长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响

利用河南封丘潮土的13年长期施肥试验,采用Bremner法研究了潮土耕层有机氮组成的变化,分析了长期施肥对土壤有机氮组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成,其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮,氨基糖态氮含量最小。施有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例减小,主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989年试验开始时的土壤初始值相比,施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮磷钾的情况下,有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量,是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。     

长期不同供磷水平下南方黄泥田生产力及磷组分特征

红壤性水稻土磷素易受铁、铝等固定而有效性低,过量施用磷肥则产生磷素淋失风险,研究不同供磷水平下黄泥田生产力、磷库平衡及磷组分特征,可为磷素高效管理提供依据。本研究基于福建黄泥田连续30年的供磷定位试验,研究连续30年3个供磷水平下[不施磷肥(CK)、30 kg(P_2O_5)·hm~(-2)(P1)、60 kg(P_2O_5)·hm~(-2)(P2)]水稻(1987—2004年为双季稻,2005年始种植单季稻)产量演变规律,并于试验的第31年分析土壤有效磷、全磷、无机磷库与有机磷库组分变化。结果表明,连续30年施用磷肥,与CK相比,早稻、晚稻与单季稻历年平均产量P1处理分别提高64.9%、37.0%与19.9%, P2处理分别提高67.0%、41.2%与20.4%,差异均显著。不同稻作制度下黄泥田磷肥的增产效果为早稻晚稻单季稻。与P1处理相比,P2处理第31年土壤有效磷含量提高190.5%,全磷含量提高32.4%,差异均显著;Al-P、Fe-P、Ca-P含量与无机磷含量均显著提高,Al-P、Fe-P占无机磷比重分别提高2.12个百分点与4.40个百分点,但O-P比重降低9.45个百分点,差异均显著。施磷肥总体提高了活性有机磷(LOP)与中等活性有机磷(MLOP)含量,降低了高稳定性有机磷(HSOP)含量,P2处理表现尤为明显;增施磷肥, LOP与MLOP占有机磷比重增加, HSOP比重降低。籽粒或秸秆产量与Al-P、Fe-P、Ca-P、MLOP、LOP含量呈显著正相关。综上,黄泥田连续30年施磷肥增产效果明显, P1与P2处理的产量无显著差异,但P1处理呈现磷表观亏缺。增施磷肥提高了无机磷Al-P、Fe-P、Ca-P比重,有机磷组分呈现由活性较低的形态向活性较高的形态转化趋势。每茬60 kg(P_2O_5)·hm~(-2)可维持磷素养分表观平衡并保持适宜的有效磷水平。     

长期施肥对黄壤有机碳平衡及玉米产量的影响

基于长期定位试验,以黔中典型黄壤为研究对象,采用单因素方差分析、可持续性指数、稳定性指数等方法对长期定位试验获取的数据进行分析和比较,以探讨长期不同施肥处理对黄壤有机碳含量、有机碳平衡量、玉米产量稳定性、可持续性及其相互关系的影响。结果表明:(1)与施化肥和对照处理相比,施有机肥处理土壤有机碳含量明显升高,按大小排序依次为:MMNPK1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPK;(2)施有机肥处理黄壤有机碳平衡量为正值,且随有机肥施用量增加而增加,相反,施化肥和对照处理均为负值,大小依次为:MNPK、M1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPKNPKNKNPN、CKPK,各处理差异显著;(3)有机肥与化肥配施、有机肥单施及氮磷钾化肥协调施用更有利于提高玉米产量,排序为:MNPK1/4M+3/4NPK、1/2M+1/2NPKNPK、MNPNK、PK、NCK;(4)适量有机肥与化肥配施可提高玉米产量稳定性和可持续性(可持续性指数0.6,变异系数0.3),其中,1/4M+3/4NPK处理玉米产量稳定性和持续性最好;(5)玉米年产量与黄壤有机碳平衡量相关度较高,而玉米可持续性、稳定性则主要受有机碳含量影响。综上,有机肥与化肥配施有利于黄壤有机碳含量提升、玉米维持高产稳产。按适量"减肥"原则,以25%有机肥配施75%氮磷钾化肥效果最佳。     

长期不同施肥方式下土壤有机碳的垂直分布及碳储量

为了研究施肥对土壤有机碳含量的影响,在湖北省农业科学院南湖实验站进行了25年不同施肥方式的长期定位试验。研究结果表明:与对照相比,除单施氮肥与单施有机肥外,其他施肥方式均提高了0～20cm土壤有机碳含量与碳储量;与对照及单施化肥相比,有机肥配施化肥均提高了0～20cm及0～100cm土壤有机碳含量与碳储量。单施化肥与单施有机肥对各土层土壤有机碳含量影响较小,且土壤有机碳累积少;而化肥配施有机肥提高了0～20cm与20～40cm土壤有机碳含量与碳储量。除对照及氮磷钾肥配施过量有机肥处理外,其他处理土壤全氮与有机碳含量间具有显著相关性。有机肥与化肥配合施用是提高农田土壤有机碳,增加土壤碳储量的有效方法。     

长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响

【目的】作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。本文以25年长期定位施肥试验为依托,分析了不同施肥处理对栗褐土有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及栗褐土有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验开始于1988年,设置8个施肥处理为不施肥(CK);单施氮肥(N);氮磷肥合施(NP);单施低量有机肥(M1);低量有机肥与氮肥合施(M1N);低量有机肥与氮磷肥合施(M1NP);高量有机肥与氮肥合施(M2N);高量有机肥与氮磷肥合施(M2NP)。于第25年玉米播种前,采集以上处理的耕层(0—20 cm)土壤样品。借助有机碳物理分组方法和化学分析方法,测定了土壤总有机碳和有机碳各组分的含量。【结果】长期施用不同肥料不同程度地提高了栗褐土总有机碳、游离态颗粒有机碳以及闭蓄态颗粒有机碳含量,其中有机肥与化肥配施尤其是高量有机肥与化肥配施的作用更加明显。与不施肥相比,高量有机肥与无机肥配施(M2N、M2NP)总有机碳含量增加了121.1%、166.8%,游离态颗粒有机碳增加了239.2%、359.2%,闭蓄态颗粒有机碳增加了288.4%、289.9%。单施氮肥(N)及有机肥与氮磷肥配施(M1NP、M2NP)可显著提高矿物结合态有机碳含量,增幅分别为27.8%、34.8%、33.3%。不施肥条件下,栗褐土有机碳中颗粒有机碳与矿物结合态有机碳所占的比例相当,长期施肥提高了颗粒有机碳特别是闭蓄态颗粒有机碳的比例,降低矿物结合态有机碳所占的比例,闭蓄态颗粒有机碳成为栗褐土有机碳的主要贮存库。相关分析表明,长期施肥条件下栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳含量之间及其与总有机碳含量之间均呈极显著正相关,矿物结合态有机碳含量与总有机碳及其他组分的有机碳之间均无明显相关。【结论】化肥、有机肥以及有机肥与化肥配施能够提高栗褐土游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及总有机碳含量。高量有机肥与化肥配施更有助于栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳的积累,有利于土壤养分有效性的提高和有机碳品质的改善。氮肥单施、有机肥与氮磷肥配施则是提高矿物结合态有机碳含量的有效措施。     

长期施肥下红壤有机碳及其颗粒组分对不同施肥模式的响应

采集不同施肥24年的红壤,采用物理分组的方法,观测了长期不同施肥下红壤有机碳及其组分变化,并结合历史资料分析了不同施肥模式对红壤有机碳及其颗粒组分的影响。结果表明,化肥配施有机肥（NPKM）处理下红壤总有机碳含量（10.33 g/kg）,砂粒（2000～53 m）、细粉粒（5～2 m）和粘粒（2 m）组分中的有机碳含量显著高于其他处理。与不施肥（CK）相比,施用化肥（NPK、2NPK）和有机肥（NPKM、M）显著地提高了红壤有机碳在砂粒和粘粒中的分配比例,而降低了其在粗粉粒和细粉粒的分配比例。施化肥（NPK、2NPK）、单施有机肥（M）、化肥配施有机肥（NPKM）处理,土壤有机碳的平均固定速率分别为0.05 t/(hm2?a)、0.18 t/(hm2?a)、0.26 t/(hm2?a)。相关分析表明,不同施肥模式下红壤有机碳的固定量与碳投入量之间存在着极显著的线性相关关系（R2=0.909, P0.01）,土壤的固碳效率为8.1%;随着碳投入的增加,粗粉粒和细粉粒有机碳储量逐渐下降,而砂粒和粘粒中碳储量逐渐增加,并且粘粒增加速率要远远高于砂粒。以上结果说明,红壤中有机碳还没有达到饱和,还具有一定的固碳潜力,增加的有机碳主要固持在粘粒中,粘粒是红壤有机碳的主要固持组分。     

长期施肥对棕壤有机碳组分的影响

对起始于1979年的棕壤长期肥料定位试验田2005年的耕层土壤不同有机碳组分进行了测定与分析,以探讨长期施肥影响土壤有机碳的过程及机理。结果显示:长期单施化肥降低了土壤的游离态颗粒有机碳（FPOM-C）含量,但进一步稳定了矿物结合态有机碳(MOM-C),最终提高了土壤总有机碳(TOC)含量;长期施用有机肥和有机肥配施化肥使土壤的FPOM-C、闭蓄态颗粒有机碳(OPOC)、MOM-C以及含量均显著提高,且增加效果好于单施化肥。从各组分有机碳所占比例或相对比值来看,长期施用有机肥和有机肥配施化肥提高了POM-C/TOC比例而降低了MOM-C/TOC比例,使FPOM-C/OPOM-C比值显著增大。表明土壤有机碳结构分组的应用有助于揭示长期施肥影响土壤有机碳的机理。     

有机物料碳和土壤有机碳对水稻土甲烷排放的影响

基于30年水稻土长期施肥定位试验,在保证原有定位试验正常开展的前提下,将部分化肥处理变更为有机肥处理(或反之),通过观测一年水稻轮作周期内不同处理甲烷(CH_4)排放通量季节性变化,探讨不同肥力水稻土中外源有机碳及土壤有机碳含量对田间CH_4排放的影响。结果表明:施化肥处理和有机肥处理,水稻土全年CH_4累积排放量范围分别为1.73~4.72和35.09~86.60 g·m~(-2)。有机肥处理改施化肥后,田间土壤CH_4的排放量显著降低;化肥处理改施有机肥或有机肥处理增施有机肥后,田间土壤CH_4的排放量显著提高。外源有机碳的输入量是田间土壤CH_4年排放量的决定性因素,外源有机碳输入量(x)与水稻土CH_4年累积排放量(y)之间满足直线方程:y=0.087 7 x+3.265 7(R~2=0.965 9,n=21)。土壤有机碳同样也是影响稻田CH_4排放的因素,在不同有机碳水平的水稻土上施用等量相同化肥或有机肥,土壤有机碳含量高的水稻土都更有利于CH_4的产生。单施化肥稻田土壤CH_4排放的最主要碳源是土壤有机碳,有机碳含量(x)和水稻土CH_4年累积排放量(y)之间的指数方程:y=0.162 4 e~(0.162 2 x)(R~2=0.940 6,n=9)。有机肥可促进土壤有机碳分解释放CH_4,土壤有机碳含量相同的条件下,高量有机肥比常量有机肥的土壤有机碳分解比率高0.65%,等量相同有机肥但土壤有机碳含量不同的条件下,土壤有机碳分解比率无显著差异;同样,土壤有机碳也可促进有机物料碳分解释放CH_4,在常量有机肥或高量有机肥处理中,土壤有机碳含量高者比低者的有机物料碳分解比率分别多出3.57%和2.34%。     

长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

  【目的】  提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳 (TOC) 及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。  【方法】  稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK (不施肥对照)、NPK (施氮磷钾化肥) 和NPKM (有机无机肥配施) 3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层 (0—20 cm) 土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用Jenny模型拟合试验期间耕层土壤TOC含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。  【结果】  与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳 (包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ) 含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%～60.0%。  【结论】  与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。     

长期不同施肥对红壤性水稻土产量及基础地力的影响

利用长期定位施肥试验并结合盆栽试验,研究长期不同施肥模式对双季稻产量和土壤基础地力的影响,并分析水稻产量和肥料贡献率对土壤不同基础地力的响应。结果表明:长期施用氮磷钾肥(NPK)或氮磷钾肥配施稻草(NPKS)有利于双季稻产量的增加。NPK处理的早稻产量、晚稻产量和年总产量分别较对照(CK)处理增产100.7%、67.0%和81.9%,NPKS处理分别增产113.8%、77.7%和93.7%。CK处理早稻基础地力产量随试验年限的增加呈极显著下降趋势(p0.01),晚稻基础地力产量在试验的前9年随年限增加呈极显著下降(p0.01),之后基本维持稳定。长期施用氮磷钾肥或氮磷钾肥配施稻草有利于土壤基础地力的提升。土壤基础地力产量和基础地力贡献率均表现为NPKSNPKCK。NPK和NPKS处理早稻基础地力产量分别较CK提高38.5%和68.1%,晚稻分别提高25.8%和49.0%。NPK和NPKS处理早稻基础地力贡献率分别较CK提高21.4%和54.9%,晚稻分别提高12.8%和22.8%。无论施肥或不施肥,早晚稻产量均随土壤基础地力产量提高而增加;肥料对早晚稻产量贡献率随基础地力产量提高而极显著降低。土壤有机质、全氮、速效钾是影响土壤基础地力的主要养分因子,土壤全磷、全钾、碱解氮、有效磷对土壤基础地力也产生重要影响。     

长期不同施肥模式对潮土有机碳组分的影响

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式条件下潮土有机碳组分变化及其分布规律。结果表明,与不施肥（CK）比较,长期氮、磷、钾平衡施用（NPK）、秸秆还田（NPKS）和有机无机肥配施（NPKM和1.5NPKM）均显著提高了潮土粗自由颗粒有机碳（cfPOC）、微团聚体内物理保护颗粒有机碳（iPOC）及矿物结合有机碳（mSOC）的含量,其中以粗自由颗粒有机碳增幅最高,达114.5%～278.9％,对施肥最敏感,能较好反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。矿物结合有机碳是潮土固存有机碳的主要形式,它占总有机碳的67.0%～80.4%。除偏施化肥（N和NP）外,其它施肥模式增加的总有机碳有49.1%～58.1%进入矿物结合有机碳组分;26.2%～31.7%进入粗、细自由颗粒有机碳组分;15.7%～20.9%进入物理保护有机碳组分。偏施化肥（N和NP）有利于自由颗粒有机碳的增加。综上分析,长期有机无机肥配施或秸秆还田是提升潮土不同组分有机碳库的较好施肥模式。     

长期不同施肥下黑土与灰漠土有机碳储量的变化

采用长期试验,研究了20年不同施肥下1 m深黑土与灰漠土有机碳含量与碳储量的剖面变化。结果表明,单施化肥和不施肥对黑土1 m土层有机碳储量没有显著影响,但灰漠土略有降低。有机肥配施化肥能显著提高土壤有机碳含量和储量。高量有机肥配施化肥（NPKM2）能提高020 cm和2040 cm土层土壤有机碳含量,黑土分别提高56.6%和49.6%、灰漠土提高143.1%和46.9%;常量有机无机配施（NPKM）效果较差,增幅分别为黑土35.1%和35.3%,灰漠土80.2%和4.1%。两种土壤1 m土体的有机碳储量,NPKM2处理分别提高了C 30.7 t/hm2与C 40.6 t/hm2。显然,有机无机肥配施可以显著提高1 m深土体中有机碳储量,主要是由于提高了040 cm土层土壤有机碳含量。     

长期不同施肥对太湖地区黄泥土总有机碳及颗粒态有机碳含量及深度分布的影响

研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下,水稻土总有机碳和颗粒态有机碳的深度变化。结果表明,总有机碳(TOC)和颗粒态有机碳(POC)的深度分布都符合幂函数方程(Y=aX-b);不同的施肥处理主要影响耕层土壤的TOC和POC含量,POC分配比例在土壤深度上也有差异。其中,化肥与猪粪配施处理,由于有机物质的输入其TOC和POC含量显著高于其它3种处理;不施肥处理的POC含量显著高于单施化肥和秸秆配施化肥。并且,没有观察到耕层POC含量与不同小区的作物平均产量间的显著线性关系,这意味着土壤POC仅从含量来说,与作物生物量的输入并没有直接关系。而可能与施肥中的直接输入有较大关系。同时,POC含量与大团聚体颗粒组含量间的相关性不显著,说明不同施肥处理下POC的结构和性质可能发生了变异,导致其对大团聚体颗粒组形成及其稳定性的作用存在差异。可见,不同的施肥处理并没有改变TOC和POC的深度分布格局,只是改变了它们在耕层土壤的含量以及POC的分配比例。不同施肥处理下POC的结构性质及其稳定性的变化还有待于进一步的研究。     

Tillage effect on organic carbon in a purple paddy soil

The distribution and storage of soil organic carbon （SOC） based on a long-term experiment with various tillage systems were studied in a paddy soil derived from purple soil in Chongqing, China. Organic carbon storage in the 0-20 and 0-40 cm soil layers under different tillage systems were in an order： ridge tillage with rice-rape rotation （RT-rr） 〉 conventional tillage with rice only （CT-r） 〉 ridge tillage with rice only （RT-r） 〉 conventional tillage with rice-rape rotation （CT-rr）. The RT-rr system had significantly higher levels of soil organic carbon in the 0-40 cm topsoil, while the proportion of the total remaining organic carbon in the total soil organic carbon in the 0-10 cm layer was greatest in the RT-rr system. This was the reason why the RT-rr system enhanced soil organic carbon storage. These showed that tillage system type was crucial for carbon storage. Carbon levels in soil humus and crop-yield results showed that the RT-rr system enhanced soil fertility and crop productivity. Adoption of this tillage system would be beneficial both for environmental protection and economic development.     

长期定位试验条件下的水稻田土壤有机质含量变化研究

依托湖北武汉、重庆北碚、湖南望城、湖南祁阳、江西南昌、浙江杭州6个水稻土壤肥力长期定位试验历史样品及数据,分析和讨论了土壤有机质含量变化趋势及对施化肥和有机肥的响应差异。施有机肥提升土壤有机质含量显著高于施化肥的效果。施化肥NPK处理,6个试验点土壤有机质含量都呈现提升趋势;但是,有机质平均年增量、有机质累计增量与累计有机肥施用量的比值都是逐年下降的,固定施肥方法提高土壤有机质含量是有限的,最高达到平衡点,施化肥的有机质含量的平衡点低于施有机肥的,土壤有机质含量提升不仅对施有机肥有响应,而且与累积产量也有一定的相关关系。     

长期施肥下新疆灰漠土有机碳及作物产量演变

为明确长期不同施肥下新疆灰漠土有机碳和作物产量演变特征,依托始于1990年的灰漠土肥力长期定位监测试验,选择对照(CK,不施肥)、施氮磷肥(NP)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、氮磷钾配合常量有机肥(NPKM)、氮磷钾配合高量有机肥(h NPKM,有机肥施用量为NPKM的2倍)、氮磷钾配合秸秆还田(NPKS)6个处理,分析不同处理下土壤有机碳和小麦、玉米产量演变特征,探讨碳投入及有机碳与作物产量的关系。结果表明:1)长期耗竭种植(CK)、连续施用NP或NPK肥,灰漠土有机碳含量持续下降,年均下降速率分别为0.094 g·kg~(-1)、0.043 g·kg~(-1)和0.053 g·kg~(-1),表明施化肥(NP、NPK)不能维持土壤有机碳含量,不利于土壤肥力的保持。NPKM和h NPKM处理,土壤有机碳显著增加,年均增加0.360 g·kg~(-1)和0.575 g·kg~(-1),增施有机肥是快速提高灰漠土肥力的重要措施。秸秆还田处理(NKPS),土壤有机碳年均增幅0.006 g·kg~(-1),与NPK处理对比,秸秆还田虽没有大幅度提高土壤有机碳,但维持了土壤肥力。2)较CK,长期化肥有机肥配施(NPKM、h NPKM)显著增加了作物产量(P0.05)。与NP和NPK比较,长期化肥有机肥配施显著提高了小麦产量(P0.05),但玉米产量与施化肥处理差异不显著(P0.05),玉米产量以平衡施肥(NPK)的增幅最高,达到220 kg·hm~(-2)·a~(-1)。小麦的产量变异系数(29.1%~43.9%)高于玉米产量变异(19.0%~32.7%)。化肥配合秸秆还田(NPKS)处理的小麦增产幅度与高量施用有机肥(h NPKM)处理接近,喻示了秸秆还田对作物增产的作用不可忽视。3)碳投入与土壤有机碳和小麦、玉米产量有显著线性正相关(P0.05)。基于以上分析,在干旱区灰漠土增加土壤碳投入(有机肥或秸秆)仍然是最基本的土壤培肥措施。     

长期施用化肥对我国南方水田表土有机碳含量的影响

利用meta分析研究水田土地利用方式下化肥对土壤有机碳含量的影响。结果显示:长期施用化肥处理的表层水稻土土壤有机碳含量较不施肥处理显著提高1.00±0.23 g kg-1,是不施肥处理的1.06倍±1.01倍。分析认为施肥处理下,较高的根系生物量导致较高的碳输入水平,另外相对充足的养分供应提高土壤固碳效率,这是施肥处理下土壤具有较高有机碳含量的两个原因。但不同轮作制度下,化肥对有机碳含量提升作用有差异:稻-稻-旱轮作制下化肥的作用不显著,而稻-旱轮作与稻-稻轮作制度下化肥对有机碳含量的提升作用显著。方差分析发现相同施肥措施下,稻-稻-旱轮作体系下土壤有机碳含量在三种轮作制度中最高,而稻-旱轮作与稻-稻轮作没有显著差异。尽管施用化肥能增加土壤有机碳含量,但评价施用化肥对温室效应的影响还需要综合考虑化肥生产、运输与施用过程中的温室气体排放三要素。     

长期施肥对红壤不同有机碳库及其周转速率的影响

通过土壤有机质物理分组和室内培养的方法,研究了长期定位施肥对红壤不同有机碳库及其周转速率的影响。结果表明:平衡施肥(NPK、2NPK)和施用有机肥(OM、NPKOM)显著提高玉米产量,降低产量年际变异系数,同时也显著提高了土壤有机碳(SOC)和活性有机碳(LOC)的含量。根据有机碳物理分组方法,将SOC分成五部分,其中,与矿物结合的有机碳占绝对优势,微团聚体中的粉黏粒(s+c_mM)和大团聚体中的粉黏粒(s+c_M)分别占SOC的31%～53%和28%～38%,其次为微团聚体间的细颗粒有机质(fPOM)和微团聚体中的细颗粒有机质(iPOM_mM),分别占8%～15%和7%～21%,粗颗粒有机质(cPOM)仅占5%～12%。施有机肥(OM、NPKOM)显著提高了颗粒有机碳组分,包括cPOM、fPOM和iPOM_mM组分碳的数量,但是对矿物结合态碳(s+c_M、s+c_mM)影响不明显。施无机肥对有机碳库组成(除s+c_mM外)影响不显著。在有机肥处理中(OM、NPKOM)土壤有机碳周转速率最快,相应的半衰期最短,是CK处理的0.47倍～0.70倍,是无机肥处理的0.11倍～0.95倍。原土有机碳周转时间与LOC/SOC呈显著正相关(r=0.66*)。研究表明平衡施肥和有机肥能提高土壤地力,同时还有利于土壤有机碳的积累。     

长期施肥措施下土壤有机碳矿化特征研究

研究长期不同施肥措施下旱作农田土壤有机碳的矿化特征及其温度敏感性可为加深理解土壤碳循环过程提供理论依据。本文以半干旱黄土区粮-豆轮作体系为研究对象,通过两种不同温度(15℃和25℃)的室内培养试验,分析了长期不同施肥措施下土壤有机碳矿化的动力学特征及其温度敏感性。研究结果表明,土壤有机碳矿化速率在培养初期较高,之后缓慢下降。施肥措施和培养温度对土壤有机碳矿化均具有显著影响。与不施肥对照(CK)相比,在15℃培养条件下,长期单施磷肥(P)、氮磷配施(NP)和氮磷有机肥配施(NPM)处理的土壤有机碳累积矿化量(C_(min))分别增加41%、85%和89%,在25℃培养条件下,分别增加7%、46%和77%。另外,与CK处理相比,P、NP和NPM处理土壤有机碳矿化的温度敏感性(Q_(10))分别降低25%、21%和6%。施肥改变了土壤有机碳矿化的动力学参数,其改变程度与施肥种类和培养温度有关。与CK处理相比,在15℃培养条件下,P、NP和NPM处理的土壤潜在矿化有机碳量(C_p)分别增加29%、65%和48%;在25℃培养条件下,NP和NPM处理的C_p分别增加2%和21%,而P处理则减少36%。不同施肥处理土壤有机碳矿化速率常数(k)在15℃培养条件下变化较小,在25℃培养条件下则有较大幅度的增加。在25℃培养条件下,C_(min)和Cp随土壤有机碳和全氮含量的增加而显著增加。可见,长期施肥显著促进了半干旱黄土区粮-豆轮作体系土壤有机碳的矿化,减弱了土壤有机碳矿化的温度敏感性。