有机肥施用对农田中小型土壤动物群落的影响

2016年玉米生长季6～9月,以农田土壤为研究对象,设置了有机肥4个不同施用量处理,即0 kg·hm~(-2)(CK)、15 000 kg·hm~(-2)(OF1)、30 000 kg·hm~(-2)(OF2)、45 000 kg·hm~(-2)(OF3),并对其中小型土壤动物群落及其多样性的变化进行调查研究。研究结果表明,1)从试验样地共捕获中小型土壤动物2 821只,其中:OF处理显著提高了中小型土壤动物个体密度(P0.05),OF1、OF2和OF3处理分别较CK提高2.28%、31.93%和60.70%;有机肥施用有降低类群数的趋势,但无显著差异(P0.05);2)各处理对中小型土壤动物多样性指数无显著影响(P0.05);3)农田中小型土壤动物具有明显表聚性,各处理0～10 cm土层的个体密度和类群数显著高于10～20和20～30 cm土层的个体密度(P0.05)。有机肥施用对农田中小型土壤动物具有一定的影响,有机肥对土壤的影响是深远的,目前的结果着重表现在对个体密度的影响较大,对多样性的变化,需要长期观测。     

施用有机肥对农田温室气体排放影响研究进展

有机肥因具有丰富的氮、磷、钾、生物活性物质,能改善地力及作物品质等优点,而被广泛运用。然而有机肥对农田土壤的作用机理复杂,对农田土壤温室气体的影响不容忽视。通过增加土壤中有机C、改变土壤的C/N、影响土壤呼吸速率、增强土壤微生物活性等途径影响农田土壤温室气体的排放量。本文结合当前国内外研究进展,综述了施用有机肥对农田温室气体排放影响因子及作用特征,并提出了今后重点研究方向,以期为更好地揭示有机肥对农田温室气体通量的作用机制和控制农田温室气体排放提供参考。     

粪肥施用对土壤团聚体的影响——Meta分析

粪肥施用为土壤输入大量有机质与养分,能影响土壤团聚体的形成和稳定性,大部分研究主要认为粪肥施用促进土壤大粒径团聚体的形成(marcoaggregate,≥0.25 mm),但进一步细分是对大团聚体(large marcoaggregate,>2 mm)还是小团聚体(small marcoaggregate,2 ~ 0.25 mm)的影响更大,研究存在较大差异。本文使用Meta分析收集了36篇相关文献,共267个团聚体数据,发现施用粪肥能显著增加土壤大团聚体和小团聚体含量,分别增加了95% 和17%,同时减少了土壤微团聚体(microaggregates,0.25 ~ 0.053 mm)和土壤粉黏颗粒(silt-plus and clay-size particles,<0.053 mm)含量,分别减少了14% 和20%。本文还从土壤因素、粪肥因素、气候因素3个角度的解释变量来分析粪肥施用对土壤团聚体影响不同的原因,结果发现土壤类型、土壤pH、粪肥种类和年均气温、年均降水量是造成不同研究结果差异的主要原因。     

施用生物炭对中国农田土壤有机碳含量的影响——基于Meta分析

探明不同生产条件下施加生物炭对中国农田土壤有机碳含量的影响,以期为科学施用生物炭和提高农田土壤碳库储量提供理论参考。研究基于已公开发表的施加生物炭对于我国农田土壤有机碳含量影响的相关文献,以不施加生物炭为对照组,施加生物炭为试验组,使用Meta分析方法定量整合分析了不同自然条件、土壤性质、农田管理措施等因素下生物炭施用对农田土壤有机碳含量的影响。研究表明,施加生物炭显著提高了农田土壤有机碳含量（P <0.05）,平均提高33.98%;当年均温在10～15℃时,土壤有机碳含量增幅最大,可显著提高48.05%(P <0.05),且不同年均温之间有极显著差异（P <0.01）,年均降雨量对生物炭提高土壤有机碳的效应也有显著影响（P <0.05）;在壤土上施加生物炭对土壤有机碳的提升效果较其他质地土壤极显著提高26.66%(P <0.01);随着施用生物炭pH的提高,其对土壤有机碳的增加效应越大,当生物炭pH> 10时平均可显著提高49.20%(P <0.05);在生物炭施用下,轮作相比于连作,极显著提高了土壤有机碳含量,提高率为28.42%(P &l...     

生物质炭对农田土壤腐殖质的影响——Meta分析

为量化生物质炭对土壤腐殖质含量的影响程度,以不添加生物质炭土壤为对照,对不同土壤质地、土壤pH及生物质炭裂解温度、施用量、施用时长下生物质炭对土壤腐殖质含量的变化情况进行了Meta分析。结果表明：与对照相比,添加生物质炭显著提高了砂土腐殖质中的胡敏酸和胡敏素含量,平均提高幅度分别为18.6%和92.2%;增加了中性、碱性土壤中的胡敏酸含量,平均增幅分别为12.5%和13.7%;施用裂解温度为500~600℃的生物质炭对于土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量的提升幅度最大,平均增幅分别为22.6%、14.1%和68.5%;生物质炭添加量为20~40 t/hm²条件下,显著提高了土壤胡敏酸、富里酸和胡敏素含量,平均增幅分别为23.7%、6.9%和84.6%;生物质炭施入土壤3个月内,胡敏酸含量显著升高,平均增幅为29.5%,在3个月到1年内增幅逐渐降低,1年后增幅又逐渐升高;生物质炭施入土壤6个月内,胡敏素含量增幅最高,平均为72.2%;随着生物质炭施用时间延长,土壤胡敏素含量的增幅逐渐降低。综上所述,施用裂解温度为500~600℃的生物质炭,在短期内对中性或碱性条件下的砂土及壤土中的腐殖质含量有较好的提升效果,随着施入时间的延长,该效果会逐渐稳定。     

生物炭施用下中国农田土壤N2O排放的Meta分析

为明确施加生物炭对中国农田土壤N_2O排放的影响和主要控制因素,以公开发表的试验数据为研究对象,采用Meta-analysis法定量分析了施加生物炭条件下,气候、土壤性质、田间管理方式、生物炭性质与施加量对土壤N_2O排放的影响,并对各影响因素进行通径分析。结果表明,当年降雨量≥600 mm时,生物炭显著降低土壤N_2O排放量(P0.05),且随年降雨量的增加而增强;当年日照时数大于1 000 h时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随年日照时数的增加而减弱。当土壤p H≥6.5时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随土壤p H的增加呈先增后减趋势;在壤土中施加生物炭对N_2O的减排效果显著(P0.05),而砂土和黏土不显著(P0.05)。生物炭对覆膜土壤N_2O的减排效果优于不覆膜土壤;生物炭对土壤N_2O的减排效果随施氮肥量增加而减弱,而随生物炭比表面积的增加而增强。当生物炭C/N处于30~500时,生物炭施用下土壤N_2O排放量显著降低(P0.05);当生物炭施加量处于20~160 t×hm-2时,生物炭对土壤N_2O的减排效果随施加量增加而增强。生物炭对土壤N_2O减排的影响存在显著的区域性特征,对华南、华东、华中和东北地区影响显著(P0.05),而对西北地区不显著(P0.05);施氮肥量、生物炭施加量、年均温和年降雨量是影响生物炭减排效果的最主要因素,这些因素的相互作用共同影响生物炭对土壤N_2O的减排效果。该研究可为生物炭在我国农区的推广应用和农田N_2O减排提供参考。     

中国农田秸秆还田土壤N_2O排放及其影响因素的Meta分析

农田N2O排放是全球人为温室气体主要的来源之一,了解农作措施对其排放的影响对中国农田减排具有重要的意义。该研究采用Meta分析方法,定量分析了秸秆还田对中国农田土壤N2O排放的影响,并对其影响因素进行解析。研究结果表明,在中国不同区域秸秆还田对土壤N2O排放有一定的差异,其中华东地区显著减排18.61%(P0.05),而华中和华北地区则分别显著增加排放62.3%和27.73%(P0.05)。同时,施氮量介于0~240 kg/hm2(以N计,下同)时,随着施氮量的增加,秸秆还田对土壤N2O影响的效应值逐渐由负值增加为正值;当施氮量介于241~300 kg/hm2时,秸秆还田有显著降低土壤N2O排放的趋势。当土壤p H值介于6.5~7.5时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值;当黏粒质量分数为15%~25%时,秸秆还田对N2O排放影响的效应值为正值,当黏粒质量分数15%时,秸秆还田显著降低土壤N2O排放。秸秆的碳氮比与秸秆还田量对N2O的排放也有不同程度的影响,另外,秸秆还田下不同的种植制度间N2O的排放也有差异。因此,秸秆还田下实施农田N2O减排措施应综合考虑区域农业资源特点、种植制度、土壤类型和水肥管理因素。研究可为科学管理秸秆与减少农田N2O排放提出理论支撑。     

不同施肥方式对农田土壤CO2和N2O排放的影响

采用静态箱/气相色谱法研究不同施肥方式以及环境因子对农田土壤CO2和N2O排放通量的影响,结果表明,不同施肥方式对农田土壤CO2排放的季节模式无明显影响,但是影响了N2O排放的季节模式。不同施肥方式对土壤CO2排放通量影响不明显,主要影响土壤N2O排放,整个小麦、玉米生长季,分两次施肥的F2与分四次施肥的F1相比,土壤N2O排放量增加,化肥配合有机肥施用(MF)的土壤N2O通量大于单纯的化肥处理,秸秆还田降低了土壤N2O的排放。相关分析结果表明,土壤CO2排放与大气温度、地表温度、土壤温度和土壤水分均呈显著正相关关系(P<0.01)。由于肥料施用的影响,土壤N2O排放和土壤温度、水分的相关分析并不显著。土壤N2O排放受土壤硝态氮和铵态氮变化的影响。     

长期施用化肥与有机肥对潮土土壤物理性质的影响

通过长期定位试验研究了不同施肥处理对土壤物理性质的影响。结果表明，与单施化肥相比，施有机肥的土壤总孔隙度、土壤有效水含量、透水性、饱和导水率均较高，土壤持水性较好，表土硬度较低，改善了土壤物理性状，为提高作物水分利用效率和实施节水农业奠定较好的土壤条件。     

长期施用有机肥与化肥对潮土土壤化学及生物学性质的影响

研究长期施用有机肥与化肥对潮土土壤化学和生物学性质的影响结果表明,有机肥和化肥均使土壤有机质、全N、全P、速效磷、速度钾、阳离子交换性提高,增加土壤微生物数量和活性,但有机肥在培肥地力、创造有利于微生物生长繁育的土壤环境方面明显优于化学肥料。     

东北黑土区旱作农田土壤CO2排放规律

为研究农田土壤CO2排放规律,调控农田碳平衡,通过对东北黑土区旱作农田土壤CO2排放的定位连续观测,研究了玉米、大豆农田土壤CO2排放的季节变化规律;并估算了农田碳平衡。结果表明:1)农田土壤CO2排放通量随季节呈单峰曲线变化,7月份出现最大值;秸秆覆盖还田明显增加了农田土壤CO2排放;玉米或大豆生长发育对土壤CO2排放影响较小。2)地温的季节变化与土壤CO2排放通量季节变化规律一致,用指数方程和二次方程均可很好地模拟土壤CO2排放通量与地温之间的关系,但指数方程优于二次方程,以20cm土层地温的相关性最高,5cm土层地温的相关性最低。3)玉米、大豆农田在通常情况下为大气CO2的"汇",玉米-玉米-大豆轮作周期(3a)的碳汇年平均为4.53t/hm2,该碳汇可为固碳减排提供参考。     

肥料减量深施对土壤N2O排放和冬油菜产量的影响

为揭示肥料深施条件下减量施肥对土壤N2O排放及作物产量的影响,提出有效的减氮减排及增产增效措施,该研究以冬油菜为对象,设置肥料深施条件下当地推荐缓释肥量（750 kg/hm2,N-P2O5-K2O:25-7-8）的100%（DF100）、80%（DF80）和60%（DF60）3个施肥水平,以地表撒施当地推荐缓释肥量（BF100）和不施肥（F0）为对照,共5个处理;采用静态箱-气相色谱法对N2O排放进行原位监测,分析不同施肥处理对土壤N2O排放、土壤充水孔隙率（Water-Filled Pore Space, WFPS）、土壤温度及冬油菜产量的影响。结果表明：较地表撒施相比,肥料深施土壤N2O排放量增加了13.3%,但不显著（P>0.05）;冬油菜产量显著增加了20.1%,肥料偏生产力（Partial Factor Productivity,PFP）和农学利用率（Agronomic Efficiency,AE）分别显著提高了20.1%和31.9%（P<0.05）。减量施肥显著减小了土壤N2O排放、冬油菜产量及肥料利用率（P<0.05）,DF100处理较DF80、DF60和F0处理土壤N2O排放量分别增加了22.7%、42.5%和153.7%;DF100处理冬油菜产量分别是DF80、DF60和F0处理的1.30、2.24和3.24倍;DF100处理较DF80和DF60处理PFP分别增加了3.8%和34.5%且AE分别增加了19.7%和201.3%。综合考虑产量和温室效应,在深施当地推荐缓释肥施用量的基础上能够适当减量施肥,但需高于600 kg/hm2。该研究为冬油菜区N2O减排及油菜机械化直播种植合理施肥提供参考。     

耕作方式对华北农田土壤有机碳储量及温室气体排放的影响

耕作方式能够改变土壤有机碳在土层中的分布,进而对土壤有机碳及土壤碳储量产生影响。该研究在模型调整的基础上选取了土壤有机碳(SOC)、土壤碳密度(SCD)、土壤呼吸(SR)以及生物量碳(BC)4个指标对DNDC(denitrification-decomposition)模型在华北麦-玉两熟农田的适用性进行验证,并用该模型模拟当地土壤碳储量(SCS)动态变化以及温室气体排放特征。结果表明,模型模拟值与实测值吻合良好,此模型可以适用于华北麦-玉两熟农田土壤有机碳的模拟研究;2001-2010年SOC和SCS逐年递增;对未来100a模拟发现,前15a旋耕(RT)和翻耕(CT)处理SOC增长迅速,而免耕(NT)SOC的剧烈增长趋势要持续近40a;对比各处理100a碳储量变化可知,前20aCT处理SCS最大,20a后NT处理SCS最大;各处理土壤全球变暖潜势(GWP)大小为CT>RT>NT。通过验证该文证明了DNDC模型可以较好地研究华北麦-玉两熟农田土壤碳循环;长久来看NT有利于农田SCS的积累以及GWP的降低。该研究能够为华北麦-玉两熟农作区固碳减排提供依据。     

旱地施有机肥对土壤水分和玉米经济效益影响

为了探明不同有机肥施用量对渭北旱塬土壤水分及玉米经济效益的影响,于2007-2010年在渭北旱塬进行了3个水平的有机肥施用量(7500、15000和22500kg/hm2)配施等量化肥试验,以单施化肥为对照(CK)。结果表明,施肥第4年(2010年),有机肥处理可显著提高大喇叭口期土壤贮水量11.49%～21.63%;高量有机肥处理比低量有机肥处理可显著提高大喇叭口期土壤贮水量9.09%。高量有机肥处理200cm土层平均贮水量比对照高4.79%～7.65%(差异显著)。中量有机肥处理施肥第4年可显著提高200cm土层平均贮水量6.50%。施有机肥能显著增加玉米水分利用效率12.37%～37.55%。高、中量有机肥处理的水分利用效率较低量有机肥处理有显著增加。随有机肥施用年限延长,土壤状况不再是影响作物水分利用效率提高的主要因子。该研究表明,中量有机肥处理蓄水保墒增收效应明显。     

有机无机肥配施对盐渍化土壤微生物量和呼吸的影响

微生物可以通过摄入能量合成有机渗透压物质来实现对盐度的适应,然而,不同程度盐渍土微生物对能量的需求可能会发生改变。因此,该研究于2018－2019年开展田间定位试验,选取河套灌区轻度盐渍土S1（电导率为0.46 dS/m）及中度盐渍土S2（电导率为1.07 dS/m）为研究对象,设置了6个处理,包括不施氮（CK）,单施无机氮（U1）以及分别用有机氮（U3O1、U1O1、U1O3和O1）替代25%、50%、75%和100%的无机氮,监测了土壤微生物量碳氮及土壤呼吸在第二个生长季的动态状况。结果表明：土壤盐渍化程度增加会导致土壤微生物量及微生物活性下降,S1土壤较S2土壤微生物量碳高12.01%～68.81%,土壤微生物量氮高14.31%～58.58%,土壤呼吸速率高11.75%～54.71%。不同盐分条件下,适当的有机肥施入比例可以显著提高土壤微生物量及微生物活性,S1和S2盐渍土分别以U1O1及O1处理较优。相关性分析表明,土壤呼吸速率与土壤微生物量碳氮呈极显著正相关（P＜0.01）,土壤温度、土壤矿质氮与土壤微生物量碳氮、土壤呼吸速率呈显著正相关（P＜0.05）。从玉米产量及改善土壤微生物生存环境角度,得到该地区适宜的施肥模式为,轻度盐渍土：有机氮替代50%无机氮;中度盐渍土：有机氮替代100%无机氮。     

不同秸秆还田模式和施氮量对农田CO2排放的影响

以山东省桓台县高产农田为试验对象,分析在高产条件下,不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田CO2排放的影响。结果表明,氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO2排放的重要因素,玉米秸秆和小麦秸秆全部还田的处理土壤CO2排放通量高于其它中低氮处理,而小麦秸秆还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO2排放通量普遍高于其它处理。     

CO2 emission in an intensively cultivated loam as affected by long-term application of organic manure and nitrogen fertilizer

A long-term field experiment was conducted to examine the influence of mineral fertilizer and organic manure on the equilibrium dynamics of soil organic C in an intensively cultivated fluvo-aquic soil in the Fengqiu State Key Agro-Ecological Experimental Station (Fengqiu county, Henan province, China) since September 1989. Soil CO₂ flux was measured during the maize and wheat growing seasons in 2002-2003 and 2004 to evaluate the response of soil respiration to additions and/or alterations in mineral fertilizer, organic manure and various environmental factors. The study included seven treatments: organic manure (OM), half-organic manure plus half-fertilizer N (NOM), fertilizer NPK (NPK), fertilizer NP (NP), fertilizer NK (NK), fertilizer PK (PK) and control (CK). Organic C in soil and the soil heavy fraction (organo-mineral complex) was increased from 4.47 to 8.61 mg C g⁻¹ and from 3.32 to 5.68 mg C g⁻¹, respectively, after the 13 yr application of organic manure. In contrast, organic C and the soil heavy fraction increased in NPK soil to only 5.41 and 4.38 mg C g⁻¹, respectively. In the CK treatment, these parameters actually decreased from the initial C concentrations (4.47 and 3.32 mg C g⁻¹) to 3.77 and 3.11 mg C g⁻¹, respectively. Therefore, organic manure efficiently elevated soil organic C. However, only 66% of the increased soil organic C was combined with clay minerals in the OM treatment. Cumulative soil CO₂ emissions from inter-row soil in the OM and NPK treatments were 228 and 188 g C m⁻² during the 2002 maize growing season, 132 and 123 g C m⁻² during the 2002/2003 wheat growing season, and 401 and 346 g C m⁻² yr⁻¹ in 2002-2003, respectively. However, during the 2004 maize growing season, cumulative soil CO₂ emissions were as high as 617 and 556 g C m⁻², respectively, due to the contribution of rhizosphere respiration. The addition of organic manure contributed to a 16% increase in soil CO₂ emission in 2002-2003 (compared to NPK), where only 27%, 36% and 24% of applied organic C was released as CO₂ during the 2002 and 2004 maize growing seasons and in 2002-2003, respectively. During the 2002/2003 wheat growing season, soil CO₂ flux was significantly affected by soil temperature below 20 °C, but by soil moisture (WFPS) during the 2004 maize growing season at soil temperatures above 18 °C. Optimum soil WFPS for soil CO₂ flux was approximately 70%. When WFPS was below 50%, it no longer had a significant impact on soil CO₂ flux during the 2002 maize growing season. This study indicates the application of organic manure composted with wheat straw may be a preferred strategy for increasing soil organic C and sequestering C in soil.     

不同秸秆还田模式和施氮量对农田CO2排放的影响

以山东省桓台县高产农田为试验对象，分析在高产条件下，不同秸秆还田模式和氮肥施用量对农田CO2排放的影响。结果表明，氮肥施用量与秸秆还田模式都是影响土壤CO2排放的重要因素，玉米秸秆和小麦秸秆全部还田的处理土壤CO2排放通量高于其它中低氮处理，而小麦秸秆还田与不还田的各处理间差别不大。麦秸还田配施高氮处理的CO2排放通量普遍高于其它处理。     

水稻土基底呼吸与CO2排放强度的日动态及长期不同施肥下的变化

土壤呼吸排放是陆地生态系统土气交换快速而活跃的途径之一,对大气CO2浓度的变化有显著的影响。本文对太湖地区一个代表性水稻土水稻收割后土壤基底呼吸CO2排放进行了昼夜观测和采样分析。结果表明,不同小区平均土壤呼吸与CO2排放速率在CO2-C.12.2～25.2.mg/(m2h)之间,日排放量在CO2-C.327.2～604.1mg/(m2d)之间,低于文献报道的森林和草地及旱作农田的土壤呼吸;与长期有机-无机配施处理相比,长期单施化肥CO2日排放量提高了55%～85%,并且显著提高了土壤呼吸对土壤(5.cm)温度的响应敏感性。相关分析表明,土壤呼吸CO2排放强度与土壤微生物N(Nmic)、微生物C∶N(Cmic/Nmic)和P的有效性有密切的关系;生物有效N和P的有效性显著地影响着土壤呼吸与CO2的生成和排放。本试验结果进一步支持了水稻土的固碳效应。但是,供试不同小区土壤呼吸排放强度的变异隐含着长期不同施肥处理可能使与高呼吸活性有关的微生物群落发生改变,有待于进一步研究。     

Soil organic matter and CO2 emission as affected by water erosion on field runoff plots

Soil organic carbon (SOC) is an important component of the global carbon cycle. Its dynamics depends upon various natural and anthropogenic factors including soil erosion. A study on Miamian silty clay loam soil in central Ohio was conducted to investigate the effect of soil erosion on SOC transport and mineralization. Runoff plots 10, 20 and 30 m long on a 7% slope under natural rainfall were used. Total soil loss, evolution of CO₂ from the displaced aggregates of various fractions, and total SOC concentrations were determined. It was shown that the primary ways of SOC loss resulted from two processes: 1) mechanical preferential removal of SOC by overland flow and 2) erosion-induced mineralization. Significant amounts of SOC mobilized by erosion at the upper part of the slope during the season (358 kg ha^? 1) could be lost to the atmosphere within 100 days (15%) and transported off site (44%). Breakup of initial soil aggregates by erosive forces was responsible for increased CO₂ emission. During the initial 20 days of incubation the amount of CO₂ released from coarse size sediment fractions (0.282 g C kg^? 1 soil d^? 1) was 9 times greater than that in fine fractions (0.032 g C kg^? 1 soil d^? 1) due to the greater initial amount of SOC and its exposure to the environment. Sediment size distribution as well as its residence time on the site was the primary controllers of CO₂ loss from eroded soil.