长期定位培肥黑土土壤蔗糖酶活性动态变化及其影响因素

长期定位试验研究不同施肥对玉米生长季土壤蔗糖酶活性的动态变化结果表明,玉米生长季施用高量有机肥处理土壤蔗糖酶活性波动较大,而施低量有机肥处理基本无明显变化,施化肥与未施肥处理有一定波动性,玉米生育前期其土壤蔗糖酶活性上升较快,后期基本保持不变。长期施有机肥处理黑土蔗糖酶活性明显高于施化肥和未施肥处理,且施高量有机肥明显高于施低量有机肥处理,其生长季土壤蔗糖酶活性保护容量为5 6mg/ g土·d且季节性变化平稳,可保持较高C转化能力,土壤有机质保持土壤蔗糖酶免遭变性、免遭分解作用显著。未施肥和施低量有机肥处理中部分土壤生物、理化性状因素与黑土蔗糖酶活性的动态变化呈显著或极显著相关性。黑土蔗糖酶活性与绝大部分土壤因素和植物N、P、K含量呈显著或极显著相关性     

长期培肥黑土脱氢酶活性动态变化及其影响因素

对东北典型黑土区长期不同培肥黑土脱氢酶活性在作物生长季的动态变化进行研究。结果表明,施用有机肥,生长季黑土总体脱氢酶活性显著高于施用化肥和不施肥,其生长季脱氢酶活性保护容量在5.5 mg TPF/kg土.h以上,黑土总体脱氢酶活性施用高量有机肥>低量有机肥>不施肥>化肥,季节性变化波动性大。长期施用高量有机肥脱氢酶活性最大峰值出现在拔节期,施用低量有机肥、化肥和不施肥最大峰值出现在完熟期;长期施用不同数量和种类肥料所引起的黑土总体脱氢酶活性差异并未因玉米生长影响而改变,说明长期施用高量有机肥黑土微生物氧化活性能力增强,土壤自身调解和维持肥力能力增强。黑土脱氢酶活性的动态变化与绝大多数土壤生物、理化特性指标的动态变化没有显著的相关性;总体脱氢酶活性与多数土壤生物、理化特性因子、植物全磷、钾含量有极显著和显著正相关关系。     

长期培肥对农田黑土土壤酶活性动态变化的影响

以黑龙江省农科院"黑土肥力与肥效长期定位试验"的农田黑土为研究对象,探讨了长期不同施肥处理对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、脱氢酶和转化酶活性动态变化的影响.试验结果表明,长期施用有机无机肥处理能显著增加土壤酶活性,比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤脲酶活性分别平均增加7.99%、13.78%、18.25%;比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤磷酸酶活性分别平均增加23.63%、12.79%、29.72%;比氮磷钾、有机肥、对照处理的土壤脱氢酶活性分别平均增加21.12%、13.11%、27.32%.5种酶的相关分析表明,各种土壤酶活性之间呈显著正相关,表明土壤酶活性能有效地反映农田黑土在长期施肥条件下土壤质量的变化.     

长期定位施肥对黑土磷酸酶活性的影响

对长期不同培肥制度下黑土磷酸酶活性进行研究。结果表明,中性磷酸单酯酶活性最高,磷酸二酯酶活性次之,磷酸三酯酶活性最低。不同施肥处理中性磷酸单酯酶活性顺序为:NPKNKM1+N2PK秸秆+N3PKCKM2+N1PK。磷酸二酯酶活性顺序为:M1+N2PKM2+N1PK秸秆+N3PKCKNKNPK。磷酸三酯酶活性各处理间无显著差异。     

不同有机肥及其混施对黑土酶活性动态变化的影响

在大垄双行栽培模式下,对不同有机物料及其混施对玉米不同生育期土壤酶活性的动态变化进行了研究。试验包括6个处理,分别为冷粪培肥、热粪培肥、秸秆培肥、冷热混施、秸粪混施和常规对照。结果表明:土壤酶活性随玉米生育期的变化呈现出明显的规律性,且6种培肥处理下酶活性的变化趋势基本一致。在提高土壤转化酶、脲酶和中性磷酸酶活性上冷粪培肥、热粪培肥和秸粪混施处理均具有显著效果,除秸秆培肥外其他各培肥处理对土壤过氧化氢酶活性影响均不大。在玉米生育时期内土壤酶活性的动态变化各不相同。各处理中过氧化氢酶、转化酶、脲酶和中性磷酸酶均是在大喇叭口期或者灌浆期、拔节期或者大喇叭口期、拔节期、大喇叭口期出现峰值。     

砂姜黑土长期定位培肥技术研究

根据20年定位试验资料,阐述了有机肥与化肥配施、单施有机肥、单施化肥及不施肥等五种施肥方式对作物产量和土壤肥力的影响。两季作物的总产量以有机肥与化肥配施处理最高,较单施有机肥和单施化肥分别增产18.4%～36.1%和7.4%～23.4%。有机肥与化肥配合,能显著增加土壤有机质、全氮、全磷、有效氮、磷的含量。每kg氮素增产粮食数也以等量的有机肥与化肥配施的处理最多。有机肥加化肥是砂姜黑土培肥改良较理想的施肥方式,但同时必须重视钾肥的施用。     

傅立叶变换红外光谱法表征玉米秆茬培肥土壤胡敏酸的变化

土壤腐殖质是土壤肥力的重要物质基础,在土壤有机碳库中占有相当大的比重,腐殖质可分成三个组分:胡敏酸(HA,不溶于酸),富里酸(FA,溶于酸)[1]和胡敏素(HM)。其中胡敏酸是土壤腐殖质中的活跃成分,其存在形态、分子组成、理化性质的变化对土壤的肥力特征都会产生巨大影响[2-3]。玉米植株残体作为有机肥的一个重要组成部分,施入土壤后必然对土壤HA的数量、组成、结构及存在形式产生影响,并使其理化性质发生改变,从而起到改善土壤环境和培肥土壤的作用。研究证明,玉米植株残体施入土壤后,土壤胡敏酸的理化性质得到显著的改善[4-5]。张晋京等…     

不同培肥措施对土酶活性的影响

10年定位试验的结果表明,秸秆、厩肥、有机肥配施化肥处理较单施化肥处理的土壤脲酶。碱性磷酸酶、过氧化氢酶和转化酶活性分别提高26．5％、39．7％、48．9％和111．6％．作物根系提高上述4种酶活性分别为85．1％、147．8％、81．5％和517．9％,作用极为显著施肥后休闲不能提高土壤酶活性．脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶活性与土壤有机质、全氮、有效氮、全磷及小麦产量均有很好的相关性有机肥配施化肥的培肥效果最好。     

不同培肥方式黑土腐殖质形态特征研究

针对吉林省黑土区存在的土壤有机质下降、耕地质量退化等问题,利用公主岭国家黑土肥力与肥料效益监测基地连续20年的长期定位试验,采用核磁共振波谱分析法(NMR)、红外光谱分析法(IR)等现代分析方法,研究了不同培肥途径耕层土壤腐殖质的组成、形态结构及动态变化趋势。结果表明:不同培肥途径对耕层土壤腐殖质特征影响明显。施用玉米秸秆处理(S+NPK)和施用有机肥+轮作处理(M+NPK+R)均显著增加了土壤胡敏酸中脂肪族结构成分,单施有机肥处理(M+NPK)显著增加了土壤胡敏酸中羟基含量,S+NPK处理游离羧基含量显著增多。S+NPK、M+NPK及M+NPK+R处理,土壤富啡酸的甲基、亚甲基和次甲基结构成分显著增多,游离羧基含量也显著增多。单施化肥处理,浸提的富啡酸中无机碳酸盐和硅酸盐成分明显增多,化肥长期施用导致土壤中游离富啡酸数量显著减少,土壤的耗竭式利用,导致土壤中铁、铜结合态或络合态的富啡酸增加。不同培肥方式对黑土胡敏酸和富啡酸的元素组成影响有较大的差异,但均可引发胡敏酸C含量降低,N含量增加,富啡酸C、N、H含量增加,O含量降低,可通过不同的培肥方式对土壤腐殖质的元素组成进行调节。     

长期不同施肥对土壤剖面中有效硫累积与分布的影响

据估计,到2012年世界农业缺硫量每年达1100万吨,而亚洲和美洲将成为全球最严重的缺硫地区[1]。许多研究表明,施硫肥能增加粮食产量,提高粮食品质和水分利用率等[2-4]。SO42-带负电荷,土壤粘粒和有机质对其吸附很少,主要存留在土壤溶液中随水运动,易于淋失[5]。Bardsley等发现,在粗质地近中性土壤上,大雨后易发生缺硫,主要是由于淋洗损失[6]。SO42-淋溶累积及影响因素国外已有报道[7-10];国内,樊军等[11]在北方旱地黑垆土上进行不同N、P配比与用量的长期定位,对试验土壤剖面有效硫的分布与累积进行了研究;南方水田土壤剖面中发生的硫的淋…     

长期定位施肥下黑土呼吸的变化特征及其影响因素

阐明长期不同施肥下的土壤呼吸特征及其影响机制对黑土区固碳减排研究至关重要。该研究基于1990年开始的国家土壤肥力与肥料效益监测网站-吉林省公主岭市黑土监测基地,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥(1.5(NPKM1))、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理,明确了长期不同施肥下土壤总呼吸和异养呼吸的季节变化特征,并分析了土壤温度、水分、微生物量碳氮、铵态氮、硝态氮与土壤呼吸和异养呼吸的关系。结果表明:长期有机无机肥配施可以显著提高土壤有机碳、全氮、土壤速效磷、有效钾的含量和土壤活性有机碳库组分含量(P0.05);与不施肥相比,长期有机无机肥配施和无机配施秸秆处理分别显著增加土壤呼吸及异养呼吸碳累积排放量56.32%~86.54%和70.01%~100.93%;根系呼吸对土壤呼吸的整体贡献为23.68%~34.30%;相关分析表明,土壤呼吸速率和异养呼吸速率与土壤温度极显著正相关(P0.01),与土壤含水率呈显著负相关(P0.01),土壤温度可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的42.79%和39.61%;土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮均与土壤呼吸速率和异养呼吸速率极显著相关(P0.01),土壤微生物量碳氮、土壤硝态氮可以分别解释土壤呼吸和异养呼吸变化的78.42%和77.18%,58.33%和56.79%,59.29%和59.14%;土壤铵态氮虽然显著影响土壤呼吸速率(P0.05),可以解释土壤呼吸变化的5.56%,但其对异养呼吸速率的影响不显著。综合来看,微生物量碳对土壤呼吸及异养呼吸的影响最大,而土壤含水率(15%)越高则土壤呼吸越弱;无机配施秸秆处理可以提高土壤碳库组分含量,且作物生育期内土壤呼吸及异养呼吸碳累积释放量均低于等氮量下施用有机肥(NPKM1)的处理,为最佳的农田管理措施。     

长期施肥下褐土生产力的演变及其影响因素

【目的】 土壤生产力提升和稳定是农业可持续发展的基础。研究过去30年间常规施肥条件下,褐土生产力的变化,厘清影响褐土生产力水平的主要因素,为褐土的培肥改良和生产力提升提供理论依据。 【方法】 基于全国28个长期定位试验点的褐土定位试验,分析了29年 (1988—2016) 不施肥和常规施肥两个处理的土壤肥力指标,并运用主成分分析方法分析了地力和施肥因素对产量的影响。 【结果】 1) 不施肥处理小麦和玉米产量均为先降低后缓慢升高,均值分别为3175和4056 kg/hm2;常规施肥处理小麦产量逐渐升高,玉米产量趋于平稳,均值分别为6124和7432 kg/hm2;小麦和玉米的增产量先升高后降低,均值分别为2901和3429 kg/hm2。施肥提高了作物产量的可持续性指数 (SYI),小麦和玉米SYI值分别为0.57和0.54,分别提高了54.82%和52.49%;降低了变异系数 (CV),小麦和玉米分别降低了44.70%和40.77%。2) 褐土区小麦季和玉米季地力贡献率分别为53.0%和54.2%,变异系数分别为41.2%和37.6%。肥料总量的农学效率,小麦先升高后降低,均值为6.36 kg/kg,玉米先降低后趋于平稳,均值为13.89 kg/kg。氮肥农学效率随施肥年数增加而降低。3) 主成分分析结果表明,影响小麦产量的5个主成分的累积贡献率为71.729%,影响玉米产量的4个主成分的累积贡献率为67.948%,对于两种作物,有机肥用量的影响最大,其次是土壤全氮和有机质含量。 【结论】 褐土区土壤生产力受有机肥用量和土壤全氮、有机质含量的影响最大,因此褐土区生产力的提高与地力的提升和肥料的科学施用密切相关。地力提升可以采取秸秆还田、施用有机肥等措施;肥料施用需要适当提高磷肥的比例,降低氮肥的比例,同时适当提高有机肥的比例。      

长期不同施肥下潮土磷素的演变特征

【目的】研究在施磷量相等的条件下长期施用有机肥和化肥对潮土全磷、有效磷的演变的影响,为潮土地区农业生产和地力培育提供理论依据。【方法】以河南封丘的肥料长期定位试验(开始于1989年)为平台试验设置7个处理,即有机肥(OM)、1/2有机肥+1/2化肥(1/20M)、氮磷钾(NPK)、氮磷(NP)、磷钾(PK)、氮钾(NK)和不施肥处理(CK)分析比较了不同处理土壤的全磷、有效磷含量及两者比值的演变规律。【结果】所有施磷处理土壤全磷均与试验年份呈显著线性相关,1/2有机肥+1/2化肥、有机肥和氮磷钾处理土壤全磷年均增加量为0.0083、0.0081和0.011 g/kg;各处理2008~2010年3年平均土壤有效磷含量大小顺序为PKOM1/20MNPKNPCKNK施磷处理下试验进行的前11年土壤有效磷快速增加,以后达到稳定状态;有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理土壤有效磷与全磷的比值显著高于氮磷钾处理,试验20年后有机肥处理和1/2有机肥+1/2化肥处理有效磷/全磷是氮磷钾处理的1.9和1.4倍。磷素平衡与全磷及有效磷含量均达到了极显著相关相关系数分别为0.981和0.886。磷素盈亏每增加100 kg/hm2土壤全磷含量增加0.04 g/kg土壤有效磷含量增加约为2 mg/kg。试验20年后其他理化性质与土壤全磷、有效磷含量之间的相关关系均未达到显著水平。但土壤有机质和土壤全氮与有效磷/全磷的相关系数达到了显著水平,说明土壤有机质和全氮含量提高有利于土壤磷素的活化。【结论】土壤全磷和有效磷的演变都显著受磷素盈亏的影响。在每年P_2O_5投入量相当于135 kg/hm~2时施用化肥更加有利于潮土全磷含量的提高;经过21年的不同施肥处理,平衡施用化肥处理有效磷含量只能维持在7 mg/kg左右这一水平处于中低水平,依旧需要磷的投入才能维持作物的高产。施用有机肥可以在不增加施磷量的条件下增加作物可吸收利用的磷。因此减少施磷量增施有机肥可能成为潮土地区减肥增效的重要手段。     

长期不同施肥黑土细菌和古菌群落结构及主效影响因子分析

【目的】依据黑龙江省农科院34年的长期定位试验,探讨影响东北黑土细菌和古菌区系的主效环境因子。【方法】试验采集不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)、施氮钾肥(NK)、施磷钾肥(PK)、施氮磷钾肥(NPK)5个施肥处理的耕层土样借助传统化学分析方法和Illumina Miseq高通量测序技术解析土壤化学性状和细菌与古菌的群落结构特征,并对细菌和古菌群落结构与环境因子进行相关性分析。【结果】1)不同施肥处理土壤细菌和古菌群落结构存在显著差异与CK相比,4种施肥处理均降低了古菌丰富度,NPK处理增加了土壤细菌的丰富度、多样性以及古菌的多样性;变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)是所有土样中的优势菌群,占细菌与古菌总量的38.2%~42.9%。施肥条件下,放线菌门(Actinobacteria)、浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)、蓝藻门(Cyanobacteria)的相对丰度降低芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、厚壁菌门(Firmicutes)的相对丰度升高而其他菌门的相对丰度对不同施肥处理的响应不同。2)施用氮肥显著改变了土壤化学性状,长期施氮(尿素)处理的土壤全氮、速效氮和有机质含量显著高于不施氮处理而pH则显著降低。3)RDA分析结果显示,pH对土壤细菌和古菌群落结构的影响最大解释了66.5%的变化;其他环境因子则共解释了细菌与古菌群落33.5%的变化各因子的贡献率依次为pH速效钾有效磷有机质。Pearson相关性分析结果也表明,细菌和古菌群落与土壤化学指标间存在密切的相关关系。【结论】解析了长期不同施肥条件下土壤细菌和古菌的群落结构特征,确定了pH是影响土壤细菌和古菌区系的主效环境因子,氮磷钾均衡施肥不仅显著提高了作物产量和丰富了土壤养分含量,同时也增加了土壤细菌的丰富度、多样性以及古菌的多样性,有利于维持良好的土壤生态环境。研究结果对揭示东北黑土肥力演变机制、建立合理的施肥制度具有重要的理论价值。     

长期施肥下红壤旱地磷素有效性影响因子的冗余分析

以长期施肥(1988～2014年)的红壤旱地为研究对象,以全磷(TP)、有效磷(Bray-P)为响应变量,土壤pH值、大小粒级团聚体组成比例(PSAi)、铁铝氧化物、阳离子交换量(CEC)、分形维数(D)等指标为解释变量,借助于冗余分析(RDA)方法探讨各指标变量与红壤旱地TP和Bray-P含量变化的相关关系.研究结果...     

长期不同施肥下黑土和红壤团聚体氮库分布特征

为阐明长期不同施肥下土壤氮库的演变特征,揭示氮库稳定性不同的团聚体对不同施肥的响应,为化肥和有机物的合理施用提供科学依据。本研究通过对黑土和红壤22年的田间肥料定位试验,研究了长期不同施肥模式对土壤全氮、 微生物氮以及各级团聚体中氮贡献率的影响。结果表明,长期不施肥（CK）和施用化肥（NPK）,黑土土壤全氮含量以0.015 g/(kga)的速率显著下降（P 0.05）;而长期化肥配施有机肥（NPKM）,黑土全氮含量以0.025 g/(kga) 的速率显著上升（P 0.05）。在CK、 NPK、 NPKM和秸秆还田（NPKS）处理下,红壤全氮含量均没有显著变化。施肥22年后,NPKM处理下黑土和红壤微生物氮含量较NPK处理下分别增加了15% 和 43%,全氮含量分别增加了43% 和45%,差异均达到显著水平（P 0.05）。氮素在黑土上主要积累在253 m 微团聚体中,达到0.73~1.21 g/kg,在红壤上主要积累在2 m 微团聚体中,达到0.46~0.98 g/kg。与NPK相比,NPKM 处理下黑土和红壤 250~2000 m大团聚体中氮素贡献率均显著提高,分别增加了4.3% 和 5.1%。与NPK相比,NPKM 和 NPKS 处理下,红壤 253 m 微团聚体中氮贡献率分别降低了5.9% 和 9.7%,而黑土除大团聚体外的各级团聚体氮贡献率均没有显著变化。可见,不同土壤类型对施肥响应不同, 主要是253 m 微团聚体中氮素的响应不同,化肥配施有机肥可提高土壤250~2000 m 大团聚体中氮的贡献率,进而增加土壤对作物的氮素供给能力,是有助于提高土壤肥力和生产力的农业生产可持续性施肥模式。     

黑土根际土壤有机碳及结构对长期施肥的响应

由于人类农业措施的干扰,氮肥和畜禽粪污大量输入到黑土中,对土壤有机碳库产生了较大负面影响。根际有机碳在调控土壤碳循环和养分转化中发挥着重要的作用。探明根际有机碳对不同养分的生态响应,可为不同施肥处理下黑土农田生态系统碳固持和农田可持续利用提供理论依据。该研究以黑土长期定位试验为基础,采集长期不施肥（CK）、常量氮（N）、二倍量氮（N2）、常量有机肥（M）、二倍量有机肥（M2）、常量有机肥+常量氮（MN）、二倍量有机肥+二倍量氮（M2N2）7个处理下大豆根际土壤,分析了根际有机碳和活性有机碳特征,同时利用固态核磁共振技术分析其光谱特征。结果表明,N、M2、MN和M2N2处理的根际土壤有机碳含量显著高于非根际水平,且以MN和M2N2处理的根际效应最显著,分别比非根际增加了18.3%和26.7%。分析核磁共振光谱显示,与非根际土壤相比,根际土壤具有较高的烷氧基碳比例和较低芳香碳比例,表明根际效应能够改变土壤有机碳结构比例。与不施肥处理相比,大部分施肥处理提升了黑土根际有机碳含量,其中以氮肥马粪配施和二倍量马粪（M2N2）处理提升幅度最高。由核磁共振图谱可知,M2和M2N2处理均增加根际土壤难降解成分烷基碳比例、芳香基碳比例、烷基碳与烷氧基碳比值、芳香碳与总碳比值,而MN处理仅增加烷基碳比例、烷氧基碳比例以及烷基碳与烷氧基碳比值。二倍量氮肥（N2）处理降低烷基碳比例、芳香碳比例和烷氧基碳比例,根际土壤难降解成分降低,不利于土壤固碳,同时证明固态 13C-核磁共振技术结合半定量分析能够准确地分析不同有机碳结构组分变化,深刻认识根际土壤有机碳的稳定机制。     

长期不同施肥下黑土与灰漠土有机碳储量的变化

采用长期试验,研究了20年不同施肥下1 m深黑土与灰漠土有机碳含量与碳储量的剖面变化。结果表明,单施化肥和不施肥对黑土1 m土层有机碳储量没有显著影响,但灰漠土略有降低。有机肥配施化肥能显著提高土壤有机碳含量和储量。高量有机肥配施化肥（NPKM2）能提高020 cm和2040 cm土层土壤有机碳含量,黑土分别提高56.6%和49.6%、灰漠土提高143.1%和46.9%;常量有机无机配施（NPKM）效果较差,增幅分别为黑土35.1%和35.3%,灰漠土80.2%和4.1%。两种土壤1 m土体的有机碳储量,NPKM2处理分别提高了C 30.7 t/hm2与C 40.6 t/hm2。显然,有机无机肥配施可以显著提高1 m深土体中有机碳储量,主要是由于提高了040 cm土层土壤有机碳含量。     

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。