减量化肥配施紫云英对稻田土壤碳、氮的影响

以11 a(2008—2018年)长期定位试验为对象,研究了减施40%化肥下紫云英不同翻压量对双季稻产量及土壤活性有机碳、氮(DOC+MBC、DON+MBN)的影响,以探讨紫云英替代化肥的可行性和适宜翻压量。试验设置CK(不施紫云英和化肥)、GM_(22.5)(单施紫云英22.5 t·hm~(-2))、100%CF(常规施肥)和减施40%化肥(60%CF)条件下将紫云英翻压量设为15、22.5、30、37.5 t·hm~(-2)4个水平,共7个处理。于2018年晚稻收获后采集土壤样品,分析土壤微生物量碳、氮(MBC、MBN)和可溶性有机碳、氮(DOC、DON)。结果表明:与常规施肥相比,减施40%化肥下各紫云英不同翻压量处理早稻及全年两季稻谷产量持平或略有增加,且均随紫云英翻压量增多而提高。紫云英翻压量为15～30 t·hm~(-2)时,晚稻稻谷产量随紫云英翻压量的增多而提高,当紫云英翻压量多于30 t·hm~(-2)时,则呈下降趋势。除翻压紫云英15 t·hm~(-2)外,其他紫云英与化肥配施处理晚稻稻谷产量与常规施肥相比无显著差异;与常规施肥相比,紫云英与化肥配施均不同程度地提高了土壤MBC、MBN、DOC、DON含量。紫云英翻压量为15～22.5 t·hm~(-2)时,土壤MBC、MBN、DOC、DON均随紫云英翻压量增加而增加,当翻压量多于22.5 t·hm~(-2)时呈下降趋势;MBC/SOC和MBN/TN均随紫云英翻压量的增加呈先增加后降低的趋势,MBC/SOC在60%CF+GM_(22.5)处理最高,MBN/TN以60%CF+GM_(30)处理最高。DOC/SOC和DON/TN均在60%CF+GM_(15)处理最高;相关分析结果表明,土壤MBC、MBN、DOC、DON、DOC+MBC、DON+MBN与土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)呈极显著正相关(P0.01)。土壤各活性有机碳、氮与早、晚稻及全年两季稻谷产量均呈极显著正相关(P0.01)。综合考虑双季稻的产量效应及土壤培肥效果,在本试验条件下或与该试验区域气候特点和种植制度类似的南方水稻主产区,在减少40%化肥条件下,紫云英翻压22.5～30 t·hm~(-2)较为适宜。     

紫云英-水稻轮作不同肥料配施对生土碳氮和磷肥利用率的影响

采用盆栽试验研究紫云英-水稻轮作下有机无机肥配施对水稻产量、生土碳氮和磷肥农学利用率的影响。试验设置2水平腐植酸用量(H1:0 g·kg^-1和H2:20 g·kg^-1)、2水平氮肥用量(N1:0 g·kg^-1和N2:0.5 g·kg^-1)、4水平磷肥用量(P1:0 g·kg^-1,P2:0.30 g·kg^-1,P3:0.55 g·kg^-1和P4:0.80 g·kg^-1),共16个处理,分析不同腐植酸、氮肥和磷肥用量对水稻产量、可溶性有机碳、微生物量碳氮、铵态氮、硝态氮和磷肥农学利用率的影响。结果表明,与不施肥处理相比,单施氮肥处理的水稻产量显著下降64%。施用腐植酸、氮肥和磷肥均可显著促进水稻增产,但显著降低了微生物量氮含量。可溶性有机碳含量仅受氮肥影响,且存在极显著负相关关系。施用氮肥和磷肥可显著提高土壤微生物量碳和铵态氮含量,但施用腐植酸有相反的效果。施用腐植酸显著降低了磷肥的农学利用率,H1N2P3处理磷肥的...     

去除溶解性有机质对红壤水稻土碳氮矿化的影响

【目的】研究溶解性有机质（DOM）对红壤水稻土碳、氮矿化作用的影响，为正确认识红壤碳、氮循环的过程机制、制订科学的养分管理措施及有效控制温室气体排放提供参考依据。【方法】采用发育于第四纪红粘土的水稻土，以旱地红壤为对照，通过室内恒温培养试验研究了去除DOM土和原土间有机碳、氮的矿化差异。【结果】去除DOM使土壤有机碳的累积矿化量在培养前期（12 d）下降了6.3%～8.9%（平均7.5%），但整个培养期内仅降低3.6%～6.1%（平均5.0%），其影响不显著。去除DOM对不同土壤有机氮矿化的影响不同。3种水稻土在去除DOM后，土壤有机氮的累积矿化量显著下降，降幅为11.2%～18.3%（平均12.9%），而旱地红壤仅下降7.6%，与原土没有显著差异。【结论】DOM是土壤微生物生命活动中重要的氮素来源和有机氮矿化的原初物质，虽然只占土壤有机质的很少一部分，但在红壤水稻土有机氮的矿化中起重要作用。     

不同施肥水稻土可溶性有机氮变化速率及对细菌的响应

为揭示土壤可溶性有机氮(SON)变化速率(V_(SON))对细菌的响应,以水稻土为研究对象,研究了单施化肥(CK)、化肥配施紫云英(CMV1)和单施紫云英(CMV2)处理水稻生育期内耕层土壤SON含量及其变化速率,并探讨了V_(SON)对细菌数量及群落结构的响应。结果表明:水稻生育期内CMV1和CMV2处理耕层土壤SON含量较CK处理分别高16.90%和20.20%,V_(SON)则分别低22.26%和33.37%;水稻生育前期(0～24 d)耕层土壤SON下降幅度较大,且以移栽期V_(SON)数值最大(1.02～2.02 mg·kg~(-1)·d~(-1))。水稻生育期耕层土壤V_(SON)与细菌群落多样性和丰富度密切相关,且对放线菌门微球菌科和变形菌门草酸杆菌科的响应最为敏感;水稻移栽期土壤V_(SON)对微球菌科和草酸杆菌科的响应较为敏感,水稻分蘖期土壤V_(SON)对草酸杆菌科、绿弯菌门和Solibacteraceae Subgroup_3科的响应较为敏感,而水稻成熟期土壤V_(SON)则对放线菌门的响应更为敏感。研究表明,紫云英翻压可显著提高耕层土壤SON含量,降低水稻生育期内耕层土壤V_(SON),耕层土壤V_(SON)与施肥和生育期密切相关,且其对细菌的响应有所不同。     

施猪粪对水稻土有机碳剖面分布的影响

基于持续10 a的浙江省平湖地区水稻土长期定位试验,研究了长期施肥下水稻土剖面总有机碳（TOC）,各粒级有机碳和热水溶性有机碳（HWOC）分布特征,阐明施猪粪影响下土壤有机碳的积累和演化规律。结果表明:①在0～45 cm土层,施猪粪地块土壤总有机碳显著高于对照,且随土层深度的增加,施有机肥使土壤有机碳质量分数提高的幅度越大;②总有机碳和砂粒碳、粉粒碳之间呈显著的正相关性关系（P＜0.05）,且受土壤粉粒和黏粒对有机碳物理保护容量控制,0～45 cm土层土壤有机碳以砂粒碳为主,45～85 cm土层则以粉粒碳和黏粒碳为主;③施猪粪可提高土壤热水溶性有机碳。图2表4参28     

种植翻压紫云英对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响

利用5年连续种植、翻压紫云英的定位试验稻田为平台,研究了紫云英-单季水稻种植体系下土壤结构性能及有机碳含量的变化。研究结果表明:与不施肥对照相比,长期种植翻压紫云英能显著提高土壤有机碳及易氧化有机碳含量,促进土壤大颗粒团聚体的形成,降低土壤容重,增加土壤孔隙度;在4个处理中,翻压紫云英+施用化肥处理的土壤微生物量C、微生物量N含量均最高,土壤活性有机碳比例高达38.5%。     

种植翻压紫云英对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响

利用5年连续种植、翻压紫云英的定位试验稻田为平台,研究了紫云英-单季水稻种植体系下土壤结构性能及有机碳含量的变化。研究结果表明:与不施肥对照相比,长期种植翻压紫云英能显著提高土壤有机碳及易氧化有机碳含量,促进土壤大颗粒团聚体的形成,降低土壤容重,增加土壤孔隙度;在4个处理中,翻压紫云英+施用化肥处理的土壤微生物量C、微生物量N含量均最高,土壤活性有机碳比例高达38.5%。     

不同利用方式对紫色水稻土水溶性有机碳的影响

通过研究西南大学试验农场包括不同的耕作、轮作和施肥的综合利用方式对经14年28茬的紫色水稻土水溶性有机碳的差异,探究利用方式对水溶性有机碳的影响。结果表明:0￣30cm土壤水溶性有机碳变化范围在30.3￣339.8mg/kg,热水提取的水溶性有机碳变化范围在60.9￣740.2mg/kg,两种方法提取的有机碳随深度增加而降低。长期垄作并实行稻油轮作的利用方式使土壤水溶性有机碳在0￣30cm土层与其他利用方式相比明显增加,并且差异显著;而水旱轮作(稻油)利用方式下的水溶性有机碳含量最低。水溶性有机碳可用作评价利用方式对紫色水稻土质量变化影响的有效指标。从提高土壤水溶性有机碳含量的角度来看,垄作并实行稻油轮作的利用方式比较适合紫色水稻土。     

紫云英配施不同量化肥对水稻产量及经济效益的影响

为了研究紫云英配施不同量化肥对水稻产量及经济效益的影响,设置不施肥(CK),仅施100%化肥(即当地常规施肥量),紫云英(22 500kg/hm2)分别与当地常规施肥量的100%、80%、60%、40%配施6个处理,连续3a进行田间小区试验。结果表明:2008年紫云英+60%化肥处理水稻产量最高,达到9 540kg/hm2,比CK增产18.2%;其次是紫云英+80%化肥处理,产量达到9 315kg/hm2,比CK增产15.4%。2009年紫云英+80%化肥处理水稻产量最高,达到9 424.5kg/hm2,比CK增产39.6%。2010年紫云英+100%化肥处理水稻产量最高,其次为紫云英+80%化肥处理。紫云英与80%、60%、40%化肥配施,其总净收入均高于仅施100%化肥处理和CK。从稻谷产量、净收入和产投比及环境友好性综合来看,紫云英(22 500kg/hm2)与当地常规施肥量的60%配施最优。     

土壤活性氮动态变化及氮素可利用性对紫云英翻压量的响应

通过田间定位试验,研究了减量化肥紫云英不同翻压量下土壤活性氮的含量、动态变化及氮素可利用性,探讨了紫云英鲜草的适宜翻压量和土壤氮素利用效率,为双季稻合理施用氮肥提供理论依据。在稻-稻-紫云英轮作体系典型时期紫云英翻压前、早稻分蘖盛期、早稻成熟期、晚稻分蘖盛期、晚稻成熟期分别采集土壤样品,监测稻田土壤微生物量氮（MBN）、可溶性有机氮（DON）含量动态变化及氮素可利用性,并分析晚稻成熟期土壤铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）含量。结果表明：与对照（CK）处理相比,各施肥处理均提高了土壤全氮（TN）、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量,增幅分别为10.4%~21.2%、10.3%~44.1%和14.7%~52.9%。在翻压紫云英15.0~22.5 t·hm^-2时,土壤TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量均随紫云英还田量增多而提高,之后则随还田量的增多而降低。与常规施肥处理相比,化肥减施下紫云英各翻压量处理均提高了土壤MBN、DON及活性氮含量,增幅分别为7.0%~28.7%、8.5%~22.5%和5.8%~26.6%,且随紫云英翻压量的增加呈先增加后降低的变化趋势,MBN和活性氮含量均在翻压量22.5 t·hm^-2时最高,DON含量在翻压量30.0 t·hm^-2时最高。MBN/TN在翻压量22.5 t·hm^-2时最高,DON/TN在翻压量30.0 t·hm^-2时最高。各处理不同时期土壤MBN、DON含量及MBN/TN、DON/TN有明显波动,总体来看,土壤MBN含量及MBN/TN在早稻分蘖盛期明显降低,早稻成熟期有所回升,至晚稻成熟期又逐渐降低;土壤DON含量及DON/TN在早稻成熟期降至最低,至晚稻成熟期再次上升。研究表明,减施40%化肥条件下长期翻压紫云英不仅能增加土壤活性氮含量,同时有利于提高土壤氮素可利用性,紫云英翻压量22.5~30.0 t·hm^-2时效果最好。     

添加紫云英后2种水稻土的DOC动态特征与差异分析

以福建省2种典型中低产田(红泥砂田和灰黄泥砂田)为研究对象,在15和25℃条件下进行室内模拟淹水培养试验,研究添加等量紫云英后二者的可溶性有机碳(DOC)动态变化特征差异.结果表明:与对照相比,2种温度培养下添加紫云英均显著提高红泥砂田和灰黄泥砂田的DOC含量,2种温度下灰黄泥砂田的DOC含量分别比红泥砂田高29.38%~694.98%和45.40%~471.22%,且二者均呈先增后减、最后趋于稳定的变化趋势;25℃条件下土壤DOC峰值(10 d)较15℃条件下(20d)提前了10 d.可见,中低产水稻土添加紫云英后DOC含量均显著提高,不同肥力水平和培养温度下土壤DOC动态变化规律相似,但其动态特征差异较明显,肥力相对较高的灰黄泥砂田有利于DOC的形成,培养温度升高则加速DOC的形成.     

施肥类型和种植年限对淹水稻田土壤可溶性有机碳的影响

采用淹水连续培养法研究了延边地区2种种植年限(80年和120年)3种施肥方式(单施化肥、化肥配施有机肥、单施有机肥)的稻田土壤可溶性有机碳(DOC)的时空分布格局.结果表明:长期淹水培养条件下稻田土壤DOC存在明显的时空变异性;单施化肥或化肥配施有机肥有利于长期淹水稻田表层土壤DOC的释放;单施有机肥促进了深层土壤DOC的积累,使耕层形成明显的土壤DOC垂直空间异质性,而化肥施用则削弱了土壤DOC垂直分布的异质性;连作80年稻田淹水培养期土壤DOC含量高于连作120年土壤,且连作80年稻田培养期DOC含量波动时间(28 d)短于120年土壤(49 d).     

旱地和水田土壤DOC吸附-解吸对pH的响应

为揭示pH对农田土壤DOC吸附-解吸的影响,以亚热带红壤区旱地和水田土壤为研究对象,采用室内模拟实验,对两种土壤添加不同DOC量后分别在pH 4、pH 6和pH 8条件处理下的吸附和解吸试验进行研究,分析不同pH反应条件下土壤对DOC的吸附和解吸过程,并计算土壤对DOC吸附和解吸的参数,探讨DOC吸附和解吸对pH的响应,初步探析吸附对DOC组成的影响。结果表明,同一土壤在pH 4、pH 6和pH 8条件下对DOC的吸附量差异显著(P0.05)。随着DOC初始浓度的增加,在pH 4、pH 6和pH 8条件下旱地土壤对DOC的平均吸附量为4.90、2.98和8.86 mg/g,水田土壤对DOC的平均吸附量为4.12、3.10和8.90 mg/g。土壤DOC吸附方程的拟合效果受到pH的显著影响。吸附平衡后,DOC溶液的单位吸光度值E254、E260、E272和E280(芳香性、疏水性组分)的变化率随pH增加而降低。两种土壤对DOC芳香性、疏水性组分的吸附能力受土壤类型影响较小,但受土壤环境pH的影响显著。两种土壤对DOC的解吸量随pH升高而降低。酸性条件下(pH 4),DOC的净吸附量旱地土壤显著大于水田土壤,但在pH 6和pH 8时两种土壤的净吸附量差异不显著。由于红壤区两种土壤多呈酸性,这可能是造成红壤区旱地和水田土壤DOC含量差异的主要原因之一。     

长期绿肥利用下红壤性水稻土有机碳和可溶性有机碳的垂直分布特征

为了探讨长期绿肥翻压对红壤性水稻土有机碳(SOC)和可溶性有机碳(DOC)垂直分布的影响,利用在江西丰城水稻田进行了8 a的长期定位试验,研究了不施肥不种植绿肥(CK)、不施肥种植绿肥(M)、施用化肥(F)和施用化肥并种植绿肥(F+M)4个处理下土壤SOC和DOC的垂直分布特征,以及SOC和DOC的计量关系。结果表明,早稻和晚稻季土壤SOC和DOC含量随深度变化可以用S函数描述,拟合曲线的决定系数分别为0.928~0.966和0.876~0.975,均达到极显著(P<0.01)水平。施用化肥或绿肥还田(F、M和F+M处理)主要影响了表层(0~20 cm)土壤的SOC和DOC,20 cm以下土层各处理的SOC和DOC差异不显著。绿肥还田(F+M和M处理)显著(P<0.05)提高了表层土壤的SOC和DOC,而化肥处理(F)仅显著(P<0.05)提高了表层土壤的SOC。与CK相比,M、F、F+M处理的早稻季表层土壤SOC含量分别显著(P<0.05)提高了51.1%、80.9%、92.8%,M、F+M处理的早稻季表层土壤DOC含量分别显著(P<0.05)提高了12.9%、46.2%,M、F、F+M处理的晚稻季表层土壤SOC和DOC含量分别显著(P<0.05)提高了66.6%、81.3%、81.2%和37.1%、10.8%、45.2%。表层土壤DOC含量随SOC呈线性增长,晚稻季DOC随SOC增长率要高于早稻季。施肥降低了土壤DOC/SOC,但施用绿肥减缓了DOC/SOC下降。可见,绿肥不仅有利于土壤有机碳提高,同时有利于土壤有机碳生态功能的稳定。     

Substitution of chemical fertilizer by Chinese milk vetch improves the sustainability of yield and accumulation of soil organic carbon in a double-rice cropping system

The double-rice cropping system is a very important intensive cropping system for food security in China. There have been few studies of the sustainability of yield and accumulation of soil organic carbon(SOC) in the double-rice cropping system following a partial substitution of chemical fertilizer by Chinese milk vetch(Mv). We conducted a 10-year(2008–2017) field experiment in Nan County, South-Central China, to examine the double-rice productivity and SOC accumulation in a paddy soil in response to different fertilization levels and Mv application(22.5 Mg ha~(–1)). Fertilizer and Mv were applied both individually and in combination(sole chemical fertilizers, Mv plus 100, 80, 60, 40, and 0% of the recommended dose of chemical fertilizers, labeled as F100, MF100, MF80, MF60, MF40, and MF0, respectively). It was found that the grain yields of double-rice crop in treatments receiving Mv were reduced when the dose of chemical fertilizer was reduced, while the change in SOC stock displayed a double peak curve. The MF100 produced the highest double-rice yield and SOC stock, with the value higher by 13.5 and 26.8% than that in the F100. However, the grain yields increased in the MF80(by 8.4% compared to the F100), while the SOC stock only increased by 8.4%. Analogous to the change of grain yield, the sustainable yield index(SYI) of double rice were improved significantly in the MF100 and MF80 compared to the F100, while there was a slight increase in the MF60 and MF40. After a certain amount of Mv input(22.5 Mg ha~(–1)), the carbon sequestration rate was affected by the nutrient input due to the stimulation of microbial biomass. Compared with the MF0, the MF100 and MF40 resulted in a dramatically higher carbon sequestration rate(with the value higher by 71.6 and 70.1%),whereas the MF80 induced a lower carbon sequestration rate with the value lower by 70.1% compared to the MF0. Based on the above results we suggested that Mv could partially replace chemical fertilizers(e.g., 40–60%) to improve or maintain the productivity and sustainability of the double-rice cropping system in South-Central China.     

UV-B辐射促进红壤水稻土中碳氮转化

以母质相同而有机质含量不同的两种水稻土(高有机质土,HO;低有机质土,LO)为对象,研究了三种强度的紫外(UV-B)辐射对两种土壤碳、氮转化的影响。结果表明:随着UV-B辐射强度的增加,土壤有机碳(TOC)含量降低,而可溶性有机碳(DOC)含量增加;UV-B辐射促进了土壤有机碳的降解和硝态氮的增加。在高强度的UV-B(2.83 W·m~(-2))辐射处理96 h后,LO和HO土壤的TOC含量分别减少了9.89%和10.16%,而DOC含量分别提高了39.24%和50.50%;同样辐射条件下,LO和HO土壤NO_3~--N含量分别比接受辐射前增加了74.48%和81.87%。因此,在农业生产中为了保护土壤碳库,减少氮素损失,应尽量避免地表裸露以降低UV-B辐射对土壤碳、氮转化的影响。     

基于紫云英利用的化肥施用方式对水稻产量和土壤碳氮含量的影响

通过连续4年定位大田试验,研究基于紫云英利用下的不同化肥施用方法对水稻产量及稻谷经济效益、氮素累积量以及土壤碳氮含量的影响。结果表明：①在紫云英利用(22 500 kg/hm2)下,与农民习惯施肥处理相比,化肥施用时间适当后移可以提高水稻两季总产量,其中减少20%和40%化肥施用量处理比基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为3∶4∶3处理分别增产2.37%和3.34%,基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为0∶7∶3处理的增产效果次之;②紫云英利用后化肥施用时间适当后移可增加水稻产值,基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为3∶4∶3的处理能增加水稻年平均产值3.0%,基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为0∶7∶3的处理增加年平均产值的效果次之;③化肥施用时间适当后移可提高水稻氮素累积总量、氮素稻谷生产效率、氮素偏生产力及氮素收获指数,其中基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为3∶4∶3处理提高水稻氮素累积总量、氮素稻谷生产效率、氮素偏生产力及氮素收获指数的作用最好;④化肥施用时间适当后移还可提高土壤碳和全氮含量,其中基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为3∶4∶3处理的效果最佳。综合比较以上结果,认为紫云英利用后化肥施用时间可适当后移,基肥、分蘖肥、壮籽肥质量比为3∶4∶3的施肥方法既能提高水稻产量,又能提升土壤肥力。