干湿交替格局对川西南干热河谷土壤碳氮释放的影响

有机碳和氮素含量低、结构性差等土壤退化特征,是干热河谷土壤退化的普遍现象,漫长旱季与集中雨季使干热河谷干湿交替格局不同于其他区域。通过监测不同干湿交替模式下培养土壤的呼吸、水溶性有机碳(DOC)和水溶性氮(DN)动态,评估干湿交替特征对干热河谷土壤有机碳和氮库退化的影响。结果显示,风干土壤再湿润对土壤呼吸具有激发效应,可使呼吸强度增加1.52~7.13倍;随着干湿交替次数的增加,激发效应随之衰减,经过多次干湿交替后(当周期为3d,则干湿交替5次)降至某一稳定水平,干湿交替周期越长(周期长于12d),土壤再湿润后导致的土壤呼吸激发效应的衰减越不明显。土壤DOC和DN含量同样受再湿润激发,但DOC和DN激发效应滞后于土壤呼吸,干湿交替多次后土壤DOC和DN随之降低并稳定低于最初水平,而随着干湿交替周期延长,DOC和DN在每个干湿交替末期含量变化不明显。这暗示干湿交替尽管可激发土壤DOC和DN释放,但是这种激发效应随干湿交替次数和周期延长而降低,因此对土壤碳氮动态的影响有限,干湿交替格局可能不是干旱河谷土壤有机碳和氮素退化的主要原因。     

秸秆配施膨润土对旱作农田土壤有机碳及其活性组分的影响

为明确秸秆配施膨润土对旱作农田0～40 cm土层土壤有机碳(SOC)、活性有机碳组分及其分配比例和碳库管理指数的影响,于2019—2021年在内蒙古清水河县一间房试验基地连续3年进行田间定位试验。分别设置不施膨润土和秸秆(CK)、单施秸秆(T1)、单施膨润土(T2)和秸秆配施膨润土(T3)4个处理。结果表明:土壤SOC及活性碳组分在年际间表现为先降低后升高[除颗粒有机碳(POC)含量]的变化趋势,不同土层间表现为10～20 cm > 0～10 cm > 20～40 cm;各处理均提高了0～40 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量,秸秆配施膨润土效果优于单施。与CK相比,在0～40 cm土层,T3处理土壤SOC、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(LOC)和POC 3年平均提高了7.16%～9.63%、12.35%～18.05%、15.55%～41.97%和100.73%～127.90%,同时提高了不同土层DOC/SOC、LOC/SOC和POC/SOC以及土壤碳库管理指数;土壤SOC及各组分之间均呈显著正相关关系,以LOC相关系数最大,表明LOC可较好地反映出SOC的变化情况。可见,在旱作区采取秸秆配施膨润土措施能够显著提高土壤SOC及其活性组分含量以及碳库管理指数,对土壤肥力提升、质量改善具有重要意义。     

喀斯特干热河谷植被类型和小生境对土壤活性有机碳和基础呼吸的影响

以贵州西南部典型喀斯特干热河谷地区荒草地(Ⅰ)、小灌丛(Ⅱ)、灌木疏林(Ⅲ)、灌木林(Ⅳ)和乔木林(Ⅴ)下一般土壤、石缝土壤和石沟土壤为研究对象,对比研究其土壤微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、易氧化有机碳(EOC)和基础呼吸量(BR)的变化。结果表明:土壤MBC、DOC含量分别为123.2~616.8 mg kg-1和76.6~258.6 mg kg-1,EOC、BR含量分别为1.62~8.32 g kg-1和15.9~41.6 CO2μl g-1h-1。不同植被类型下,一般土壤、石缝土壤和石沟土壤MBC、DOC、EOC和BR含量均表现为:Ⅴ>Ⅳ>Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,差异显著,且土壤EOC与土壤总有机碳的比值总体也呈增加趋势。同一植被类型中,与一般土壤和石缝土壤相比,石沟土壤中EOC和DOC表现出了较高的含量水平。相关性分析表明,MBC、DOC和EOC可以作为喀斯特干热河谷地区土壤有机碳变化的敏感性指标。     

秸秆覆盖对冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响

通过对黄土高原旱塬区冬小麦地4种覆盖方式下(无覆盖对照处理(CK)、全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(M1)、全生育期4 500kg/hm~2秸秆覆盖(M2)和夏闲期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM))土壤的田间定位试验和室内分析,探讨不同秸秆覆方式对冬小麦地土壤有机碳及其组分含量以及各组分之间相关性的影响。结果表明:(1)较CK(无覆盖对照)处理,M1(全生育期9 000kg/hm~2)、M2(全生育期4 500kg/hm~2)和SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理,均显著增加0—10cm和10—20cm土层的土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳含量(p0.05),而20—40cm土层差异不明显,其中M1(全生育期9 000kg/hm~2)处理效果最佳,SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理作用相对较弱。(2)不同覆盖方式影响土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳在总有机碳中的分配比例,土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳的相对含量变化范围分别为1.96%~3.31%,2.83%~3.78%,18.13%~37.25%。(3)各覆盖方式下土壤有机碳及其组分含量都随着土层的逐渐深入而下降,且土层越深,变化越趋于缓慢。(4)不同覆盖方式下的土壤有机碳及其组分含量两两之间均达到了极显著正相关关系(p0.01),颗粒有机碳、微生物量碳和潜在矿化碳与土壤有机碳的相关系数依次为:0.847,0.700,0.614,可见微生物量碳、潜在矿化碳、颗粒有机碳含量在一定程度上决定于土壤有机碳的贮存量。综上所述,秸秆覆盖对土壤有机碳及其组分含量具有增加效应,全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖方式实际运用价值较高。颗粒有机碳和微生物量碳的动态变化更能反映土壤有机碳的早期变化,是土壤肥力变化更加敏感的指标。     

元谋干热河谷冲沟发育区植被恢复对土壤碳氮的影响

冲沟侵蚀是一种剧烈的土壤侵蚀过程,导致冲沟发育区地表形态处于显著变化的非稳定状态.通过封禁使植被自然恢复是元谋干热河谷冲沟治理的主要模式之一,但在沟道植被持续恢复与冲沟显著发育的综合作用下,沟道土壤碳氮含量的变化趋势仍有待明晰.选择元谋干热河谷1条典型冲沟,在沟内随机布设81个1 m×1 m的样方,分别在2012年和2...     

施肥对干热河谷生态恢复区林木生长及土壤碳氮含量的影响

对比研究了施肥对干热河谷生态恢复区4年生印楝(Azadirachta indica A.)、新银合欢(Leucaena leuca-cephala)和大叶相思(Acacia auriliformis A.)生长量和土壤碳氮含量的影响.结果表明:雨季生长期内,施肥措施下印楝、新银合欢和大叶相思地径增量分别是不施肥的2.0倍、1.4倍和2.0倍,树高增量是不施肥的1.6倍、1.4倍和1.5倍.生态恢复区土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量比恢复前高7.8%和19.1%.施肥对SOC和TN含量的方差贡献率(84.6%和75.4%)日月显高于林分类型(39.3%和56.2%).3类林分SOC含量在3.42～3.60 g/kg之间,大叶相思(0.62 g/kg)和新银合欢(0.57 g/kg)林地TN含量显著高于印楝(0.50 g/kg).肥料配施处理下SOC和TN含量明显高于肥料单施,而不施肥处理含量最低.研究得出.施肥可以显著促进干热河谷人工林的生长,肥料配施效果尤为明显;施肥措施是生态恢复区SOC和TN含量变异的主要原因.该地区生态恢复时宜筛选根瘤菌可以侵染的树种.     

不同施肥方式对马铃薯农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响

针对马铃薯生产实践中长期单施化肥或化肥过量施用等不合理施肥措施导致土壤碳库活性变差和土壤生物活性降低等问题.通过田间定位试验,分析不同施肥方式:不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机无机肥配施(NPKM)对旱作马铃薯农田土壤有机碳组分和碳库管理指数的影响.结果显示,连续施肥5年后添加有机肥的M、NP...     

西南地区喀斯特干热河谷地带不同植被类型下小生境土壤碳氮分布特征

通过对西南地区典型喀斯特干热河谷地带乔木林、灌木林及草丛下所覆盖的土面、石面、石沟、石洞、石缝、石槽和石坑7类小生境土壤样品碳氮含量分布特征进行研究,结果表明:研究区域内小生境表层土壤中有机碳和全氮的含量分别介于10.6~103.7 g/kg和1.16~6.39 g/kg之间,变幅较大;不同植被类型下小生境土壤碳氮的含量分布存在明显差异,乔木林下小生境土壤碳氮平均含量较草丛增加100%以上,灌木林下小生境土壤碳氮的空间变异性最小,小生境土壤碱解氮在各植被类型下服从正态分布,有机碳及全氮则服从右偏态分布;小生境相对开放的土面、石面、石坑及石沟普遍较石槽、石缝及石洞土壤有机碳和全氮的含量高,而碱解氮的变化规律不明显。在同种植被类型下,土壤有机碳与全氮、碱解氮、速效磷和碳氮比均表现出良好的相关性。     

茶渣生物质炭对茶园土壤有机碳及其活性组分的影响

为探究生物质炭对茶园土壤有机碳含量及其稳定性的影响,将茶渣在500℃下制成生物质炭,针对雅安名山区3种典型茶园土壤（紫色土、水稻土和黄壤）进行112天的室内培养试验,包括CK,0.5%,1%,2%和4% 5种炭土比,共计15个处理,在培养的第1,2,7,30,60,112天取样测定。结果表明：茶渣生物质炭输入能显著增加紫色土、水稻土和黄壤总有机碳（TOC）含量和稳定性,且随添加比例的增加而增加,培养结束时3种土壤TOC的增幅范围依次为15.97%~96.64%,13.01%~72.36%和15.29%~321.43%,其中对黄壤TOC含量的提升作用最大;生物质炭加入后3种茶园土壤的微生物量碳（MBC）、水溶性有机碳（WSOC）和易氧化有机碳（ROC）含量也得到显著提升,到培养结束时3种土壤MBC含量变化最大的是紫色土,增幅范围为12.97%~40.35%,WSOC和ROC含量变化最大的均为黄壤,增幅范围分别为12.50%~50.00%和5.66%~54.72%;茶渣生物质炭显著提升了3种土壤有机碳的氧化稳定性,且随添加比例的增加而增强,紫色土、水稻土和黄壤的氧化稳定系数提升范围分别为28.07%~146.66%,44.79%~225.66%和447.18%~1 941.19%。     

生物质炭对稻田土壤有机碳组分的持效影响

生物质炭的应用已经被认为是以碳封存形式减轻气候变化的有效手段。本研究以一次性施用生物质炭3年后水稻土为对象,分析土壤总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、颗粒态有机碳(POC)、易氧化态有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量的变化,研究施用生物质炭对土壤有机碳和组分的后续影响。结果表明,在10 t hm-2、20 t hm-2和40 t hm-2的生物质炭施用水平下,显著提高土壤有机碳储量,增幅达9.15¹5.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%15.49%。施用生物质炭可长期稳定提高土壤TOC、ROC、POC和MBC分别达12.75%²3.36%、12.60%23.36%、12.60%²8.00%、10.88%28.00%、10.88%³4.00%和7.97%34.00%和7.97%¹2.35%,且土壤TOC与ROC、MBC极显著正相关,ROC与POC、MBC也存在极显著正相关,这可能与生物质炭可改善土壤结构、促进作物生长有关。因此,施用生物质炭是长期提高水稻土土壤碳储量和活性有机碳含量的有效措施。。     

元谋干热河谷坡面表层土壤力学特性对其抗冲性的影响

为了研究元谋干热河谷区坡面表层土壤的抗侵蚀性能,通过对燥红土机械组成、团聚体组成、基质吸力、黏聚力c和内摩擦角φ等参数的分析,并用原状土进行冲刷试验测定土壤的抗冲指数ANS,探讨了这些参数对土壤抗冲性的影响。结果表明,土壤分散率和ANS(soilanti-scourability)呈一元三次多项式变化,随着分散率的逐渐增加,ANS逐渐下降,ANS随着平均重量直径MWD的增大呈幂函数增长,随着基质吸力、黏聚力c和内摩擦角φ的逐渐增加,ANS也呈对数函数增长;ANS与各力学参数的相关程度依次为:抗剪强度τf>φ>MWD>分散率>基质吸力>c,逐步回归表明,黏聚力c、平均重量直径MWD和抗剪强度τf与ANS呈较好的线性关系(R2复=0.983),偏相关系数(RMWD(0.915)>Rc(0.829)>Rτf(0.776))表明水稳性团聚体的稳定性、颗粒及团聚体之间的胶结凝聚力和土壤抵抗水流的剪切破坏力对ANS影响较大。     

化肥减量配施有机肥对土壤有机碳及其组分的影响

为了探究化肥减量配施两种不同黄腐酸钾有机肥对土壤有机碳及其组分的影响,采取盆栽模拟大田种植,以不施肥和纯施化肥为对照,以100%化肥配施100%有机肥、75%化肥配施25%有机肥、50%化肥配施50%有机肥、25%化肥配施75%有机肥和100%有机肥为处理,探讨土壤有机碳（SOC）、可溶性有机碳（DOC）、微生物量碳（MBC）、易氧化有机碳（LOM）和惰性有机碳（ROC）在不同生育期内的含量特征。结果表明：化肥减量配施有机肥各处理有机碳及其组分含量各生育期均表现为：花针期显著高于结荚期和成熟期,其中可溶性有机碳和微生物量碳结荚期含量显著高于成熟期（P＜0.05）;各处理有机碳及其组分含量均表现为：25%化肥配施75%生化黄腐酸钾处理显著高于不施肥、单施化肥和单施有机肥处理,50%化肥配施50%矿源黄腐酸钾处理显著高于不施肥、单施化肥和单施有机肥处理;其中花针期25%化肥配施75%生化黄腐酸钾处理SOC、DOC、MBC、LOM和ROC含量分别为133.0 g·kg-1、284.4 mg·kg-1、269.7 mg·kg-1、30.76 g·kg-1和111.2 g·kg-1,50%化肥配施50%矿源黄腐酸钾处理SOC、DOC、MBC、LOM和ROC含量分别为130.9 g·kg-1、250.5 mg·kg-1、251.7 mg·kg-1、29.86 g·kg-1和110.8 g·kg-1。综上,化肥减量配施生化黄腐酸钾对土壤有机碳及其组分含量的影响整体优于配施矿源黄腐酸钾（P＞0.05）,各生育期有机碳及其组分含量均表现为：化肥减量配施黄腐酸钾花针期显著高于结荚期和成熟期（P＜0.05）,其中25%化肥配施75%生化有机肥处理对提升土壤中有机碳及其组分含量效果最佳,其SOC、DOC、MBC、LOM和ROC含量各生育期分别增加0.15%-13.50%、3.45%-122.11%、15.37%-133.54%、2.56%-60.44%和0.36%-18.80%。     

不同种植模式对坡耕地红壤有机碳氮组分的影响

探究不同种植模式下红壤有机碳、氮组分的变化规律,为改善红壤质量具有重要意义。通过小区试验,以玉米//萝卜间作(MS)、玉米//大豆间作(MR)、单种玉米(MM)、单种大豆(RR)和单种萝卜(SS)为研究对象进行探讨。结果显示,间作能够促进土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和微生物量碳(MBC)、氮(MBN)及可溶性有机碳(DOC)、氮(DON)含量的增加,其中MBC和MBN含量的提升效果较显著。MR处理的SOC、MBC和DOC含量较MM和RR处理分别提高18.40%～31.60%和5.40%～52.10%,TN、MBN和DON含量分别提高13.40%～84.30%和19.20%～64.40%;MS处理SOC、MBC 和DOC含量较MM和SS处理分别提高 5.10%～9.60%和12.00%～53.80%,TN、MBN和DON含量分别提高2.70%～31.00%和0.80%～23.42%。其中,MBC 和DON 含量占SOC和TN的比重较大,分别为1.00%～1.71%和5.10%～14.18%。相关性分析表明,各碳、氮组分含量与土壤有机碳、氮呈显著正相关,其中DOC与SOC、MBN与TN之间的相关系数均高于 0.70,说明DOC与MBN可较好地反映土壤SOC和TN的动态变化。综上所述,间作种植是有利于研究区内坡耕地水土保持和土壤肥力的关键技术措施之一。     

长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响

利用河南封丘潮土的13年长期施肥试验,采用Bremner法研究了潮土耕层有机氮组成的变化,分析了长期施肥对土壤有机氮组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成,其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮,氨基糖态氮含量最小。施有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例减小,主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989年试验开始时的土壤初始值相比,施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮磷钾的情况下,有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量,是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。     

过量施氮对旱地土壤碳、氮及供氮能力的影响

【目的】过量施氮会影响土壤有机碳、氮的组成与数量,进而改变土壤供氮能力,但关于西北旱地长期过量施用氮肥后土壤有机碳、氮及土壤供氮能力变化的研究尚缺乏。本文在长期定位试验的基础上,通过分析不同氮肥水平特别是过量施氮条件下土壤硝态氮,有机碳、氮和微生物量碳、氮的变化,探讨长期过量施氮对土壤有机碳、氮及供氮能力的影响。【方法】长期定位试验位于陕西杨凌西北农林科技大学农作一站。在施磷(P2O5)100kg/hm2的基础上,设5个氮水平,施氮量分别为N 0、80、160、240、320 kg/hm2。重复4次,小区面积40 m2,完全随机区组排列。种植冬小麦品种为小堰22。本文选取其中3处理,以不施氮为对照(N0)、施氮量N 160 kg/hm2为正常施氮(N160),施氮量N 320 kg/hm2为过量施氮(N320),分别于2012年6月小麦收获后和10月下季小麦播前采集土壤样品,进行测定分析。【结果】过量施氮导致下季小麦播前0—300 cm各土层硝态氮含量显著增加,平均由对照的2.8 mg/kg增加到15.5 mg/kg;同时,0—60 cm和0—300 cm土层的硝态氮累积量分别由对照的47.2和108.9 kg/hm2增加到76.5和727.7 kg/hm2。过量施氮也增加了夏闲期间0—300 cm土层土壤有机氮矿化量,由对照的72.4 kg/hm2增加到130.7 kg/hm2。但过量施氮未显著增加土壤的有机碳含量,却显著增加了土壤有机氮含量,过量施氮0—20、20—40 cm土层土壤有机碳分别为9.24和5.39 g/kg,有机氮分别为1.05和0.71 g/kg,较对照增加52.2%和54.3%。同样,过量施氮未显著影响0—20、20—40 cm土层土壤微生物量碳含量,其平均含量分别为253和205 mg/kg,却显著提高了0—20、20—40 cm土层土壤微生物量氮含量,由对照的24.1和7.5 mg/kg提高到43.6和16.1 mg/kg。【结论】过量施氮可以显著增加旱地土壤剖面中的硝态氮累积量、夏闲期氮素矿化量、小麦播前土壤氮素供应量和土壤微生物量氮含量,但对土壤有机碳和微生物量碳没有显著性影响,同时过量施氮增加了土壤硝态氮淋溶风险,故在有机质含量低的黄土高原南部旱地冬小麦种植中不宜施用高量氮肥,以减少土壤氮素残留和农业投入,达到保护环境和培肥土壤的目的。     

氮肥施用对库尔勒香梨园土壤有机碳和无机碳剖面分布的影响

为给香梨生产过程中氮肥的合理施用提供科学依据,对树龄为6年的库尔勒香梨树进行研究,在香梨年生长的不同生育期,采用土钻分层取土法取样,研究了0、150、300、450 kg/hm² 4个施氮水平(分别用N0、N1、N2、N3表示)下对库尔勒香梨园土壤碳素剖面分布和累积的影响。研究表明,随生育期的进行和土层深度的加深,果园土壤有机碳、无机碳、全碳含量和累积量都逐渐减少。有机碳剖面分布以表层(0～20 cm)含量最高,随土层的加深逐渐降低。无机碳剖面分布以表层(0～20 cm)最高,随土层加深呈现出高-低-高-低型波动变化。0～20 cm土层土壤中有机碳组分占比和累积量占比都较100～120 cm底层的占比大,无机碳则相反。无机碳含量与有机碳含量显著正相关,相关系数为0.221,二者之间存在转换关系,部分有机碳转化为碳酸盐。施氮处理较不施氮处理能够显著提升土壤中有机碳、无机碳、全碳含量和累积量,以N2处理效果为佳,在膨果期N2处理较N0处理有机碳、无机碳、全碳含量分别提高20%、40%、31%。以减少果园土壤碳素流失、提高碳素含量为目的,推荐6年树龄库尔勒香梨生产过程中以300 kg/hm²的施氮量为最佳。     

黑土有机氮肥替代率演变及其对土壤有机碳的响应

【目的】 探索长期有机培肥下黑土有机肥替代率与土壤肥力的量化关系,为农田土壤培肥和有机替代提供理论依据。 【方法】 本研究依托公主岭黑土肥力长期试验的32年定位观测数据,选取其中的4个处理即不施肥 (CK)、单施化学氮磷钾肥 (NPK)、单施常量有机肥[30 t/(hm2·a),M1]和单施高量有机肥[60 t/(hm2·a),M2],试验用化肥为尿素、过磷酸钙和硫酸钾,年施用N 150 kg/hm2、P₂O₅ 75 kg/hm2、K₂O 75 kg/hm2。分别测定作物产量、植株含氮量以及土壤全氮、碱解氮、全磷、有效磷、全钾、速效钾、有机碳含量。基于作物氮素养分吸收量,探讨长期高产条件下施用不同量有机肥其替代率的变化特征,在分析高产条件下有机肥替代率与土壤肥力的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。 【结果】 基于作物氮素养分吸收量,长期高产条件下高量有机肥处理 (M2) 的有机肥替代率高于常量有机肥处理 (M1),且高产条件下有机肥替代率与施肥年限呈极显著线性正相关 (P < 0.01);通径分析和多元逐步回归分析结果表明,土壤有机碳含量对高产条件下有机肥替代率有显著正效应,是决定高产条件下有机肥替代率差异的主要土壤肥力要素,决定了高产条件下有机肥替代率70%的变异。长期施用常量和高量有机肥处理 (M1和M2),黑土土壤有机碳含量显著增加 ( P < 0.01);土壤有机碳含量与高产条件下有机肥替代率非线性相关,并达到了极显著水平 ( P < 0.01)。 【结论】 化肥氮的有机氮替代率70%取决于土壤有机碳含量的高低。长期施用有机肥能显著提高土壤有机碳含量,在提升土壤肥力的同时,提升了有机氮对玉米吸收的贡献,减少了对化肥氮的依赖。黑土土壤有机碳含量达到24.89 g/kg时,有机肥对化肥的替代率趋近95%,达到最大值。      

秸秆还田与氮肥运筹对农田土壤可溶性氮组分的影响

为探究秸秆还田配施氮肥对农田土壤可溶性氮转化特征的影响,研发东北冷凉区土壤氮素供应能力提高的秸秆还田技术,采用田间连续定位试验,对比分析了秸秆还田方式(不还田、粉碎翻压还田、堆腐旋耕还田)与氮肥运筹(N180、210、240kg/hm²;氮肥基施、氮肥后移)作用下农田土壤无机氮(IN)、可溶性有机氮(DON)及可溶性全氮(DTN)的动态变化。结果表明,秸秆还田配施氮肥影响农田土壤可溶性氮组分含量,其作用行为受秸秆还田方式、施氮模式和生育时期的多重制约。秸秆还田配施低量氮肥(N180kg/hm²)土壤IN和DTN均低于无秸秆处理,而配施高量氮肥(N240kg/hm²)时高于无秸秆处理;秸秆还田土壤DON于生育前期(播种-拔节期)较无秸秆处理显著增加,而在生育中后期无规律性变化。随着施氮量增加,秆还田土壤IN和DTN显著增加,而DON仅于春玉米旺盛生长期(拔节期-灌浆期)显著增加。随着生育期推进,除秸秆堆腐旋耕还田土壤DON呈三峰曲线变化外,秸秆还田土壤IN、DON和DTN均呈双峰曲线变化,且峰值越来越低。由此可见,在东北农业产区,N210kg/hm²用量下秸秆粉碎翻压还田配施15％氮肥的秸秆还田技术具有优化氮素管理、提高土壤肥力的潜力。     

Predicting soil organic matter stability in agricultural fields through carbon and nitrogen stable isotopes

In order to evaluate the sustainability and efficiency of soil carbon sequestration measures and the impact of different management and environmental factors, information on soil organic matter (SOM) stability and mean residence time (MRT) is required. However, this information on SOM stability and MRT is expensive to determine via radiocarbon dating, precluding a wide spread use of stability measurements in soil science. In this paper, we test an alternative method, first developed by Conen et al. (2008) for undisturbed Alpine grassland systems, using C and N stable isotope ratios in more frequently disturbed agricultural soils. Since only information on carbon and nitrogen concentrations and their stable isotope ratios is required, it is possible to estimate the SOM stability at greatly reduced costs compared to radiocarbon dating. Using four different experimental sites located in various climates and soil types, this research proved the effectiveness of using the C/N ratio and δ¹⁵N signature to determine the stability of mOM (mineral associated organic matter) relative to POM (particulate organic matter) in an intensively managed agro-ecological setting. Combining this approach with δ¹³C measurements allowed discriminating between different management (grassland vs cropland) and land use (till vs no till) systems. With increasing depth the stability of mOM relative to POM increases, but less so under tillage compared to no-till practises. Applying this approach to investigate SOM stability in different soil aggregate fractions, it corroborates the aggregate hierarchy theory as proposed by Six et al. (2004) and Segoli et al. (2013). The organic matter in the occluded micro-aggregate and silt & clay fractions is less degraded than the SOM in the free micro-aggregate and silt & clay fractions. The stable isotope approach can be particularly useful for soils with a history of burning and thus containing old charcoal particles, preventing the use of ¹⁴C to determine the SOM stability.