地膜覆盖和施肥对棕壤剖面溶解性有机碳分布的影响

依托沈阳农业大学棕壤长期定位试验站试验与土壤样品数据,系统分析了30年覆膜和不覆膜条件下不同施肥处理对土壤溶解性有机碳含量及其占有机碳的比例在剖面分布特征的影响。结果表明,施肥处理的总体效应大于覆膜处理,不论是否覆膜,长期单施氮肥、有机肥均能显著提高土壤剖面溶解性有机碳的含量,并且对表层土壤影响最大。不覆膜土壤0～40 cm土层中,单施氮肥对土壤溶解性有机碳占有机碳的比例影响显著,氮肥施用量越多,溶解性有机碳占有机碳的比例越大,而单施有机肥及有机肥氮肥混施对土壤溶解性有机碳占有机碳的比例基本没有影响。土壤溶解性有机碳含量与有机碳含量呈显著正相关,溶解性有机碳含量对土壤有机碳含量的剖面分布具有决定作用。     

地膜覆盖与施氮肥对光合碳在玉米-土壤系统分配的影响

地膜覆盖(简称"覆膜")与施肥是促进作物增产增收的重要技术措施。光合碳是"大气-植物-土壤"系统碳固定的起点,也是土壤有机碳的重要来源。基于沈阳农业大学棕壤长期定位试验站,利用~(13)CO2对苗期玉米进行田间原位脉冲标记,分析光合碳在植物-土壤系统动态分配,探讨覆膜与施氮肥对其的影响,对深入认识土壤有机碳固定具有重要意义。试验处理包括:裸地施氮肥(N4)、裸地不施肥(CK)、覆膜施氮肥(FN4)和覆膜不施肥(FCK)。结果表明,与不施肥处理相比,覆膜施氮肥提高了玉米茎叶和根的生物量,而裸地施氮肥却降低了玉米生物量。苗期标记后第1 h,玉米-土壤系统光合净固定~(13)C量为194~468 mg m~(-2),其中FN4处理净固定~(13)C量最高,~(13)C同化率为76.8%,其次为FCK和CK处理,平均约为51.7%,N4处理净固定~(13)C量最低,为31.8%;标记结束后(第30 d)~(13)C同化率平均约为36.0%。光合碳分配到茎叶的比例为48.1%~89.5%,根为3.6%~19%,根际土壤和非根际土壤平均分别为9.27%和5.83%。FCK和FN4处理光合碳分配到地下部(根、根际土壤和非根际土壤)的比例在标记后第1 d达到最高,分别为29.97%和39.10%,在标记后第30 d分别下降到23.41%和31.44%。CK和N4处理光合碳分配到地下部的比例分别从标记后第1 h的14.87%和11.98%增加到标记后第30 d的27.86%和48.22%。光合碳在地下部的分配与运转受植物生长和土壤本身理化性质的影响与制约。     

长期施肥与覆膜对土壤细菌、泉古菌和氨氧化微生物丰度的影响

施肥与覆膜等农田管理措施能够改变土壤的物理化学性质,这直接影响着驱动氨氧化过程的氨氧化微生物,而氨氧化过程是硝化作用的限速步骤。以沈阳农业大学棕壤长期施肥与覆膜试验站为平台,采用荧光定量PCR技术,研究了5种施肥制度下[不施肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、有机肥(M)和有机无机配施(MNP)]土壤细菌、泉古菌和氨氧化微生物数量的变化。结果表明,不同施肥处理细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌的基因拷贝数平均值分别为0.52×109～4.20×109、2.14×108～9.69×108、0.21×107～6.89×107和0.26×107～74.70×107copies g-1干土。与CK相比,有机肥处理(M、MNP)能显著增加土壤细菌的丰度,化肥处理(N、NP)则相反;施肥尤其是化肥处理(N、NP)均能降低泉古菌和氨氧化古菌的丰度;有机肥处理(M、MNP)显著增加了氨氧化细菌的丰度。细菌、泉古菌、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度均与pH值存在显著正相关关系(P0.05),细菌和氨氧化细菌丰度则主要受全碳含量的影响,而细菌、泉古菌和氨氧化细菌丰度与铵态氮、硝态氮含量存在极显著负相关关系(P0.01)。研究结果可为进一步探讨农田生态系统中氨氧化微生物对不同管理措施的响应机制及其在氮素转化中的作用提供科学依据。     

玉米秸秆施用对棕壤有机碳激发效应及温度敏感性的影响

为了区分新加入玉米秸秆碳对原土壤有机碳激发效应及其温度敏感性的影响。本研究利用¹³C示踪方法，通过向高肥（连续施用腐熟猪厩肥30年，土壤有机碳含量17.03 g·kg^-1）与低肥（连续30年不施肥处理，有机碳含量10.70 g·kg^-1）棕壤中添加¹³C标记的玉米秸秆，在25℃（微生物适宜温度）和18℃（作物生长季平均温度）进行450 d的室内培养试验，定期测定CO₂-C和CO₂^-13C，探讨玉米秸秆碳矿化对不同肥力棕壤有机碳激发效应及其温度敏感性的影响。高肥棕壤有机碳的累积矿化量较高，且温度升高增加了棕壤有机碳的累积矿化量；低肥棕壤有机碳激发效应程度随温度升高的变化大于高肥棕壤，表现出0~140 d正激发效应程度下降更快，140~360 d负激发效应程度持续时间更长，360 d后正激发效应程度呈逐渐增大的趋势，其中18℃累积激发效应程度大于25℃；总体上高肥和低肥棕壤有机碳矿化的温度敏感性均呈现随时间逐渐下降的趋势，而玉米秸秆添加显著减缓了它们的下降，并表现出0~140 d低肥棕壤有机碳矿化的温度敏感性高于高肥棕壤，之后低于高肥棕壤的趋势，原土壤有机碳矿化的温度敏感性呈现出较大的变化，表现为0~300 d低肥棕壤高于高肥，之后呈相反的趋势。土壤肥力（有机碳水平的差异）和环境温度交互影响着玉米秸秆碳的分解，引起了棕壤有机碳激发效应的差异变化，培养140 d和300 d是温度敏感性差异变化的重要时期。     

外源新碳在不同肥力土壤中的分配与固定

外源新碳加入土壤后,传统技术尚无法区分其与原土壤有机碳的不同。利用13C稳定同位素方法,通过室内培养实验,探讨玉米秸秆和根茬添加到不同肥力水平土壤后外源新碳在土壤中分配与固定的差异。结果表明:(1)低肥土壤添加叶28 d后土壤有机碳(SOC)含量高于添加根和茎的;高肥土壤添加叶在整个培养期间(1~180 d)SOC含量都高于添加根和茎;两种肥力水平土壤在添加玉米根、茎、叶180 d后SOC含量均接近相等。(2)玉米根、茎、叶的添加对SOC中外源新碳含量以及残体残留率的影响不同,28 d前低肥土壤外源新碳含量高于高肥土壤,28 d后结果与之相反;低肥土壤在培养28 d后添加根的残留率比添加茎和叶的低,高肥土壤在培养7 d后添加叶的残留率比添加根和茎的低。以上结果表明,外源新碳在土壤中的固定受其来源和土壤肥力水平的影响与制约。