不同生物炭对风沙土土壤养分及氮素利用率的影响

风沙土是我国重要耕地之一,具有土质瘠薄、漏水漏肥等特点,易造成肥料利用率低、产量低等问题,急需对其改良,以提高其保水保肥能力。以风沙土为研究对象,采用玉米秸秆生物炭(BM)、水稻秸秆生物炭(BR)及花生壳生物炭(BP),设置生物炭两个不同施用量:0.5%土重和1%土重。采用盆栽试验,研究添加不同来源和数量生物炭对土壤养分和氮素利用率的影响。结果表明:不同种类生物炭均可以提高风沙土土壤pH、有机碳、速效钾含量。随着生物炭用量的增加,增加效果越明显;与未施生物炭处理(CK)相比,高量水稻秸秆生物炭处理对土壤有机碳、全氮、有效磷、速效钾含量提升效果最显著,分别提高了101.70%、20.30%、14.92%、88.36%;高量花生壳生物炭处理对土壤pH提升效果最显著,提高了0.46个单位。不同种类的生物炭均提高了土壤氮素残留率和利用率,随着生物炭用量的增加,土壤氮残留率提高,其中以高量水稻秸秆生物炭处理和高量花生壳生物炭处理提升幅度最大,与CK相比,分别提高了45.47%、36.10%。而氮素利用率随着生物炭用量的增加却出现降低趋势,低量玉米秸秆生物炭的处理氮素利用率最高,为51.32%。土壤氮残留率与花生籽粒产量、土壤pH、有机碳、有效磷、速效钾呈显著正相关关系,与氮肥利用率呈显著负相关关系。综上所述,施加生物炭能显著改变风沙土土壤有效养分含量。高量水稻秸秆生物炭和花生壳生物炭短期内可以显著提高氮残留率,而在氮肥利用率提升方面不如玉米秸秆生物炭,高量花生壳生物炭增产效果最好。     

长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力

  【目的】  探究长期不同施肥对土壤有机硫矿化量、动力学特征和酶活性的影响,揭示玉米–大豆轮作体系中棕壤有机硫矿化特征及其主要驱动因子。  【方法】  沈阳农业大学长期定位试验于1979年建立,为玉米–玉米–大豆 (一年一熟) 轮作模式。试验设置15个处理,本研究选取了其中7个处理,分别为:CK (不施肥)、N₁ (低量化学氮肥)、N₂ (高量化学氮肥)、N₁P (低量化学氮肥+磷肥)、N₁PK (低量化学氮肥+磷钾肥)、M₁ (低量有机肥) 和M₁N₁PK (低量有机肥配施化学氮磷钾肥)。不同作物有机肥投入量相同,氮磷钾化肥投入量不同。选取2014和2015年的耕层 (0—20 cm) 土壤样品,测定土壤基本理化指标 (pH、有机碳和全氮含量)、有机硫矿化量、土壤中性蛋白酶及土壤芳基硫酸酯酶活性。同时,进行矿化培养试验,分析不同温度下有机硫矿化特征。于玉米、大豆收获后测定产量。  【结果】  长期施肥处理均提高了土壤有机硫的矿化量,7个处理总体表现为M₁N₁PK > M₁ > N₁PK、N₁、N₂ > N₁P > CK。单施化肥条件下,增加氮肥用量对有机硫矿化作用无显著影响;单施有机肥或有机肥与化肥配施均可明显促进土壤有机硫矿化。与CK相比,M₁N₁PK处理有机硫矿化量提升幅度最大,提高了57.30%。利用一级动力学方程进行拟合,长期施肥均提高了有机硫矿化势,无机肥处理 (N₁、N₂、N₁P和N₁PK) 的提升幅度均较低,提升效果最优的是M₁处理,比CK提高了45.27%。环境温度和作物种类均显著影响有机硫矿化量和矿化势,随着环境温度的升高,有机硫的矿化量和矿化势均明显增加;玉米种植季有机硫矿化量和矿化势均高于大豆种植季。土壤中性蛋白酶活性和芳基硫酸酯酶活性均以M₁N₁PK处理最高,与单施化肥相比分别提高了96%～220%、264%～986%。有机硫累积总矿化量在种植玉米的年份与土壤有机碳 (r = 0.7693) 含量和全氮 (r = 0.7554) 含量呈显著正相关 (P < 0.05)。  【结论】  土壤的有机碳和全氮含量是棕壤有机硫矿化的主要驱动力。只施用无机肥对土壤有机硫的矿化没有显著影响,而有机无机肥配合施用可显著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性,进而提高有机硫矿化势和矿化量。玉米因其较高的生物量也成为有机硫矿化的主要驱动力。     

长期不同施肥棕壤玉米地的酶活性之时空变化

为揭示长期不同施肥对棕壤玉米地酶活性时空变化的影响,利用31年长期肥料定位试验研究了玉米生育期内3种主要土壤酶活性的时空变化及其与土壤理化性质的关系。结果表明,棕壤上各种酶随玉米生育期推进而有规律地变化。土壤脲酶、转化酶活性高峰出现在玉米拔节期,酸性磷酸酶活性高峰出现在玉米大喇叭口期;玉米收获后,土壤转化酶、脲酶均高于播前或与播前相当,而酸性磷酸酶活性则低于播前。在同样化肥水平上增施有机肥能增加脲酶、转化酶活性,而降低酸性磷酸酶活性;3种酶活性的空间分布规律均遵循随土层深度加深而不断减小的规律,长期培肥对深层土壤酶活性亦有影响。相关分析结果显示,土壤脲酶同转化酶呈极显著正相关（r=0.636**）;脲酶、转化酶同土壤有机碳、pH、含水量、碱解氮、速效磷基本呈极显著正相关;酸性磷酸酶同各因子无显著关系。土壤酶与土壤肥力因素关系密切,可作为衡量土壤肥力的敏感指标。     

炭基肥配施有机肥对风沙土养分含量及酶活性的影响

本文通过3年连续田间试验,研究炭基肥配施有机肥条件下风沙土土壤养分含量及酶活性的变化规律,探讨适宜炭基肥用量及有机替代的最佳配比,为减少化肥投入提供理论依据。试验共设置6个处理:低量炭基肥(C40)、基准用量炭基肥(C50)、高量炭基肥(C60)、有机肥替代20%基准用量炭基肥,以下简称为20%有机替代(C40+M)、40%有机替代(C30+M)和60%有机替代(C20+M)。结果表明,增施炭基肥和炭基肥配施不同比例有机肥均能显著增加花生产量,其中C20+M处理产量最高,为4324.83kg/hm~2。土壤速效养分含量、土壤酶活性在不同处理间存在差异,但在单施炭基肥时,表现为随施用量增加而增加。等养分条件下,配施有机肥处理能够提高土壤中有机碳、碱解氮和有效磷的含量,其中40%有机替代处理效果最佳;配施有机肥处理也可提高苗期土壤脲酶活性并延缓土壤蔗糖酶活性峰值出现的时间。综上所述,有效增加土壤有机碳含量、提高酶活性和增加花生产量的最佳有机肥替代炭基肥比例为40%。     

不同施肥条件对玉米生长季耕层土壤微生物量碳的影响

为了研究不同施肥条件下棕壤长期定位试验玉米整个生长季微生物量碳含量的动态变化,试验采用氯仿熏蒸、灭菌、提取,TOC测定的方法研究了15个不同施肥处理对耕层土壤微生物量碳含量的影响。结果表明,施用有机肥料可以显著提高土壤微生物量碳含量,随着有机肥用量的增加土壤微生物量碳提高,在玉米的生殖生长阶段其含量达到最大。单施化肥区土壤微生物量碳含量在玉米整个生长季节都处于一种波动变化,在玉米前期,其含量受温度、水分、作物吸收等影响较大;而到了生殖生长阶段,微生物量碳含量有逐渐升高趋势,但上升幅度不大;成熟期微生物量碳含量迅速下降,都低于播种前。     

长期定位施肥对土壤铁、锰形态及剖面分布的影响

本文采用改进的BCR连续提取法,对沈阳农业大学棕壤肥料长期定位试验地31年不同施肥处理土壤铁和锰含量变化及其剖面变异规律进行研究。结果表明:与试验前相比,耕层土壤两种元素水溶态和弱酸溶态含量都有所增加,而可还原态和残渣态含量则有不同程度的减少;铁和锰都以残渣态和可还原态为主。在空间分布上,两种元素弱酸溶态和可氧化态含量随土层的加深而减少,残渣态则相反。研究表明,有机肥能在一定程度上改变铁和锰在各形态间的分配,并且有机肥能活化残渣态铁和锰。     

长期施肥对棕壤矿物吸附点位钾有效性及其剖面分布的影响

运用连续提取法结合常规方法,研究玉米玉米大豆轮作条件下,经过31年不同施肥后棕壤矿物吸附的p位钾、 e位钾和i位钾的有效性及其剖面分布情况。结果表明: 耕层土壤各位点钾含量及占全钾比例均表现为i位＞e位＞p位; 长期单施化学钾肥或不施钾各位点钾含量降低,有机肥配施化肥可以维持土壤中各位点钾含量。相关分析表明,交换性钾与p位和e位钾相关性显著,相关系数分别为0.926*和0.886*; 植株地上部吸钾量与p和e位钾呈显著正相关关系,与i位钾呈极显著正相关关系（r=0.963**）; 不同位点间钾含量呈极显著正相关关系。在剖面分布中,p、 e和i位钾含量均表现为020 cm＞2040 cm。     

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。     

施用炭基肥及生物炭对棕壤有机碳组分的影响

【目的】作为土壤肥力的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。论文以4年定位施肥试验为依托,分析连续施用炭基肥及生物炭对土壤有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及棕壤有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验始于2011年,设置5个处理：不施肥（CK）、低量生物炭（C15）、高量生物炭（C50）、氮磷钾配施（NPK）、炭基肥（BBF）。其中C15与BBF是等碳量处理,NPK与BBF是等氮磷钾养分处理。于第4年花生收获后（2014年秋季）采集各处理耕层（0-20 cm）土壤样本,测定土壤有机碳总量、各组分含量及花生产量。【结果】施用炭基肥和生物炭均可以显著增加耕层土壤总有机碳含量,比试验起始年土壤（简称起始土）分别提高10%、8%;而在相同碳素（C15和BBF）或氮磷钾养分投入（NPK和BBF）条件下,施用炭基肥提升土壤总有机碳含量的效果最好,提升幅度为2%-15%。施入炭基肥及生物炭显著提高了游离态颗粒有机碳和闭蓄态颗粒有机碳含量;在等碳量投入条件下,炭基肥处理的提升幅度分别为43%、17%;等氮磷钾养分投入条件下,炭基肥处理的提升幅度更大,分别为40%、43%。无论施入炭基肥或生物炭,对于矿物结合态有机碳含量影响均不大,但都比起始土略高。土壤可溶性有机碳含量变化规律与总有机碳相似,即施入炭基肥或生物炭均提高了其含量,但等碳量投入条件下无显著差异。各施肥处理花生产量在199.4-232.9 kg/667m²,均显著高于不施肥处理,其中施用炭基肥产量最大,比等碳量处理（C15）高17%,比等养分处理（NPK）高10%,且差异显著。【结论】连续多年施用炭基肥或生物炭均能明显提高土壤总有机碳、游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳含量;提升效果显著优于投入等量碳素或等量氮磷钾养分。连续多年施肥可以提高土壤中水溶性有机碳含量,但炭基肥与生物炭、氮磷钾配施处理间无明显差异。无论施用炭基肥还是生物炭对土壤矿物结合态有机碳含量影响不大。连续施用炭基肥对花生产量的提升效果最好,显著高于等氮磷钾养分和等碳量处理。     

不同氮、磷、钾肥用量对玉米源、库干物质积累动态变化的影响

本研究采用田间小区的试验方法研究了不同氮、磷、钾用量下玉米各组分的干物质积累及其随时间的动态变化规律。结果表明,不同氮、磷、钾肥用量下玉米的各组分干物质积累随生育期的延续呈现有规律的动态变化:叶片、茎秆、营养体干物质积累自拔节期后呈直线上升,至灌浆期干物质积累达到最大值,之后便呈缓慢下降趋势;籽粒的干物质积累在灌浆期之前缓慢增加,之后呈直线上升;总生物产量在苗期缓慢增长,中期呈直线上升,到了后期由于营养体干物质的下降以及籽粒干物质的显著上升,也稳定增长。营养体、籽粒干物质和总生物产量的积累随时间的动态变化,均可用Logistic方程Y=a/(1+bexp(ct))来描述;在各个氮、磷、钾处理中,以N240、P225、K240处理各组分干物质积累最大速率较大,出现日期较早。籽粒和总生物产量之间的关系可用回归方程Y=exp(a+bx)描述。在氮、磷、钾各用量下,氮以N240、磷以P225、钾以K240处理籽粒产量最高,收获系数最大,因此比较适宜的N、P2O5、K2O用量分别为240、150、240 kg hm-2。