红壤稻田长期施用猪粪的生态效益及承载力评估

【目的】有机粪肥还田是实现废弃物资源循环利用的重要途径之一,大量研究证实,猪粪还田施用可以显著提高土壤肥力和作物产量,但是,由于饲料添加剂含有较高的Cu、Zn、As等重金属元素,再加上养猪业中饲料添加剂的广泛应用,猪粪长期还田也可能导致土壤中重金属元素大量累积,从而威胁土壤质量和粮食安全。因此,利用长期定位探讨和综合评价长期施用猪粪下红壤稻田的生态效益就显得十分重要。【方法】以始于1981年的红壤性水稻土有机肥定位试验为载体,分析了长期施用猪粪30年间红壤稻田的水稻产量和土壤有机碳含量影响,以期明确猪粪对水稻产量的增产幅度和对土壤有机碳的贡献潜力,同时分析不同猪粪施用年限（包括试验前、试验5年、16年、22年和30年）的土壤重金属Cu、Zn、Cr和As等含量变化,基于国家土壤质量二级标准（GB 15618-1995）的土壤重金属含量的临界值,利用本研究中土壤重金属的累积速率对红壤稻田施用猪粪的超标时间进行估算,并进一步探讨猪粪的安全用量。【结果】施用猪粪显著提高了水稻产量和土壤有机碳含量,与施化肥处理（NPK）相比,产量增加了10.3%-12.0%,土壤有机碳含量增加了18.8%-23.7%,但是猪粪施用对红壤稻田的酸化阻控作用较小。在试验30年后,分别在早稻和晚稻施用猪粪的处理（OM1和OM2）的土壤pH值与未施肥对照无显著差异。此外,施用猪粪的土壤Cu、Zn、Cr和As含量亦显著增加,与施用化肥处理相比,OM1和OM2的Cu、Zn、Cr和As含量分别增加了72.0%-82.6%、29.1%-55.2%、194.8%-262.6%和90.5%-192.7%,但是未超过国家土壤环境质量二级标准（GB15618-1995）。按照现行猪粪施用量（22.5 t•hm-2•a-1）推算,土壤Cu、Zn、Cr和As含量确保安全水平的施用时间分别还有22、67、44和14年。若确保连续施用猪粪50年土壤Cu、Zn、Cr和As含量不超标,则红壤稻田每公顷最多猪粪施用量应不超过6.40 t•hm-2•a-1。【结论】在红壤稻田上,猪粪长期还田虽然能够显著提高稻米产量和土壤肥力（尤其是土壤有机碳含量）,但也同时导致土壤Cu、Zn、Cr和As含量大幅增加,从而可能引起土壤出现重金属污染风险,进而威胁稻米质量和人类安全。因此,权衡稻田长期施用猪粪对作物产量、土壤肥力和重金属累积的生态效益,确定土壤对猪粪的最大环境承载力将为科学合理的利用猪粪以实现区域农业的可持续发展提供依据。     

长期不同施肥下太湖地区稻田净温室效应和温室气体排放强度的变化

利用田间观测和模型预测方法对太湖地区一个长期不同施肥处理的稻田生态系统进行了稻季温室气体排放观测和净温室气体排放强度分析。结果表明,不同施肥管理下,稻田土壤有机碳含量不同程度提高,有机无机肥料配施较单施化肥处理显著提高有机碳库储量,并且秸秆处理略高于猪粪处理。与不施肥处理相比,长期施用肥料显著提高了稻田生态系统CH4和CO2的排放量,有机肥料与化肥配施较单纯施用化学肥料下土壤碳(CO2和CH4)排放增加,但化肥配施秸秆与化肥配施猪粪下稻田生态系统CH4和CO2的排放没有显著差异。不同施肥处理下,稻田生态系统净温室效应表现为CFM≈CFS>CF>NF,但水稻生产的净温室气体排放强度并没有显著性差异。因此,在提高水稻产量的同时,有机无机配合施肥并没有提高净温室气体的排放强度。     

肥料配比对土壤和水稻产量的影响

利用宁夏农林科学院农作物研究所稻田生态系统长期定位监测点（2000-2008年）资料,分析了不同施肥制度下土壤肥力与水稻产量的差异．探讨了等氮条件下有机无机肥配比和单施化肥对土壤肥力和产量的影响,结果表明：基肥施用有机肥,追肥施用化肥与全部使用化肥相比,有机肥和化肥配合施用使土壤的全氮、全磷、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量提高;有机肥和化肥混合施用,使水稻返青快,在整个生育期生长旺盛,分蘖早、有效分蘖数增加,而全部施用化肥则相反;在水稻产量和产量构成因子影响方面,有机肥和化肥混合施用使水稻产量提高．穗数和稳粒数增加,但结实率、千粒重下降。     

长期有机培肥对红壤有机碳组分及水稻产量的影响

【目的】以40年红壤长期有机培肥试验为研究平台,探究长期施用紫云英、猪粪及秸秆还田对稻田土壤有机碳组分、土壤微生物量及水稻产量的影响。【方法】设置6个处理:不施肥处理(CK)、化肥处理(NPK)、早稻施绿肥紫云英处理(M1)、早稻施绿肥紫云英和早稻施猪粪处理(M2)、早稻施绿肥紫云英和晚稻施猪粪处理(M3)、早稻施绿肥紫云英和晚稻秸秆还田处理(M4)。于2020年晚稻收获前采集耕作层(0～20 cm)土壤样品,测定土壤有机碳组分、微生物量碳氮等肥力指标。【结果】(1)长期有机培肥处理提高了水稻产量,较不施肥处理CK相比,绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量,分别提高1.4、1.25倍,晚稻产量则分别提高0.59、0.65倍;绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量,较化肥NPK处理分别提升18.1%、10.6%,晚稻产量分别提升15.7%、20.0%。(2)长期有机培肥处理提高了各形态土壤有机碳组分含量,早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理较不施肥CK处理显著提高易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳、可溶性有机碳含量(P0.05),且有机碳各组分含量均高于化肥NPK处理,其中游离态颗粒有机碳含量M2处理(0.97 g·kg~(-1))显著高于NPK处理(0.68g·kg~(-1))(P0.05);化肥NPK处理和有机培肥处理(M1、M2、M3、M4)土壤微生物量碳较不施肥CK处理相比提高了22.1%～58.9%,早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理土壤微生物量碳含量(231.2 mg·kg~(-1))最高且提升最为明显(P0.05)。(3)长期有机培肥提高了游离态颗粒有机碳和可溶性有机碳的分配比例,且早稻施绿肥紫云英+猪粪M2处理效果明显;易氧化性有机碳是红壤有机碳的主要存在形式;土壤有机碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳呈极显著正相关关系(P0.01)。(4)长期有机培肥提高了全氮、碱解氮等养分指标,产量与速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳极显著相关(P0.01),与全磷、游离态颗粒有机碳、易氧化性有机碳显著相关(P0.05)。【结论】长期有机培肥通过提升红壤肥力水平,调增可溶性有机碳含量,促进水稻稳产增产,尤其是紫云英添加猪粪处理模式具有较好的应用潜力。     

不同施肥对缺钾红壤性水稻土的生态效应

【目的】研究不同配方施肥对缺钾水稻土的生态效应。【方法】采取盆栽方式对长期缺施钾肥水稻土进行了三年半施肥试验。施肥处理为氮、磷、钾平衡施肥同时结合施用适量的与水稻营养密切相关的硅、钾、有机肥。【结果】平衡施用氮、磷、钾肥能使水稻健康生长,显著提高了养分利用率和水稻产量,水稻增产幅度达27.7%(NPK处理)至51.5%(NPKSi处理)。水稻健康生长又促使其根系分泌物量增大,泌氧增多,稻田土壤细菌数量、微生物活度、微生物量碳、微生物量磷及微生物量氮含量显著提高,其中MBC增幅达33.9%(NPK处理)至47.3%(NPKSi处理),从而强化了微生物生态系统的供肥能力,增强了稻田生态系统功能。而长期过量施用钾肥(NPhK)虽提高了土壤钾含量,但相对不施钾肥处理(NP)水稻增产不显著,土壤微生物非正常生长,稻田生态系统质量没有明显改善。各处理比较,NPKSi处理生态效应最佳,以下依次是NPKM、NPhKM和NPK。NPhK对稻田生态系统产生负效应。【结论】平衡施用氮、磷、钾肥是改善缺钾水稻土质量的有效措施,其中在平衡施用无机氮、磷、钾肥的基础上增施硅肥或有机肥效果尤为显著。     

种植方式对稻田氨挥发及氮磷流失风险的影响

研究洞庭湖双季稻区不同种植方式下,稻田氨挥发量变化、田面水氮磷浓度动态特征以及不同土壤深度养分含量差异,可为水稻机械化精准施肥,防控面源污染提供理论依据。研究采用田间试验方法,设置农民习惯+直播(T1)、控释尿素减氮10%+直播(T2)和机插一次性施肥减氮10%(T3)3个处理,原位监测早稻基肥期稻田氨挥发,取样监测施肥后田面水总氮、总磷及不同形态氮磷浓度,收获期计产,并取0～20 cm和20～40 cm土壤测定其基本理化性状。结果表明,与T1相比,T3和T2田面水NH_4~+-N平均浓度分别降低46.04%和27.03%,氨挥发量分别降低18.62%和15.61%;田面水总氮平均浓度分别降低53.55%和22.96%,总磷浓度分别降低30.23%和11.63%;T3和T2均可显著增加稻田0～20 cm和20～40 cm土壤中有机碳含量,提高全氮、全磷、碱解氮和有效磷含量,水稻产量分别增加6.63%和5.98%。与T1相比,T3和T2两种施肥种植方式均能显著降低稻田氨挥发以及稻田田面水总氮、总磷浓度,能有效增加0～20 cm和20～40 cm土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮和速效磷含量。在3种种植方式中,T3在降低农田氮、磷流失风险、维持土壤肥力、促进水稻增产方面效果更显著。     

长期有机无机肥配施对稻田土壤养分的影响

通过湖南省7个县市土壤肥力与肥效监测长期定位试验,研究了单施化肥和有机无机肥配施对稻田耕层土壤养分及水稻产量的影响.结果表明,长期有机无机肥配施显著增加了土壤有机碳及活性有机碳含量.提高土壤全氮、全磷、全钾、全锌、全铜以及碱解氮、速效磷、速效钾、有效锌、有效铜含量,效果为高量有机肥配施(HOM)＞中量有机肥配施(MOM)＞单施化肥(NPK).说明无论单施化肥还是有机无机肥配施都可以增强土壤养分容量及其供应强度,其中以高量有机肥配施效果最好.与试验前相比,施肥处理下土壤氮、磷维持平衡或大幅度积累,但土壤钾仍出现不同程度的亏缺.     

长期不同施肥对水稻产量及土壤肥力的影响

 【目的】研究化肥、有机肥对水稻产量、土壤有机质的影响,以及化肥氮磷钾、有机肥氮磷钾提高土壤养分的异同。【方法】依托祁阳站有机无机、肥水稻长期定位试验,分析历史样品及数据。【结果】有机肥与化肥氮磷钾配合施用对水稻高产稳定有显著作用;长期施用化肥和有机肥对提高土壤有机质都有显著作用,但施用化肥只能提高土壤有机质含量至28.1 g?kg-1,与试验开始时相比只提高了42%。凡施用牛粪能使土壤有机质平均最高增加到41.6 g?kg-1,比试验开始时提高了91%;有机肥氮提高土壤全氮、碱解氮含量的效果优于化肥氮,土壤全氮、碱解氮含量比化肥处理提高了30%和16%。而施入的有机肥磷在土壤中累积较少,土壤全磷、速效磷提高较少, 施入的化肥磷在土壤中累积较多, 土壤全磷、速效磷含量提高幅度较大。与有机肥相比,化肥提高土壤全磷30%,提高速效磷115%。【结论】有机肥与化肥氮磷钾配合施用对水稻高产稳产和提升土壤肥力有重要的作用。     

温室农业生态系统土壤有机碳与重金属关系研究进展

温室农业生态系统作为农田生态系统的一部分，因种植的高肥需求以及连作的特点导致其与农田生态系统不同，在已有的研究中，温室农业生态系统中的土壤有机碳和重金属的含量要高于农田生态系统。土壤有机碳作为土壤肥力的基础，同时还影响着温室气体的排放，在生态系统碳循环中占据着重要地位。土壤重金属作为土壤重要的污染物之一，它在土壤中的富集、迁移、淋溶影响着农作物和环境的质量，还会对人体健康造成威胁。因此本文综述了土壤有机碳和土壤重金属的研究进展，以及二者在农田生态系统中的关系，为后续研究二者在温室农业生态系统中的关系做铺垫。研究表明，影响农田土壤有机碳和重金属的因素主要有大气沉降、灌溉、肥料的施用，而温室土壤的影响因素主要为有机肥的不合理施用和种植年限，虽然过量施用有机肥和增加种植年限能够有效增加土壤有机碳，但是这也造成土壤重金属在土壤中富集。土壤有机碳会络合吸附土壤中的重金属离子，并且还会引起土壤酸化，进而提高重金属的有效性和迁移性，二者之间呈现正相关性，所以合理控制土壤有机碳输入会在一定程度上减少温室农业生态系统土壤重金属的污染。     

长期施用鸡粪稻田土壤肥力变化特征研究

通过采样调查,分析比较了海安县长期施用鸡粪和化肥的稻田土壤主要肥力指标的变化。结果表明:与长期施用化肥的稻田相比,长期施用鸡粪能明显改善土壤的物理性状,显著提高土壤的有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷和速效钾的含量,其中对土壤速效磷含量的影响最大;长期大量施用鸡粪还造成氮、磷养分向土壤下层迁移累积,使耕层以下的土壤养分含量明显高于施用化肥的土壤。     

长期绿肥利用下红壤性水稻土有机碳和可溶性有机碳的垂直分布特征

为了探讨长期绿肥翻压对红壤性水稻土有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)垂直分布的影响,利用在江西丰城水稻田进行了8 a的长期定位试验,研究了不施肥不种植绿肥(CK)、不施肥种植绿肥(M)、施用化肥(F)和施用化肥并种植绿肥(F+M)4个处理下土壤SOC和DOC的垂直分布特征,以及SOC和DOC的计量关系。结果表明,早稻和晚稻季土壤SOC和DOC含量随深度变化可以用S函数描述,拟合曲线的决定系数分别为0.928~0.966和0.876~0.975,均达到极显著(P<0.01)水平。施用化肥或绿肥还田(F、M和F+M处理)主要影响了表层(0~20 cm)土壤的SOC和DOC,20 cm以下土层各处理的SOC和DOC差异不显著。绿肥还田(F+M和M处理)显著(P<0.05)提高了表层土壤的SOC和DOC,而化肥处理(F)仅显著(P<0.05)提高了表层土壤的SOC。与CK相比,M、F、F+M处理的早稻季表层土壤SOC含量分别显著(P<0.05)提高了51.1%、80.9%、92.8%,M、F+M处理的早稻季表层土壤DOC含量分别显著(P<0.05)提高了12.9%、46.2%,M、F、F+M处理的晚稻季表层土壤SOC和DOC含量分别显著(P<0.05)提高了66.6%、81.3%、81.2%和37.1%、10.8%、45.2%。表层土壤DOC含量随SOC呈线性增长,晚稻季DOC随SOC增长率要高于早稻季。施肥降低了土壤DOC/SOC,但施用绿肥减缓了DOC/SOC下降。可见,绿肥不仅有利于土壤有机碳提高,同时有利于土壤有机碳生态功能的稳定。     

不同土地利用方式土壤重金属赋存与有机碳关联性分析

【目的】评估不同土地利用方式土壤重金属形态与有机碳（SOC）含量的相关性,为深入理解土壤负载SOC和重金属的环境地球化学行为,以及评价土壤环境和人类健康风险提供参考依据。【方法】测定海南省琼海市和定安县3种不同土地利用方式（水田、旱地和抛荒地）中不同形态重金属砷（As）、铬（Cr）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）以及SOC和矿物结合态有机碳（MAOC）含量,并对重金属形态含量、富集度、生物有效性及重金属与SOC和MAOC之间的关联性进行分析。【结果】不同土地利用方式土壤中重金属含量表现为:水田Cr>Zn>Pb>Cu>As,旱地Cr>Zn>Pb>As>Cu,抛荒地Cr>Zn>Cu>Pb>As;土壤重金属形态以残渣态存在为主;不同土地利用方式下重金属的富集程度存在明显差异,富集指数呈现:水田Cr>As>Cu>Zn>Pb,旱地As>Cr>Cu>Zn>Pb,抛荒地As>Cu>Cr>Zn>Pb;3种土地利用方式土壤中Cr、Cu、Zn和Pb的生物有效性系数较小,处于较稳定的存在状态,生态潜在风险较小,而As对人体健康具有较大的潜在威胁。土壤中SOC和MAOC含量在3种土地利用方式下均表现为水田>抛荒地>旱地,土壤中SOC和MAOC含量与部分形态的Cr、Cu、Zn和Pb之间具有显著（P<0.05）或极显著（P<0.01）相关性。【结论】土地利用方式的改变不仅影响土壤理化性质,还对土壤中重金属的来源和性质以及有机物类型含量产生影响。不同土地利用方式土壤中部分重金属赋存形态含量与SOC和MAOC具有显著或极显著相关性（As除外）,对深入理解海南土壤污染状况、土壤自净能力与机制等方面具有重要理论意义,可为海南土壤质量提升及可持续利用提供理论支撑。     

长期施肥对稻田土壤镉锌铜积累及其有效性的影响

为明确长期不同施肥方式对稻田土壤Cd、Zn和Cu积累及其有效性的影响,以设立于1986年的长期定位施肥试验为对象,对比分析不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(ST)、低量有机肥配施化肥(LM)、高量有机肥配施化肥(HM)5个处理耕层土壤重金属全量、有效态、形态分布以及水稻各部位重金属含量变化,结合土壤理化性质变化,探讨了长期施肥下重金属累积效应及其有效性变化机理。结果表明,NPK和ST处理对土壤全量及有效态Cd、Zn和Cu均无显著提高效应。而施用低量和高量有机肥30 a后,土壤Cd、Zn和Cu全量显著提高35.00%～80.00%、63.91%～82.55%、118.41%～180.21%,有效态显著提高28.57%～71.43%、407.12%～783.15%、336.59%～573.17%,稻米Cd、Cu则提高100.00%～150.00%、63.30%～85.64%。相关分析结果证实,有机肥中较高的重金属含量是造成稻田土壤Cd、Zn和Cu累积和有效性显著提高的主要原因,同时其改变的土壤理化性质,尤其是P也会影响重金属的有效性,但其作用机理有待深入研究。总体来看,长期施用有机肥具有更好的培肥效应,但会造成土壤Cd、Zn和Cu的富集以及稻米吸收量的增加,虽然目前稻米重金属含量尚未超出国家食品卫生标准限值,其风险仍不可忽视,在采取有机肥培肥土壤的过程中应严格控制其中的Cd、Zn和Cu等重金属含量。     

秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、铅、镉活性的影响

秸秆还田是我国培肥地力和增加农田土壤碳固定的重要措施,但进入农田的秸秆存在着活化土壤重金属的风险。为了解不同来源的秸秆对污染水平不同农田土壤重金属活性的影响,采取相应措施防止因秸秆还田对农田土壤重金属的激活,开展了盆栽和田间小区试验研究秸秆还田配施石灰对水田土壤铜、锌、镉、铅活性的影响。盆栽和田间试验在轻度和重度污染 2 种土壤上同时进行。盆栽试验中施用秸秆包括重污染水稻秸秆、轻污染水稻秸秆和轻污染油菜秸秆 3 种,石灰用量设对照（0 kg·hm^-2）和石灰处理（750 kg·hm^-2）2 个处理;田间小区试验设对照（不施秸秆和石灰）、秸秆还田及秸秆还田+石灰 3 个处理。动态观察了试验过程中土壤有效态重金属、重金属形态及水稻籽粒中重金属积累情况。结果表明,试验初期（前 20 d）秸秆还田显著增加了水田土壤中水溶性有机碳与水溶性重金属的含量;与对照处理比较,水溶性重金属含量以重度污染土壤增幅较为明显。试验后期（60 d 后）秸秆还田对土壤重金属的活性的影响逐渐变得不明显。油菜秸秆还田土壤中水溶性重金属含量低于水稻秸秆还田,重污染水稻秸秆还田土壤中水溶性重金属含量高于低污染水稻秸秆还田。盆栽试验和田间试验的结果都表明,重污染水稻秸秆还田可轻微增加水稻籽粒中镉的积累,但轻度污染水稻秸秆还田与油菜秸秆还田对水稻籽粒镉积累的影响较小;3 种秸秆还田对水稻籽粒铅、铜、锌积累的影响不明显。配施石灰可显著降低土壤中水溶性重金属的含量,降低水稻籽粒中重金属的积累。研究认为,在污染农田管理上应控制重污染水稻秸秆还田,在秸秆还田的同时适量配施石灰。     

不同种类有机物对污染农田土壤重金属活性的影响

为了解施用不同种类有机物对污染农田土壤重金属行为的影响,布设了田间小区试验,观察研究施用6种不同类型有机物对土壤水溶性重金属和农作物对重金属吸收等的影响。试验设7个处理,分别为对照（不施有机肥）、施新鲜水稻秸秆、新鲜鸡粪、鸡粪堆肥、新鲜猪粪、猪粪堆肥和商品有机肥,动态检测土壤中水溶性重金属含量、田面水中重金属浓度及收获水稻籽粒中重金属含量的变化。结果表明,与不施有机物的对照处理比较,施用各类有机物在试验前期均可明显提高土壤中水溶性重金属和田面水中重金属的含量,总体上以施用新鲜猪粪的最高,其次为新鲜鸡粪,施用商品有机肥的最低。土壤中水溶性重金属含量随试验时间增长逐渐下降。施用各类有机物对水稻籽粒中重金属的积累影响不明显。土壤中水溶性重金属及田面水中重金属含量均与相应的水溶性碳（DOC）浓度呈显著相关性,表明因有机物施用增加土壤中DOC浓度可能是土壤中水溶性重金属含量增加的主要原因;而不同有机物对土壤重金属活性影响的差异可能与有机物本身的分解程度及可释放DOC大小有关。但施用有机物引起的农田土壤水溶性重金属含量的增加是暂时的,对水稻生长后期籽粒中重金属积累的影响不明显。     

秸秆还田与水分管理对双季水稻氮素吸收及氮肥?利用率的影响

秸秆还田是促进农田养分循环的重要方式,也对提升农田地力有较好效果。以南方典型双季稻田为研究对象,设置三个秸秆还田水平和两种水分管理方式的两因子田间定位试验,于定位试验开展后的第5年通过测定早稻和晚稻季稻田土壤无机氮、微生物生物量氮动态、植株吸氮量动态以及收获期主要土壤肥力因子、水稻产量和植株各部分氮素累积量,分析秸秆还田与水分管理制度下水稻氮素吸收和氮肥利用率的特征及其影响因素。结果表明:秸秆还田提高了土壤有机碳和全氮含量以及土壤p H,长期淹水较之间歇灌溉降低了土壤有机碳、全氮和全磷含量。在氮肥用量一致条件下,早稻季秸秆还田降低了分蘖期土壤氮素有效性,导致水稻生育期内氮素吸收量显著下降,且显著降低水稻籽粒产量及氮肥利用率;氮肥利用率较对照下降2.0~7.6个百分点,且随秸秆还田量的增加而降低。晚稻季秸秆还田提高了生育期内土壤氮素有效性,显著提高了水稻生育期内氮素吸收量,增加水稻产量且显著提高氮肥利用率;氮肥利用率较对照提高8.6~13个百分点,且随秸秆还田量的增加而增加。研究表明,间歇灌溉和长期淹水灌溉两种水分管理方式对水稻氮素吸收、籽粒产量及氮肥利用率的影响差异不显著。早稻季秸秆还田配合长期淹水灌溉将加剧水稻产量和氮肥利用率下降。双季稻稻田实行间歇灌溉下的早稻季秸秆不还田、晚稻季秸秆全量还田(6 t/hm2)有利于获得较高水稻产量和氮肥利用率。     

长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化的影响

【目的】土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分释放、土壤质量保持以及温室效应密切相关。揭示稻田生态系统在长期施肥下土壤有机碳固存与矿化特征,旨在正确评价施肥对全球气候变化的影响。【方法】本研究以33年长期定位试验为依托,对红壤性水稻土土壤有机碳累积及矿化动力学特征等进行系统研究。长期定位试验始于1984年,选取其中5个处理：不施肥处理（CK）,施氮磷钾化肥处理（NPK）,施70%化肥+30%有机肥处理（70F+30M）,施50%化肥+50%有机肥处理（50F+50M）,施30%化肥+70%有机肥处理（30F+70M）,于 2017 年早稻种植前采集耕层 （0—20 cm） 土壤样品,采用室内培养方法,测定土壤碳矿化释放 CO₂-C量和速率等,并采用一级动力学方程拟合土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）、易矿化有机碳量（C₁）和周转速率常数等。【结果】各施肥处理均不同程度地提高了土壤总有机碳含量,NPK处理有机碳含量显著高于CK,较CK提高了27.32%。化肥配施有机肥处理（70F+30M、50F+50M 和30F+70M）土壤有机碳显著高于NPK处理（P<0.05）,平均较NPK处理提高了31.31%,以50F+50M和30F+70M处理较为显著。各处理有机碳矿化速率均在培养后的第1天达到峰值且差异显著,排序为50F+50M>30F+70M>70F+30M>NPK>CK,随后下降,11 d之后趋于稳定,稳定后各处理的土壤有机碳矿化速率大小排序为：30F+70M>50F+50M>70F+30M>NPK≈CK。在整个培养期,土壤有机碳矿化速率与培养时间呈对数曲线关系。培养35 d结束后,NPK处理较CK未能显著改变土壤有机碳累积矿化量（P>0.05）,70F+30M、50F+50M和30F+70M处理土壤有机碳累积矿化量显著高于NPK处理（P<0.05）,分别较NPK提高了50.99%、70.85%和86.39%。各处理土壤有机碳累积矿化率（累积矿化量占有机碳总量的比率）变化范围为3%—4%,30F+70M处理显著高于NPK处理（P<0.05）。施肥处理均不同程度地提高了土壤潜在可矿化有机碳量,以30F+70M处理最高,较NPK提高了1.19倍。不同施肥处理较不施肥均未明显改变土壤有机碳周转速率及半周转期。土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）、易矿化有机碳量（C₁）、累积矿化量及累积矿化率均显著受土壤有机碳含量及投入碳量的影响,且呈现正相关关系。土壤潜在可矿化有机碳量（C₀）/土壤有机碳比值与所投入碳量呈现显著正相关（P<0.05）;土壤有机碳的周转速率常数（k）与土壤有机碳及投入碳量均未呈现显著性相关性。【结论】长期化肥配施有机肥可有效提高红壤性水稻土有机碳的矿化速率及促进有机碳的积累,并未显著改变土壤有机碳的矿化率,有利于红壤性水稻土的养分供应及固碳。     

长期施用猪粪和化肥对稻田土壤Cu、Zn和Cd含量及有效性的影响

为研究有机肥与化肥处理下稻田土壤Cu、Zn、Cd含量之间的差异,并探明关键影响因子,本研究利用持续了35 a的长期定位试验,分析了土壤重金属全量及有效态、土壤理化性质和水稻产量,并利用多种统计分析方法研究了猪粪组和化肥组土壤Cu、Zn和Cd与土壤理化指标之间的关系。结果表明：与对照（不施肥）相比,长期施用猪粪使土壤Cu、Zn、Cd全量和有效态含量分别提高了134%~239%、57%~124%、58%~171%和191%~380%、285%~811%、61%~184%,并显著提升了土壤有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）及氮磷养分含量;而化肥处理对土壤重金属全量及有效态含量无显著影响,对土壤理化指标的提升相对较小。冗余分析（RDA）发现,猪粪组土壤全氮（TN）、CEC和速效磷（AP）分别解释了重金属方差变异的89.1%、6.4%和2.0%,化肥组土壤pH和全磷（TP）分别解释了方差变异的45.0%和22.2%,达到显著水平。进一步通过偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析发现,猪粪对重金属有效态的贡献远大于化肥,主要通过影响土壤重金属全量和CEC从而影响重金属有效性,其路径系数分别为0.621 7和0.295 3,均达到显著水平。猪粪组土壤重金属与理化指标之间由于“同源”关系呈显著正相关,而化肥组两者的关系受水稻生长活动等因素影响较大。研究表明,长期施肥可以通过调控土壤理化指标等影响重金属有效性,施用猪粪进行稻田土壤培肥的同时,需要注意土壤重金属的累积风险。     

耕作方式和氮肥对稻田CH4排放的影响及与土壤还原物质间的关系

探讨不同耕作方式下氮肥调节对稻田CH4排放及与土壤还原物质间的关系。通过田间试验研究水稻在常耕与免耕2种耕作方式、3种施氮量（N0、N1、N2）和2种施氮方式（F1、F2）条件下,稻田CH4排放的动态变化规律。结果表明：各处理CH4排放通量均呈双峰曲线变化规律,峰期分别出现在分蘖期和抽穗期,拔节前稻田CH4排放占水稻全生育期排放量的75.12% 。免耕能显著降低稻田CH4排放,氮肥极显著地促进稻田CH4排放。重施基蘖肥有利于降低免耕稻田CH4的排放,重施穗肥有利于降低常耕稻田CH4的排放。耕作方式和施氮方式对稻田CH4排放的互作效应显著,其中免耕和重基蘖肥搭配能极显著降低稻田CH4排放。耕作方式和氮肥调节对稻田CH4排放的影响与稻田土壤还原物质总量,活性还原物质量及Fe2+含量的变化密切相关。