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。     

长期施肥对栗褐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,与土壤养分的释放、土壤质量的保持以及温室气体的形成密切相关。本文以 25 年长期定位施肥试验为依托,对栗褐土土壤有机碳矿化速率、有机碳累积矿化量的动态变化进行研究,为科学管理土壤肥力、增加栗褐土碳汇、减少温室气体排放提供依据。 【方法】 田间试验开始于 1988,共设置 8 个施肥处理: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 2013 年玉米播种前,采集耕层 (0—20 cm) 土壤样品,采用室内培养方法,对土壤碳矿化释放 CO₂ 的数量和速率进行测定,并利用一级动力学方程计算出土壤有机碳库潜在矿化势和周转速率。 【结果】 各肥料处理不同程度地提高了栗褐土总有机碳含量,以高量有机肥与化肥配施作用最为显著。与 CK 相比,M₂N、M₂NP 处理土壤总有机碳含量增加了 121.1%、166.8%。不同处理土壤样品培养有机碳矿化速率均在第一天达到峰值,随后急剧下降。5 d 后,下降趋缓,不同处理 CO₂ 产生速率趋于一致。培养期间,各处理矿化速率变化符合对数函数关系。长期施用不同肥料均可以提高栗褐土有机碳的矿化速率,其大小顺序为:有机肥与化肥配施 > 单施有机肥 > 单施化肥 > 对照。培养 57 d 后,各处理土壤有机碳累积矿化量为 555.0～980.3 mg/kg,以 M₂NP、M₁N 的累积量较高,为对照的 1.77 倍、1.73 倍。长期施肥栗褐土有机碳矿化率呈下降趋势,以处理 M₂NP 下降最明显,与对照相比,降低了 6.3 个百分点。施肥处理土壤的潜在矿化势均高于对照,M₁N、M₂NP 最高,为 923.7 mg/kg 和 926.4 mg/kg,较对照增加了 74.0% 和 74.5%。不同施肥处理均可明显提升土壤有机碳的周转速率,减少周转时间,其中处理 M₁NP、M₂NP 效果最为明显。 【结论】 长期施用化肥、有机肥及有机无机肥配施可有效促进栗褐土有机碳的积累,提高有机碳的矿化速率和周转速率,降低有机碳的矿化率 (累积矿化量占有机碳总量的比率),加强了土壤的固碳能力,以 M₂NP 处理的效果更佳。      

长期不同施肥处理对栗褐土可培养微生物数量的影响

在24年长期定位试验的基础上,以选择性培养基为基础研究长期定位施肥对土壤微生物种群及数量的影响,同时测定了土壤速效养分的含量,探讨了微生物与土壤速效养分的相关关系。结果表明,栗褐土微生物以细菌为主体,约占微生物总数的92.72%～95.91%;施用有机肥可以显著提高土壤微生物的数量,处理M1N细菌数量最多,显著高于对照;处理M1NP放线菌数量最多,处理M2NP真菌数量最多;施用有机肥可以显著提高土壤解磷细菌数量;细菌、真菌、放线菌和无机磷细菌与碱解氮、速效磷和速效钾相关性均达显著或极显著水平。     

长期施肥对栗褐土钾素含量的影响

在栗褐土上进行的长期定位施肥试验结果表明,18年后不同施肥处理土壤全钾含量无显著差异,而土壤速效钾含量和缓效钾含量则产生了极显著差异。就表层土壤而言,无外源钾补充的3个处理(NP、N、CK),土壤速效钾含量较低,在78~90 mg.kg-1之间,已接近中等水平的下限,施低量有机肥的3个处理(M1、M1N、M1NP),土壤速效钾含量为150~185 mg.kg-1,施高量有机肥的2个处理(M2NP、M2N),土壤速效钾含量达240mg.kg-1以上。不同处理对土壤缓效钾含量的影响与土壤速效钾含量基本一致,施高量有机肥的处理>施低量有机肥的处理>没施有机肥的处理,但处理间土壤缓效钾的变化幅度明显低于土壤速效钾含量的变化幅度。不同处理对20~40 cm土壤速效钾和缓效钾含量也产生了一定影响,变化规律与耕层相似,但没有耕层明显。     

长期施肥褐土不同磷组分对磷素盈余的响应

  【目的】  研究褐土区玉米田长期不同磷源投入对土壤磷素形态和磷素累积的影响，通过对不同磷组分与磷素盈余之间进行相关性分析，研究不同施肥措施对土壤磷素形态转化的影响，为探索合理的磷肥调控措施，促进土壤中磷素向作物易于吸收的水溶态和碳酸氢钠溶解态转化，提高磷素利用效率提供依据。  【方法】  试验依托始于1992年位于山西省寿阳县北坪旱塬上的长期定位试验。9个施肥处理包括:无肥对照 (CK)、N₁P₁、N₂P₂、N₃P₃、N₄P₄、N₂P₁M₁、N₃P₂M₃、N₄P₂M₂、N₀P₀M₆，其中N₁、N₂、N₃、N₄分别为尿素N 60、120、180、240 kg/hm2，P₁、P₂、P₃、P₄分别为过磷酸钙P 16、33、49、66 kg/hm2，M为腐熟厩肥，M₁、M₂、M₃、M₆分别折合为施P量14、28、42和83 kg/hm2。1992—2016年，收获后取0—20 cm耕层土壤样品，分析土壤磷素形态及盈余量，并计算不同形态磷素与磷盈余量之间的相关性。  【结果】  连续施肥25年后，土壤磷组分发生了不同的变化，不施肥处理除H₂O-Pi、Residual-P外，各形态磷较试验初均有降低。施用无机肥各处理主要增加了土壤中HCl-P含量，以N₄P₄处理提高幅度最大，比试验初提高了127.7%。有机肥投入可以显著提高土壤中的活性磷含量，高量施用有机肥后，H₂O-P总含量较试验初提高了8倍之多，NaHCO₃-Pi年增加速率为11.50 mg/(kg·a)。不同施肥各处理土壤磷素盈余量为N₀P₀M₆ > N₃P₂M₃ > N₄P₄ > N₄P₂M₂ > N₃P₃ > N₂P₂ > N₂P₁M₁ > N₁P₁ > CK。磷素盈余是土壤磷组分变化的重要影响因素，各形态磷组分对磷素累积量响应大小为NaHCO₃-Pi > NaOH-Pi > HCl-P > NaHCO₃-Po > Residual-P > H₂O-Po > NaOH-Po > H₂O-Pi。  【结论】  长期施肥使土壤各组分磷素含量发生了显著变化，有机无机肥配施有利于土壤中活性磷的转化，过量施磷导致磷素在土壤中大量盈余，高量施用有机肥磷素盈余量最大。当以无机肥投入时，施用过磷酸钙P 33 kg/(hm2·a)基本可以满足作物生长发育的要求。当有机无机肥配施时，施用过磷酸钙P 16 kg/(hm2·a)，配施厩肥P 14 kg/(hm2·a) 时，土壤磷素盈余量最小。     

长期施肥对旱地土壤有机磷及其组分的影响

通过15年长期定位试验,采用Bowman和Cole提出的土壤有机磷分级方法,研究了不同耕作施肥措施对旱地耕层土壤有机磷及其组分的影响。结果显示旱地土壤各个处理的活性有机磷含量低,占有机磷总量的比例低于3.6%,中活性有机磷为有机磷的主体,约占有机磷总量的73.37%-91.54%。休闲、撂荒及磷肥与其它肥料配合使用,均增加了耕层土壤的中活性有机磷含量,增加了中稳性有机磷含量及其比重;休闲、撂荒及磷钾提高了高稳性有机磷含量及比重,而氮磷钾及其与有机肥配合处理则降低了高稳性有机磷的含量。尽管不同耕作施肥管理均影响旱地土壤有机磷含量,但是施用有机肥对有机磷的增加贡献最大;撂荒与休闲相比,前者更有利于土壤有机磷的积累。     

长期施用有机肥对土壤及不同粒级中有机磷含量与分配的影响

通过在黄棕壤上开展的 14年田间定位试验研究稻 -麦水旱轮作下长期施用有机肥对土壤及不同粒级中有机磷的影响。结果表明 :与不施肥的对照和单施化肥相比 ,有机肥与化肥长期配合施用能显著增加土壤有机磷总量 ;就有机磷的形态而言 ,长期施肥主要增加中等活性有机磷的含量。土壤不同粒级中总有机磷的含量顺序为 :0～ 2 μm >2～ 10 μm >5 0～ 10 0 μm >10～ 5 0 μm。从分配系数上看 ,土壤有机磷各形态中以对植物有效性较高的中等活性有机磷占绝对优势 ,对植物有效性最高的活性有机磷仅占 3 %左右。长期施用有机肥后使分配在活性、中等活性组分中有机磷的比例增加 ,而稳定性有机磷中的比例下降。     

长期施肥对砂姜黑土有机磷组分及其有效性的影响

应用Bowman和Cole的有机磷(P)分组方法,研究23年田间定位试验下不同有机肥对土壤有机P组分及其有效性的影响.结果表明:与休闲、不施肥对照和长期单施化肥处理相比,无机肥与有机肥配施能显著增加土壤有机P的总量,不同有机肥对有机P的累积效应是牛粪>猪粪>麦秸.长期施肥主要是提高中活性有机P的含量,活性和中稳性有机P的增幅相当,高稳性有机P的含量几乎没有变化.相关分析表明活性有机P是土壤有效P的直接P源,中活性有机P是活性有机P的有效补充,而中稳性有机P和高稳性有机P的有效性较低.     

长期施肥对红壤性水稻土有机磷组分的影响

以19年肥料长期定位试验为背景,应用Bowman和Cole的有机磷分组方法,对红壤性水稻土有机磷组分及其变化进行了研究。结果表明:红壤性水稻土耕层有机磷含量较高,为225.93～322.47mgkg-1,占土壤全磷的28.59%～42.34%。土壤有机磷各组分中以中度活性有机磷含量最高,平均为134.80mgkg-1,占有机磷总量的51 58%;中度稳定性有机磷(92.46mgkg-1)占35.38%;高度稳定性有机磷(20.35mgkg-1)占7.79%;活性有机磷含量最低(13.67mgkg-1),占5.23%;长期施肥对土壤各组分有机磷量产生影响,耗磷处理,主要是中度活性有机磷和活性有机磷下降,降低量以CKNK处理。施磷主要促进中度稳定性有机磷和高度稳定性有机磷的增加,增加幅度以NPK+OMPNPK处理。不同施肥措施对土壤有机磷和无机磷库的耗竭或积累速度是不同的,耗磷条件,土壤有机磷/无机磷的比值上升,施磷使有机磷/无机磷比值下降.土壤供磷强度与有机磷/无机磷的比值呈显著负相关(r=-0.9497* ,r0.05=0.878)。     

长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响

利用长期施肥定位试验开展土壤-作物系统的可持续性评价,可为农田合理施肥和管理提供理论支撑。在黄土丘陵区栗褐土农田进行了26年长期肥料定位试验,设置8个处理,分别是不施肥(CK)、单施氮肥[120.0 kg(N)·hm~(-2),N]、氮[120.0 kg(N)·hm~(-2)]和磷[75 kg(P_2O_5)·hm~(-2)]肥配施(NP)、单施低量有机肥(22 500 kg·hm~(-2),M1)、低量有机肥与氮肥配合施用(M1N)、低量有机肥与氮磷肥配合施用(M1NP)、高量有机肥(45 000 kg·hm~(-2))与氮肥配合施用(M2N)和高量有机肥与氮磷肥配合施用(M2NP)。测定了19项指标,根据三角性面积法计算了土壤养分指数、土壤微生物指数、作物指数和可持续性指数,分析讨论了长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响。结果表明:1)N、M1处理的可持续性指数较CK分别提高27.1%、141.7%,但较临界值(1.30)低53.1%和10.8%;NP处理的可持续性指数虽然较N处理提高62.3%,但仍比临界值(1.30)低23.8%。说明长期单施氮肥、低量有机肥和氮磷配施下土壤-作物系统均不可持续。2)施用无机肥处理(N和NP)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高7.1%和46.4%、-6.0%和25.4%、40.0%和60.0%;单施低量有机肥(M1)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高98.2%、41.8%和31.7%。说明施用无机肥有利于作物指数的提升,而施用有机肥有利于土壤养分指数和土壤微生物指数的提升。3)M1N处理的土壤养分指数(1.06)、土壤微生物指数(1.04)、作物指数(1.00)和可持续性指数(1.38)均超过或等于临界值,使土壤-作物系统具有较好的可持续性。4)M1NP、M2N、M2NP处理的土壤养分指数较M1N处理分别提高21.7%、37.7%和72.6%,土壤微生物指数较M1N处理分别提高15.4%、7.7%和18.3%,作物指数与M1N处理相比差异很小,可持续性指数较M1N处理分别提高28.3%、32.6%和68.1%。说明在M1N基础上再增施磷肥或有机肥,可持续性指数可进一步提升是由于土壤养分指数和土壤微生物指数提高的缘故,同时也增加了潜在的环境风险。适量有机肥与无机氮配合施用(M1N)是实现栗褐土区土壤-作物系统可持续生产的较佳施肥模式。     

长期轮作施肥对棕壤磷素形态及转化的影响

对沈阳地区棕壤定位试验地各施肥处理土壤按Hed ley等建议的分级方法进行测定。结果表明,棕壤磷中残留态含量最高,无机磷主要以NaOH-P i和HC l-P i形态存在,有机磷主要以NaOH-Po形态存在,NaHCO3-Po在各组分中所占比例最小。施用有机肥能明显增加潜在活性有机磷(NaOH-Po)的数量。1.0mol L-1HC l浸提的Ca-P i存在着缓慢的动态转化过程,是棕壤中的潜在磷源。     

长期施肥对褐土有机无机复合性状演变及其与肥力关系的影响

通过8年长期定位试验,研究了不同施肥方式对褐土有机无机复合状况及腐殖质结合形态的影响。结果表明,长期不施肥使土壤有机碳、重组有机碳、原土复合量、松结态和紧结态有机碳含量明显下降,松/紧值降低,原土复合度上升;长期单施常量NPK化肥有同样的趋势;长期单施增量NPK化肥可大体保持土壤肥力水平不下降,但成本较高;采用有机肥(物)料配施常量NPK化肥,可明显提高土壤有机碳、重组有机碳含量和原土复合量以及土壤松、稳、紧各级结合态有机碳含量,增加松结态占重组有机碳比率,提高松/紧值,增强土壤调控能力。土壤有机无机复合状况及腐殖质结合形态是评价褐土培肥效果和标志土壤肥力演变的重要指标。     

土壤有机磷形态的生物有效性研究

通过对土壤有机磷形态测定及其与土壤有效磷、小麦幼苗吸磷量、黑麦幼苗吸磷量、幼苗试验土壤有机磷矿化量的相关分析,研究了土壤有机磷形态的生物有效性。结果表明:反映土壤供磷状况及植物磷素营养状况的一些相关指标,如有效磷、黑麦草幼苗吸磷量与有机磷组分无明显直线相关关系,不能说明土壤有机磷形态的有效性。而幼苗试验土壤有机磷的矿化量、小麦幼苗吸磷量可以从一个侧面反映土壤有机磷形态的有效性。总的趋势是活性有机磷和中等活性有机磷表现出较高的有效性,高稳性有机磷有效性最低。     

长期定位施肥对潮土团聚体结构及其磷组分的影响

以国家潮土肥力与肥料效益监测基地的长期施肥试验为基础,从土壤团聚体微域环境的角度研究潮土不同团聚体中磷的形态及含量对单施化肥和化肥配施有机肥的响应.结果表明:(1)潮土土壤团聚体主要分布在0.25～5 mm范围,占土壤总重量的60.72%～77.99%;其次为>5 mm团聚体;<0.25 mm团聚体占的比例最低,仅为7.09%～13.68%.化肥处理0.25～5 mm团聚体重量比例(60.72%)显著低于其余处理的重量比例(71.5%～77.99%),而>5 mm团聚体重量比例(25.82%)显著高于其余地块的重量比例(11.90%～19.98%);在长期施用有机肥的处理(MNPK和1.5MNPK)中,<0.25 mm的团聚体重量比例(7.09%)相比不施肥的(13.68%)降低了6.37%,0.25～5 mm团聚体比例却增高5.95%.(2)不同粒径团聚体,施肥可显著提高有效磷、有机磷和无机磷的含量,增加幅度从大到小均依次为1.5MNPK,MNPK,NPK;全磷中无机磷所占比例(88.25%～92.67%)要远远高于有机磷所占比例(7.33%～11.75%).(3)潮土有机磷组分,MLOP含量最高,所占比重也最大(65.97%～70.29%),MSOP居中,LOP和HSOP含量和比重最小.而作为主要形态的MLOP在各施肥处理中的含量由低到高依次为CK,NPK,MNPK,1.5MNPK;潮土中的无机磷组分里,Ca10-P含量最高,所占比重也最大(42.6%～66.8%),然后依次是Ca8-P,A1-P,O-P,Ca2-P和Fe-P.     

长期施肥对灰漠土无机磷组分的影响

以国家灰漠土土壤肥力与肥料效益长期监测站为平台,采用蒋柏藩-顾益初土壤无机磷分组方法,对23年长期定位施肥条件下、不同施肥处理土壤无机磷总量(IOP)及组分(Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca_(10)-P)进行测定,以掌握长期施肥对干旱区灰漠土无机磷组分的影响规律并指导合理施肥。结果表明,长期不施肥(CK)处理土壤无机磷总量无显著变化,组分间主要发生Ca_2-P、Ca_8-P向Ca_(10)-P的转化;长期施肥(NPK、NPKM、NPKS)处理IOP极显著增加,其增加量主要为Ca_2-P、Ca_8-P、Al-P和Fe-P,其中前三者增加作用极为显著;长期施肥条件下,土壤无机磷组分中Ca_8-P转化率最高、占土壤无机磷转化总量的39%~50%,其次是Al-P、占16%~30%,再次是Ca_2-P、占10%~29%,三者合计占78%~88%,其余三种组分Fe-P、O-P、Ca_(10)-P占12%~22%。     

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。     

不同施肥水稻土可溶性有机氮组分差异及影响因素

可溶性有机氮(Soluble Organic Nitrogen,SON)在研究土壤供氮能力方面至关重要,而目前关于水田生态系统SON组成及其影响因素尚不清楚。运用红外光谱和氨基酸自动分析仪研究了长期(33年)不同施肥处理对水稻土SON含量、组分的影响及其主控因子。结果表明:单施化肥、化肥+牛粪、化肥+稻草处理土壤SON较不施肥处理提高23.49%、58.70%和106.30%,游离氨基酸氮提高32.27%、84.42%和95.21%,可溶性蛋白氮提高20.83%、70.00%和95.83%;不同施肥处理土壤游离氨基酸组成均以中性氨基酸占优势;土壤可溶性氮官能团组成均具有酰胺类化合物的红外特征吸收峰;RDA结果表明,土壤SON含量和组成差异明显,CK和NPK处理主要受土壤容重影响,而NPKM和NPKS则主要受有机质、全氮、微生物量氮、蛋白酶和谷氨酰胺酶影响。因此,SON含量和组分变化与施肥处理密切相关,长期添加有机肥能够显著增加土壤SON及其组分的含量,提高土壤供氮潜力。     

长期不同施肥对黄泥土水稳性团聚体颗粒态有机碳的影响

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)下太湖地区黄泥土耕层水稳性团聚体颗粒态有机碳含量的变化。结果表明,供试土壤水稳性团聚体组成以>2mm和2~0.25mm粒径为主,施肥下>2mm水稳性团聚体显著增加,并伴随2~0.25mm水稳性团聚体明显减少。颗粒态有机碳主要存在于>2mm水稳性大团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的减小而明显减少。>2mm水稳性大团聚体中的POC对施肥的响应较为敏感,以化肥与秸秆配施下该粒径水稳性团聚体中POC的积累效果最为明显。而化肥与猪粪配施则显著增加了2~0.25mm和0.25~0.053mm水稳性团聚体中的POC含量。土壤不同层次水稳性团聚体中POC的来源不同,在0~5 cm表层可能主要来源于作物根茬生物量,而在5~15 cm土层则可能跟施入的外源有机物有关。