有机碳库产生了较大负面影响。根际有机碳在调控土壤碳循环和养分转化中发挥着重要的作用。探明根际有机碳对不同养分的生态响应,可为不同施肥处理下黑土农田生态系统碳固持和农田可持续利用提供理论依据。该研究以黑土长期定位试验为基础,采集长期不施肥（CK）、常量氮（N）、二倍量氮（N2）、常量有机肥（M）、二倍量有机肥（M2）、常量有机肥+常量氮（MN）、二倍量有机肥+二倍量氮（M2N2）7个处理下大豆根际土壤,分析了根际有机碳和活性有机碳特征,同时利用固态核磁共振技术分析其光谱特征。结果表明,N、M2、MN和M2N2处理的根际土壤有机碳含量显著高于非根际水平,且以MN和M2N2处理的根际效应最显著,分别比非根际增加了18.3%和26.7%。分析核磁共振光谱显示,与非根际土壤相比,根际土壤具有较高的烷氧基碳比例和较低芳香碳比例,表明根际效应能够改变土壤有机碳结构比例。与不施肥处理相比,大部分施肥处理提升了黑土根际有机碳含量,其中以氮肥马粪配施和二倍量马粪（M2N2）处理提升幅度最高。由核磁共振图谱可知,M2和M2N2处理均增加根际土壤难降解成分烷基碳比例、芳香基碳比例、烷基碳与烷氧基碳比值、芳香碳与总碳比值,而MN处理仅增加烷基碳比例、烷氧基碳比例以及烷基碳与烷氧基碳比值。二倍量氮肥（N2）处理降低烷基碳比例、芳香碳比例和烷氧基碳比例,根际土壤难降解成分降低,不利于土壤固碳,同时证明固态 13C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化,深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。     

黑土农田有机碳平衡与消长动态

以中国科学院海伦农业生态实验站长期肥料试验区为研究平台,采用静态箱—气相色谱法原位测定CO2排放通量,进而估算出土壤有机碳矿化速率。秋季收获时测定玉米根系、凋落物、根际沉积碳和施用有机肥对土壤碳的输入量。从土壤有机碳输入和输出角度来研究黑土农田有机碳平衡与消长动态。结果表明,施用有机肥增加了土壤有机碳的输入量,但同时增加了土壤有机碳矿化输出量,从碳收支平衡的角度来分析,土壤有机碳呈现出增加趋势,年际间增加138 kg/hm2,0~20 cm耕层土壤有机碳含量增加了0.08 g/kg,占土壤有机碳含量的0.28%,在测量误差范围内。长期不施肥的CK处理,土壤有机碳输入量较小,每年仅为754 kg/hm2,而土壤有机碳通过矿化输出量却较大,仅次于NPKOM处理,达到1 202 kg/hm2,致使土壤有机碳下降速率加快,以每年0.22 g/kg下降,经过17年试验,有机碳下降1.7 g/kg。平衡施肥NPK和NP处理,每年输入和输出碳量相近,每年碳收支在12~44 kg/hm2之间,土壤有机碳含量基本保持不变,维持在27~28 g/kg之间波动。NK处理土壤有机碳呈下降趋势,理论上以每年0.07 g/kg速度下降,但实际上是在测定误差范围内,很难测定出有机碳的消长量。     

长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响?

为评价不同施肥条件下红壤有机碳矿化和微生物活性及两者之间的关系,对长期定位试验施有机肥（M）、施用氮、磷、钾化肥（NPK）、有机肥配合化肥（NPKM）、秸秆配合化肥（NPKS）和不施肥（CK）共5个处理的红壤进行室内培养,分析不同施肥处理下红壤有机碳矿化的CO2释放量﹑微生物数量及微生物碳源代谢特征。结果表明,不同施肥处理的土壤有机碳矿化释放CO2量差异显著,由一级反应动力学方程拟合计算出土壤潜在有机碳矿化释放CO2–C量的大小顺序：M > NPKM > NPK ≈NPKS > CK,其值分别为180.3﹑88.5﹑47.6﹑43.4和34.5 mg/kg 。培养初期微生物活性较弱时CO2的释放速率最高,微生物数量的增长落后于有机碳矿化速率变化,但培养14﹑35和69 d 时3种微生物数量大小顺序为M > NPKM > NPK≈NPKS≈ CK,处理间差异显著且与CO2释放量显著相关。不同施肥处理间微生物群落结构差异显著,其趋势与有机碳矿化相符合。说明长期施肥特别是长期施用有机肥能影响微生物的群落结构,提高红壤微生物活性,进而促进微生物对有机碳的矿化。     

Simulating the effect of potassium fertilization on carbon sequestration in soil

The impact of horticultural management on carbon sequestration in soils has been limited so far to tillage and nitrogen fertilization. Our objective was to evaluate by mathematical modeling the effect of potassium fertilization on CO₂ binding in cropland soils. The developed model integrates three subunits: (1) A published simulator of crop dry‐matter (DM) production in response to N, P, K fertilization, but not DM partitioning; (2) a published soil–crop–atmosphere model predicting crop yield and DM partitioning as a function of N but not K fertilization; (3) an original model computing the organic‐inorganic carbon transformations, inorganic‐carbon reactions and transport in soil, CO₂ diffusion, and soil carbon sequestration. The model described the K‐fertilization effect on C binding in soil as a function of the soil pH, the Ca²⁺ concentration in the soil solution, hydraulic properties, air temperature, and crop DM production, and partitioning characteristics. In scenarios of corn (Zea mays L.) growth in clayey soil and wheat (Triticum aestivum L.) in loam soil, the computed K‐induced CO₂ sequestration amounted to ≈ 14.5 and 24 kg CO₂ (kg K)^–1, respectively (0 vs. 100 kg ha^–1 K application). The soil CO₂ sequestration declined by 8% when corn grew in sandy instead of clayey soil and by 20% when the temperature was 10°C higher than the temperature prevailing in mild semiarid zones. All predicted CO₂‐sequestration results were approximately 30‐fold higher than the 0.6 kg CO₂ emitted per kg of K manufactured in industry.     

Organo-mineral complexes in soil colloids: Implications for carbon storage in saline-alkaline paddy soils from an eight-year field experiment

The combination of organic carbon(OC) and reactive minerals is a crucial mechanism of soil carbon(C) storage, which is regulated by the formation of organo-mineral complexes on the surface of soil colloids. The effect of organic fertilizer on the storage mechanism of OC in soil colloids was studied through an 8-year field experiment, which included four treatments: i) no fertilization(control, CK), ii) only mineral N, P, and K fertilization(NPK), iii) NPK plus a low level(450 kg C ha^-1     

长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

  【目的】  提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳 (TOC) 及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。  【方法】  稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK (不施肥对照)、NPK (施氮磷钾化肥) 和NPKM (有机无机肥配施) 3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层 (0—20 cm) 土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用Jenny模型拟合试验期间耕层土壤TOC含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。  【结果】  与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳 (包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ) 含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%～60.0%。  【结论】  与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。     

长期不同施肥和土地利用方式对塿土耕层碳储量的影响

利用土20年长期肥料定位试验研究了不同土地利用方式和施肥对土壤有机碳和无机碳储量变化的影响。试验包括休闲（Fallow, FL）、 撂荒（Setaside, SL）、 不施肥（CK）、 单施氮（N）、 氮钾（NK）、 磷钾（PK）、 氮磷（NP）、 氮磷钾（NPK）、 氮磷钾配合秸秆还田（SNPK）、 氮磷钾配合低量有机肥（M1NPK）和氮磷钾配合高量有机肥（M2NPK）11个处理。结果表明,CK和 FL 处理等质量耕层土壤有机碳储量仍维持在试验前水平,NP和 SL 处理显著提高了耕层土壤有机碳储量,年均增加分别达到 347 kg/hm2 和518 kg/hm2, 此4个处理等质量耕层土壤无机碳储量均较试验开始前（Initial soil, IniS）显著下降,尤其是NP处理显著低于其它3个处理。与IniS和CK相比,除NK处理外的所有施肥处理均显著地提高了等质量耕层土壤有机碳储量,其大小顺序为 M2NPKM1NPKSNPKNPKNPPKN,最大年均增加量为M2NPK 944 kg/hm2,最小为N 127 kg/hm2。施肥处理除PK和M2NPK处理外,其它处理等质量耕层土壤无机碳储量均较试验前明显降低,可能是由于土壤酸化所致。PK和M2NPK处理无机碳储量能够维持不下降,表明土壤无机碳和有机碳在适合条件下可能有某种关系。试验结果还显示,长期试验20年除M1NPK和M2NPK处理外,其它处理耕层土壤容重均明显高于试验开始前,表明等质量土壤碳储量与等深度碳储量相比可以更好地反映土壤碳的变化。     

长期施肥下褐土易氧化有机碳及有机碳库的变化特征

本研究探讨了24年长期施肥对褐土土壤有机碳(TOC)、有机碳储量(TOCs)、净固碳效率(NCSE)和碳库管理指数(CPMI)的影响,为评价褐土土壤碳库变化与质量及科学施肥提供理论依据。研究以褐土肥力与肥料长期定位试验为平台,通过9个处理[A组:不施肥处理(N_0P_0、CK);B组:单施无机肥处理(N_1P_1、N_2P_2、N_3P_3和N_4P_4);C组:有机肥与无机肥配施处理(N_2P_1M_1、N_3P_2M_3和N_4P_2M_2);D组:单施高量有机肥处理(M_6)]测定土壤TOC与易氧化有机碳(ROOC)含量,并计算TOCs、NCSE及CPMI等相关指标。结果表明,在不同土层不同时期施用较高量有机肥配施无机肥及施用高量有机肥(N_3P_2M_3、N_4P_2M_2和M_6)均可提高TOC和ROOC含量,且随土层深度加深提升作用减弱。TOCs、NCSE与0~20 cm土层TOC含量在时间和空间上的变化规律基本一致。施用高量有机肥(C组、D组)可有效提高TOCs,A组、B组的TOCs均值分别比C组、D组低76.77%与17.36%。长期施肥处理可提高NCSE,尤其是施用有机肥处理可显著提高NCSE。NCSE为D组C组A组=B组;D组NCSE为1 152.27 kg·hm~(-2)·a~(-1),是C组的2.51倍,B组的16.20倍。与试验前相比,C组和D组的CPMI无显著变化,且C组与D组间差异不显著,但A组与B组比试验前降低16.38~40.02。与A组(CK)相比,B组中N1P1处理与C、D组处理显著影响CPMI,提高了23.30~45.67。在0~40 cm土层CPMI与ROOC含量呈显著正相关,CPMI可以很好地指示有机碳的变化。可见,施用高量有机肥或者较高量有机肥与无机肥配施可极显著提高褐土土壤TOCs、NCSE和CPMI,即施用高量有机肥或者较高量有机肥与无机肥配施(N_3P_2M_3和N_4P_2M_2)有利于褐土有机碳的固存,可减少无机肥的施用量,使土壤性质向良性方向发展,培肥土壤。     

INFLUENCE OF TWENTY-THREE ANNUAL APPLICATIONS OF NITROGEN AND SULFUR FERTILIZERS,AND ONE-TIME LIMING ON DRY MATTER YIELD OF GRASS AND SOME SOIL PROPERTIES ON A DARK GRAY CHERNOZEM SOIL

Most soils in the Prairie Provinces of Canada are deficient in plant-available nitrogen (N), and many soils in the Parkland region also contain insufficient amounts of plant-available sulfur (S) for high crop production. A field experiment with perennial grass stand was conducted to determine the effects of long-term annual N (112 kg N ha^?1), S (11 kg S ha^?1) and potassium (K) (40 kg K ha^?1) fertilization, and one-time lime application on forage dry matter yield (DMY) and soil properties [pH, total organic carbon (TOC) and N (TON), and light fraction organic C (LFOC) and N (LFON)] on a Dark Gray Chernozem (Boralfic Boroll) loam at Canwood in north-central Saskatchewan, Canada. The experiment had surface-broadcast annual treatments of no fertilizer (Nil), N, S, NS, and NSK fertilizers from 1980 to 2002, and one-time lime application in 1992 to bring soil pH to about 7. Application of N or S alone had only a little effect on DMY compared to unfertilized Nil treatment, while application of both NS together substantially increased DMY, and forage yield was further increased when K was also applied (NSK). The DMY following one-time liming was greater in limed plots than in unlimed plots for at least 10 years. Decline of soil pH by fertilization mainly happened in the 0–10 cm depth with N only, and in the 0–5 cm layer with NS treatment, whereas these treatments tended to increase soil pH in layers below 10 cm. One-time surface application of granular lime increased soil pH, mainly in the 0–5 cm layer, and the effect was maintained for at least 9 years. Mass of TOC, TON, LFOC, and LFON in different soil layers increased with combined applications of N and S fertilizers (NS), but the effect was much more pronounced in the 0–7.5 cm soil layer, and also varied with organic fraction. Light organic fractions were more responsive to applied NS than total organic fractions. The findings suggest that application of N and S together was effective in sustaining high forage yield and increasing C and N sequestration in a soil deficient in both N and S.     

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。     

Trends in grain yields and soil organic C in a long‐term fertilization experiment in the China Loess Plateau

Changes in grain yields and soil organic carbon (SOC) from a 26 y dryland fertilization trial in Pingliang, Gansu, China, were recorded. Cumulative C inputs from straw and root and manure for fertilizer treatments were estimated. Mean wheat (Triticum aestivum L.) yields for the 18 y ranged from 1.72 t ha^–1 for the unfertilized plots (CK) to 4.65 t ha^–1 for the plots that received manure (M) annually with inorganic N and P fertilizers (MNP). Corn (Zea mays L.) yields for the 6 y averaged 2.43 and 5.35 t ha^–1 in the same treatments. Yields declined with year except in the CK for wheat. Wheat yields for N only declined with time by 117.8 kg ha^–1 y^–1 that was the highest decrease among all treatments, and that for NP declined by 84.7 kg ha^–1 y^–1, similar to the declines of 77.4 kg ha^–1 y^–1 for the treatment receiving straw and N annually and P every second year (SNP). Likewise, the corn yields declined highly for all treatments, and the declined amounts ranged from 108 to 258 kg ha^–1 y^–1 which was much higher than in wheat. These declined yields were mostly linked to both gradual dry weather and nutrients depletion of the soil. The N only resulted in both P and K deficiency in the soil, and soil N and K negative balances in the NP and MNP were obvious. Soil organic carbon (SOC) in the 0–20 cm soil layer increased with time except in the CK and N treatments, in which SOC remained almost stable. In the MNP and M treatments, 24.7% and 24.0% of the amount of cumulative C input from organic sources remained in the soil as SOC, but 13.7% of the C input from straw and root in the SNP, suggesting manure is more effective in building soil C than straw. Across the 26 y cropping and fertilization, annual soil‐C sequestration rates ranged from 0.014 t C ha^–1 y^–1 for the CK to 0.372 t C ha^–1 y^–1 for the MNP. We found a strong linear relationship (R² = 0.74, p = 0.025) between SOC sequestration and cumulative C input, with C conversion–to–SOC rate of 16.9%, suggesting these dryland soils have not reached an upper limit of C sequestration.     

长期不同施肥红壤磷素特征和流失风险研究

为探索长期施肥对红壤磷素吸附固持的影响,分析不同施肥土壤磷流失风险及影响因素。在南方丘陵区红壤上开展了持续25年的长期定位试验,处理包括:不施肥(CK)、施氮肥(N)、施磷肥(P)、施钾肥(K)、施氮磷钾肥(NPK1)、施2倍量氮磷钾肥(NPK2)、单施有机肥(OM)和氮磷钾配施有机肥(MNPK)。研究了不同施肥下土壤全磷、Olsen-P、Mehlich1-P、CaCl2-P含量及磷吸持指数(PSI)、磷饱和度(DPS)的变化,探讨不同施肥处理土壤对磷的吸附和解吸特征,并分析了土壤磷指标与土壤有机碳、pH、CEC之间的关系。结果表明:长期施用化学磷肥有利于补充土壤磷素,特别是土壤全磷,并使Olesn-P和Mehlich 1-P有增加趋势,而对CaCl2-P影响不显著;施用化肥对DPS影响不显著,单施磷会降低PSI,低量氮磷钾提高了PSI,高量氮磷钾处理与对照差异不显著;长期施用有机肥(猪粪)土壤全磷增加,而Olsen-P、Mehlich 1-P和CaCl2-P则大幅累积, PSI显著降低, DPS显著增加。长期施用化肥处理土壤对新添加磷的吸附较强,长期施用有机肥降低了土壤对新添加磷的吸附;土壤全磷、Olsen-P、Mehlich1-P、CaCl2-P、PSI、DPS及最大吸附容量(Qm)与土壤pH、CEC、土壤总有机碳(TSOC)、土壤水溶性有机碳[冷水提取水溶性有机碳(CWSOC)和热水提取水溶性有机碳(HWSOC)]间相关性较高;土壤磷指标和土壤有机碳、pH、CEC指标之间存在典型相关关系,第1对和第2对典型变量的典型相关系数分别为0.997和0.951,达显著水平。研究表明,施用有机肥是调节土壤磷的供给和保持的重要措施,土壤水溶性有机碳和pH可能是反映红壤磷素供应和流失的关键指标。