增施有机肥改善黑土物理特性与促进玉米根系生长的效果

为改善东北黑土区粘重耕层的土壤物理特性,通过玉米秸秆还田基础上增施有机肥试验,拟明确增施有机肥对黑土物理特性和根系生长的提升效果。利用2015～2018年吉林省公主岭市和黑龙江省克山县黑土区的定位试验,测定了玉米抽雄期3种秸秆还田处理及其增施有机肥(旋耕秸秆还田+有机肥RSM、深翻秸秆还田+有机肥DSM、深松秸秆还田+有机肥SSM)处理的土壤物理指标;并采用微根管法原位测定了根系生长指标,计算出增施有机肥后各土壤物理特性与根系生长指标的变化量。结果表明,相比秸秆还田处理,增施有机肥降低了土壤容重、土壤紧实度,提升了土壤含水量,同时根长密度、根尖数密度和根平均直径均显著增加,其中根长密度和根尖数密度各土层平均增加了0.18 cm/cm~2和34.9×10~(-3)个/cm~2。不同秸秆还田方式增施有机肥后对黑土物理特性和根系生长的改善效果不同,其中0～15 cm土层RSM处理改善效果最明显,15～45 cm土层SSM和DSM处理改善效果最明显。有机肥和秸秆还田方式互作对黑土物理特性和促进根系生长指标具有显著的正向互作效应。上述结果表明,深松秸秆还田和深翻秸秆还田基础上增施有机肥模式更有利于改善黑土物理特性和促进根系生长,是改善东北黑土区粘重耕层的技术选择。     

秸秆还田配施氮肥对稻田土壤活性碳氮动态变化的影响

【目的】土壤微生物量碳氮和水溶性有机碳氮是土壤中最活跃的碳氮组分,是衡量土壤碳氮周转与养分有效性的重要指标。探讨秸秆配施氮肥、氮肥用量及基追比例对稻田土壤微生物量碳氮、水溶性有机碳氮、易氧化有机碳和速效氮的影响,明确秸秆还田条件下水稻生长季不同氮肥用量与基追比的土壤活性碳氮变化特征,为稻麦轮作区秸秆还田的氮肥管理提供理论依据。【方法】2012—2015年在湖北省荆门市田间试验中设置施氮量、秸秆配施氮肥和施氮时期3个大田试验。施氮量：不施氮（N0）,推荐施氮（165 kg·hm ^-2,N165）,习惯施氮（195 kg·hm ^-2,N195）;秸秆配施氮肥：秸秆移除（CK）,秸秆还田（移栽前将上季小麦秸秆全部还田,S）,秸秆还田+习惯施氮量（SN）,秸秆还田+推荐施氮量（SF）,秸秆还田+推荐施氮量+腐解菌剂（SM）;施氮时期：基施﹕拔节期﹕抽穗期氮肥施用比例为7﹕3﹕0（R1）,5﹕3﹕2（R2）,10﹕0﹕0（R3）。【结果】秸秆还田+习惯施氮量（SN）显著提高了水稻拔节期土壤微生物量碳（SMBC）含量,但是其成熟期水溶性有机碳含量（DOC）显著降低。秸秆还田+推荐施氮量（SF）显著提高了水稻拔节期土壤水溶性有机氮含量（DON）。腐解菌剂的施用显著降低了水稻成熟期DON含量,拔节期易氧化有机碳含量（ROC）也显著降低。秸秆还田下增加氮肥用量显著提高了水稻抽穗期和灌浆期土壤速效氮含量（AN）;推荐施氮处理（165 kg N·hm ^-2）的DON和AN含量显著升高;农民习惯施氮处理（195 kg N·hm ^-2）降低了DON和AN含量;增加追施氮肥比例对土壤SMBC和DOC含量无明显影响,但提高了水稻拔节期SMBN和ROC含量。【结论】施氮量及其基追比是影响秸秆还田下稻田土壤活性碳氮含量的主要因素,合理配施氮肥能提高土壤微生物量碳、速效氮及水溶性有机氮等活性碳氮组分含量,增加追肥比例也能提高水稻生育期内土壤活性碳氮含量。     

不同施肥制度下中国东部典型土壤易分解与耐分解氮的组分特征

【目的】土壤易分解氮（labile nitrogen,Lab-N）和耐分解氮（recalcitrant nitrogen,Rec-N）是土壤氮库的两个重要组分,其组分含量与比例可反映土壤有机氮周转与固存特性。因此,研究土壤长期不同施肥制度下易分解氮与耐分解氮的含量及比例特性,是土壤氮库管理与土壤肥力质量建设的重要研究内容。【方法】利用中国东部3种旱作土样（吉林公主岭黑土、河南郑州潮土、湖南祁阳红壤）和1种水稻土土样（湖南望城）,运用颗粒密度分组法,研究长期不施肥（CK）、施化肥（NPK）、化肥配施秸秆（NPKS）和化肥配施有机肥（NPKM）4种不同施肥制度下易分解氮和耐分解氮的含量及比例变化特征。【结果】旱作土壤易分解氮的平均含量为0.15 g·kg^-1（0.10-0.29 g·kg^-1）低于水田的0.22 g·kg^-1（0.20-0.23 g·kg^-1）,而其占全氮的比例高于水田。经23年处理后,旱作土壤CK处理全氮含量较试验初期氮含量显著下降,下降的比例为7.5%-9.7%,水稻土则显著上升,升高的比例为11.5%;长期NPK处理,旱作土壤和水田全氮含量较CK显著增加,红壤易分解氮含量较CK易分解氮显著下降,其他地点无显著变化;长期NPKS处理,旱作和水田土壤全氮含量显著增加,黑土和水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例较CK无显著变化,红壤易分解氮含量显著下降,而潮土易分解氮含量显著增加;长期NPKM处理,显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及易分解氮占全氮的比例,其中黑土增加的比例最大分别为85.0%、106.0%和4.2%,水稻土易分解氮含量及其占全氮的比例无显著差异性。4种土壤耐分解氮的含量与全氮含量的变化趋势一致,均表现为NPKM＞NPKS＞NPK＞CK,其中NPKM处理降低了耐分解氮占全氮的比例。【结论】旱作土壤易分解氮含量及其占全氮的比例对不同施肥处理的响应比水田更加敏感。化肥配施有机肥处理显著提高了旱作土壤全氮含量、易分解氮含量及其占全氮的比例,效果优于秸秆还田,更优于化肥处理。     

潮土区小麦、玉米残体对土壤有机碳的贡献——基于改进的RothC模型

【目的】为进一步了解秸秆还田对土壤有机碳(SOC)的提升效果,探究作物残体(根系与秸秆)对潮土区SOC的贡献,为华北冬小麦-夏玉米区SOC提升提供理论依据。【方法】基于腐解试验的有机物料碳残留率数据,获得4种有机物料在RothC-26.3模型最优时对应的DPM/RPM参数值(易分解植物残体和难分解植物残体的比值)。利用修订的DPM/RPM参数,获得了改进的RothC-26.3模型,并用郑州潮土区短期腐解试验(2012年11月至2013年11月)和长期定位试验数据(1990—2008年)进行验证,模拟出郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体在3种不同施肥处理下(不施肥CK,平衡施肥NPK和秸秆还田NPKS)对新形成SOC的贡献。【结果】在模型达到最优时,小麦根系(wheat root,WR)、小麦秸秆(wheat straw,WS)、玉米根系(corn root,CR)和玉米秸秆(corn straw,CS)的DPM/RPM值分别为0.89、3.04、4.35和3.25。模型结果显示,CK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例均为50%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成的SOC比例分别为60%、40%;小麦根和玉米根固碳效率分别为15.5%、10.8%;NPK处理小麦根系、玉米根系的碳投入占碳投入的比例分别为60%、40%,而来源于小麦根系、玉米根系的SOC(0—20 cm)占新形成SOC的比例分别为71%、29%;小麦根和玉米根固碳效率分别为17.5%、11.4%;NPKS处理小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的碳投入的比例分别为47%、21%、32%,而小麦根系、玉米根系、玉米秸秆对新形成的SOC(0—20 cm)贡献分别为50%、22%、28%;小麦根系、玉米根系、玉米秸秆的固碳效率分别为16.9%、11.2%、11.4%。总之,冬小麦-夏玉米轮作系统中无论是不施肥、平衡施肥还是秸秆还田处理,小麦根系对新形成SOC的贡献率(50%—71%)大于玉米根系和玉米秸秆对新形成SOC贡献率(22%—40%)。源自小麦的SOC占新形成SOC的比例均分别大于源自小麦的碳投入占总碳投入的比例,而源自玉米的投入及其对新形成SOC的贡献则反之。小麦根系的固碳效率(15.5%—17.5%)大于玉米根系和玉米秸秆的固碳效率(10.8%—11.4%)。【结论】改进后的RothC模型可用来探究潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦、玉米残体对新形成SOC的贡献。郑州潮土区冬小麦-夏玉米轮作系统中小麦根系对新形成SOC的贡献率均大于玉米根系和玉米秸秆的贡献率。根茬还田(尤其是小麦根茬还田)更有利于提升土壤有机碳含量。     

深翻、有机无机肥配施对稻田水分渗漏和氮素淋溶的影响

【目的】针对我国长江中下游地区稻麦轮作区常年浅耕与不合理施肥导致的土壤犁底层增厚与土壤板结的问题,研究深耕（打破部分犁底层）与施肥方式对稻田土壤容重、土壤紧实度、土壤水分渗漏量、氮素淋溶量及氮素形态的影响,阐明稻田氮素淋溶量与耕作、施肥方式的响应机制,为稻田合理耕层构建提供理论依据。【方法】（1）基于2015年安徽省舒城县设置两种耕作方式（旋耕12 cm、深翻20 cm）、3种等氮量施肥方式（仅施化肥处理T1、秸秆还田配施化肥处理T2、有机与无机肥配施处理T3）的田间定位试验,2019—2020年监测土壤容重与紧实度以及稻季水分渗漏与氮素淋溶量。（2）通过原状土柱模拟试验,研究深翻30 cm（打破犁底层）对稻田水分渗漏量的影响。【结果】（1）田间试验结果表明,深翻20 cm较旋耕12 cm降低了耕层土壤容重与紧实度,但没有显著增加水稻生育期的水分渗漏量,仅在分蘖期增加7.4%,孕穗期之后无显著影响。（2）土柱试验结果显示,深翻30 cm（打破犁底层）水分渗漏量较旋耕12 cm和深翻20 cm显著增加,淹水时分别增加19.0%与11.0%,非淹水时分别增加23.0%与21.5%。（3）田间试验水分渗漏液中的氮素主要以硝态氮的形式存在,T3较T1和T2处理在水稻进入孕穗期后显著降低渗漏液中硝态氮的浓度;各施肥处理间铵态氮浓度差异不显著。（4）从整个水稻生育期看,两种耕作方式对氮素淋溶量影响不显著,而3种施肥方式下氮素淋溶量存在明显差异,T3处理降低了氮素淋溶量。深翻条件下T1、T2与T3处理氮素淋溶量分别为10.69、11.74和9.14 kg N·hm^-2,旋耕条件下分别为9.83、11.21和8.58 kg N·hm^-2。【结论】深翻20 cm可以改善土壤物理性状,但不会增加土壤水分渗漏及氮素淋溶;相同耕作方式下,有机与无机肥配施不会增加土壤水分渗漏与氮素淋溶。因此,在长江中下游黏质且犁底层厚（如红黄壤型）的水稻土区,部分打破犁底层,有机与无机肥配施,可构建深厚肥沃的耕作层,且不会增加水分渗漏和氮素的淋溶。     

旱地土壤易分解与耐分解碳氮组分的高效筛分方法

土壤易分解与耐分解碳、氮组分是表征土壤有机碳、氮转化特征的一项重要指标,但如何高效获得该组分的大量样品是当前的一个难题。本文改进传统少量筛分法,设计一次性大量筛分设备,对我国两种典型旱地土壤黑土与潮土的不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理土壤分别进行一次性大量(100、200和300 g)筛分,并比较与传统(50 g)筛分法的差异,了解该设备大量筛分样品的工作效率与可行性。结果表明:黑土或潮土大量(300 g)筛分时,与筛分量200和100 g的质量、全碳和全氮回收率无显著差异,均在97%以上;3个筛分量下同一处理的黑土或潮土的易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异。与传统筛分法相比,黑土或潮土筛分量为300 g的质量回收率比50 g的质量回收率提高1%~3%,全碳和全氮回收率提高1%~8%;易分解碳、氮或耐分解碳、氮含量基本无显著差异,以黑土CK处理为例,筛分量为300 g与50 g的土壤易分解组分氮含量分别为0.12和0.14 g/kg,两者无显著差异;与传统筛分法相比,筛分量由50 g提高到300 g,单位时间获得土壤易、耐分解碳、氮组分样品的效率提高了5倍。因此,改进设备后的筛分法可以一次性筛分300 g旱地土样,且土壤质量、全碳和全氮回收率提高1%~8%,是一种获取旱地土壤易、耐分解碳、氮组分较为简单高效的方法。     

长期施肥旱地土壤易分解与耐分解氮的矿化特性

【目的】土壤易分解氮库和耐分解氮库是土壤有机质的重要组分,其矿化能力的大小可反映土壤有机氮的周转性能。论文旨在研究长期不同施肥制度下土壤易分解氮库与耐分解氮库的矿化特性,为了解不同培肥措施及其氮素供应提供依据。【方法】以中国长期不同施肥处理的2种旱地土壤（黑土和潮土）为例,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理,采用颗粒密度法,将土壤有机氮分为易分解氮和耐分解氮2个组分,室内培养分析不同组分氮的矿化特性。【结果】筛分及培养结果显示,黑土和潮土的平均质量回收率和氮回收率均超过97%,易分解和耐分解氮组分矿化量之和占原土矿化量的平均比例为99.91%（99.89%-99.93%）,是一种研究土壤易分解和耐分解氮组分矿化特性的可行方法。2种旱地土壤NPK、NPKS和NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势（除黑土NPK处理差异不显著）较CK处理显著提高26.82%-137.10%;不同施肥处理对旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势影响显著,其中,黑土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.48 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（1.02 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.75 mg?kg^-1?d^-1）处理;潮土NPKM处理易分解氮组分净氮矿化潜势为1.17 mg?kg^-1?d^-1,显著优于NPKS（0.89 mg?kg^-1?d^-1）与NPK（0.76 mg?kg^-1?d^-1）处理;旱地土壤各处理耐分解氮组分净氮矿化潜势之间差异不显著,其中,黑土各处理耐分解氮组分平均净氮矿化潜势为0.58 mg?kg^-1?d^-1（0.52-0.63 mg?kg^-1?d^-1）,潮土为0.51 mg?kg^-1?d^-1（0.40-0.62 mg?kg^-1?d^-1）。不同施肥处理旱地黑土、潮土易分解氮组分净氮矿化潜势均显著大于同处理耐分解氮组分净氮矿化潜势,NPKM处理两者显现出最大差异,其中,黑土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.41、1.39、1.75和2.35倍,潮土易分解氮组分净氮矿化潜势是同处理（按CK、NPK、NPKS、NPKM顺序）耐分解氮组分的1.22、1.33、1.56和1.87倍。土壤矿化过程中易分解组分对原土矿化贡献率受施肥措施显著影响,其大小按CK、NPK相似文献   

不同施肥制度下我国东部典型土壤易分解与耐分解碳的组分特征

【目的】土壤易分解碳库(labile organic carbon,Lab-C)和耐分解碳库(recalcitrant organic carbon,Rec-C)是土壤有机质的重要组分,其组分大小与比例可反映土壤有机碳的周转与固存特性。因此,研究长期不同施肥制度下土壤易分解碳库与耐分解碳库的大小与比例,对土壤养分管理及肥力培育具有重要的意义。【方法】利用我国东部23年长期不同施肥制度下的黑土、潮土、红壤和32年水稻土共四类土壤的典型土样为代表,以不施肥(CK)、施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(NPKS)和化肥配施有机肥(NPKM)4个处理土壤,采用颗粒密度相结合的方法,将土壤有机碳分为易分解碳和耐分解碳2个组分,分析了其不同组分碳含量及比例的变化特征。【结果】土壤经该方法分组后,四种土壤的平均质量回收率和碳回收率均超过95%,是一种测定土壤易分解碳和耐分解碳的可行方法。旱作土壤(黑土、潮土和红壤)易分解碳的平均含量为1.91 g/kg低于水田的2.42 g/kg,而易分解碳占总有机碳的平均比例为15.4%,高于水田的9.9%。NPKM处理下,黑土、潮土和红壤易分解碳含量显著高于NPKS、NPK及CK处理(P0.05),较NPK处理增加的比例分别为98.4%、43.7%和71.2%,同时提高了易分解碳占总有机碳的比例,但无显著差异性;NPK和NPKS处理下黑土与潮土易分解碳的含量较不施肥无显著变化,而红壤易分解碳含量较不施肥显著降低(P0.05),降低的比例分别为33.1%和29.6%;水稻土4个处理间易分解碳的含量及其占全碳的比例无显著差异性。四类土壤耐分解碳的含量与总有机碳含量的变化一致,均表现为NPKMNPKSNPKCK。NPKM处理下,四种土壤耐分解碳含量显著增加(P0.05),黑土、潮土、红壤和水稻土较NPK处理增加的比例分别为68.8%、42.7%、17.6%和17.2%,同时耐分解碳占全碳的比例降低;NPKS处理下黑土、潮土和水稻土耐分解碳的含量较NPK处理也增加,对应增加的比例分别为10.9%、15.1%和18.0%。同时,易分解碳和耐分解碳的含量与土壤总有机碳含量之间有极显著的正相关关系。【结论】旱作土壤易分解碳含量比水田土壤更易受不同施肥处理的影响,有机无机配施(NPKM与NPKS)可提高旱作与水田土壤易分解碳与耐分解碳的含量,同时相对提高了易分解碳占全碳的比例,且NPKM处理的效果优于NPKS处理,更优于化肥处理。     

石灰用量对水稻油菜轮作区土壤酸度、土壤养分及作物生长的影响

【目的】我国南方稻油轮作区土壤酸化趋势日趋严重,降低了作物产量。研究酸性土壤施用石灰对土壤养分及作物生长的影响,明确土壤速效养分、产量与作物养分吸收量对土壤pH的响应关系,为水田两熟区酸化土壤改良提供理论依据。【方法】2015—2018年在江西进贤县选择pH 4.5的水稻土,以熟石灰作为酸性土壤改良剂,开展田间定位试验。通过实验室模拟,计算出获得不同土壤pH情况下的熟石灰用量,试验设6个土壤pH梯度,分别为4.5、5.0、5.6、6.3、6.8、7.3,2015年匀地一年,为保证各处理土壤pH与匀地一年后实测pH基本一致,以一年为周期用熟石灰进行定量调整。【结果】（1）随着石灰用量和土壤pH的增加,土壤速效氮含量呈先增加后降低的趋势、交换性钙、交换性镁含量显著增加,土壤速效钾、有效磷含量显著降低;（2）随着石灰用量和土壤pH的增加,作物产量呈先增加后降低的趋势。土壤pH 6.4时（相当于6 145 kg·hm ^-2熟石灰用量）油菜产量达到最高,较土壤pH 4.5处理增加了202.2%;土壤pH 6.8时（相当于7 474 kg·hm ^-2熟石灰用量）,水稻产量达到最高,较土壤pH 4.5处理增加了61.2%。油菜、水稻产量降低50%时的酸害阈值分别为4.7、4.2;（3）土壤pH显著影响作物养分吸收量。随着熟石灰用量的增加,油菜氮磷钾吸收量呈先增加后降低的趋势。2016—2018年油菜氮磷钾吸收量与不施石灰处理相比,施石灰处理平均增幅分别为59.5%—181.4%、36.2%—188.8%、65.7%—198.9%;水稻氮磷钾吸收量呈先增加后降低的趋势,在pH 6.8左右水稻氮磷钾吸收量最大。2016—2018年水稻氮磷钾吸收量与不施石灰处理相比,施石灰处理平均增幅分别为11.1%—88.6%、13.5%—68.5%、9.7%—66.1%。【结论】施用熟石灰的情况下,随着土壤pH升高,土壤速效氮、交换性钙镁等含量增加,提高了产量,促进了作物对氮磷钾养分的吸收。在本试验条件下,稻油轮作区酸性土壤（pH 4.5）施用熟石灰的最佳用量为6 500 kg·hm ^-2左右,改良土壤的目标为pH 6.5左右,可获得我国南方稻油轮作区的作物稳定高产。     

近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。