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。     

长期有机无机肥配施对褐土微生物生物量碳、氮及酶活性的影响

通过对山西省寿阳长期定位试验田0—20 cm和20—40 cm的土壤测定和分析,探讨了长期有机无机肥配施下褐土微生物生物量碳、氮和酶活性的变化以及相关性。结果表明,褐土微生物生物量碳、氮变化基本一致。褐土微生物生物量碳、氮从0—20 cm到20—40 cm土层均呈减少趋势;长期单施高量有机肥、有机无机肥合理配施都能提高褐土微生物生物量碳、氮;不同用量的长期单施化肥处理不能使微生物生物量碳、氮显著增加。脲酶和碱性磷酸酶活性从0—20 cm到20—40 cm土层呈减少趋势;长期单施高量有机肥和有机无机肥合理配施可使褐土脲酶及碱性磷酸酶活性增加。脲酶活性随单施化肥量的增加有增加趋势,而碱性磷酸酶活性则呈减小趋势。土壤微生物量碳、氮、土壤酶活性及土壤养分之间的显著相关性表明,微生物生物量碳、氮和土壤酶活性可以判断褐土土壤有机质和N素状况,可作为评价褐土肥力水平和土壤培肥效果的生物学指标,同时也为提高褐土肥力水平和土壤培肥效果提供依据。     

长期有机无机肥配施对褐土微生物生物量碳、氮量及酶活性的影响

通过对山西省寿阳长期定位试验田0―20 cm和20―40 cm的土壤测定和分析,探讨了长期有机无机肥配施下褐土微生物生物量碳、氮和酶活性的变化以及相关性。结果表明,褐土微生物生物量C、N变化基本一致。褐土微生物生物量碳、氮从0―20 cm到20―40 cm土层均呈减少趋势;长期单施高量有机肥、有机无机肥合理配施都能提高褐土微生物生物量碳、氮;不同用量的长期单施化肥处理不能使微生物生物量C、N显著增加。脲酶和碱性磷酸酶活性从0―20 cm到20―40 cm土层呈减少趋势;长期单施高量有机肥和有机无机肥合理配施可使褐土脲酶及碱性磷酸酶活性增加。脲酶活性随单施化肥量的增加有变大趋势,而碱性磷酸酶活性则呈变小趋势。土壤微生物量碳氮、土壤酶活性及土壤养分之间的显著相关性表明,微生物生物量C、N和土壤酶活性可以判断褐土土壤有机质和N素状况,可作为评价褐土土壤肥力水平和土壤培肥效果的生物学指标,同时也可为提高褐土土壤肥力水平和土壤培肥效果提供依据。     

红壤有机无机复合状况及氮素形态分布与肥力的关系

不同肥力红壤有机无机复合状况及氮素形态分布的研究结果表明，土壤肥力水平提高，有机无机复合量增大，复合量与土壤有机质，全氮，碱解氮，速效磷和ＣＥＣ呈显著或极显著正相关，与速效钾、缓效钾的相关性不显著；复合度与上述肥力性状的相关性均不显著。     

长期定位施肥对土壤有机无机复合状况的影响

长期施用化肥、有机肥或有机无机肥配施均能提高潮土和旱地红壤的原土复合量 ,有机无机肥配施还可以提高红壤性水稻土耕层的原土复合量 ,单施化肥对红壤性水稻土的原土复合量影响不大 ;长期施肥降低 3种土壤的原土复合度 ,但提高了土壤的增值复合量和增值复合度。施有机肥或有机无机肥配施土壤的增值复合量高于施化肥的土壤 ,但其增值复合度却低于施化肥的土壤。长期施肥还影响土壤有机无机复合体的粒径分级 ,施肥一般都可提高土壤中粘粒级和粉砂级复合体含量 ,降低细砂级复合体含量。长期施用有机肥或有机无机肥配施还可以提高 3种土壤中的G0、G1和G2等 3组复合体含量 ,并且有机无机肥配施可以促使G0和G1组复合体向水稳性强的G2组复合体转化。     

长期定位施肥对土壤腐殖质结合形态的影响

长期施用有机肥或有机无机肥配施均能显著提高潮土、旱地红壤和红壤性水稻土耕层松结态腐殖质、稳结态腐殖质和紧结态腐殖质含量,但以有机无机肥配施的效果最好。有机无机肥配施能提高三种土壤耕层稳结态腐殖质和潮土耕层松结态腐殖质碳占重组有机碳的比例,降低三种土壤紧结态腐殖质碳占重组有机碳的比例。单施有机肥或化肥也能提高潮土耕层三种结合态腐殖质碳占重组有机碳的比例,降低旱地红壤和红壤性水稻土紧结态腐殖质碳占重组有机碳的比例。施肥还可以提高三种土壤耕层松结态腐殖质/紧结态腐殖质的比值。     

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)。     

长期施肥对土壤腐殖质组成的影响

利用微区 (1m2 ) 16年定位试验研究了不同施肥措施在相同气候条件、轮作制度及相同管理措施下对山东省三大主要土类———棕壤、潮土、褐土腐殖质组成的影响。结果表明长期施用化肥可使三种土壤腐殖质各组分积累 ;氮钾肥提高了土壤腐殖酸碳与有机碳的比值 ,降低腐殖酸活性 (提高HA/FA比值 ) ;与单施化肥比较 ,化肥配施有机肥大幅度增加了土壤胡敏素和腐殖酸数量 ,并降低了土壤胡敏素和腐殖酸的比值     

长期定位施肥对土壤腐殖质结合形态的影响

长期施用有机肥或有机无机肥配施均能显著提高潮土、旱地红壤和红壤性水稻土耕层松结态腐殖质、稳结态腐殖质和紧结态腐质含量，但以有机无机肥配施的效果最好。有机无机肥配施能提高三种土壤耕层稳结态腐殖质和潮土耕层松结态腐殖质碳占重组有机碳的比例，降低三种土壤紧结态腐殖质碳占重组有机碳的比例。单施有机肥或化肥也能提高潮土耕层三种结合态腐殖质碳占重组有机碳的比例，降低旱地红壤和红性水稻土紧结态腐殖质碳占重组有机碳的比例。施肥还可以提高三种土壤耕层松结态腐殖质／紧结态腐殖质的比值。     

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.     

晋南长期免耕褐土肥力和酶活性的关系

临汾市尧都区机械化保护性耕作试验示范区连续18年免耕覆盖(NTCS18)、连续12年免耕覆盖(NTCS12)、连续10年免耕覆盖(NTCS10)和传统耕作(CK)对土壤肥力和酶活性的影响研究结果表明,长期免耕提高了表层土壤有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾含量,并使表层土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性显著增加;相关分析研究表明,长期免耕条件下土壤肥力与土壤酶活性间关系密切,蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶可以用来评价长期免耕土壤肥力状况;主成分分析法研究表明,长期免耕土壤肥力和酶活性信息系统主成分得分由高到低顺序为:NTCS18>NTCS12>NTCS10>CK,说明长期免耕利于土壤肥力水平和酶活性提高,而且肥力水平和酶活性随免耕年限的延长而提高。长期免耕利于土壤综合肥力的提高,利于农业的可持续发展,是北方干旱半干旱地区可行的一种耕作方式。     

不同施肥制度对褐土及其微团聚体磷素肥力的影响

通过8年定位试验,研究了不同施肥制度下褐土及其微团聚体磷素肥力变化规律,从各级微团聚体全磷和有效磷储量角度探讨了不同施肥制度下土壤磷素肥力的变化实质。结果表明,不施肥处理主要是由于10～50μm粒级全磷储量和<10μm粒级有效磷储量减少而造成土壤磷素肥力下降;单施常量NPK化肥和增量NPK化肥处理主要通过提高<10μm粒级全磷和有效磷储量增加土壤磷素含量;有机肥(物)料配施常量NPK化肥处理则在提高小粒级微团聚体磷素贮备和供应能力的同时,增强了大粒级特别是10～50μm粒级全磷和有效磷储量,进而使土壤磷素肥力得到提高。采用有机肥(物)料配施常量NPK化肥是改善土壤磷素肥力的有效措施。     

长期施肥稻田土壤团聚体内氧化铁分布特征及其与有机碳的关系

通过对长期施化肥及化肥与紫云英、稻草、猪粪配施处理下红壤稻田各粒级团聚体内氧化铁分布特征的研究,探讨不同施肥方式下各粒级团聚体内氧化铁形态与有机碳含量的关系.结果表明,长期施化肥及化肥与紫云英、稻草、猪粪配施增加了土壤中无定形铁Fe.含量(增幅达10.5％ ～ 58.5％),降低了土壤中游离铁Fed的含量(降幅为0.4％～ 13.8％),土壤中氧化铁的活度Feo/Fed提高了19％ ～ 76％.各粒级团聚体内Feo含量表现为:250～53μm＞(53 μm)＞2 000～250 μm,Fed含量表现为:250～53 μm ＞2 000～ 250 μm＞ (53 μm),Feo/Fed表现为:(＜53 μm)＞250～ 53 μm＞2 000～ 250μm.全土和各粒级团聚体内Fe.含量及其Feo/Fed与其相应的有机碳含量均呈显著正相关(P＜0.05,相关系数分别为:r=0.953 ～ 0.779和r=0.991～ 0.823),而Fed含量与其相应的有机碳含量呈显著负相关(P＜0.05,r=-0.964～-0.651).有机物料的投入能活化氧化铁,有机质投入量最大的化肥配施猪粪处理Fe.含量及Fe./Fed显著提高.     

开垦对黑土有机碳在有机无机复合体分配的影响

本文研究了不同开垦年限黑土粘粒、粉砂和细砂级复合体中有机碳的分布特征及其变化规律,结果表明,黑土有机无机复合体组成以细砂级复合体为主,粘粒及粉砂级复合体次之。随着开垦年限的延长,黑土耕层和犁底层土壤粒粘级复合体的含量均有不同程度的增加,而粉粒及细砂级复合体的含量相应减少;黑土耕层各复合体中有机碳含量均明显减少,犁底层亦表现出降低的趋势。犁底层各复合体中有机碳含量占土壤有机碳含量的百分数表现各异,在粘粒级复合体中随着开垦年限延长趋于增加,而在粉粒和细砂级复合体中趋于减少。黑土耕层土壤粘粒级复合体中有机碳含量与粘粒级复合体含量呈明显的负相关,粉砂和细砂级复合体中有机碳含量与粉砂和细砂级复合体含量则呈明显的正相关。     

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。     

不同施肥制度下冀东褐土肥力演化的主成分分析

以冀东褐土为试材,采用主成分分析方法对连续8年不同施肥制度定位试验土壤的肥力演化进行了研究。结果表明,不同施肥制度下作物产量、土壤物理性质、土壤有机碳及氮磷钾养分含量与组成、土壤酶活性等变化各异,冀东褐土肥力演化方向可用土壤养分贮备和供应过程与无机磷积累和无效化过程表征,不施肥使土壤养分贮备和供应极度匮乏;单施常量NPK化肥和增量NPK化肥造成土壤无机磷无效化过程强烈;有机肥(物)料配施化肥则可使土壤肥力向养分贮备丰富、供应水平高和快速、无机磷有效化程度较高的方向发展。     

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。     

长期不同施肥对黑土团聚体及有机碳组分的影响

本文研究了32年不同施肥对黑土团聚体组成、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、腐殖酸、微生物量碳(microbialbiomass carbon,MBC)及颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)的影响。结果表明:化肥区与CK团聚体以10~50μm粒级为主,有机肥化肥混施与休闲以50~250μm粒级为主,表明有机肥化肥混施促进大团聚体的生成,有利于良好土壤结构的形成。在不同施肥条件下,"特征微团聚体比例"也存在差异,表明有机肥化肥混施使黑土保供水肥性能提高。化肥,尤其N肥单施使MBC、POC含量降低。有机肥化肥混施区SOC、MBC、POC含量显著高于其他处理区。与化肥单施相比,有机肥化肥混施明显提高了黑土腐殖酸、HA、FA、HS含量,也提高了腐殖质活性。不同类型化肥处理HA/FA差异较大,N肥的施加降低了腐殖酸含量,却能提高腐殖质活性。     

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。