长期种植绿肥稻田土壤颗粒有机碳演变特征

【目的】基于长期定位试验探讨长期冬种绿肥稻田颗粒有机碳演变特征与土壤肥力的关系。【方法】以中国农业科学院祁阳红壤实验站水田轮作制度长期定位试验为基础,测定了1982年至2012年每6年一次的历史土壤-样品的颗粒含量、颗粒有机碳含量和稻田土壤养分含量。试验设4个处理:1)稻-稻-冬闲(R-R-WF):2)稻-稻--油菜(R-R-RP):3)稻-稻-紫云英(R-R-MV);4)稻-稻-黑麦草(R-R-RG)。晚稻收获后,采集0-20 cm耕层土壤。土壤颗粒分级采用改进的Anderson离心法得到砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)、粗粘粒(0.2~2μm)和细粘粒(0.2μm)。采用重铬酸钾法测定土壤颗粒有机碳含量。【结果】1)30年试验后三种绿肥处理稻田土壤有机碳在不同土壤颗粒中的分布表现为细粘粒(28.05~28.27 g/kg)粗粘粒(25.76~26.91 g/kg)细粉粒(12.80~14.52 g/kg)、砂粒(13.83~14.92 g/kg)粗粉粒(1.67~2.62g/kg),与冬闲处理(R-R-WF)相比,土壤总有机碳、细粘粒有机碳和粗粘粒有机碳含量分别显著增加34.6%~42.4%、12.3%~13.2%、6.1%~10.9%砂粒有机碳含量显著降低26.2%~31.6%(P0.05)。2)30年试验后,三种绿肥处理稻田土壤总有机碳在不同颗粒中平均分布比例为粗粘粒有机碳(45.0%)细粉粒有机碳(25.8%)细粘粒有机碳(15.1%)砂粒有机碳(11.5%)粗粉粒有机碳(2.7%),与R-R-WF处理相比,总有机碳在粗粘粒中的比例提高8.0%~12.8%在砂粒中的比例降低36.8%~42.9%在细粘粒、细粉粒、粗粉粒中的比例提高5.3%~6.1%、5.5%~6.4%、6.5%~8.1%。3)长期种植绿肥土壤总有机碳、粗粘粒有机碳、细粘粒有机碳含量与时间(年)呈现极显著线性正相关(P0.01),累积速率分别为0.16 g/(kg·a)、0.31 g/(kg·a)、0.22 g/(kg·a);砂粒有机碳、粗粉粒有机碳、细粉粒有机碳含量与时间(年)呈现显著线性负相关(P0.05),消减速率分别为0.59 g/(kg·a)、0.35 g/(kg·a)、0.19 g/(kg·a)。粗粘粒有机碳年均增幅1.5%,是细粘粒有机碳增幅的1.5倍;粗粉粒有机碳年均减幅2.7%,是细粉粒、砂粒有机碳减幅的2.8倍和1.5倍。4)细粘粒、粗粘粒有机碳含量与总有机碳含量呈极显著正相关(P0.01),且与粗粘粒有机碳相关性更为紧密;细粘粒、粗粘粒有机碳含量与土壤全氮、全磷、有效磷、碱解氮、速效钾含量呈(极)显著相关关系(P0.01)且粗粘粒有机碳含量与土壤养分含量相关性更为紧密。【结论】粗粘粒有机碳含量高、分布比例大,是稻田土壤有机碳最重要的组成部分;粗粘粒对有机碳的固持能力强,对土壤总有机碳含量变化的响应最敏感,是土壤有机碳最稳定的组分;粗粘粒有机碳与土壤养分相关性显著与土壤肥力关系最紧密,因此粗粘粒有机碳可以作为指示稻田土壤肥力水平的一个重要指标。     

长期施肥红壤钾有效性研究

【目的】长期不同施肥可改变土壤速效钾、缓效钾含量及土壤pH进而影响土壤钾素有效性。本研究利用始于1990年的祁阳旱地红壤长期定位试验,研究不同施肥条件下土壤钾素有效性的变化情况,为指导合理施肥提高土壤肥力提供依据。【方法】选择不施肥(CK)、施氮磷化肥(NP)、施氮磷钾化肥(NPK)、氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)4个处理。采用生物耗竭方法,以玉米苗为供试作物,在施用氮磷肥不施钾肥的条件下连续种植5次,测定每次种植20 d后玉米钾素含量及土壤速效钾、缓效钾含量。【结果】1)土壤速效钾含量随耗竭种植次数的增加而逐渐降低。22年不同施肥土壤速效钾含量存在差异耗竭种植后土壤速效钾含量的变化表现为:CK处理在第二次种植后土壤速效钾含量降至"最低值",NP处理在5次耗竭种植后土壤速效钾含量接近"最低值"。5次耗竭种植后CK和NP处理土壤速效钾含量分别降低了45.2和41.7 mg/kg,降低幅度分别为65.9%和60.4%;NPK和NPKM处理分别降低了171.0和390.3 mg/kg,降低幅度为73.4%和81.3%。2)22年后不同施肥处理土壤缓效钾含量高低顺序为NPKMNPKNPCK,5次耗竭种植后土壤缓效钾含量顺序未发生变化。5次耗竭种植后CK和NP处理土壤缓效钾含量分别降低了54.0和77.0 mg/kg,降低幅度分别为46.0%和53.8%;NPK和NPKM处理分别降低了41.0和55.0 mg/kg,降低幅度分别为27.2%和22.5%。3)玉米钾素带出总量的大小顺序为NPKMNPKCKNP NPKM处理玉米钾素带出总量是NPK处理的3.1倍,NPK处理是NP处理的1.9倍。4)采用Elovich方程对土壤钾素供应能力进行模拟得出土壤供钾能力的大小顺序与实际顺序一致从方程决定系数和标准误差角度判断一级动力学方程对CK和NPKM处理的拟合效果较好,Elovich方程对NP和NPK处理的拟合结果较好。5)土壤速效钾(X_1)、缓效钾(X_2)、全钾(X_3)含量和土壤pH(X_4)与玉米钾素带出量(y)的多元回归方程为y-=-438.90+0.33X_1+0.22X_2+22.14X-3+18.44X_4(R~2=0.995),xl(土壤速效钾含量)与y达到显著正相关水平-(P0.05);逐步回归方程为y=-107.36+0.38X_1+25.16X_4(R~2=-0.985,X_1(土壤速效钾含量),X4(土壤pH)分别与y达到极显著(P0.01)和显著(P0.05)正相关水平。【结论】基于耗竭种植条件下玉米钾素带出量,旱地红壤长期不同施肥后氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)处理的土壤钾素有效性高于氮磷钾化肥(NPK)处理,不施肥(CK)和施氮磷肥(NP)处理。土壤钾素供应能力及累积供应量的大小顺序表现为NPKMNPKCKNP。旱地红壤速效钾含量和土壤pH与玉米钾素累积带出量呈显著正相关关系(P0.05)。     

肥力梯度红壤上不同形态氮库对玉米吸氮量的贡献

不同形态的土壤氮素是作物吸收氮素的主要来源,而土壤肥力不仅影响氮素的含量,也影响氮素的有效性,进而影响作物对氮素的吸收利用。明确不同肥力红壤中各形态氮素的变化及其对作物吸氮量的贡献,可为阐明氮素循环机制和沃土培肥提供理论依据。2019年5月在湖南祁阳红壤实验站选取低肥力、中肥力和高肥力红壤进行田间微区试验,设置不施氮（N0）和常规施氮（N1）两个处理。分析了2020年玉米（该试验的第三季作物）种植前和收获后土壤矿质氮（MN）、固定态铵（FN）、微生物生物量氮（MBN）和可溶性有机氮（SON）含量的变化及其与玉米地上部吸氮量的关系,并通过结构方程模型（SEM）建立了各形态氮库与吸氮量的关系模型。结果发现,N0条件下高肥力土壤的籽粒产量约为中肥力土壤的4.6倍,但在N1条件下,高肥力土壤的玉米产量和生物量与中肥力土壤无显著差异,但其吸氮量显著高于中肥力土壤。与种植前相比,N0条件下,收获后中肥力土壤FN含量显著提高了63%,低肥力和高肥力土壤分别增加了47%和11%。与其相反,土壤MN、MBN和SON含量均有所降低。土壤MN含量降低了0.4~4 mg?kg-1;MBN降低了18%~44%且土壤肥力间无显著差异;SON减少了55%~84%。N1条件下,土壤MN含量降低了约22~38 mg?kg-1; MBN降低了32%~72%;而SON的减少量在高肥力土壤中可达99 mg?kg-1,分别为中肥力土壤和低肥力土壤的2.0倍和9.3倍。相关分析结果表明,地上部吸氮量与MBN、SON和NH4+-N减少量存在显著正相关关系。结构方程模型结果进一步表明,SON和NH4+-N直接影响吸氮量,MBN通过影响SON和MN间接影响玉米地上部吸氮量。总体而言,SON和MBN可直接或间接影响玉米对氮素的吸收利用,是土壤中重要的氮素存在形态,应进一步加强对其形态转化的机制研究,可促进红壤培肥和氮素高效利用。     

长期不同施肥下黑土和红壤团聚体氮库分布特征

为阐明长期不同施肥下土壤氮库的演变特征,揭示氮库稳定性不同的团聚体对不同施肥的响应,为化肥和有机物的合理施用提供科学依据。本研究通过对黑土和红壤22年的田间肥料定位试验,研究了长期不同施肥模式对土壤全氮、 微生物氮以及各级团聚体中氮贡献率的影响。结果表明,长期不施肥（CK）和施用化肥（NPK）,黑土土壤全氮含量以0.015 g/(kga)的速率显著下降（P 0.05）;而长期化肥配施有机肥（NPKM）,黑土全氮含量以0.025 g/(kga) 的速率显著上升（P 0.05）。在CK、 NPK、 NPKM和秸秆还田（NPKS）处理下,红壤全氮含量均没有显著变化。施肥22年后,NPKM处理下黑土和红壤微生物氮含量较NPK处理下分别增加了15% 和 43%,全氮含量分别增加了43% 和45%,差异均达到显著水平（P 0.05）。氮素在黑土上主要积累在253 m 微团聚体中,达到0.73~1.21 g/kg,在红壤上主要积累在2 m 微团聚体中,达到0.46~0.98 g/kg。与NPK相比,NPKM 处理下黑土和红壤 250~2000 m大团聚体中氮素贡献率均显著提高,分别增加了4.3% 和 5.1%。与NPK相比,NPKM 和 NPKS 处理下,红壤 253 m 微团聚体中氮贡献率分别降低了5.9% 和 9.7%,而黑土除大团聚体外的各级团聚体氮贡献率均没有显著变化。可见,不同土壤类型对施肥响应不同, 主要是253 m 微团聚体中氮素的响应不同,化肥配施有机肥可提高土壤250~2000 m 大团聚体中氮的贡献率,进而增加土壤对作物的氮素供给能力,是有助于提高土壤肥力和生产力的农业生产可持续性施肥模式。     

长期不同施肥条件下红壤性水稻土双季稻氮肥回收率的变化特征

在江西进贤红壤性水稻土上连续种植双季水稻26年,分析了在化肥氮用量相同条件下,不施肥（CK）, 单施氮肥（N）, 施用氮、 磷化肥（NP）, 氮、 钾化肥（NK）, 氮、 磷、 钾化肥（NPK）和氮磷钾配施有机肥（NPKM）处理的水稻氮肥回收率的演变特征及其增产效应。结果表明,不同施肥条件下的化肥氮回收率差异显著,26年的平均氮肥回收率 N 处理为 9.4%~11.6%、 NP为13.0%~18.5%、 NPK为19.8%~26.1%, NPKM为14.1%~22.9%。磷、 钾肥混施和与有机肥配施可显著提高水稻氮肥回收率,且对早稻的贡献大于晚稻,NPK和NPKM处理的早稻氮肥回收率比晚稻平均高6.3和8.8个百分点。N和NK处理的早稻和晚稻氮肥回收率均随年度增加而显著降低,平均每年下降约0.6个百分点,而NPK、 NPKM处理的氮肥回收率基本保持稳定。与NPK相比,NPKM处理早稻和晚稻籽粒产量分别增加19.0%和21.7%。因此,NPKM处理在提高化肥氮的回收率和高产稳产方面都是红壤性水稻土上可持续的施肥模式。     

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 在对国内外农田生态保育现状与研究进展分析的基础上，提出中国农田生态保育的新观念，其基本内涵包括基本农田保护、农田基础设施与条件建设、农田防污治污体系构建和生物多样性保育等；讨论了该领域的若干重大问题，揭示出相关重要科学问题；提出了“藏粮于田”战略及其基本对策。     

用土壤系统评价陕西的土壤肥力

将土壤系统值应用于陕西土壤肥力评价的结果表明，土壤起始不仅反映了土壤的供肥，而且还提示出土壤的适种性。土壤投入熵可用于确定公肥增产效率，以及估测作物的最佳施肥量。从土壤值可以评价各地区土壤肥力高低的顺序为：关中灌区＞陕南川＞陕南山区和渭北旱塬区＞北丘陵区和风沙区。     

氮、磷、钾和镁对罗顿豆生长的影响

盆栽试验结果表明,在红砂岩发育的红壤上施用氮、磷能明显地提高罗顿豆的产量,但钾或镁肥只有与其他肥料配合施用才能明显地促进罗顿豆的生长.过量的施用磷、钾和镁均会对罗顿豆产生毒害作用,其中毒临界值分别为242mg/kg、180mg/kg和126mg/kg.