长期施肥对黑土磷和锌形态转化的影响

【目的】东北黑土地为我国重要粮食生产基地高肥力的黑土仍需施用磷肥以保障粮食高产。探讨长期施肥对土壤磷和锌形态转化机制,为确保黑土区粮食和环境安全提供理论依据。【方法】本研究以设在典型黑土区13年的长期施肥定位试验为研究对象,设不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)、施氮磷钾加不同量有机肥(NPK+OM_1、NPK+OM_2、NPK+OM_3)共5个处理分析土壤不同形态磷和锌含量。【结果】长期施化肥对土壤有机磷含量影响不显著但土壤无机磷含量显著增加;长期不施肥黑土有效磷含量为32.6 mg/kg,长期施化肥加有机肥可显著增加土壤有效磷含量;连续13年施用磷肥,土壤中的磷每年平均累积16 kg/hm~2,其主要以铝磷(A1-P)和铁磷(Fe-P)的形态在土壤中储存,其中约20%仍为有效磷;而磷肥加有机肥的3个处理,连续施用13年后有机磷含量增加了47.2~67.9 mg/kg无机磷含量增加253.4~410.6 mg/kg,土壤全磷平均分别以每年49.4(NPK+OM_1)、64.2(NPK+OM_2)、70.4(NPK+OM_3)kg/hm~2的量累积在土壤中,其中15%~21%仍为有效磷主要以有效性较高的二钙磷(Ca_2-P)、八钙磷(Ca_8-P)、Al-P、Fe-P存在于土壤中,只有10%~21%的磷以有机磷的形态累积在土壤中,并且这个比例随有机肥施用量的增加而降低。黑土长期不施肥土壤有效锌(DTPA-Zn)含量可达1.96mg/kg,长期施化肥、化肥加有机肥均可显著增加土壤DTPA-Zn含量;长期施化肥使黑土酸化,改变了土壤锌形态增加了土壤交换态锌和无定型铁氧化物结合态锌的含量,化肥加有机肥显著增加了除矿物态锌以外的其他各形态锌的含量其中55%~88%以无定型铁氧化物结合态锌储存在土壤中。通径分析结果显示,Ca_2-P对DTPA--Zn影响最大,Ca_8-P、Al-P、Fe-P通过Ca2-P间接影响DTPA-Zn含量。【结论】长期施入黑土的磷主要以有效性较高的无机态磷储存在土壤中,锌主要以无定型铁氧化物结合态储存在土壤中。黑土中磷与锌未表现出拮抗作用且有效性高的Ca_2-P对DTPA-Zn含量的影响最大且二者呈正相关关系。     

长期施肥对砂姜黑土无机磷形态的影响

采用顾益初、蒋柏藩的无机磷分级方法,研究了长期施肥下砂姜黑土无机磷组分含量变化、生物有效性及其与土壤有效磷的关系。结果表明,长期耗竭状况下Ca2-P和Ca8-P的植物营养效率最高,其次为Al-P和Fe-P,O-P和Ca10-P也表现出了一定的有效性;Fe-P和Al-P对植物的营养贡献率最高,虽然Ca2-P和Ca8-P活性最高,但由于含量低,对磷素养分的贡献率较低,土壤磷素极度耗竭下,Ca2-P的植物营养贡献率甚至低于Ca10-P和O-P。砂姜黑土对磷的固定严重,土壤中积累的磷主要向Al-P、Fe-P和有效性更低的Ca10-P和O-P转化,Ca2-P、Ca8-P的增量较少。相关分析和通径分析表明,无机磷组分对有效磷的贡献为:Al-P＞Ca8-P＞Ca2-P＞Fe-P＞O-P＞Ca10-P;建立了Olsen-P与无机磷组分间的回归方程:Y = 3.8751 +0.4674X1 +0.4470X2+ 0.3769X3-0.1166X4-0.07838 X 5 (Y代表有效磷含量,X1、、X2、X3 、X4 、X5分别代表Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和Ca10-P含量;P＜0.01,R2=0.9989)。     

长期施肥对黑土磷素积累、形态转化及其有效性影响的研究

1980年开始,在小麦大豆玉米轮作制中,研究长期定位施用常量的氮、磷、钾(小麦、玉米施肥量为N150、P2O575、K2O75kg/hm2;大豆为N75、P2O5150、K2O75kg/hm2)和有机肥(马粪,折N75kg/hm2,只在玉米后茬上施用),以及二倍和四倍量对土壤磷素积累、形态变化及磷肥后效的影响。23年研究结果表明,长期不施肥,黑土土壤全磷下降37.4%、速效磷下降了60%;施用磷肥土壤全磷增加53.9%～65.7%、速效磷增加6～15倍。积累的磷素大部分以有效性较高的Ca2-P、Ca8-P、Al-P形态积累在土壤中,施用磷肥可使Ca2-P增加4～15倍,Ca8-P增加4～16倍,Al-P增加1.6～11.8倍,Fe-P增加1.4～4.4倍,O-P增加0.6～1.7倍,Ca10-P增加0.3～0.7倍。所积累在土壤中的磷素具有生物有效性。     

黑土长期施肥对土壤磷的影响

经过１５年长期施肥试验,结果表明,黑土在产量３．７－４．２ｔ／ｈｍ＾２条件下,平均每年施Ｐ２Ｏ５１００ｋｇ／ｈｍ＾２,就可以满足作物生长发育对磷的需要,并且磷在土壤中有积累。土壤全磷含量平均增加０．３１１％－４．６７％,有效磷平均增加３．９２－１４．２５ｍｇ／ｋｇ。     

长期有机无机肥配施提高黑土磷含量和活化系数

【目的】 长期不同施肥模式影响着耕层土壤磷库以及各形态磷的变化。研究不同施肥模式下黑土各磷素形态含量及有效性的变化,为黑土的肥力培育和合理施用磷肥提供理论依据。 【方法】 黑土长期定位施肥试验位于吉林省公主岭市,始于1990年,供试作物是连作玉米。肥料试验包括不施肥对照 (CK)、施氮、钾肥 (NK)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) 共4个处理。化肥处理施氮肥(N) 165 kg/hm2、磷肥(P) 36 kg/hm2、钾肥(K) 68 kg/hm2、猪粪21 t/hm2,NPKM处理的最终N?P?K养分投入量为165?75?145 kg/hm2。选取了1990、1995、2000、2005和2010年的土样,采用Hedley连续浸提法,分析了土壤全磷、有效磷及各有效磷形态含量,计算了土壤磷活化系数 (PAC)。 【结果】 与初始年份相比,NPKM处理土壤全磷、有效磷和磷活化系数,分别显著提高了88.47%、12.98倍和6.42倍。NPK处理对全磷含量影响较小,土壤有效磷含量和PAC值分别增加了1.65倍和2.67倍。CK和NK处理全磷含量降低了15.12%和32.67%,有效磷含量降低了33.47%和12.57%,土壤磷活化系数 (PAC) 分别降低了52.49%和2.55%。所有处理黑土磷库均以无机磷为主,占全磷的80.53%～90.43%。施磷肥处理的无机磷含量占全磷的比值显著高于不施磷处理,对有机磷含量影响不显著。不同处理均以中活性态磷含量最多,占全磷的50.37%～55.06%,活性态磷含量最少,占全磷的7.61%～19.02%。与不施磷处理相比,施磷处理显著提高了土壤活性态磷的比值,尤其是无机磷中的活性态磷的比值。CK、NK处理中Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Pi、Residual-P无机磷形态均呈减少趋势;NPK处理中Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Dil.HCl-Pi呈增加趋势,Conc.HCl-Pi和Residual-P呈减少趋势;NPKM处理中,各无机态磷含量均随施肥年限的增加呈增加趋势。相关分析结果表明有效磷含量的变化值与Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Po变化值之间存在显著的相关性,其相关系数为0.972、0.665、0.860和0.605,说明活性较高的无机磷对有效磷效率的贡献最大。 【结论】 与施氮钾肥和氮磷钾肥相比,氮磷钾配合有机肥可显著提高土壤全磷、有效磷含量,显著提高土壤活性态无机磷的比例,进而提高土壤磷活化系数,提高磷素利用率。      

长期不同施肥条件下黑土的有机质含量变化特征

以吉林公主岭黑土有机肥化肥配施30年长期定位试验结果为材料,分析了长期不同施肥下黑土有机质的变化特征。结果表明,长期不施肥或单施化肥(M0区)土壤有机质含量呈下降趋势,30年下降幅度为2.1%～7.9%;施用常量有机肥(M2区)和高量有机肥(M4区)的土壤有机质含量呈增加趋势,30年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别为42.2%～50.0%和81.5%～94.7%。M2区和M4区有机质增加幅度因施用有机肥中有机质含量的变化可分为两个阶段,1980～1992年增加幅度分别平均为2.4%和9.3%,12年后随着有机肥中有机质含量增加,后18年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别平均为41.4%和71.5%。施用相同化肥条件下配施不同水平有机肥,各处理间土壤有机质含量差异达到显著水平;而在施用相同有机肥条件下配施不同化肥时,各处理间有机质含量差异不显著。由此可以得出,有机肥的数量和有机质含量是影响土壤有机质含量变化的主要因素,因此,选择合适的有机肥数量和有机质含量是提升土壤有机质的主要措施,在东北黑土上施用优质高量有机肥可迅速提高土壤有机质含量。     

长期施肥对黑土活性有机质的影响

通过测定长期定位施肥处理条件下,不同土层土壤各活性有机质的含量,探讨不同施肥处理对活性有机质的影响.主要有4个处理:不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机肥-化肥配施(MNPK).土壤活性有机质用KMnO4氧化法测定,采用3种浓度KMnO4(33,167,333 mmol/L)将土壤活性有机质分为高活性有机质(HAOM)、中活性有机质(MAOM)和活性有机质(AOM).试验结果表明,长期施用有机肥或化肥均能提高土壤活性有机质的含量,尤其有机肥-化肥配施和单施有机肥对土壤活性有机质积累的作用大于单施化肥和无肥处理.施肥所增加的土壤活性有机质,主要是在0-20 cm土层,尤其在单施有机肥和有机肥-化肥配施处理上表现明显.施肥与否、施肥种类和不同土层对土壤中的总有机质和活性有机质均有明显影响.3种活性有机质含量之间都显著或极显著相关,高活性有机质与中活性有机质、高活性有机质与活性有机质、中活性有机质与活性有机质的相关系数分别为0.819*,0.812*和1.000**.可见,三种活性有机质之间,以活性有机质和中活性有机质的关系最为密切.     

长期定量施肥对黑土呼吸的影响

通过盆栽模拟试验,用静态箱法采样,气相色谱测定样品CO2浓度,研究大豆出苗到开花期长期定量施肥土壤CO2排放速率的变化规律。结果表明,长期定量施肥大豆生长对土壤呼吸影响有明显的规律性,NPK+OM>NPK>NP>NK>CK;长期定量施肥对裸土呼吸速率影响较小,NPK+OM呼吸速率较大为53.8mgCm-2h-1,NP次之为50.7mgCm-2h-1,其它施肥影响不大,气温对裸土呼吸影响较大,而对种植大豆的土壤呼吸前期(出苗后9天)影响较大,生长后期(出苗9天以后)影响较小。裸土呼吸速率变化与气温变化趋势相似,种植大豆促进土壤呼吸增大。如果忽略大豆生长对土壤有机质分解的激发效应,大豆根际呼吸占总土壤呼吸的23%～56%。     

长期施肥下黑土活性有机碳变化特征

观测分析了黑土长期不同施肥30年后不同形态的活性有机碳含量(易氧化有机碳>轻组有机碳>微生物量碳>水溶性有机碳)的变化特征。结果表明,长期施用氮、氮磷和氮磷钾化肥对土壤活性有机碳无显著影响;长期施用有机肥以及有机肥配施化肥均显著提高了土壤活性有机碳含量,与不施有机肥相比,有机肥区组中土壤轻组有机碳和水溶性有机碳含量增幅较大,分别在122%～258%和237%～351%之间,而土壤易氧化有机碳和微生物量碳含量增幅分别在72%～98%和83%～112%。黑土不同形态活性有机碳对施肥的响应灵敏度为,轻组有机碳>水溶性有机碳>微生物量碳≈易氧化有机碳。因此,轻组有机碳是指示土壤有机碳变化的较好指标。     

长期施肥对黑土有机质及其组成的影响

以农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站长期定位试验为平台,研究了长期施肥对黑土有机质的影响.结果表明,长期施用不同肥料对土壤有机质含量的影响有较大差异,有机无机肥配合处理＞有机肥处理＞无机肥处理＞无肥处理.长期施肥对深层土壤有机质含量也有影响,施用有机肥作用尤其明显,并随着土层的加深施肥对土壤有机质含量的影响呈下降趋势.施用有机肥对有机质不同密度组分影响很大,对有机质含量增加最有效,而施用无机肥则有机质含量有所降低.     

硅藻土有机肥对Cd-Zn复合污染土壤重金属形态和有效性的影响

通过室内土壤培养试验研究硅藻土有机肥对Cd、Zn复合污染土壤重金属形态和有效性的影响。结果表明,添加硅藻土有机肥可提高Cd、Zn复合污染土壤的pH值,降低土壤有效态Cd、Zn的含量。硅藻土有机肥对Cd、Zn复合污染土壤Cd、Zn形态有明显的影响,表现为明显降低土壤交换态、松结有机态Cd、Zn含量,提高紧结有机态和残渣态Cd、Zn含量。相关分析表明,土壤交换态、松结有机态Cd、Zn的含量与土壤有效态Cd、Zn的含量均呈极显著相关,氧化锰结合态Cd与土壤有效态Cd含量显著相关。硅藻土有机肥用量(土壤重量的5%和10%)对土壤有效态Cd、Zn和不同形态Cd、Zn含量无显著差异。     

黑土中有效态镍提取方法的选择

供试7种提取剂的最佳提取条件是:提取温度均为(25±1)℃;提取时间为DTPA 2 h,醋酸铵30 min,其余5种提取试剂60 min;提取时的土液比为蒸馏水和DTPA 1∶2,醋酸铵1∶10,其余4种提取试剂1∶5。DTPA作为提取剂时,盆栽作物的吸镍量与有效镍提取量之间的相关性达到极显著水平,并好于其它试剂。DTPA和EDTA作为提取剂时,有效镍提取量与植株干物重之间均达极显著的负相关,且相关系数高于其他试剂。考虑到用DTPA作提取剂时,可以同时测定铜、锌、铁、锰多种金属元素,因此黑土中有效态镍的最佳提取试剂是DTPA,最佳提取条件为:温度(25±1)℃、土液比1∶2、180次min-1往复振荡提取2 h。     

长期定位施肥对旱地黑垆土钾素空间分布及有效性影响

对黄土高原长期定位施肥24年后土壤钾素的空间分布及其有效性进行研究。结果表明：不同施肥处理0-20cm土层各形态钾素含量均高于20-40cm的,施用化肥处理的非特殊吸附性钾除外,且60cm以下随土层深度不断加深,不同形态的钾素含量呈逐渐降低的趋势。长期施用化肥0-300cm土层中各形态钾素含量均表现出明显低于CK的趋势;长期施用有机肥或有机肥与化肥配施明显增加了各形态钾素含量,说明施用有机肥能维持黑垆土速效钾的平衡,缓解非交换性钾的下降趋势。相关分析表明,土壤速效钾与土壤中水溶性钾之间呈极显著相关,与非特殊吸附性钾呈显著相关,与特殊吸附性钾和非交换性钾无相关性。长期施肥可提高小麦植株的钾素吸收量,茎含钾量丰富,占总植株的36.67%,籽粒钾含量仅占植株钾总量的9.74%。     

长期不同施肥对土壤和玉米锌含量的影响

利用棕壤肥料长期定位试验,研究不同施肥处理对耕层土壤pH值、有机质、不同形态Zn和玉米茎秆、籽粒中Zn含量的影响,揭示长期施肥条件下,Zn在土壤-植物系统中的迁移规律及其影响因素。试验开始于1979年,采用玉米-玉米-大豆轮作体系,试验处理为:N1P、N1PK、N1、N2、CK、M1N1P、M1N1PK、M1N1、M1N2、M1、M2N1P、M2N1PK、M2N1、M2N2、M2,其中CK为不施肥处理,N1和N2施氮量分别为120和180kg/hm2,M1和M2施有机肥量分别为13.5和27 t/hm2。在2015年玉米收获期,采集了不同施肥处理0~20 cm耕层土壤样品,分析了土壤pH值、有机质,测定了土壤不同形态Zn和玉米籽粒、茎秆中Zn含量。与1979年原始土壤相比,绝大多数处理土壤pH值都显著降低,化肥处理降低1~2个单位,有机肥和化肥配施降低0.5~0.8个单位,单独施用有机肥pH值有所增加。不施肥处理土壤有机质、全量Zn和有效态Zn均下降,施用化肥绝大多数处理土壤有机质、全量和有效态Zn含量基本保持不变;施用有机肥处理,土壤有机质、全量和有效态Zn含量均显著增加。施用有机肥也显著增加有机结合态和交换态Zn含量。玉米籽粒和茎秆中Zn含量也表现为不施肥处理最低,施用化肥或有机肥配施化肥处理显著增加。pH值与土壤有效锌之间没有显著负相关关系,土壤有机质与有效态Zn、全Zn、籽粒以及茎秆Zn之间均呈现显著性正相关关系。经过长期耕作和施肥,土壤pH值显著下降,施用氮肥是引起土壤pH值下降的主要原因。长期不施肥土壤和植物中Zn含量下降,而施用有机肥显著增加土壤和植物中Zn含量。施用有机肥主要是通过增加土壤有机质含量,从而提高有机结合态和可交换态Zn的储量来为土壤和植物提供更多的Zn。pH值降低对土壤锌的活化作用不显著。     

长期施用有机肥和化肥对菜田土壤锌有效性的影响

菜田土壤肥料定位试验结果表明, 长期施用有机肥和氮肥能够提高土壤有效锌含量,而且随着氮肥用量的增加,土壤中锌有效性增强。无论施有机肥或不施有机肥,磷钾化肥单施或配施对土壤锌有效性都不会产生明显影响。土壤中锌的有效性受多种因素影响,本试验条件下,土壤有效锌含量与土壤全碳、全氮含量均呈极显著的正相关关系,而与土壤pH值之间相关性比较小。     

长期施肥条件下黑土有机碳和氮的动态变化

以黑土地区海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站的农田长期(1990～2004年)肥料定位试验土壤为试验材料,对不同施肥处理有机碳和氮进行了系统分析。结果表明,长期不施化肥(CK),土壤中有机碳、全氮、碱解氮及C/N呈现下降趋势;长期施用氮肥,土壤有机碳亏损速率较大,但土壤氮素变化较小,C/N保持相对稳定;长期施用磷肥,土壤有机碳含量下降速率较小,但全氮含量下降速率较大,因而C/N保持上升趋势;长期施用钾肥,土壤有机碳、氮及C/N变化趋势相同,但土壤有机碳含量下降速率较小,C/N增加较快。因此,通过调控化肥可以维持土壤的有机碳、全氮及碱解氮含量,保持土壤的持续生产力及提高作物产量。     

Effects of Manure and Chemical Fertilizer on Nitrogen Transformations and Functional Bacteria in a Black Soil of the Song-nen Plain

Intensities of ammonification, nitrification, denitrification, and the numbers of functional bacteria were measured in a black soil of the Song-nen Plain under different fertilizer managements over a period of 3 years. The six fertilizer managements were as follows: no fertilizer applied, manure at low and high rates, chemical fertilizer at low and high rates, and manure and chemical fertilizers in equal ratio. Manure increased the numbers of ammonifying and nitrifying bacteria and the intensities of ammonification and nitrification, whereas chemical fertilizer increased numbers of denitrifying bacteria and intensity of denitrification. Average denitrifying intensities ranged from 52.5% to 61.1%. There might be some coupling relation between nitration and denitrification in black soil.     

化肥对黑土不同粒级碳水化合物的影响

本文采集公主岭市长期定位监测基地不施肥和施用不同化肥的黑土,通过超声波分散-离心分离得到细黏粒(<0.2μm)、粗黏粒(0.2～2μm)、粉粒(2～53μm)、细砂粒(53～250μm)、粗砂粒(250～2000μm)5个颗粒级别,分析全土及不同粒级中土壤碳水化合物并进行含量与分布的比较。结果表明,黑土中不同粒级碳水化合物库的性质差异显著,碳水化合物多集中在粉+黏粒中;长期施用化肥后,黑土全土及各粒级碳水化合物库大小和浓度基本上没有变化;粗砂粒级(Gal+Man)(:Ara+Xyl)下降,表明该粒级中植物来源碳水化合物所占比重有所增加,暗示出粗砂粒级对施肥措施更为敏感。     

冻融作用对黑土重金属Zn形态转化的影响

通过对重金属Zn污染的黑土进行冻融频次和不同含水量的实验研究得到,随着冻融次数的增加,重金属Zn交换态含量,铁锰氧化物结合态含量和有机结合态含量均呈不同程度的降低趋势,残渣态含量明显增加,表明冻融作用可使土壤重金属Zn生物有效态含量降低。重金属Zn各赋存形态含量与土壤所经历的冻融次数之间呈二次多项式的函数关系,相关系数在0.948和0.988之间。随着土壤含水量的增加,冻融作用对重金属Zn交换态含量影响不大,铁锰氧化物结合态含量降低,有机结合态含量增加,而残渣态含量明显增加。     

秸秆还田对镉污染农田土壤中镉生物有效性的影响

通过温室盆栽试验和土壤培养试验,研究了重金属镉污染水稻土和人为模拟镉污染土壤上不同种类和不同量的作物秸秆还田后,土壤中可提取态镉的动态变化规律以及对白菜生长和吸收重金属镉的影响。结果表明,秸秆还田显著提高了2种镉污染土壤的pH值。镉污染水稻土上还田玉米和菜豆秸秆显著提高了土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量,秸秆还田后2周时醋酸铵提取态镉含量增加了17%~33%,随时间延长,土壤中可提取态镉增加变的不明显。模拟镉污染土壤上还田玉米和菜豆秸秆对土壤中醋酸铵提取态镉和DTPA提取态镉含量影响不明显。镉污染水稻土上秸秆还田量2%时显著降低了白菜体内镉含量,还田菜豆秸秆和玉米秸秆白菜体内镉含量分别降低了18%和27%。还田玉米秸秆影响了白菜生长,降低了白菜的产量;模拟镉污染土壤上还田菜豆秸秆对白菜生长和镉含量影响不明显,但还田2%玉米秸秆降低了白菜生物量,增加了白菜镉含量。