长期免耕和深松提高了土壤团聚体颗粒态有机碳及全氮含量

【目的】耕作措施对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）具有重要影响。本研究利用团聚体和密度联合分级方法,旨在揭示长期耕作对表层土壤团聚体内密度颗粒组分SOC及TN的影响,为深入理解黄土高原农田土壤碳氮提升机理提供依据。【方法】长期试验位于黄土高原东部边缘地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕无覆盖（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。于2013年7月采集0—10 cm土层样品,首先通过干筛法筛分>2、1—2、0.25—1和<0.25 mm粒级团聚体,之后利用颗粒密度分组,将团聚体有机质分为轻组有机质（LF）、粗颗粒有机质（cPOM）、细颗粒有机质（fPOM）和矿质结合有机质（m-SOM）。【结果】（1）15年保护性耕作（包括NT和SM处理）显著提高了0—10 cm土层的SOC和TN含量,与CT相比,NT和SM处理的SOC含量分别提高了22.9%和21.8%,TN含量分别提高了35.2%和42.3%。不进行秸秆覆盖的少耕处理（RT）对SOC和TN无显著影响。（2）不同耕作措施改变了团聚体质量组成及其内部SOC和TN含量。NT和SM处理显著提高了1—2 mm和0.25—1 mm粒级的干筛大团聚体含量,相对地,降低了>2 mm和<0.25 mm粒级团聚体的含量。NT和SM处理不同程度提高了团聚体的SOC和TN含量,与CT相比,团聚体SOC平均提高了8.5%和9.5%,尤其对>1 mm粒级团聚体SOC含量提高幅度最大;团聚体TN平均提高了12.2%和24.1%,尤其对<0.25 mm微团聚体TN含量提高幅度最大。（3）fPOM和m-SOM组分对团聚体SOC和TN的贡献最大,对SOC的贡献率分别为27.3%—45.1%和25.0%—52.6%;对TN的贡献率分别为23.5%—34.7%和42.2%—64.3%。不同有机质组分对耕作的响应不同,cPOM和fPOM组分最为敏感。与CT相比,NT和SM处理显著提高了土壤所有粒级团聚体的cPOM和fPOM的SOC和TN含量,尤其对>2 mm团聚体cPOM和<2 mm团聚体fPOM的SOC和TN含量提升幅度最大。【结论】长期免耕和深松提高了团聚体中有机碳及全氮含量,尤其提高了团聚体中颗粒有机质的碳氮含量,有利于土壤碳氮的长效累积,是黄土高原坡耕地区值得推荐的耕作管理方式。     

长期施肥下黄壤性水稻土有机碳组分变化特征

【目的】土壤有机碳具有高度异质性,不同组分的有机碳由于化学性质和存在方式等不同,其生物有效性和肥力功能不同,并反映出不同的稳定机制,所以深入研究土壤有机碳的组分特征,对于更好地了解土壤有机碳的稳定性和肥力机制具有重要意义。本研究以黄壤性水稻土为对象,旨在研究揭示长期施肥对土壤有机碳组分特征的影响并探讨合理培肥模式。【方法】以中国黄壤性水稻土18年长期施肥定位试验为依托,通过田间取样和室内分析,采用土壤有机碳物理-化学联合分组方法,重点研究不同施肥条件下土壤有机碳组分含量及分配比例的变化,并通过定量分析组分碳含量与年均碳投入量的关系,探讨土壤有机碳饱和现象。试验处理包括不施肥对照（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、无机肥配施低量有机肥（0.5MNPK）和无机肥配施高量有机肥（MNPK）,碳投入梯度为0.87-6.02 t·hm^-2·a^-1。【结果】与不施肥（CK）相比,单施化肥（NPK）处理显著增加了土壤游离态粗颗粒有机碳、化学保护粉粒组有机碳和生物化学保护粉粒组有机碳含量,总有机碳提升10%;有机肥处理（0.5MNPK、M、MNPK）显著增加了土壤游离态粗颗粒有机碳、物理保护有机碳、化学保护粉粒组、黏粒组有机碳和生物化学保护粉粒组、黏粒组有机碳,增加幅度高于化肥处理,总有机碳提升24%-46%,其中以有机无机肥配施（MNPK）的提升幅度最大;与不施肥（CK）及单施化肥（NPK）处理相比,有机肥处理（0.5MNPK、M、MNPK）土壤物理保护有机碳的分配比例显著升高;模型分析发现,长期施肥条件下土壤游离态粗颗粒有机碳浓度与年均碳投入量呈显著的线性关系,而化学保护态有机碳浓度与生物化学保护态有机碳浓度以及土壤总有机碳含量,均与年均碳投入量呈显著的“饱和曲线效应”的对数函数关系。【结论】有机无机肥配施是提升黄壤性水稻土有机碳水平的最佳培肥措施,并以物理保护有机碳的提升幅度最大,强化了有机碳的物理稳定机制;黄壤性水稻土较稳定的有机碳组分（化学保护态、生物化学保护态）以及总有机碳存在饱和现象,在当前条件下出现饱和限制。     

长期施肥对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响

 【目的】研究长期施用化肥以及化肥与稻草配合施用对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响。【方法】试验土壤采自湖南省望城无机有机肥长期定位试验田小区,各施肥处理为：CK（不施肥）、NP（施氮磷肥）、NPK（施氮磷钾肥）、NP+RS（施氮磷肥和稻草）和NPK+RS（施氮磷钾肥和稻草）。【结果】氮磷钾长期平衡施用和化肥与稻草长期配合施用有利于2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体含量增加。与CK处理相比,化肥与稻草长期配合施用处理能提高2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体内的有机碳含量和全氮、可矿化氮含量,同时也显著提高了二者在较大粒径（2～5 mm,0.5～2 mm）水稳性团聚体内有机碳、全氮和可矿化氮储量。与CK处理相比,NPK长期平衡施用的处理,也能提高大粒径水稳性团聚体（2～5 mm,0.5～2 mm）内的有机碳、全氮、可矿化氮的含量和储量,但提高的幅度小于化肥与稻草长期配合施用的处理。【结论】水稳性大团聚体对土壤有机碳、氮具有强富集和物理保护作用;化肥和稻草长期配合施用能显著提高大团聚体内有机碳、氮的含量和储量,是改善土壤团粒结构,提升红壤水稻土肥力的有效措施。2～5 mm和0.5～2 mm粒径团聚体是红壤水稻土有机碳、全氮和可矿化氮的主要载体。     

长期施肥下黑土活性氮和有机氮组分变化特征

【目的】研究长期不同施肥措施下土壤活性氮和有机氮组分特征,探讨土壤活性氮和有机氮组分之间的关系,为评价土壤肥力、制定合理施肥措施提供科学依据。【方法】利用开始于1979年的哈尔滨黑土肥力长期定位试验,选取对照（CK,不施肥）、不施氮肥（PK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、有机无机肥配施（MNPK）5个处理,采用氯化钾浸提-差减法、氯仿熏蒸-K2SO4提取法和Bremner法分别测定不同处理土壤可溶性有机氮、微生物生物量氮和有机氮组分含量。【结果】长期施用化肥对土壤耕层活性氮和有机氮组分含量无显著影响。单施有机肥和有机无机肥配施处理较单施化肥处理可溶性有机氮含量分别增加34.7%和56.2%,微生物生物量氮含量分别增加89.8%和144.7%。与单施化肥相比,长期单施有机肥和有机无机肥配施显著增加了酸解铵态氮、酸解氨基酸氮、酸解氨基糖氮和酸解未知氮的含量,增幅分别在23.3%—29.1%、19.2%—33.2%、30.6%—47.6%和20.2%—32.0%,对非酸解氮无显著影响。不同施肥措施下有机氮各形态的分布趋势为非酸解氮＞酸解氨基酸氮＞酸解铵态氮＞酸解未知氮＞酸解氨基糖氮。与单施化肥相比,长期单施有机肥和有机无机肥配合施用处理酸解有机氮占全氮比例有所提高,增幅达6.4%和9.9%。土壤全氮、可溶性有机氮、微生物生物量氮均与酸解有机氮组分之间均存在显著的正相关关系。在土壤有机氮组分中,酸解氨基酸氮、酸解未知氮和酸解铵态氮对可溶性有机氮和微生物生物量氮的影响最大。【结论】土壤氮素含量的变化与施肥措施密切相关,有机无机肥配施措施能显著增加土壤活性氮和有机氮组分含量,有利于提高土壤氮素供应能力;酸解氨基酸氮、酸解未知氮和酸解铵态氮是土壤活性氮的主要贡献因子。     

Soil aggregation and aggregate associated organic carbon and total nitrogen under long-term contrasting soil management regimes in loess soil

This study investigated the effects of three contrasting soil management regimes and different nutrient treatments on the distribution of water-stable aggregates(2, 1–2, 0.5–1, 0.25–0.5, and 0.25 mm) and associated soil organic carbon(SOC) and total nitrogen(TN) content in loess soil. A 21-yr long-term experiment was performed, in which soil management regimes include cropland abandonment(Abandonment), bare fallow(Fallow) and wheat-fallow cropping(Cropping). Under Cropping, the following nutrient treatments were employed: control(CK, no nutrient input), nitrogen only(N), nitrogen and potassium(NK), phosphorus and potassium(PK), NP, NPK, and manure(M) plus NPK(MNPK). Results demonstrated that Abandonment significantly increased the content of soil macro-aggregates(0.25 mm) and mean weight diameter(MWD) at 0–10 and 10–20 cm soil horizons compared with Cropping, whereas Fallow yielded lower values of above two parameters. Abandonment increased SOC and TN contents in all aggregate sizes by 17–62% and 6–60%, respectively, at 0–10 cm soil layer compared with Cropping. Conversely, Fallow decreased SOC and TN contents in all aggregates by 7–27% and 7–25%, respectively. Nevertheless, the three soil management regimes presented similar SOC contents in all aggregates at 10–20 cm soil horizon. Only Cropping showed higher TN content in 0.5 mm aggregates than the two other regimes. Consequently, Abandonment enhanced the partitioning proportions of SOC and TN in 1 mm macro-aggregates, and Fallow promoted these proportions in micro-aggregates compared with Cropping. Under Cropping, long-term fertilization did not affect the distribution of aggregates and MWD values compared with those under CK, except for NPK treatment. Fertilizer treatments enhanced SOC and TN contents in aggregates at all tested soil depths. However, fertilization did not affect the partitioning proportions of SOC and TN contents in all aggregates compared with CK. Comprehensive results showed that different soil management regimes generated varied patterns of SOC and TN sequestration in loess soil. Abandonment enhanced soil aggregation and sequestered high amounts of SOC and TN in macro-aggregates. Long-term amendment of organic manure integrated with NPK maintained soil aggregate stability and improved SOC and TN sequestration in all aggregates in loess soil subjected to dryland farming.     

施肥对坡地土壤团聚体与磷素赋存形态的影响

紫色土为长江上游农耕区主要土壤,多分布在山地丘陵区,其耕层较薄(30～80 cm),土壤养分质量分数普遍偏低,作物养分利用率低,但目前国内外关于团聚体尺度耕作土壤的磷素分异与循环规律的研究较少.为深入了解紫色土坡耕地长期施肥过程中的磷素养分库容和供应机制,本研究基于2002年开始的长期施肥定位试验,分析研究了西南紫色土区玉米/小麦轮作制度不同施肥方式下土壤团聚体发育特征,并结合碳、氮转化过程探讨紫色土培肥过程中磷素赋存形态及转化规律.结果表明:长期有机无机配合施肥促进大团聚体的形成,不同施肥平均重量直径(MWD)依次为:OMNPKRSDNPKNPKCK;长期施肥均不同程度提高了各粒径土壤团聚体中有机碳、全氮、全磷、速效磷及各形态无机磷(Ex-P, Al-P, Ca-P, Or-P)质量分数,其中主要提高了较大团聚体(2,0.25～2 mm)中养分质量分数.无机肥配施粪肥处理提升有机碳和全氮的效果优于无机肥配施秸秆,而对全磷和速效磷提升效果则相反.长期有机无机配合施用可有效提高各粒径团聚体中Ex-P,Al-P,Ca-P和Or-P质量分数,并促进Al-P,Ca-P向大团聚体转移,提高了土壤对有效磷素的保持能力.有机质添加处理在提高土壤有机碳和有机磷质量分数的同时,也对土壤磷素转化、提高磷素有效性具有重要影响.     

Soil carbon sequestration under long-term rice-based cropping systems of purple soil in Southwest China

Carbon sequestration in agricultural soils is a complex process controlled by farming practices, climate and some other environment factors. Since purple soils are unique in China and used as the main cropland in Sichuan Basin of China, it is of great importance to study and understand the impacts of different fertilizer amendments on soil organic carbon(SOC) changes with time. A research was carried out to investigate the relationship between soil carbon sequestration and organic carbon input as affected by different fertilizer treatments at two long-term rice-based cropping system experiments set up in early 1980 s. Each experiment consisted of six identical treatments, including(1) no fertilizer(CK),(2) nitrogen and phosphorus fertilizers(NP),(3) nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers(NPK),(4) fresh pig manure(M),(5) nitrogen and phosphorus fertilizers plus manure(MNP), and(6) nitrogen, phosphorus and potassium fertilizers plus manure(MNPK). The results showed that annual harvestable carbon biomass was the highest in the treatment of MNPK, followed by MNP and NPK, then M and NP, and the lowest in CK. Most of fertilizer treatments resulted in a significant gain in SOC ranging from 6.48 to 2 9.13% compared with the CK, and raised soil carbon sequestration rate to 0.10–0.53 t ha–1 yr-1. Especially, addition of manure on the basis of mineral fertilizers was very conducive to SOC maintenance in this soil. SOC content and soil carbon sequestration rate under balanced fertilizer treatments(NPK and MNPK) in the calcareous purple soil(Suining) were higher than that in the acid purple soil(Leshan). But carbon conversion rate at Leshan was 11.00%, almost 1.5 times of that(7.80%) at Suining. Significant linear correlations between soil carbon sequestration and carbon input were observed at both sites, signifying that the purple soil was not carbon-saturated and still had considerable potential to se questrate more carbon.     

红壤性水稻土有机无机复合体中碳氮特征对长期施肥的响应

【目的】研究长期施肥对红壤性水稻土有机无机复合体中有机碳（OC）、全氮（TNOIC）特征的影响,为红壤性水稻土管理和培育土壤肥力提供依据。【方法】以长期定位施肥试验的红壤性水稻土为研究对象（始于1984年）,选取CK（不施肥）、PK（施磷钾肥）、NPK（施氮磷钾肥）、NPKM（施70%氮磷钾肥+30%有机肥）4个处理。采集0—20 cm土层土样,分析各粒级（<2、2—10、10—20、20—50和50—250μm）有机无机复合体的分布,并探讨施肥对复合体中有机碳（OC）和全氮（TNOIC）含量、储量和碳氮比（C/N）的影响,以及有机无机复合体中OC和TNOIC对红壤性水稻土有机碳（SOC）、全氮（TN）贡献率的影响。【结果】与不施肥CK相比,施肥处理显著提高了20—50μm粒级复合体的比例,降低了<10μm粒级复合体比例,而NPKM处理与其他施肥处理相比,50—250μm粒级复合体的比例增加更显著;不同施肥对各粒级复合体中OC和TNOIC含量影响不同,与PK相比,NPK处理的50—250μm粒级复合体中OC和TNOIC分别增加了36.3%、80.6%;与NPK相比,NPKM...     

不同有机物料还田对东北黑土活性有机碳的影响

 【目的】阐明不同有机物料培肥对黑土总有机碳和活性有机碳组分的影响,探讨合理调控农田土壤肥力的施肥模式。【方法】以黑龙江省海伦市国家野外科学观测研究站试验区上进行了6年田间定位试验的小区土壤为研究对象,通过对土壤活性有机碳的提取以及室内作物栽培试验,对比和分析不同有机物料配施化肥处理下土壤活性有机碳与土壤生产力的变化。【结果】与试验初期相比,经过6年单施化肥处理后,土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（WSOC）以及轻组有机碳（LFOC）的含量显著下降;而有机无机配施则显著提高了土壤有机碳及各活性有机碳组分的含量。不同有机物料还田对土壤总有机碳和各活性有机碳组分的作用存在显著差异,作物秸秆与化肥配施更有助于TOC和LFOC的积累,其中以玉米秸秆配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为26%和136%;粪肥配施化肥对MBC和WSOC的积累效果优于作物秸秆,其中以猪粪配施化肥的效果最为突出,与单施化肥相比,增幅分别为52%和85%。室内作物栽培试验表明,单施化肥处理将引起土壤生产力的下降,有机无机配施则能明显改善土壤生产力水平。不同有机物料配施化肥对土壤生产力的提升效果表现为：猪粪＞牛粪＞小麦秸秆≈玉米秸秆。【结论】在东北黑土区,不同有机物料处理之间土壤总有机碳、活性有机碳以及土壤生产力存在明显差异,玉米秸秆配施化肥能够显著提高土壤总有机碳和轻组有机碳的含量,而猪粪配施化肥则更有助于土壤微生物量碳和水溶性有机碳的积累,有利于土壤生产力的提升。     

Dynamics of organic carbon and nitrogen in deep soil profile and crop yields under long-term fertilization in wheat-maize cropping system

Soil organic carbon (SOC) and nitrogen (N) are two of the most important indicators for agricultural productivity. The primary objective of this study was to investigate the changes in SOC and N in the deep soil profile (up to 100 cm) and their relationships with crop productivity under the influence of long-term (since 1990) fertilization in the wheat-maize cropping system. Treatments included CK (control), NP (inorganic N and phosphorus (P) fertilizers), NPK (inorganic N, P and potassium fertilizers), NPKM (NPK plus manure), and M (manure). Crop yield and the properties of topsoil were measured yearly from 2001 to 2009. C and N contents were measured at five different depths in 2001 and 2009. The results showed that wheat and maize yields decreased between 2001 and 2009 under the inorganic fertilizer (NP and NPK) treatments. The average yield between 2001 and 2009 under the NP, NPK, NPKM, and M treatments (compared with the CK treatment) increased by 38, 115, 383, and 381%, respectively, for wheat and 348, 891, 2 738, and 1 845%, respectively, for maize. Different long-term fertilization treatments significantly changed coarse free particulate (cfPOC), fine free particulate (ffPOC), intramicroaggregate particulate (iPOC), and mineral-associated (mSOC) organic carbon fractions. In the experimental years of 2001 and 2009, soil fractions occurred in the following order for all treatments: mSOC>cfPOC>iPOC>ffPOC. All fractions were higher under the manure application treatments than under the inorganic fertilization treatments. Compared to the inorganic fertilization treatments, manure input enhanced the stocks of SOC and total N in the surface layer (0–20 cm) but decreased SOC and N in the deep soil layer (80–100 cm). This reveals the efficiency of manure in increasing yield productivity and decreasing risk of vertical loss of nutrients, especially N, compared to inorganic fertilization treatments. The findings provide opportunities for understanding deep soil C and N dynamics, which could help mitigate climate change impact on agricultural production and maintain soil health.     

长期有机无机肥配施改变了土团聚体及其有机和无机碳分布

【目的】研究小麦-玉米轮作体系长期有机无机肥配施对土土壤水稳性团聚体分布及其有机碳、无机碳含量的影响,以了解土碳固存机制对施肥的响应。【方法】依托21年长期肥料定位试验,采集不施肥（CK）和施用有机无机肥（MNPK）处理0—10、10—20和20—30 cm土层土样,利用湿筛法分析不同大小水稳性团聚体的质量百分比、原土和团聚体中有机碳和无机碳含量。【结果】长期有机无机肥配施显著降低各个土层＞1 mm团聚体百分含量,显著增加0—20 cm土层0.25—1 mm团聚体百分含量。长期有机无机肥配施较对照显著降低了所有土层平均重量直径（MWD）,3个土层分别降低26.6%、38.3%和62.4%。显著降低了20—30 cm土层几何平均直径（GMD）,但对0—20 cm土层GMD值没有影响。有机无机肥配施较不施肥显著增加原土所有土层有机碳含量,3个土层有机碳含量分别增加150%、97%和42%;也增加了0—10 cm和10—20 cm土层所有级别团聚体有机碳的含量,其中0—10 cm土层＞2、1—2、0.5—1、0.25—0.5以及＜0.25 mm土壤团聚体有机碳含量增加幅度分别为163%、160%、111%、86%和61%,10—20 cm的增加幅度分别为97%、109%、118%、39%和45%,团聚体有机碳含量随团聚体增大而增加。长期有机无机肥配施显著增加20—30 cm土层无机碳含量,增加幅度为28.2%。另外,0—10 cm土层有机无机肥配施土壤大团聚体无机碳含量较对照有降低的趋势,其中＞2 mm和0.25—0.5 mm团聚体无机碳含量显著降低;10—20 cm土层影响不显著;而20—30 cm土层有机无机肥配施均显著增加了各团聚体无机碳含量,增幅为22.1%—36.6%。土大于50%的有机碳储存在＜0.25 mm的微团聚体中,1—2 mm团聚体储存最少（＜10%）。长期有机无机肥配施降低了＞2 mm和＜0.25 mm团聚体有机碳分配比例,其中0—10 cm土层分别降低了4.33%和13.78%,10—20 cm土层分别降低10.24%和7.81%。显著增加了0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的有机碳分配比例,0—10 cm土层分别增加13.8%和5.66%,10—20 cm土层分别增加13.46%和5.41%。长期有机无机肥配施增加0—10 cm和10—20 cm土层0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的无机碳分配比例,0—10 cm和10—20 cm增加量分别为9.03%、4.59%和9.28%、6.96%;显著降低了＞2 mm团聚体无机碳所占比例,分别降低6.95%和12.53%;对于20—30 cm土层,长期有机无机肥配施显著增加＜0.25 mm团聚体的无机碳分配比例,增加量为18.89%;显著降低了＞2 mm和1—2 mm团聚体无机碳分配比例,分别降低16.67%和5.28%。【结论】长期有机无机肥配施通过影响土团聚体分布以及碳在团聚体中的分配比例而增加有机碳固定。另外,GMD作为衡量土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。     

不同施肥年限下作物产量及土壤碳氮库容对增施有机物料的响应

【目的】研究不同年限下增施有机肥及秸秆还田对作物产量及剖面土壤碳氮库容的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量提供依据。【方法】以农业部昌平潮褐土生态环境重点野外科学观测试验站为平台,分别在长达11年和27年的2个不同施肥年限试验区采集4个施肥处理,即氮磷钾（NPK)、氮磷钾+22.5 t·hm ^-2有机肥（NPKM）、氮磷钾+33.75 t·hm ^-2有机肥（NPKM+）、氮磷钾+秸秆还田（NPKS）不同土层深度的土壤样品,分析冬小麦-夏玉米产量和土壤碳氮库容剖面分布特征。 【结果】（1）增施有机肥及秸秆还田处理对作物的增产效应随施肥年限的延长而逐渐增强。与NPK处理相比,施肥11年限的NPKM、NPKM+和NPKS处理分别提高小麦和玉米产量为18.6%、15.8%、3.5%和39%、42%、35%;而27年的各施肥处理对小麦和玉米产量的增产幅度分别为41%、51.5%、23%和31%、33%、58%。（2）随着施肥年限的延长,增施有机肥及秸秆还田均能持续提升土壤碳、氮库容。连续施肥11年后,土壤碳、氮库容分别为25—114 Mg·hm ^-2、2.2—9.0 Mg·hm ^-2;而27年后土壤碳、氮库容分别为29—146 Mg·hm ^-2、2.5—12.1 Mg·hm ^-2。随着土壤剖面的加深,不同施肥年限中土壤碳、氮库容均表现为先逐渐增加后逐渐降低的趋势,均在80 cm处达到峰值。在80 cm土层峰值处,27年施肥处理中NPK、NPKM、NPKM+、NPKS土壤碳库和氮库分别为102、128、146、123 Mg·hm ^-2和8.3、9.7、12.1、9.1 Mg·hm ^-2,而11年施肥年限内各处理土壤碳、氮库均表现为差异不显著（P>0.05）。和NPK相比,不同年限中增施有机肥及秸秆还田均降低了不同土层的土壤碳氮比。同时,随着施肥年限的延长,土壤碳氮比越稳定。（3）随着施肥年限的延长,各处理土壤累积碳、氮库均呈现增加趋势。连续施肥11年后,NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为5.2%、11.2%、9.2%和21.2%、26.6%、38.8%;连续施肥27年后NPKM、NPKM+、NPKS比NPK提升土壤累积碳、氮库容分别为26.3%、41.1%、21.8%和26.2%、44.9%、4.0%,且随着施肥年限的延长,施用有机肥对土壤累积碳库容的提升高于秸秆还田的趋势愈加明显,而对土壤累积氮库容的提升效果低于秸秆还田。 【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥及秸秆还田会提高作物产量、增强土壤碳氮库容、提升土壤肥力,且随着施肥年限的延长,效果愈加明显。同时,施用有机肥对作物产量、碳库的增强效应强于秸秆还田,而对氮库的提升效果低于秸秆还田。     

农业管理措施对新垦荒漠沙地农田土壤有机碳及其组分的影响

【目的】通过在黑河流域中游边缘绿洲新垦沙地农田安排的田间试验,分析不同施肥措施、不同覆盖耕作管理和种植方式对沙地农田土壤有机碳（SOC）及其活性组分的短期影响,为新垦荒漠砂质农田土壤有机质快速提升和土壤培肥提供理论依据。【方法】测定不同农业管理措施下不同处理的土壤有机碳（SOC）、全氮（TN）和有机碳不同组分包括颗粒有机碳（POC）、易氧化有机碳（EOC）、热水浸提有机碳（HWC）和微生物生物量碳（MBC）。【结果】 不同施肥措施6年后,单施有机肥和有机无机配施处理耕层（0-20 cm）SOC和全氮含量分别增加32.1%-98.7%和1.5%-40.9%,以高量单施有机肥处理增幅最大,但单施高量氮、磷、钾化肥,SOC和TN仍维持在试验前的极低水平。不同覆盖和耕作处理4年后,SOC和TN含量较试验前分别增加5.4%-34.0%和9.3%-34.9%,少耕秸秆覆盖（RSM）处理增幅最大,RSM处理较常规耕作地膜覆盖（CK）SOC含量高27.2%,但在秸秆覆盖和地膜覆盖下减少耕作对SOC的短期影响均不显著。种植10年的苜蓿地和5年苜蓿5年玉米地较连续种植10年的玉米地,SOC分别高72.7%和27.7%,TN含量分别高54.3%和17.1%。不同农业管理措施的不同处理之间,POC、EOC、HWC和MBC的变化趋势与SOC的变化基本一致,但处理之间的差异更大。高量施用有机肥、秸秆覆盖和苜蓿地的POC占总有机碳的比例显著高于其相应的其它处理。【结论】干旱区荒漠土壤开垦为灌溉农田后,增施有机肥、秸秆覆盖还田、种植多年生苜蓿或苜蓿插入轮作体系是快速提升SOC水平,培肥地力的有效措施。颗粒有机碳是指示SOC动态对短期农业管理措施响应的理想指标。     

稻麦轮作下紫色土有机碳活性及其对长期不同施肥的响应

【目的】研究稻麦轮作系统中紫色土总有机碳、活性有机碳和活性有机碳不同组分的变化特征及其对长期不同施肥措施的响应,揭示稻麦轮作系统长期不同施肥管理下有机碳质量和内在组成的变化。【方法】采集22年长期定位试验不施肥(CK)、单施化学氮肥(N)、化肥氮磷钾配施(NPK)、化肥氮磷钾+秸秆还田(NPKS)、高量化肥氮磷钾+等量秸秆还田(1.5NPKS)和化肥氮磷钾+厩肥(NPKM)处理0—20、20—40、40—60 cm土层的土壤,测定了总有机碳、活性有机碳及其不同活性组分的含量,计算土壤碳库管理指数和不同活性组分的分配比例,分析了活性有机碳及其各组分与总有机碳的关系。【结果】长期不同施肥显著影响了各土层总有机碳和活性有机碳含量,与不施肥相比,所有施肥处理均维持或提高了土壤总有机碳、活性有机碳含量和碳库管理指数,其中化肥氮磷钾+秸秆还田(NPKS)处理0—20、20—40和40—60 cm土层总有机碳含量分别提高32.5%、25.7%和5.3%,活性有机碳含量提高37.0%、44.7%和9.3%,碳库管理指数提高38%、49%和9%,其提升幅度高于其他施肥处理。长期不同施肥显著提高了各土层高、中、低活性有机碳含量,有机无机肥配施处理(NPKS、1.5NPKS、NPKM)提升效果高于单施化肥处理(NPK、N);但施肥对各活性组分占活性有机碳比例的影响较小,并没有改变各活性组分的分布格局。土壤活性有机碳及其高、中、低活性组分的含量与土壤深度有关,0—20 cm耕层土壤活性有机碳及高、中、低活性组分的含量均高于20—40和40—60 cm土层。不同土层高、中、低组分占活性有机碳的比例也存在较大差异,0—20 cm土层高、中、低活性组分占活性有机碳的比例平均为23.6%、35.6%和40.7%;下层土壤各活性组分的含量均下降,其中20—40 cm土层低活性组分下降程度较大,导致其占活性有机碳的比例下降至24.7%,而高活性和中活性组分的比例增加至30.5%和44.8%。土壤活性有机碳及其各组分与总有机碳含量呈显著线性正相关,表明土壤活性有机碳可以较好地反映总有机碳变化。【结论】稻麦轮作条件下,长期不同施肥可维持或提高土壤总有机碳、活性有机碳及其不同组分的含量,提高土壤碳库管理指数,氮磷钾肥配合秸秆还田总体提升效果较好,是促进土壤总有机碳和活性有机碳累积、改善土壤有机碳质量的推荐施肥措施。     

Carbon cycle in response to residue management and fertilizer application in a cotton field in arid Northwest China

Understanding the influence of farming practices on carbon(C) cycling is important for maintaining soil quality and mitigating climate change, especially in arid regions where soil infertility, water deficiency, and climate change had significantly influenced on agroecosystem. A field experiment was set up in 2009 to examine the influence of residue management and fertilizer application on the C cycle in a cotton field in the Xinjiang Uygur Autonomous Region of Northwest China. The study included two residue management practices(residue incorporation(S) and residue removal(NS)) and four fertilizer treatments(no fertilizer(CK), organic manure(OM), chemical fertilizer(NPK), chemical fertilizer plus organic manure(NPK+OM)). Soil organic carbon(SOC) and some of its labile fractions, soil CO_2 flux, and canopy apparent photosynthesis were measured during the cotton growing seasons in 2015 and 2016. The results showed that SOC, labile SOC fractions, canopy apparent photosynthesis, and soil CO_2 emission were significantly greater in S+NPK+OM(residue incorporation+chemical fertilizer) than in the other treatments. Analysis of all data showed that canopy apparent photosynthesis and soil CO_2 emission increased as SOC increased. The S+OM(residue incorporation+organic manure) and S+NPK+OM treatments were greater for soil C sequestration, whereas the other treatments resulted in soil C loss. The S+NPK treatment is currently the standard management practice in Xinjiang. The results of this study indicate that S+NPK cannot offset soil C losses due to organic matter decomposition and autotrophic respiration. Residue return combined with NPK fertilizer and organic manure application is the preferred strategy in arid regions for increasing soil C sequestration.     

长期施肥对小麦、玉米根际和非根际土壤微生物量碳及水溶性有机碳含量的影响

通过20 a的长期定位试验，研究不同施肥措施下，小麦、玉米生育期根际和非根际土壤的微生物量碳（MBC）和水溶性有机碳(WSOC)动态变化。试验包括7种不同的施肥措施：不施肥对照（CK）、单施氮肥（N）、磷钾配合（PK）、氮磷配合（NP）、氮磷钾配合（NPK）、秸秆还田+氮磷钾（SNPK）和有机肥+氮磷钾（MNPK）。结果表明，SNPK和MNPK显著增加根际和非根际土壤微生物量碳和水溶性有机碳的含量。小麦生育期中MBC含量在开花期最高，而WSOC在开花期最低，与MBC趋势相反；各处理根际土壤MBC和WSOC含量均明显高于非根际土壤。玉米生育期各处理MBC变化不明显，根际土MBC含量高于非根际，而WSOC则非根际土稍高。MBC和总有机碳（TOC）比率为17.18~33.54 g·kg^-1,以玉米乳熟期CK最高。WSOC/TOC变幅为2.43~6.67 g·kg^-1，玉米乳熟期均较小麦成熟期有大幅度下降。     

Interaction of soil microbial communities and phosphorus fractions under long-term fertilization in paddy soil

Understanding the impact of biological activities on the soil phosphorus (P) distribution under long-term fertilizer application can facilitate better soil P fertility management. Therefore, the primary objectives of this study were to investigate the effect of long-term (since 1981) fertilizer application on the soil P fractions and microbial community and to evaluate correlations between the microbial community structure and P distribution. The following treatments were implemented in a long-term field trial: no fertilization (CK), inorganic N and K (NK), inorganic P and K (PK), inorganic N, P and K (NPK) and manure+NPK (MNPK) fertilization. The study showed that the soil pH, soil organic carbon and total and available N and P concentrations were considerably higher in the MNPK treatment than in the CK treatment. The soil microbial biomass C, N and P concentrations were also significantly higher in the MNPK treatment than in the CK treatment. Among fertilization treatments, the β-1,4-glucosidase, α-1,4-glucosidase, urease, acid phosphatase and phosphodiesterase activities were the highest in the MNPK treatment. Compared to inorganic fertilization, the MNPK treatment increased the labile soil P fractions and decreased the residual soil P concentration. Continuous fertilization significantly affected the soil microbial composition. The total phospholipid fatty acid (PLFA) concentrations in the NK, PK, NPK and MNPK treatments were 23.3, 43.1, 48.7 and 87.7% higher, respectively, than in the CK treatment. A significant correlation was observed between the microbial community and soil P fractions. Moreover, the aggregated boosted tree (ABT) model showed that among the various soil biochemical properties, the total PLFA concentration was the factor that most influenced the active P pool, accounting for 35.4% of the relative influence of all soil biochemical properties examined. These findings reveal that combined manure and inorganic fertilizer application is a better approach than applying inorganic fertilizer alone for sustaining long-term P fertility by mediating soil biological activity.     

长期不同施肥对旱地小麦土壤氮素供应及吸收的影响

【目的】评价长期不同施肥处理土壤中氮素固持、供应和损失情况。【方法】以连续19年不施肥（NF）、施用化学氮、磷、钾肥（NPK）和有机肥与化学氮、磷、钾配施（MNPK）田间定位试验处理为对象,设置施氮和未施氮微区,研究了小麦生长期间土壤矿质态氮、土壤微生物量氮（SMBN）及小麦氮素吸收的动态变化。【结果】施用氮肥显著提高长期不施肥土壤（NF）矿质态氮含量（P＜0.05）,小麦拔节期、开花期和收获期增幅分别为239%、70%和62%,在小麦收获时施用的氮肥约50%淋溶到30 cm土层以下。氮肥施用使NPK处理土壤小麦拔节期和开花期矿质态氮含量分别显著增加46%和90%（P＜0.05）,但对MNPK处理土壤矿质态氮含量无显著影响。施用氮肥对NF处理SMBN无影响,使拔节期NPK和MNPK处理土壤SMBN含量分别显著增加1.8和3.4倍（P＜0.05）。从拔节期到开花期,施用氮肥处理NPK和MNPK土壤SMBN显著降低49%和63%（P＜0.05）。MNPK处理土壤小麦氮肥的利用率（69%）显著高于NF、NPK处理土壤（分别为5%和40%）。【结论】有机无机长期配施增强了土壤对氮肥的缓冲能力,协调了土壤中氮素固持、释放与作物吸收之间的关系,提高氮肥利用率。     

长期施肥对洞庭湖双季稻区水稻土有机碳、氮积累及其活性的影响

【目的】土壤有机质及其活性是评价土壤肥力的重要指标,研究洞庭湖区典型双季稻轮作水稻土总有机碳、全氮积累及其活性对长期不同施肥的响应特征,为稻田施肥管理和土壤培肥提供科学依据。【方法】依托国家稻田土壤肥力与施肥效应长期试验平台,以不施肥处理（CK）为对照,研究农户习惯施氮磷钾化肥（CF）、施氮钾化肥（NK）、均衡施氮磷钾化肥（NPK）、低量有机肥与氮磷钾化肥配施（LOM,有机肥氮比例为30%）、高量有机肥与氮磷钾化肥配施（HOM,有机肥氮比例为60%）影响下0-20和20-40 cm土层土壤总有机碳（TOC）、全氮（TN）含量及储量积累效应、有机碳氮活性组分含量及其比例的变化特征。【结果】26年不施肥0-20 cm土层土壤TOC含量基本稳定,仅较原始土壤增加0.64 g·kg^-1,持续植稻可能是其保持稳定的重要原因。两土层土壤TOC、TN含量在长期不同施肥后均有显著增加（P＜0.05）,但其储量仅仅在均衡施氮磷钾化肥特别是与有机肥配施后显著提升（P＜0.05）。0-40 cm土层土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）、溶解性有机碳（DOC）、溶解性有机氮（DON）含量变幅分别为64.54-708.76、22.92-92.25、39.06-63.24、10.76-31.87 mg·kg^-1,均随土层加深而下降。施肥后0-20 cm土层土壤MBC、MBN、DOC、DON含量提高34.1%-81.8%、56.1%-134.4%、23.5%-42.0%、20.3%-83.2%,20-40 cm土层则分别提高-3.8%-38.1%、32.5%-78.2%、8.2%-37.5%、9.3%-56.8%,施肥对相同土层土壤MBC、MBN、DOC、DON含量的增加效应均表现出氮磷钾化肥配施有机肥明显优于化肥单施的处理效应,但不同化肥处理间0-20 cm土层土壤微生物量碳氮、溶解性有机碳氮含量差异不显著（P＞0.05）。随土层加深,土壤MBC/TOC、MBN/TN、DON/TN数值显著降低,而DOC/TOC值则有所增加。长期不同施肥有利于提升土壤总有机碳、全氮中活性组分比例,且以氮磷钾化肥配施有机肥处理效果最佳,其两土层土壤总有机碳、全氮中各活性碳氮组分的分配比例均较CK处理显著提高（P＜0.05）,且该效应随有机肥用量增加而增强。土壤MBC、MBN、DOC、DON两两之间及与土壤总有机碳、全氮、容重、pH具有显著或极显著相关性,与碳氮比、粘粒含量的相关关系不显著,但总体以土壤微生物量碳氮所获相关系数高于溶解性有机碳氮。施肥明显提高早、晚稻产量,两土层MBC、MBN、DOC、DON均与周年水稻产量呈现正相关性,但相关系数总体上随土层加深而明显降低（P＜0.05）。【结论】在洞庭湖双季稻区,长期不同施肥后,相同类型土壤活性有机质组分中活性氮组分含量增加较活性碳组分更明显,氮磷钾化肥配施有机肥能显著提高0-40 cm土层土壤有机碳、氮活性,更有利于土壤总有机碳氮积累及生产力提升,土壤微生物量碳氮可更敏感地预测长期施肥影响下土壤质量的变化。     

长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即：对照（CK）;氮磷钾（NPK）;氮磷钾+有机肥（NPKM）;氮磷钾+过量有机肥（NPKM+）;氮磷钾+秸秆还田（NPKS）。【结果】（1）在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%-50%和30%-32%;增加0-20 cm表层土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）含量分别为62%-121%、107%-187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力（PFP_N）分别达22%-32%、27%-41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFP_N为216%、降低玉米季PFP_N为40%。（2）长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0-20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮（NO₃^--N）、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20-200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。（3）与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100-200 cm深层土壤中NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为17.8-26.1 mg·kg^-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0-100 cm土层NO₃^--N含量,NO₃^--N平均含量为3.6-13.4 mg·kg^-1,表明增施有机肥会促进土壤NO₃^--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO₃^--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素, NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。