长期施肥下黑土不同团聚体氮组分的植物有效性差异

【目的】 土壤团聚体组分形成机制不同,其所含有的氮的转化和有效性也不同。阐明不同团聚体中氮素有效性差异,可为科学施肥、培育高效的土壤结构、提高氮肥利用率提供重要的理论依据。 【方法】 依托吉林黑土长期定位试验,于2014年进行了室内土壤培养试验和黑麦草盆栽试验。供试土壤选择的定位试验处理包括不施肥 (CK)、氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS)、氮磷钾 + 农家肥 (NPKM)。采集1000 g土样于2 L塑料瓶内,加入15N丰度为20.12%的尿素0.247 g,置于25℃培养箱中恒温控湿培养40天。培养完成后将土样风干,将有机物分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (iPOM,53～250 μm) 和矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm),矿物结合有机物又进一步分为团聚体内矿物结合有机物 (MOMi) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOMo),分析了不同团聚体组分中15N的固持量。称取各粒级土壤样品40 g,分别与20 g细石英砂混匀,于80 mL小塑料盆中,每盆黑麦草定苗7株于温室内培养,20天时加入适量磷、钾营养液。培养30天后,分别采集黑麦草地上部和根系,烘干、称重、研磨,测定养分含量及15N丰度。 【结果】 在NPK处理和NPKM处理的土壤中,植株生物量分别在MOMo和cfPOM下最高,分别为每盆100.2 mg和99.8 mg。黑麦草尿素氮含量在MOMo的NPK处理最大,在其他三个组分均表现为CK > NPK > NPKS > NPKM,其中cfPOM组分氮固持量与黑麦草氮含量表现一致;黑麦草吸收的氮素主要来自cfPOM和MOMo组分中 (0.1～0.21 mg/pot),在其他组分下不足0.05 mg/pot;cfPOM、iPOM、MOMi和MOMo中的氮素利用率分别为14.1%～19.3%、5.5%～15.4%、3.1%～4.9%和12.7%～23.6%,在NPKM处理下,以cfPOM组分中最高,为19.3%,在NPK处理下以MOMo组分最高,为23.6%。 【结论】 施用有机肥可促进外源氮肥保存在粗游离颗粒中,其固持的氮有效性最高,有利于后季养分的供应。单施化肥处理团聚体外部矿物结合有机物中固持氮的有效性最高;团聚体内部矿物结合有机物组分虽固持氮含量较高,但氮有效性很低。      

我国典型农田长期施肥的氮肥真实利用率及其演变特征

【目的】传统氮肥利用率是指当季作物吸收肥料氮占施用的肥料氮的比例,没有反映肥料氮在土壤中的残留及其利用情况。利用长期定位试验能反映土壤氮库变化的优势,分析不同施肥条件下作物的传统氮肥利用率(氮肥表观利用率)和真实利用率,揭示我国典型区域氮肥的真实利用和损失状况。【方法】本研究选用了两种旱地土壤(北京褐潮土和郑州轻壤质潮土)和两种水旱轮作土壤(重庆紫色土和武汉黄棕壤)上的长期定位试验(15~31年)在4种施肥处理,即不施肥(CK)、单施化肥氮(N)、化肥氮磷钾配施(NPK)和化肥氮磷钾与有机肥配施(NPKM)处理取样分析比较作物吸氮量、土壤全氮演变、年均氮肥表观利用率与真实利用率,并计算了不同施肥条件下的氮肥表观损失率与真实损失率。【结果】3个施肥处理,褐潮土、轻壤质潮土、紫色土和黄棕壤上的平均氮肥真实利用率为47.6%、56.6%、57.0%和56.3%,显著高于氮肥表观利用率(33.6%、42.1%、37.8%和25.8%)。这是因为NPK和NPKM处理的肥料氮在土壤氮库中的每年速率积累为N 6.26~37.3 mg/kg的。氮肥真实利用率在褐潮土和轻壤质潮土上比表观利用率高10.9%~17.5%在紫色土和黄棕壤上高18.6%~32.9%,说明传统氮肥利用率更为低估水田轮作下作物的真实利用率。NPK和NPKM处理,褐潮土和轻壤质潮土的氮肥表观利用率以每年1.76~2.49个百分点的速率显著上升,氮肥真实利用率以每年1.50~2.29个百分点的速率显著上升,说明华北旱地上化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加氮肥的利用率,减少氮肥的损失。黄棕壤上的氮肥真实利用率在显著增加而表观利用率没有显著增加,是由于NPK和NPKM处理的黄棕壤全氮含量以每年N17.5~37.3 mg/kg的速率在显著增加说明化肥均衡施用和化肥与有机肥配施可增加黄壤的氮库库容。【结论】目前我国农田氮肥利用率普遍被低估约20%尤其是在土壤全氮含量变化较大的水旱轮作农田。     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。