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。     

长期施用不同肥料对栗褐土有机磷组分的影响

采用Bowman-Cole提出的土壤有机磷分级体系对长期定位试验耕层土壤有机磷的形态进行测定.结果表明,除单施氮肥处理(N)外,各处理磷的有效率与对照相比均有所增加,高量有机肥与氮磷肥配合施用处理(M2NP)增加最多,增加了5.59％;氮磷肥合施(NP)、单施低量有机肥(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)、高量有机肥与氮肥配合施用(M2N)和M2NP处理有机磷总量分别比对照增加了92.7％、133.8％、133.9％、191.3％、172.1％和201.5％,差异达到显著水平;除N处理外,各处理有机磷组分中以活性有机磷增加地最为明显,较对照增加了205.1％ ～ 420.5％,其中以M2NP增加最为显著增加了420.5％;中活性有机磷与中稳性有机磷是栗褐土有机磷的主体,约占有机磷总量的70％;相关分析与回归分析表明,活性有机磷、中稳性有机磷对速效磷的贡献最大.     

长期施肥下潮土速效钾含量与钾素投入水平关系

以郑州潮土肥力与肥料效益长期试验为基础,分析了长期施肥条件下土壤速效钾含量演变特征及其与钾素投入量的关系。结果表明,在不施钾肥条件下,土壤速效钾含量先逐年下降,810年后稳定在60 mg/kg左右; 施用钾肥和有机肥均可以显著提高土壤速效钾含量; 土壤速效钾含量与钾素投入量之间具有显著的正相关关系。单施化肥的NPK处理每投入钾1 kg/hm2,土壤速效钾含量增加0.007 mg/kg; 而化肥配施有机肥或玉米秸秆处理每投入钾1 kg/hm2,土壤速效钾含量分别增加0.025和0.014 mg/kg。从提升土壤钾素供应能力的角度而言,化肥配合施用有机肥或秸秆还田是值得推广的培肥措施。     

连续施钾对黑土钾素动态变化的影响

采用定位方法研究黑土连续施用钾肥对土壤钾素动态变化及产量的影响。结果表明，连续7年施钾肥玉米仍表现明显的增产效果，不施钾肥耕层土壤速效钾含量逐年降低，导致掠夺式生产；不施钾肥耕层土壤缓效钾含量明显下降，施钾肥土壤缓效钾略有下降，起到一定的缓解作用，施K2O112.5kg/hm^2，钾的平衡系数为0.96，说明钾的投入和消耗基本平衡；施K2O225kg/hm^2，钾的平系数为1.34。说明钾肥投入大于作物携走的钾，外源钾在土壤中有较大的剩余。     

黄土丘陵区栗褐土定位连续施肥效应

晋西北河曲县砖窑沟流域栗褐土上连接７年定位施肥试验的增产和培肥效应分析表明：连续施肥与ＣＫ相比，增产幅度有增大趋势，而且抗逆性增强。有机肥与无机肥合施的增产和培肥效应最明显，多年平均增产幅度是ＣＫ的１．５倍。有机肥与氮肥合施的增产效应最大。高量有机肥与氮肥合施的培肥效果最好，多年平均增产效应是ＣＫ的２倍。     

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。     

连续施钾对黑土钾素动态变化的影响

采用定位方法研究黑土连续施用钾肥对土壤钾素动态变化及产量的影响。结果表明 ,连续 7年施钾肥玉米仍表现明显的增产效果 ,不施钾肥耕层土壤速效钾含量逐年降低 ,导致掠夺式生产 ;不施钾肥耕层土壤缓效钾含量明显下降 ,施钾肥土壤缓效钾略有下降 ,起到一定的缓解作用。施K2 O 1 1 2 .5kg/hm2 ,钾的平衡系数为 0 .96,说明钾的投入和消耗基本平衡 ;施K2 O2 2 5kg/hm2 ,钾的平系数为 1 .3 4,说明钾肥投入大于作物携走的钾 ,外源钾在土壤中有较大的剩余。     

长期施肥对黄土丘陵区土壤理化性质的影响

根据18年的长期定位试验，探讨了不同施肥处理对黄土丘陵区栗褐土土壤容重、土壤结构、孔隙性、水分物理性质以及对土壤有机质和土壤氮，磷含量的影响。结果表明，长期施用有机肥有利于保持和改善土壤孔隙状况，促进水稳性团聚体的形成，提高土壤的透水性和持水能力。单施化肥与不施肥相比，土壤物理性质有所改善，但与初始值比较则变劣。有机肥与化肥配合施用，可减轻化肥对土壤物理性质的不良影响。长期不施肥土壤物理性质有恶化趋势。单施有机肥和有机无机肥配合施用可显著提高土壤有机质和氮、磷含量，有机无机肥配合施用效果更明显，单施化肥的效果不显著。     

长期试验条件下褐土地力贡献率的演变特征及其影响因素分析

褐土是中国小麦与玉米产区的主要土壤类型之一,土壤地力贡献率显著影响作物产量。为了探明我国褐土土壤地力贡献率演变特征,科学合理地指导褐土土壤管理和施肥,分析了25年(1988~2013年)来长期施肥条件下褐土小麦和玉米地力贡献率的演变特征,并运用通径分析对影响土壤地力贡献率的各个因素进行了分析,结果表明:褐土区小麦和玉米产量的土壤地力贡献率分别为51.6%和54.5%,我国东北一年一熟制玉米褐土,耕地地力逐步下降,经过大约9年和6年明显下降,稳定在40%~60%左右,我国华北一年二熟制小麦褐土,耕地地力逐步下降,经过10年左右的下降,基本稳定在12%~44%左右。通径分析进一步证明,土壤有效磷、速效钾和土壤有机质对玉米地力贡献率影响最大,土壤有效磷贡献率最高,说明土壤有效磷、速效钾以及土壤有机质是褐土区基础地力的主要影响因素,是褐土区土壤地力主要评价指标。     

长期定位施肥对非石灰性潮土钾素状况的影响

利用22年肥料长期定位试验,研究施肥对土壤钾素状况的影响。结果表明,1978年到2000年,土壤钾素收支平衡的状况为:氮钾肥处理钾盈余57.72kg/hm2,氮磷钾肥处理钾亏缺192.90kg/hm2。以氮钾肥处理提高土壤中水溶性钾、非特殊吸附钾、特殊吸附钾、矿物钾最多,依次分别比对照提高5.49倍、1.13倍、2.47倍和1.11倍。氮磷钾肥和氮钾肥处理在土壤中积累各形态钾总量分别占施钾量的19.18%、20.01%。氮钾处理和氮磷钾处理土壤速效钾和土壤缓效钾含量高,在土壤剖面中分布以0—20cm含量高,20cm以下逐层降低。用X-射线衍射测定长期施钾和不施钾的土壤粘土矿物组成为:氮磷钾处理土壤粘土矿物中蒙脱石峰值高;而氮磷处理土壤粘土矿物中蛭石峰值高。     

不同配肥方案对塿土酶活性和小麦产量的影响

以塿土为研究对象,探讨不同有机无机肥料配比对土壤酶活性和作物产量的影响。结果表明,不同有机无机肥料配比条件下,蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的动态变化特征没有明显改变;但对蔗糖酶、脲酶和碱性磷酸酶活性的影响显著,显著影响小麦干物质量和子粒产量。2/3CN+3/5OM处理蔗糖酶活性最高,达29.51 mg/g,分别比3/3CN、3/3CN+1/5OM、1/3CN+5/5OM和5/5OM处理提高33%、32%、89%和146%;2/3CN+3/5OM处理脲酶活性最高为0.75 mg/g,与其余处理差异达显著水平。2/3CN+3/5OM处理碱性磷酸酶活性则与其它处理差异不显著;但小麦子粒产量为5.7 t/hm2,比其它处理分别提高22%、18%、27%和45%。     

长期有机无机肥料配施对干旱区栗钙土微生物量碳的影响

为了阐明不同施肥方式对干旱区栗钙土中微生物量碳含量的影响,利用长期定位试验研究了土壤微生物量碳含量的季节变化及其在不同土层中的分布。结果表明:与对照(CK)相比,不同施肥方式均增加了微生物量碳的平均含量,其中有机肥和无机肥配施(NPKM)的增幅最大,其次是单施有机肥(M),单施化肥(NPK)的增幅最小,增幅分别为56.7%、39.9%和27.3%。不同施肥方式下的微生物量碳均有较明显的季节变化,马铃薯苗期和收获后的微生物量碳含量较低,变化范围为40.6~51.4mg·kg~(-1),马铃薯块茎形成期和膨大期含量最高,变化范围为49.2~63.4mg·kg~(-1)。不同施肥方式下微生物量碳的含量及处理之间的差异在0~10cm土层最大,随着土层的加深,微生物量碳的含量及处理间差异均减小。所以在阴山北麓地区增施有机肥,尤其是有机肥与化肥配合施用对增加耕层土壤有机质,提升微生物量碳含量有重要作用。     

施钾对茶园土壤钾素及平衡的影响

盆栽选取四川、重庆典型的砂岩黄壤、灰岩黄壤、酸性紫色土为供试土壤,田间选取在砂岩黄壤上生长了25年的茶园,连续5年研究了施用钾肥(硫酸钾)对茶园土壤钾库及钾素平衡的影响。结果表明:施用钾肥能显著提高土壤钾库的各类钾素,但其绝对含量都呈逐年下降的趋势。土壤中各类钾素的变化因土壤类型而异,土壤各类钾素的增量均为灰岩黄壤砂岩黄壤酸性紫色土。不施钾肥(CK)的盆栽茶树、田间茶树分别每年从土壤取走钾素0.10.g/kg。盆栽三种土壤的钾素年平均流失量分则别为0.18.g/kg(灰岩黄壤)、0.09.g/kg(砂岩黄壤)、0.07g/kg(酸性紫色土),可见种植茶树施用K肥很有必要。     

长期不同施肥对黄潮土区冬小麦产量及土壤养分的影响

【目的】分析长期施肥方式下小麦产量的变化规律,以探明黄潮土区小麦产量稳定性对不同施肥方式的响应机制,为黄潮土区合理施肥的管理及其土壤生态系统的改善提供依据。【方法】以 35 年长期定位试验为研究平台,设 5 种施肥方式:不施肥 (CK)、单施氮肥 (N)、氮磷钾配施 (NPK)、单施有机肥 (M)、有机无机配施 (MNPK),测定小麦的平均产量及土壤养分状况。【结果】小麦产量和肥料贡献率以有机无机配施 (MNPK) 最高,平均产量为 6393 kg/hm2;其次为 NPK 处理,与当年不施肥处理相比,产量提高了 374.2%;单施有机肥增产幅度位居第三;单施氮肥处理增产效果最低。单施氮肥处理小麦产量变异系数 (CV) 偏高 (26.72%～38.72%)、可持续性产量指数 (SYI) 偏低 (0.32～0.51),产量稳定性最低,MNPK 处理的CV 最低 (4.86%～7.76%)、SYI 最高 (0.79～0.89),产量稳定性最高,而单施有机肥处理 (CV = 5.44%～15.87%,SYI = 0.60～0.87) 的产量稳定性和生产可持续性不及 NPK 处理 (CV = 5.72%～9.67%,SYI = 0.75～0.83)。施用有机肥显著提高土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,其中 MNPK 处理 35 年土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾平均含量分别较 CK 处理提高 1.20、1.18、16.13、0.95 倍,增加幅度最为显著。通过相关分析可得,小麦产量与土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量呈极显著正相关关系 (P < 0.01)。【结论】施肥处理均可有效提高黄潮土区小麦产量,以有机无机配施增产效果最佳,最有利于促进小麦产量稳定性、提高产量可持续性指数,提升土壤有机质、全氮、有效磷、速效钾含量。因此,有机无机配施的施肥方式最为合理,有利于保持黄潮土养分均衡,促进农田生产力稳定。