长期不同施肥模式下砂姜黑土的固碳效应分析

以安徽淮北32 a的定位试验为平台,运用土壤等质量方法对土壤耕层的固碳效应进行了研究。结果表明,较不施肥和单施化肥,施用有机肥显著降低了表层土壤容重。长期施用有机肥和单施化肥均对提高土壤有机质和活性有机质含量有显著作用,但以高量有机肥和化肥配施的效果最明显。土壤碳库管理指数以有机肥和化肥配施的效果显著,而长期单施化肥降低了土壤碳库管理指数,表明化肥长期施用下土壤肥力下降。0~20 cm土层的有机碳储量有机肥化肥配施的最高,其次为单施有机肥、单施化肥,不施肥最低。有机肥有助于提高土壤质量,且有机肥和化学氮肥分别以高于N262.5 kg hm-2 a-1配施的效果最佳。     

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。     

不同施肥模式下褐土的有机碳组分及碳固存效应变化

【目的】基于长期定位试验,研究长期有机无机肥配施下褐土有机碳含量及其组分构成的演变特征,以深入了解有机肥对土壤碳固存能力的影响机制,为通过科学养分管理实现褐土生态环境稳定和提高生产力提供理论依据。【方法】有机无机肥配施试验于1992年在山西寿阳旱地农业生态系统国家野外科学观测研究站进行,种植制度为一年一季玉米。试验采用氮、磷、有机肥三因素四水平正交设计,共18个处理,本研究选择其中的9个处理：N₀P₀M₀、N₁P₁M₀、N₂P₂M₀、N₃P₃M₀、N₄P₄M₀、N₂P₁M₁、N₃P₂M₃、N₄P₂     

长期施肥条件下黑土有机碳和氮的动态变化

以黑土地区海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站的农田长期(1990～2004年)肥料定位试验土壤为试验材料,对不同施肥处理有机碳和氮进行了系统分析。结果表明,长期不施化肥(CK),土壤中有机碳、全氮、碱解氮及C/N呈现下降趋势;长期施用氮肥,土壤有机碳亏损速率较大,但土壤氮素变化较小,C/N保持相对稳定;长期施用磷肥,土壤有机碳含量下降速率较小,但全氮含量下降速率较大,因而C/N保持上升趋势;长期施用钾肥,土壤有机碳、氮及C/N变化趋势相同,但土壤有机碳含量下降速率较小,C/N增加较快。因此,通过调控化肥可以维持土壤的有机碳、全氮及碱解氮含量,保持土壤的持续生产力及提高作物产量。     

长期定位施肥对棕壤有机碳的影响

通过对棕壤有机肥和化肥长期定位施肥的研究表明,长期施肥对耕层土壤有机碳含量和有机碳储量有显著性影响(P<0.05)。与试验前土壤相比,施用有机肥能显著增加土壤有机碳含量和储量;当有机肥和无机肥配合施用时,其促进作用明显大于单施化肥。单施化肥能够提高土壤有机碳含量和储量,但增加幅度不大。经过26年施肥,不同层次土壤有机碳含量有一定程度的升高,随着土层的加深,有机碳含量迅速下降,各处理之间无明显差异。     

长期不同施肥方式下土壤有机碳的垂直分布及碳储量

为了研究施肥对土壤有机碳含量的影响,在湖北省农业科学院南湖实验站进行了25年不同施肥方式的长期定位试验。研究结果表明:与对照相比,除单施氮肥与单施有机肥外,其他施肥方式均提高了0～20cm土壤有机碳含量与碳储量;与对照及单施化肥相比,有机肥配施化肥均提高了0～20cm及0～100cm土壤有机碳含量与碳储量。单施化肥与单施有机肥对各土层土壤有机碳含量影响较小,且土壤有机碳累积少;而化肥配施有机肥提高了0～20cm与20～40cm土壤有机碳含量与碳储量。除对照及氮磷钾肥配施过量有机肥处理外,其他处理土壤全氮与有机碳含量间具有显著相关性。有机肥与化肥配合施用是提高农田土壤有机碳,增加土壤碳储量的有效方法。     

土地利用变化与长期施肥对黑土有机碳密度的影响

土壤管理方式影响土壤碳库储量,进而影响土壤的源汇功能。该研究通过测定草地(GL)、裸地(BL)、农田无肥(NF)、化肥(NP)和化肥配施有机肥(NPM)处理的有机碳含量和土壤容重,估算了不同土地利用和施肥管理方式下的土壤有机碳密度的变化及农田的固碳潜力。结果表明,土壤有机碳含量表层最高而且变化较大,向下逐渐降低且变化较小。对于不同植被覆盖的3个处理,草地0-20cm土层土壤有机碳含量比裸地和无肥分别高出20.6%和16.4%。对于不同施肥管理方式,化肥有机肥配施土壤有机碳含量比无肥和化肥分别高出25.4%和15.5%,所有处理有机碳含量在160-200cm土层没有显著差异。0-40cm土层及0-100cm土体有机碳密度的变化趋势是NPMGLNPNFBL;40cm以下有机碳储量无规律性变化,表现出较大的变异性,这可能与土壤本身的空间异质性有关。草地100cm土体有机碳储量比裸地和无肥分别增加6.8%和5.7%,裸地和无肥无显著差异;化肥加有机肥100cm土体有机碳储量比化肥和无肥分别增加10.4%和5.9%。经估算,松嫩平原黑土区0-100cm土体有机碳库储量约为1.35Pg,农田有机培肥后碳库储量可达到0.96Pg,其固碳潜力约为0.05Pg。0-100cm土体有机碳密度与0-20cm土层有机碳含量及有机碳密度呈极显著正相关(r=0.99;r=0.97,P0.01),表明土壤表层有机碳含量及密度对0-100cm土壤有机碳库具有决定作用。     

长期施肥土壤不同粒径颗粒的固碳效率

【目的】探讨不同施肥措施土壤有机碳在不同粒级颗粒中的分配及变化情况,可揭示各级颗粒中有机碳与外源有机碳输入之间的定量关系。【方法】依托南方红壤连续20年长期定位施肥试验,依据外源有机碳累积输入梯度选择不施肥(CK)、氮磷钾化肥配施(NPK)、氮磷钾化肥与秸秆配施(NPKS)、轮作条件下氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKMR)、氮磷钾化肥与有机肥配施(NPKM)、单施有机肥(M)、增量氮磷钾化肥与增量有机肥配施(1.5NPKM)7个处理,并采用物理分组方法将土壤颗粒分为砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)和粘粒(2μm)4个组分。【结果】与不施肥相比,长期施肥均能显著增加土壤总有机碳及各级颗粒中的有机碳的储量,其中以施用有机肥的效果最明显。不同施肥处理各级颗粒中以粘粒的有机碳储量最高,平均为16.26 t/hm~2。施用有机肥和秸秆还田均能显著增加砂粒中有机碳的分配比例,降低粘粒有机碳的分配比例而对粗粉粒和细粉粒无显著影响。土壤砂粒所占的质量百分比及其与粗粉粒、细粉粒和粘粒的比值均与粗粉粒、细粉粒和粘粒组分中有机碳的浓度呈显著正相关关系表明小颗粒(粗粉粒、细粉粒和粘粒)中有机碳的固持和富集促进了大颗粒(砂粒)的形成与稳定。各级颗粒之间,施用有机肥处理的土壤粘粒组分的固碳速率最快,为0.29~0.52 t/(hm~2·a),其次为砂粒[0.30~0.40 t/(hm~2·a)]而粗粉粒和细粉粒的固碳速率基本相当为0.09~0.16t/(hm~2·a)。分析结果还表明土壤总有机碳及各级颗粒有机碳与外源有机碳的输入呈显著正线性相关关系,其中土壤总固碳效率为10.57%而各级颗粒之间,粘粒和砂粒组分的固碳效率(4.25%和3.60%)相当于粗粉粒和细粉粒(1.73%和1.00%)的2倍以上。【结论】南方红壤各级颗粒中有机碳均没有出现饱和现象,有机碳主要在土壤粘粒和砂粒组分中富集,细颗粒中有机碳的富集会促进大粒径土壤颗粒的形成而粘粒是土壤固碳效率最重要的矿物颗粒组成部分。表明长期配施有机肥不仅是红壤有机质提升的重要措施,也是改善红壤结构的重要途径。     

长期施肥下褐土易氧化有机碳及有机碳库的变化特征

本研究探讨了24年长期施肥对褐土土壤有机碳(TOC)、有机碳储量(TOCs)、净固碳效率(NCSE)和碳库管理指数(CPMI)的影响,为评价褐土土壤碳库变化与质量及科学施肥提供理论依据。研究以褐土肥力与肥料长期定位试验为平台,通过9个处理[A组:不施肥处理(N_0P_0、CK);B组:单施无机肥处理(N_1P_1、N_2P_2、N_3P_3和N_4P_4);C组:有机肥与无机肥配施处理(N_2P_1M_1、N_3P_2M_3和N_4P_2M_2);D组:单施高量有机肥处理(M_6)]测定土壤TOC与易氧化有机碳(ROOC)含量,并计算TOCs、NCSE及CPMI等相关指标。结果表明,在不同土层不同时期施用较高量有机肥配施无机肥及施用高量有机肥(N_3P_2M_3、N_4P_2M_2和M_6)均可提高TOC和ROOC含量,且随土层深度加深提升作用减弱。TOCs、NCSE与0~20 cm土层TOC含量在时间和空间上的变化规律基本一致。施用高量有机肥(C组、D组)可有效提高TOCs,A组、B组的TOCs均值分别比C组、D组低76.77%与17.36%。长期施肥处理可提高NCSE,尤其是施用有机肥处理可显著提高NCSE。NCSE为D组C组A组=B组;D组NCSE为1 152.27 kg·hm~(-2)·a~(-1),是C组的2.51倍,B组的16.20倍。与试验前相比,C组和D组的CPMI无显著变化,且C组与D组间差异不显著,但A组与B组比试验前降低16.38~40.02。与A组(CK)相比,B组中N1P1处理与C、D组处理显著影响CPMI,提高了23.30~45.67。在0~40 cm土层CPMI与ROOC含量呈显著正相关,CPMI可以很好地指示有机碳的变化。可见,施用高量有机肥或者较高量有机肥与无机肥配施可极显著提高褐土土壤TOCs、NCSE和CPMI,即施用高量有机肥或者较高量有机肥与无机肥配施(N_3P_2M_3和N_4P_2M_2)有利于褐土有机碳的固存,可减少无机肥的施用量,使土壤性质向良性方向发展,培肥土壤。     

长期施肥下红壤旱地的固碳效率

红壤旱地的有机碳含量普遍较低,通过外源添加有机肥是增加土壤有机碳含量的重要手段。本研究以红壤旱地长期肥料试验为基础,研究了不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律,并进一步探讨碳投入与玉米产量及土壤碳储量的量化关系。结果表明:施用有机肥可以大幅提升红壤旱地的有机碳含量,氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(OM)处理在27年间的增加速率分别为0.08 g/(kg·a)和0.06 g/(kg·a),有机碳储量的增加速率分别为0.24t/(hm~2·a)和0.16 t/(hm~2·a);与不施肥(CK)处理相比,NPKM和OM处理的土壤有机碳含量分别增加了51.5%和42.0%,有机碳储量则分别增加57.1%和45.7%。进一步分析表明,有机碳投入量与土壤有机碳储量变化速率之间存在显著的正相关关系(R~2=0.971 5,P0.001),且线性拟合方程(y=–0.158+0.086x)表明,双季玉米种植下红壤旱地的固碳效率为8.6%,当有机碳投入量为1.84 t/(hm~2·a)时,红壤旱地的有机碳储量保持平衡。因此,施用有机肥是提高红壤旱地有机碳储量的有效途径,固碳效率和土壤有机碳平衡点则可以有效指导红壤旱地有机肥的管理措施。     

长期不同施肥管理对稻田土壤有机碳库特征的影响

以19年的长期定位施肥土壤为材料,研究不同施肥管理:不施肥(CK),施无机肥(N、NP、NK、NPK),施有机肥(OM),有机-无机配施(F、F')下稻田耕层土壤有机碳库组分及含量变化.结果表明:不同施肥方式对土壤有机碳及其组分有显著影响,土壤总有机碳(TOC)变化趋势为有机无机配施(平均12.34g/kg)>单施有机肥(平均12.15 g/kg)>无肥(平均10.56 g/kg)>化肥(平均9.78 g/kg);有机肥和化肥配施土壤徽生物量碳(SMBC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)及SMl3(2/TOC、WSOC/TOC、LFOC/TOC均显著高于单施化肥土壤的.与不施肥相比,化肥、有机肥的施用均显著增加了土壤重组有机碳(HFOC)和HFOC/TOC,其中,化肥的施用更有利于土壤重组有机碳(LFOC)的积累.单施有机肥或有机无机配施显著增加了较大粒级(>0.25 mm)水稳性团聚体及其TOC含量,而单施化肥则显著增加了较小粒级(<0.25 mm)及其TOC含量.因此,长期施用有机肥,特别是有机肥与无机肥配施能提高土壤活性碳含量和土壤团聚体稳定性,从而保持和提高了土壤质量和持续生产力.     

长期施肥对潮土不同层次活性有机质及碳库管理指数的影响

为探索长期不同施肥下潮土不同土层活性有机质和碳库管理指数变化特征,选取不施肥对照(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、NPK配施有机肥(NPKM)和NPK配施秸秆还田(NPKS)4个典型施肥处理,测定并分析土壤高、中、低活性有机质含量以及碳库管理指数(CMI)变化特征。结果表明:各处理土壤有机质含量均随土层加深而降低,且处理间差异随土层深度缩小。施肥处理相对不施肥对照(CK)均明显提升了不同土层的有机质含量,以NPKM处理最高,达到13.91～33.55 g/kg。各处理以非活性和低活性有机质为主,且其比例随着土层加深而增加,其中CK处理比例最高,分别为35.6%～56.6%和17.7%～50.7%。施肥处理对土壤CMI均有提高,在0—40 cm土层,NPKS的高活性CMI最高,分别为149.54,147.01,237.65;而在40—60 cm土层,以NPKM处理的高、中活性CMI最高,达到237.65,537.67。综上所述,各处理土壤有机质和活性有机质含量均随土层加深而降低,且处理间差异随土层深度缩小;氮磷钾配施有机肥提升总有机质及活性有机质处理效果最佳。在上层土层(0—40 cm)氮磷钾配施秸秆有助于提升高、中活性有机质的碳库管理指数;而在下层土层(40—60 cm)则以氮磷钾配施有机肥最优。整体来看,NPK配施有机肥(NPKM)对土壤的肥力提升效果最好,NPK配施秸秆还田(NPKS)次之。     

施肥对黑土密度分组中碳、氮的影响

以中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位施肥土壤为基础,研究长期施肥对黑土密度分组中碳和氮的影响。结果表明:氮肥能够增加土壤有机碳和全氮含量,但不如NPKOM效果明显。土壤中各组分有机碳含量的变化趋势为重组>游离态轻组>闭蓄态轻组,三者之间差异达极显著水平(p<0.01),重组有机碳的含量最大值为23.72 g/kg,而闭蓄态轻组有机碳的平均值仅为0.69 g/kg;全氮的含量的变化呈重组最大,且极显著大于闭蓄态轻组和游离态轻组,后两者之间无明显差异。不同组分中有机碳浓度和全氮浓度的变化规律一致,为游离态轻组>闭蓄态轻组>重组,且游离态轻组明显大于其它两个组分。NPKOM处理的闭蓄态轻组和重组组分中的有机碳浓度和全氮浓度大于其它施肥处理。碳氮比的变化趋势为游离态轻组>闭蓄态轻组>土壤>重组,重组和土壤中,NPKOM处理的碳氮比最低,CK处理的碳氮比最大,可见有机肥的施用加快了土壤碳的周转速度。     

Soil Carbon Sequestration in Long-Term Fertilization Under Jute-Rice-Wheat Agro-Ecosystem

Soil organic carbon (SOC) sequestration in response to long-term fertilizer management practices under jute-rice-wheat agro-ecosystem in alluvial soils was studied using a modeling approach. Fertilizer management practices included nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) fertilization, manure application, and root-stubble retention of all three crops. Soil carbon (C) model RothC was used to simulate the critical C input rates needed to maintain initial soil C level in long timescale (44 years). SOC change was significantly influenced by the long-term fertilizer management practices and the edaphic variable of initial SOC content. The effects of fertilizer combination “100%NPK+FYM” on SOC changes were most significant over “100%NPK” fertilization. If the 100% NPK fertilizer along with manure applied with stubble and roots retention of all crops, alluvial soils of such agro-ecosystem would act as a net C sink, and the average SOC density kept increasing from 18.18 Mg ha^?1 during 1972 to the current average of ～22 Mg ha^?1 during 2065 s. On an average, the critical C input was estimated to be 5.30 Mg C ha^?1 yr^?1, depending on local soil and climatic conditions. The critical C input could be effectively estimated using a summary model driven by current SOC level, mean annual temperature, precipitation, and soil clay content. Such information will provide a baseline for assessing soil C dynamics under potential changes in fertilizer and crop residues management practices, and thus enable development of management strategies for effectively mitigating climate change through soil C sequestration.     

长期施肥对稻田土壤活性有机碳和氮的影响

土壤活性有机碳、氮是土壤有机碳、氮中最活跃的组分,在土壤碳、氮循环过程中具有重要作用。以湖南3个长期定位试验点（桃源、宁乡、桃江）为研究对象,分析测定表层土壤MBC、MBN、DOC、DON,研究长期施肥对土壤活性有机碳、氮（MBC＋DOC,MBN＋DON）的影响。结果表明,长期施用化肥及配施有机肥均能提高土壤活性有机碳、氮的含量。与对应的无肥处理（CK）相比,长期单施化肥（NPK）使土壤活性有机碳、氮的提高幅度分别为3.3%~21.0%和3.3%~27.1%,长期有机肥施用提高幅度分别为48.7%~84.8%和17.9%~105.8%,且土壤活性有机碳、氮含量随有机肥施用量的提高而增加,3个试验点活性有机碳大小顺序为桃源〉宁乡〉桃江。土壤活性有机碳与土壤有机碳（SOC）的累积速率呈显著正相关关系（P〈0.05）,而与SOC的含量关系不大。桃源土壤粘粒含量较高可能是土壤SOC累积速率快的主要原因;宁乡和桃江的粘粒含量和有机碳投入量相差不大,桃江较高的初始SOC水平影响了SOC积累速率;桃源和宁乡试验点的土壤活性氮含量相差不大,约是桃江的1.8倍。与土壤全氮（TN）相比,全氮的积累速率与土壤活性氮的关系更为密切,两者间有极显著的相关关系（P〈0.01）。     

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。     

长期施肥下不同种植年限碱化草甸土水稳性团聚体及有机碳分布

以松嫩平原碱化草甸土为研究对象,通过长期施用有机肥,对不同种植年限碱化草甸土水稳性团聚体及有机碳的粒径分布特征进行了研究。结果表明,随着种植年限的增加,土壤较大粒级水稳性团聚体(>1mm)含量减少,而0.25~0.5mm粒级水稳性团聚体含量明显增加随种植年限的增加,各粒级碱化草甸土有机碳平均含量呈增加趋势。2~5mm粒级土壤有机碳平均含量最高,随粒级的减小,有机碳含量逐渐减少,0.25~0.5mm粒级水稳性团聚体含量与有机碳含量呈现显著正相关关系种植4a后,碱化草甸土土壤水稳性团聚体及有机碳含量开始呈现稳中有升的趋势。     

不同施肥方式对灌漠土土壤有机碳、无机碳和微生物量碳的影响

利用武威市白云试验站18a长期定位试验资料,研究了不同施肥条件下,土壤有机碳、无机碳和微生物量碳在0-40 cm土层的变化状况.结果表明,氮肥与有机肥长期配合施用和长期施用农肥可以在0 20 cm土层增加土壤有机碳含量,减少土壤中的无机碳含量,增加土壤微生物量碳含量;单施秸秆可增加土壤有机碳,而对无机碳和微生物量碳影响无明显差异;长期施用氮肥对土壤的有机碳、无机碳和微生物量碳均无明显差异.土壤有机碳与土壤无机碳含量呈显著负相关关系,而与土壤微生物量碳呈显著正相关关系.