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。     

长期不同施肥下我国3种典型土壤重金属的累积特征

采用现场采样及室内分析测试方法,观测了1989年开始的红壤、黑土和灰漠土17 a不同施肥(不施肥、施用化肥、化肥与有机肥配施和单施有机肥)下重金属元素Cu、Cd、Zn、Pb和Cr含量随时间序列的变化,阐明长期施肥下3种土壤中重金属元素的累积变化过程和富集特征.结果表明,灰漠土各处理的重金属含量在17 a间持平;红壤和黑土中Zn、Pb和Cr含量17 a间没有显著变化,各个处理间也没有显著差异,但施用有机肥处理的Cu和Cd含量则显著增加,其快速增加期起始于试验开始的5～6 a后.其中红壤Cu含量在1996年之后的3 a中由41 mg·kg-1左右快速增加到64 mg·kg-1左右,之后在高浓度持平;Cd含量则在最近的10a中从0.20～0.30 mg·kg-1直线上升到1.30～1.50 mg·kg-1.黑土Cd在6 a中快速增加了2.4倍和1.4倍,2000年后在高浓度基本持平.红壤的Cu和Cd、黑土的Zn和Cd之间存在极显著正相关关系,表明其可能来源一致.长期施用有机肥是红壤和黑土中重金属显著富集的重要原因,有机肥的质量对土壤重金属的累积起重要作用.     

长期有机无机肥配施对土壤肥力及水稻产量的影响

以长期定位试验为基本材料,研究了20年的连续施用有机肥、有机肥无机肥长期配施对土壤肥力及水稻产量的影响。结果表明：（1）施用有机肥料,土壤全氮含量比化学肥料要高,有效氮平均高出15.9mg/kg;（2）施用磷肥和钾肥是提高土壤磷钾养分的基础。施肥使土壤有效磷平均高出18.8mg/kg,有效钾平均高出27mg/kg;（3）施用有机肥料改善土壤物理性质,配施不明显改变pH。有机肥料使土壤容重下降12.6%,田间持水量平均上升19.7%。（4）有机无机肥连续配施,能持续高产稳产。稻谷总产（19年早、晚稻平均）,以NPKM为最高（5556.8kg/hm2）,比单施化肥NPK）增产704.3kg/hm2,增产14.5%。     

长期施肥下红壤性水稻土有效磷的演变特征及对磷平衡的响应

【目的】分析长期不同施肥下土壤有效磷含量、全磷含量、土壤磷素盈亏和磷素活化效率（PAC）的动态变化,探讨不同施肥下水稻土磷素演变特征及与磷平衡的响应关系。【方法】基于1982年开始的红壤性水稻土长期不同施肥定位试验,试验包括不施肥（CK）、有机肥（牛粪,M）、氮磷钾肥（NPK）、氮磷钾肥＋有机肥（NPKM）、氮磷肥＋有机肥（NPM）、氮钾肥＋有机肥（NKM）和磷钾肥＋有机肥（PKM）共7个处理。【结果】经过30年不同施肥,土壤有效磷含量均呈上升趋势。M、NKM、NPK、NPM、NPKM和PKM处理土壤有效磷含量变化速率分别为0.18、0.20、0.83、1.35、1.46和1.62 mg·kg^-1·a^-1。M、NPK、PKM、NPM和NPKM处理土壤全磷增加速率分别约为4.3、15.4、16.0、18.3和22.9 mg·kg^-1·a^-1。所有施肥处理,土壤中磷素均有盈余,磷素盈余量与土壤有效磷增加量呈显著正相关关系（P＜0.05）,土壤中每盈余100 kg P·hm^-2,M、NKM、NPM、NPKM、PKM和NPK6个处理的土壤有效磷含量分别增加0.4、0.7、1.9、2.1、2.2和3.2 mg·kg^-1。在土壤中磷素盈余量接近的情况下,单施化肥（NPK）的PAC显著高于单施有机肥（M）处理（P＜0.05）。【结论】化学磷肥和有机肥配施相比单施化肥或有机肥能够显著提高红壤性水稻土土壤有效磷、全磷含量和磷素活化效率。     

红壤和褐土中磷的吸附及其对镉离子吸附-解吸的影响

采用等温吸附法研究了红壤和褐土磷的吸附特性,并分析了磷吸附后镉离子的吸附-解吸特征.结果表明,在外源磷浓度0～64mg·L-1范围内,供试土壤磷吸附量均随平衡液中磷浓度的升高而增加,吸附等温线符合Langmuir方程,红壤对磷的最大吸附量及吸附反应常数(K)均高于褐土.吸附磷后在镉添加0～5 mg·L-1范围内对镉离子吸附的影响两种土壤表现一致,即镉离子的吸附量随平衡溶液中镉的浓度的升高而增加,二者呈极显著线性相关.但磷吸附量的不同对镉离子的吸附产生一定的影响,表现为低磷抑制、高磷促进镉离子的吸附.当吸附磷的量红壤小于40 mg·kg-1褐土小于37 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而降低,与不施磷处理相比吸附率平均降低了16%和10%左右;当吸附磷的量红壤大于79 mg·kg-1褐土大于70 mg·kg-1时,镉离子的吸附量随磷吸附量的增加而升高,与对照相比吸附率平均升高了11%和6%左右.吸附磷酸根后,在镉离子的吸附量小于10 mg·kg-1时,红壤镉离子的解吸率表现为低磷促进、高磷抑制解吸,而褐土磷的吸附对镉离子解吸率的影响不显著.     

3种典型红壤生土长期施肥对禾本科作物产量影响

以长期定位试验方法,研究了湘南3种典型红壤生土26年长期施肥对禾本科作物产量的影响。试验从1982年开始。供试验土壤分别为第4纪红土母质发育的、花岗岩母质发育的和紫色土发育的3种典型红壤生土。每种土壤分6个处理：（1）、对照（取走地上全部生物体）;（2）、对照（ck,归还全部生物体。）;（3）、施NPK肥（取走地上全部生物体）;（4）、施NPK肥（归还全部生物体）;（5）、施用有机物一稻草（取走地上全部生物体）;（6）、施用有机物一稻草（归还全部生物体）。结果袁明：1、3种典型红壤生土不同处理26年11季作物累计产量（1982-2007）都以NPK处理为最高,以ck处理为最低。其大致趋势为：NPK最好,其次是OM,最差是ck。第4纪红土NPK处理比OM处理高18732．0kg／hm^2,比ck处理高33176．8kg／hm^2;紫色土NPK处理比OM处理高113918．1kg／hm2,比ck处理高140927．8kg／hm^2;花岗岩红壤NPK处理比OM处理高71833．3kg／hm^2。比ck处理高92787．5kg／hm^2。2、3种典型红壤生土不同处理禾本科作物产量,都是以生物产量归还的处理好于生物产量取走的处理。3、3种典型红壤生土26年11季作物累计产量（1982～2007,禾本科）以紫色土为最高（285491．9kg／hm^2）,以第4纪红土为最低（93882．4kg／hm^2）。其大致趋势为：紫色土好于花岗岩好于红壤。     

湘南红壤区牧草生产的气候模型

利用湖南省祁阳县的长期气象数据，结合不同牧草的生长特性，建立了一个反映当地牧草生长状况的气候模拟模型，并据此气候模型评价了当地气候条件对牧草生产的影响，鉴定了牧草周年生长的限制性因子。根据气候模型预测出温带牧草的最佳播种时期在１０月中旬至１１月下旬，热带牧草最好在３月下旬至４月中旬播种。牧草生长气候模型还可用于指导牧草品种筛选及牧草生产管理。     

黄土高原北部典型县域耕地土壤碳氮时空变异特征及影响因素

黄土高原生态环境脆弱，耕地质量的变化直接影响土地生产力的高低。选取其北部典型县域——天镇县，研究长时期耕地土壤有机质和全氮的时空演变规律及其影响因素，为黄土高原耕地质量提升和农业生态环境保护提供理论依据。基于1983年、2008年和2019年耕地质量数据，运用地统计学等方法分析天镇县有机质和全氮的时空演变特征。结果发现：（1）36年（1983—2019年）来，天镇县土壤有机质和全氮含量呈现整体上升、后期快速增加的变化特征。有机质和全氮含量的年均增加量前期（1983—2008年）较低，分别为0.20 g?kg-1和0.01 g?kg-1，在后期（2008—2019年）较高，分别为0.29 g?kg-1和0.03 g?kg-1。碳氮比呈现前期无显著变化，后期显著降低。（2）36年来土壤有机质和全氮的块基比均提升至高于25%，表明地形等自然因素影响逐渐减弱，施肥等人为因素影响增强。（3）土壤有机质和全氮的空间分布特征相似，呈现西部低、东部高的格局，西北部和中部的变化速度快。综上，36年（1983—2019年）来，施肥及秸秆还田等因素是导致天镇县有机质和全氮含量变化的主要因素，因此，结合当地条件增施有机肥、推广秸秆还田并合理施用氮肥能快速提升耕地土壤肥力。     

湘南三种典型红壤生土长期施肥对作物产量的影响

以长期定位试验为基本材料,研究了湘南3种典型红壤生土25年长期施肥对作物产量的影响。结果表明:(1)25年作物累计产量以紫色土为最高,其次是花岗岩红壤,第四纪红壤最低。(2)3种母质生土熟化过程中,对于不同处理,平衡施用氮磷钾化肥处理,均能获得较高作物产量,显著高于施用有机物料稻草处理,显著高于对照处理。施肥是加速红壤母质熟化的主要途径和方法。(3)对于不同处理方式,作物归还条件下其作物产量要高于不归还。(4)供试的3种土壤在熟化的过程中对植被的影响非常明显,在熟化的初期,许多作物在花岗岩发育的和第四纪红土发育的土壤上,都生长不好,然而在施有NPK的处理中,马唐草(Dischaemum Schreb)生长特别茂盛(覆盖度100%,高lm),明显地影响了土壤的水热状况,紫色土上马唐草生长不好。(5)种植小麦和黄豆,花岗岩、四纪红土NPK处理靠小区水泥梗边缘要好,小区中间95%部分长势差,叶片淡黄,植株矮小。(6)花岗岩红壤和第四纪红壤二种母质熟化24年后(即2005年)种植豆科作物—黄豆和禾本科作物小麦(2006年),其作物产量均表现为:0M>NPK。     

测定盐土中Cl-的Hg(CNS)2-Fe(NO3)2比色法

Hg(CNS)₂-Fe(NO₃)₃比色法测定盐土中Cl^-快速准确,其变异系数小于5%,回收率98.5%-102.4%,与莫尔法相比,其绝对相差< 0.1g/kg。尤其适宜于批量样品及现代化的仪器分析。其适宜工作条件是:在50ml比色液中加0.75g/L Hg(CNS)₂ 8ml,20g/L Fe(NO₃)₃·9H₂O 10ml。定容10分钟后于460nm下用3cm光径比色。