耕作管理对潮土团聚体形成及有机碳累积的长期效应

【目的】研究黄淮海平原潮土区耕作管理对土壤水稳性团聚体形成及有机碳累积的长期效应,为提升潮土地力、推动农业可持续发展提供理论基础与技术支持。【方法】采集河南省封丘县中国科学院封丘农业生态实验站连续8年保护性耕作的不同处理原状土壤样品,分析测定土壤团聚体的数量、稳定性以及土壤和各粒径团聚体中的有机碳含量。【结果】与常规翻耕处理相比,长期免耕和间歇性翻耕使0-10 cm土层粗大团聚体和10-20 cm土层细大团聚体的质量比例分别提高了63.4%和28.1%。秸秆还田主要提高了0-20 cm土层大团聚体的质量比例,平均提高率为3.0%。降低翻耕频率或秸秆还田处理,使不同土层团聚体的稳定性有所提升,前者使0-10 cm平均重量直径（mean weight diameter,MWD）和几何平均直径（geometric mean diameter,GMD）值分别增加了11.9%-31.6%和4.1%-13.7%;后者使0-20 cm MWD和GMD值分别增加了3.5%和4.5%,翻耕频率对团聚体稳定性的影响程度显著高于秸秆还田处理。在0-10 cm土层,各粒径团聚体的有机碳含量随翻耕频率的降低而提高,而秸秆还田对团聚体有机碳的影响可以深入0-20 cm土层。耕作方式耦合秸秆还田处理对团聚体特征的影响显著大于降低翻耕频率或秸秆还田处理。潮土有机碳积累的主要贡献来源于粗大团聚体和细大团聚体,通过降低翻耕频率,可以提高0-10 cm土层粗大团聚体和10-20 cm土层细大团聚体对潮土有机碳积累的相对贡献,提高率分别达49.2%和29.1%。【结论】长期免耕和间歇性翻耕结合秸秆还田能显著提高潮土大团聚体的数量及其稳定性,通过提高大团聚体对土壤有机碳积累的相对贡献,可以增加潮土碳累积量。     

长期施肥下黑垆土有机碳变化特征及碳库组分差异

【目的】阐明长期施肥下土壤有机碳演变规律及碳库组分变化,揭示黄土旱塬土壤固碳效应及培肥模式。【方法】利用32年作物产量和土壤有机碳（SOC）数据分析土壤碳投入、固定及演变特征,采集2010年土样样品,通过物理分组方法得到砂粒、粗粉粒、细粉粒、粗黏粒、细黏粒及大团聚体和微团聚体,分析施肥对碳库组分的影响。【结果】试验中总碳投入从不施肥（CK）的8.10 t C?hm-2增加到秸秆还田（SNP）的69.40 t C?hm-2,耕层土壤SOC贮量施肥之间相差1.82倍,增施有机肥（M、MNP）SOC为21.76—24.04 t C?hm-2,SNP为16.01 t C?hm-2;土壤SOC贮量随碳输入量的增加而提高,有机碳固定率25.80%—36.05%,而秸秆还田只有8.20%;除长期不施肥处理仅靠根茬投入维持稳定的SOC水平外,其余所有肥料处理SOC均随试验年限延长而增加,SNP、M、MNP处理固碳速率依次为0.246、0.326、0.361 t C?hm-2?a-1。MNP和SNP处理砂粒SOC是CK的3.85和2.94倍、N处理的2.41和1.84倍,MNP处理较CK、NP处理SOC总量只增加了32.50%、18.10%,而砂粒中SOC却提高了285.12%、105.74%,砂粒级有机碳对施肥最敏感。施肥提高了活性有机碳（POC）与矿物结合态有机碳（MOC）的比率（W）,MNP、M、SNP处理的W值达18.62%、16.24%、14.41%,单施氮肥（N）和氮磷配施（NP）仅9.11%、9.99%,施肥提高了有机碳活性,改善了土壤有机碳质量。不施肥大团聚体（＞250 µm）SOC是微团聚体（＜53 µm)的9.14倍,施肥提高了15.83—23.84倍,并提高了大团聚体中土壤C/N比,而对微团聚体C/N影响不大。尽管团聚体含碳量随团聚体粒径增加而增加,但微团聚体有机碳含量增加对土壤固碳速率的作用显著高于大团聚体,对土壤碳的固定与物理保护起着重要作用。【结论】长期增施有机肥、秸秆还田提高了黄土旱塬黑垆土的碳固定与积累,且固碳增量主要分布在砂粒和大团聚体中。因此增施有机肥、秸秆还田是环境友好型土壤培肥措施。     

沼液还田对旱地红壤有机质及团聚体特征的影响

【目的】通过沼液还田试验,探明沼液对旱地红壤有机质含量、团聚体结构和稳定性的影响,为沼液合理应用及培肥旱地红壤肥力,提升土壤结构提供理论依据。【方法】通过红壤旱地2013-2014年沼液还田定位试验,按照不同沼液全氮还田比例设6个等氮量（N-P₂O₅-K₂O量均为120-90-135 kg·hm^-2,对照除外）处理：对照（不施肥,CK）、100%化学氮（NPK）、85%化学氮+15%沼液N（BS15）、70%化学氮+30%沼液N（BS30）、55%化学氮+45%沼液N（BS45）和100%沼液N（BS100）,分析各处理下土壤有机质含量（OM）、＞0.25 mm机械稳定性（DR_0.25）和水稳定性（WR_0.25）团聚体含量、团聚体平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、团聚体稳定率（AR,%）和分形维数（D）等团聚体稳定性指标。【结果】沼液化肥配施处理土壤有机质含量（OM）较CK、NPK、BS100处理分别增加16.21%-21.34%、2.94%-7.49%、7.69%-12.45%,而且随着沼液量增加呈先升高后降低趋势;沼液化肥配施处理显著提高土壤DR_0.25和WR_0.25团聚体含量,DR_0.25较CK、NPK、BS100处理分别增加1.34%-6.66%、0.26%-5.52%、1.32%-5.25%,WR_0.25较CK、NPK、BS100处理分别增加5.17%-10.37%、3.75%-8.88%、1.97%-4.94%,相关分析发现土壤有机质含量升高是土壤＞0.25 mm机械稳定性（DR_0.25）和水稳定性（WR_0.25）团聚体含量增加的主要原因;沼液化肥配施处理机械稳定性团聚体平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）显著升高,而水稳定性MWD和GMD无显著差异,同时,团聚体稳定率（AR,%）显著高于CK和NPK处理,机械稳定性团聚体分形维数（D）较CK和NPK处理显著降低,而水稳定性团聚体分形维数（D）无显著差异。【结论】沼液化肥配施还田对提高旱地红壤有机质含量、＞0.25 mm机械稳定性和水稳定性团聚体含量及团聚体机械稳定性具有显著作用,尤其是沼液全氮还田比例在30%-45%范围,适宜在红壤旱地地区推广。     

长期秸秆还田对潮土水稳性团聚体的影响

为探究潮土区长期秸秆还田土壤水稳性团聚体的分布及稳定性,以河北省低平原潮土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,利用38年化肥与秸秆配施长期定位试验,研究了不施肥(CK)和等量氮、磷肥用量为0 kg/hm2(S0)、2250 kg/hm2(S1)、4500 kg/hm2(S2)和9000 kg/hm2(S3)下的秸秆还田量、土壤团聚体分布特征及其稳定性.结果表明,与CK相比,长期施肥与秸秆还田可以降低耕层土壤容重与pH值,而对土壤颗粒组成没有显著影响.试验区土壤水稳性团聚体主要集中在>0.250 mm粒径中,在0～10 cm土层,S1、S2、S3秸秆还田处理土壤>0.250 mm团聚体含量均显著高于S0无秸秆处理,微团聚体(0.053～0.250 mm粒径)含量显著小于S0处理,<0.053 mm团聚体含量无显著差异,秸秆还田使表层土壤微团聚体向大团聚体团聚,增加了大团聚体含量.长期施肥与秸秆还田可以增加0～10 cm土层的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),提高表层土壤有机碳含量;多元回归方程表明,0～10 cm土层土壤有机碳含量与MWD值极显著相关.秸秆还田可以增强表层土壤团聚体稳定性,改善土壤结构.     

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。     

稻田不同供钾能力条件下秸秆还田替代钾肥效果

【目的】研究稻田不同土壤供钾能力条件下,秸秆还田配施钾肥对水稻产量、地上部钾素累积量以及钾肥利用率的影响,为秸秆还田水稻钾肥合理施用提供科学依据。【方法】2011-2012年在鄂中、江汉平原和鄂东地区的10个县（市）选择不同供钾水平田块布置水稻试验。根据湖北省第二次土壤普查制定的速效钾分级标准,本文将土壤速效钾含量＞150 mg•kg-1的试验点如钟祥和宜城归为高钾供应能力土壤（1级水平）,简称为高钾土壤,标记为High-K;土壤速效钾含量100-150 mg•kg-1的试验点如团风、仙桃、洪湖和枝江归为中钾供应能力土壤（2级水平）,简称为中钾土壤,标记为Middle-K;土壤速效钾含量＜100 mg•kg-1的试验点如麻城、广水、鄂州和蕲春归为低钾土壤,标记为Low-K。试验共设6个处理,分别为：（1）CK（-K）;（2）+K;（3）+S;（4）S+1/3K;（5）S+2/3K;（6）S+K,其中K和S分别表示钾肥和还田秸秆,以此来考查当前推荐钾肥用量（K2O 75 kg•hm-2）对水稻的增产效果以及轮作模式下麦秆或油菜秸秆还田钾素对钾肥的替代作用。【结果】结果显示CK处理（-K）,高钾、中钾和低钾土壤的稻谷产量分别为8 372、8 710和7 767 kg•hm-2,施钾和秸秆还田均可以不同程度地增加水稻产量和地上部钾素累积量。与CK相比,高钾、中钾和低钾土壤均以秸秆还田配施钾肥处理的增产效果最显著,增产量分别为633、1 098和814 kg•hm-2,增幅分别为7.7%、12.6%和12.5%;地上部钾素累积吸收增量分别为40.2、56.5和49.3 kg•hm-2,增幅分别为15.9%、21.3%和36.8%。在当前推荐钾肥用量条件下,秸秆还田会造成高钾土壤的钾肥吸收利用率下降,但可明显提高中钾和低钾土壤的钾肥吸收利用率;同时秸秆还田也会显著降低高钾土壤的钾肥农学利用率,但对中钾和低钾土壤的钾肥农学利用率没有明显影响。同钾肥利用率相比,钾素利用率均有所降低,但中钾土壤和低钾土壤的钾素利用率要显著高于高钾土壤的钾素利用率。通过对秸秆还田条件下钾肥用量与增产率、地上部钾素累积增幅的相关性分析得出高钾土壤和中钾土壤的推荐钾肥用量偏高。根据线性加平台肥效模型拟合得出,在秸秆还田条件下,高钾土壤田块（速效钾含量＞150 mg•kg-1）适宜钾肥用量平均为38.2 kg•hm-2,比推荐用量减少49.1%;中钾土壤田块（速效钾含量100-150 mg•kg-1）适宜钾肥用量平均为60.0 kg•hm-2,比推荐用量减少20.0%;而低钾土壤田块（速效钾含量＜100 mg•kg-1）,增产效果显著,推荐钾肥用量不足。【结论】因此,短期秸秆还田条件下,高钾和中钾土壤田块,秸秆还田钾素可不同程度地替代部分化学钾肥施用;而低钾供应田块推荐用量略显不足,增施钾肥仍有较大的增产空间。     

不同有机肥培肥对旱作农田土壤团聚体的影响

【目的】研究不同有机肥施用量和玉米秸秆还田量对土壤团聚体组成和有机质含量的影响。【方法】在渭北旱塬连续3年(2007-2009年)进行有机培肥定位试验,以不施肥处理为对照,研究施用不同量秸秆(9 000、13 500kg/hm2)和有机肥(鸡粪,15 000、22 500kg/hm2)后,不同土层(0～10,10～20cm)土壤团聚体组成和有机质含量的变化。【结果】9 000,13 500kg/hm2秸秆还田和15 000,22 500kg/hm2有机肥处理0～20cm土层土壤有机质含量分别较对照提高了8.92%(P<0.05),9.85%(P<0.01)和7.41%(P<0.05),12.03%(P<0.01)。施用有机肥处理和秸秆还田处理0～20cm土层粒径>0.25mm机械稳定性团聚体含量显著高于对照(P<0.05)。粒径>0.25mm水稳定性团聚体含量随秸秆还田和有机肥施用量的增加而增大,高秸秆和高有机肥处理较对照差异显著(P<0.05)。干筛法测定的土壤团聚体平均质量直径极显著高于对照(P<0.01)。土壤团聚体分散度和不稳定团粒指数在0～20cm土层表现为高秸秆和高有机肥处理较对照明显降低。不同培肥处理粒径≤5～>2和≤1～>0.5mm水稳定性团聚体含量与有机质含量呈极显著正相关关系。【结论】有机培肥可以显著提高粒径>0.25mm机械稳定性团聚体和水稳定性团聚体含量及有机质含量,有机培肥通过提高有机质含量直接促进了渭北旱塬土壤粒径≤1～>0.5mm水稳定性团聚体的形成,对旱地土壤理化性质具有一定的改善作用。     

秸秆还田量对黑土区土壤及团聚体有机碳变化特征和 固碳效率的影响

【目的】 探讨不同秸秆还田量下土壤及团聚体有机碳的变化特征,阐明土壤及团聚体有机碳储量变化对外源有机碳累积投入的响应关系,揭示黑钙土土壤及团聚体固碳效应和土壤有机碳定量提升机理。【方法】 于 2012 年4月在吉林省农安县玉米主产区设置了玉米秸秆还田量田间定位试验,共设计4个处理：秸秆还田量0（SA₀）、秸秆还田量4 500 kg·hm ^-2（SA₃₀₀）、秸秆还田量9 000 kg·hm ^-2（SA₆₀₀）、秸秆还田量13 500 kg·hm ^-2（SA₉₀₀）。利用多年试验土壤有机碳储量与外源有机碳投入的数据分析其量化关系和固碳效率。通过湿筛法筛分＞2 mm、2—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同粒级团聚体有机碳储量变化特征及固碳效应。 【结果】 长期秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理土壤有机碳含量均显著高于秸秆不还田（SA_O）、低量秸秆还田（SA₃₀₀）（P＜0.05）,并且后3年SA₉₀₀和SA₆₀₀两处理土壤有机碳含量差异达显著水平。2015—2018年间,SA₉₀₀处理土壤有机碳较SA₀处理分别依次提高了11.0%、15.8%、17.2%、23.1%。土壤总有机碳储量与外源有机碳输入呈极显著正线性相关关系（P＜0.01）,其中土壤总固碳效率为12.9%。与秸秆不还田（SA₀）相比,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理均显著提高了各粒级团聚体有机碳含量（P＜0.05）,尤其是对大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量增加贡献更大。高量秸秆还田（SA₉₀₀）处理的＞2 mm和2—0.25 mm粒级团聚体有机碳储量较秸秆不还田（SA₀）处理分别提高了45.5%和47.7%。除＜0.053 mm团聚体外,其他粒级土壤团聚体有机碳储量增加量与累积碳投入量增加量呈显著正线性相关关系（P＜0.05）;大粒级团聚体固碳效率显著高于小粒级团聚体,＞2 mm 和2—0.25 mm粒级团聚体固碳效率分别为4.9%和13.6%。依据秸秆还田下土壤固碳效率,预测未来10年内土壤有机碳储量要提升10%、20%、30%,每年需额外分别投入风干玉米秸秆约5.99、11.98、17.97 t·hm ^-2。 【结论】 玉米秸秆还田能显著促进黑钙土土壤及团聚体有机碳累积,并且土壤有机碳含量均随秸秆还田量和试验年限的延长而增加,有机碳主要集中固持在大团聚体中。表明秸秆还田是黑土区土壤肥力提升的重要培育措施,大团聚体有机碳可作为评价土壤有机碳变化对不同土壤培肥措施快速响应的重要指标之一。     

添加玉米秸秆对旱作土壤团聚体及其有机碳含量的影响

【目的】研究玉米秸秆还田对不同耕作处理下旱地土壤团聚体及其有机碳的影响,旨在探究长期传统耕作土壤添加秸秆后团聚体及其有机碳的变化规律,并确定添加秸秆提高土壤有机碳的主要原因,为旱地农田固碳技术提供理论依据。【方法】采集大田长期试验地的传统耕作和免耕小区土样进行室内培养试验,设置4个处理,分别为传统耕作土壤不加秸秆（CT）、免耕土壤不加秸秆（NT）、传统耕作土壤加秸秆（CTS）和免耕土壤加秸秆（NTS）,15次重复;秸秆为传统耕作玉米植株地上部分,用量为5%烘干土质量,在25℃恒温培养箱中通气培养180 d,定期取样进行团聚体组成和有机碳含量的测定。【结果】（1）不加秸秆处理团聚体以250—53 μm为主,占全部团聚体的52%—66%;添加秸秆处理以2 000—250 μm团聚体为主,占全部团聚体的41%—50%,CTS较CT提高230%—302%,NTS较NT提高92%—134%。（2）添加秸秆处理平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）以及>0.25 mm团聚体百分比（R_0.25）显著提高,培养到180 d时,CTS较CT分别提高133%、130%和235%,NTS较NT分别提高53%、75%和87%。（3）培养至180 d时,CTS较CT分别提高250—53 μm和<53 μm团聚体有机碳70%和54%;NTS较NT分别提高250—53 μm和<53 μm团聚体有机碳30%和25%。（4）添加秸秆显著提高2 000—250 μm团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率,CTS和NTS分别为49%—61%和50%—60%,且受团聚体组成影响较大。【结论】添加秸秆能够有效提高旱作土壤大团聚体（>250 μm）形成并增强其稳定性,提高大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率,且对传统耕作处理土壤的促进效果更明显。     

旋耕配合秸秆颗粒还田对土壤物理特性的影响

【目的】针对黄淮烟区植烟田由于化肥投入较高、耕作频繁造成的土壤板结、通透性降低、水稳性团聚体数量下降等土壤物理性质恶化的问题,探讨通过秸秆颗粒还田与耕作方式改善土壤物理性状的可行性。【方法】采用3年田间定位试验,以旋耕+不施秸秆颗粒（RG0）为对照,设置3种秸秆颗粒用量（G1：2 250 kg·hm^-2、G2：4 500 kg·hm^-2、G3：6 750 kg·hm^-2）与2种耕作方式（旋耕：R、深翻：T）的交互处理,分析不同处理对土壤容重、田间持水量、土壤孔隙度、土壤团聚体稳定性的影响。【结果】（1）与RG0相比,3年间RG处理易显著降低0—20 cm土层土壤容重,降幅6.7%—16.5%,而TG处理易显著降低20—40 cm土层土壤容重,降幅3.0%—9.8%,秸秆颗粒高量还田降低比率最高。（2）RG处理提升0—20 cm土层田间持水量的效果显著,其中RG3较RG0提升14.9%（2017年）;增加秸秆颗粒用量提升20—40 cm土层田间持水量显著,其中RG3较RG0提升18.0%（2018年）。（3）RG3与TG3处理显著提高0—20 cm与20—40 cm土层土壤总孔隙度,最高达17.9%与14.6%（2017年）,但仅RG2与RG3处理显著提高20—40 cm土层土壤毛管孔隙度。（4）RG处理在还田后期对0—20 cm土层土壤团聚体稳定性的提升作用显著;>2 mm、小鱼0.106 mm、0.5—1 mm、0.106—0.25 mm与1—2 mm粒级团聚体是影响0—20 cm土层土壤物理性状的主要因子（Exp>66%）,而0.5—1 mm与0.106—0.25 mm粒级团聚体是影响20—40 cm土层土壤物理性状的主要因子（Exp>48%）。【结论】秸秆颗粒用量6 750 kg·hm^-2配合旋耕处理可同时降低0—20和20—40 cm土层的土壤容重,提升持水性能与土壤团聚体稳定性,且聚类分析也表明该处理促使土壤物理特性居于一类水平,是能有效改善当地烟田土壤物理结构的可行措施。     

秸秆还田深度对土壤温室气体排放及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是培肥地力、增加土壤有机质和改善土壤结构的重要技术手段,但以往的研究表明秸秆还田会加速土壤温室气体的排放。本研究通过对秸秆不同还田深度下农田土壤温室气体排放特征和产量的研究,明确降低温室气体排放量的最佳还田深度,以期为合理利用秸秆、提高作物产量,实现农业可持续发展提供科学依据。【方法】采用大田微区试验,以玉米为供试作物,设置4个还田深度,采用静态箱-气相色谱法测定整个玉米生长季不同还田深度下温室气体（CO₂、CH₄、N₂O）的排放特征,产量及产量构成因素。试验共设5个处理,还田深度分别为0—10 cm（T1）、10—20 cm（T2）、20—30 cm（T3）和30—40 cm（T4）,同时以不还田处理作为对照（CK）。【结果】（1）在整个玉米生长季CO₂和N₂O均表现为排放,CH₄表现为吸收。CO₂累积排放量为T3处理最高,较CK显著增加了28.6%,T4处理增加最少,较CK显著增加了17.1%（P<0.05）,但T1与T4处理之间差异不显著;而N₂O的累积排放量T2处理为最高,与CK相比,累积排放量显著增加111.3%,T4处理增加最少,与CK相比显著增加了12.8%（P<0.05）;CH₄则表现为吸收,且秸秆还田后降低了农田土壤对CH₄的吸收能力,吸收量表现为CK处理>T4处理>T3处理>T1处理>T2处理,且各还田处理与CK之间差异显著（P<0.05）。（2）秸秆不同还田深度下,与对照相比,各处理玉米产量均显著增加,增产在5.6%—20.8%（P<0.05）,但各处理之间的穗长、穗粗和行粒数差异不显著。当秸秆还至30—40 cm时,产量最高,较CK增加了20.8%,表明秸秆还田对提升土壤肥力及作物增产有重要作用。（3）从温室气体综合增温潜势（GWP）和温室气体排放强度（GHGI）来看,在100年尺度上,GWP表现为T2处理>T3处理>T1处理>T4处理>CK处理,而GHGI表现为T2处理>T3处理>T1处理>CK处理>T4处理,表明与CK相比,各处理均增加了玉米季温室气体的综合增温潜势,而T4处理则降低了玉米季温室气体排放强度,说明秸秆深还至30—40 cm可在一定程度上缓解全球增温潜势。【结论】秸秆还田会显著增加CO₂和N₂O排放,降低对CH₄的吸收能力;秸秆深还至30—40 cm可相对降低综合增温潜势,降低温室气体排放强度,同时显著增加玉米产量。因此,为实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,秸秆深还至30—40 cm是较为合理的土壤改良培肥方式。     

根层调控对填闲作物消减设施蔬菜土壤累积硝态氮的影响

 【目的】本研究以甜玉米(Zea mays L.)作为填闲作物,探讨根层调控措施对填闲作物消减土壤剖面累积NO3--N的影响。【方法】通过设置休闲、传统种植、土壤调理剂和秸秆还田4个处理,进行田间小区试验。【结果】在本试验条件下,施用土壤调理剂的甜玉米总生物量最大,其吸氮量与秸秆还田处理没有差异,但均明显高于传统种植;填闲季结束后0—100 cm土层NO3--N消减量显著高于100—200 cm土层,2种根层调理处理0—100 cm土层残留NO3--N显著低于传统种植,100—200 cm三者之间未表现差异,休闲导致土壤NO3--N高量残留且下移趋势严重;秸秆还田、土壤调理剂处理的30—60 cm和60—100 cm土层根长密度和根干重显著高于传统种植,根长密度与NO-3-N消减量极显著相关;土壤调理剂和秸秆还田处理在100 cm处NO3--N淋失量分别比传统种植减少68.4%和52.6%。【结论】在硝态氮高累积的设施土壤上,填闲作物可以通过土壤调理剂和秸秆还田根层调理措施实现土体NO3--N的快速消减。     

轮作和施肥对半干旱区作物地上部生物量与土壤有机碳的影响

 【目的】了解轮作与施肥对土壤有机碳的影响是建立持续发展措施的关键。【方法】以长期定位试验（1984～2002）中的10个典型处理为基础,分析了地上部生物量和耕层（0～20 cm）土壤有机碳变化,探讨半干旱区轮作和施肥对0～20 cm土层有机碳的影响,10个典型处理分别为休闲（F）;冬小麦连作体系中的3个施肥处理：不施肥（W/W+CK）、化肥（W/W+NP）、化肥有机肥（W/W+NP-FYM）;冬小麦-冬小麦+糜子-豌豆轮作体系中的3个施肥处理：不施肥（W/WM/P +CK）、化肥（W/WM/P +NP）、化肥有机肥（W/WM/P+NP-FYM）处理;1个冬小麦—冬小麦-红豆草轮作处理（W/W/S+NP）;人工苜蓿中2个施肥处理：不施肥（A/A+CK）和化肥有机肥处理（A/A+NP-FYM）。【结果】冬小麦连作体系（W/W）中,不施肥处理（W/W+CK）的地上部生物量平均为3.3 t•ha-1,化肥处理（W/W+NP）和化肥有机肥处理（W/W+NP-FYM）依次为7.5和11.2 t•ha-1;冬小麦-冬小麦+糜子-豌豆轮作（W/WM/P）体系中,不施肥处理（W/WM/P+CK）地上部生物量平均3.1 t•ha-1,W/WM/P+NP和W/WM/P＋NP-FYM地上部生物量依次为7.1和8.3 t•ha-1;冬小麦-冬小麦-红豆草轮作（W/W/S+NP）为8.5 t•ha-1;苜蓿连作不施肥（A/A +CK）和化肥有机肥处理（A/A+NP-FYM）体系地上部生物量依次为4.1和5.0 t•ha-1。18年期间, W/W+CK处理土壤有机碳含量（6.7 g•kg-1）无显著变化,W/W+NP和W/W+NP-FYM处理提高13%和51%; W/WM/P+CK土壤有机碳含量（7.0 g•kg-1）无显著变化,W/WM/P+NP和W/WM/P＋NP-FYM土壤有机碳提高7%和47%;W/W/S+NP处理土壤有机碳提高了29%;A/A+CK和A/A+NP-FYM处理有机碳提高了43%和71%。【结论】轮作与施肥显著影响土壤碳输入量,18年期间土壤蓄存的碳与累计输入土壤的有机碳存在显著的线性相关关系（SOC=1.65CReturned+5.95,R2＝0.95＊＊）。秸秆还田、草粮轮作或退耕还草是改善该地区土壤质量,实现土壤蓄存碳潜力的重要途径。     

持续性秸秆还田配施化肥对油菜-水稻轮作周年氮磷径流损失的影响

【目的】探究秸秆还田对巢湖地区油菜-水稻两熟制农田径流氮磷流失的影响,为源头控制巢湖流域面源污染提供科学依据。【方法】开展连续3年（2017—2019年）的田间小区实验,设置无秸秆+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF）和秸秆还田+常规施肥减15%（SDF）4个处理。通过测定油菜-水稻轮作下农田地表径流中氮磷浓度和流失量,油菜水稻作物收获时土壤养分、作物氮磷养分吸收和产量,探讨秸秆还田对农田径流养分流失规律及土壤养分含量的影响。【结果】秸秆还田配施化肥降低了农田径流中氮的质量浓度,增加了磷的质量浓度。SF较F处理油菜和水稻季总氮（TN）平均质量浓度减少15.6%和26.0%,总磷（TP）增加12.5%和8.1%。SF、SDF处理降低了油菜-水稻轮作农田氮磷流失量。2017—2019年F处理的油菜和水稻径流TN、TP的流失量分别为11.9—26.7、1.3—2.8和15.6—27.0和0.8—2.0 kg·hm^-2,较F相比,SF处理的油菜和水稻季TN显著降低18.4%—29.7%和21.9%—28.1%,TP流失量则降低1.3%—4.0%和1.0%—6.6%。秸秆还田能够增加土壤有机质等养分含量,短期内均能够降低土壤pH值,与F相比,SF处理的油菜和水稻季有机质、全氮、全磷、速效磷、碱解氮平均含量增幅分别6.2%、8.4%、27.3%、19.5%、5.0%和7.0%、10.9%、17.7%、7.5%、5.1%。秸秆还田配施化肥能够提高作物地上部氮磷累积量。F处理的油菜和水稻地上部作物氮素、磷素累积量均值分别为105.0、20.4和134.3、36.7 kg·hm^-2,SF较F处理油菜和水稻季氮素累积量增加28.9%和7.8%,磷素增加12.1%和5.9%。秸秆还田提高了油菜-水稻轮作的周年产量,其中SF较F处理显著提高7.8%（2017年）和6.4%（2019年）。【结论】油菜-水稻轮作模式下秸秆还田配施化肥能够在保证作物产量的同时提高土壤养分含量,降低氮磷流失负荷。     

长期施肥对红壤性水稻土不同土层活性有机质及碳库管理指数的影响

【目的】研究基于长期定位试验,探索长期不同施肥下红壤性水稻土不同土层活性有机质（labile organic matter (LOM)）和碳库管理指数（carbon pool management index,CPMI）变化特征,为红壤性水稻土碳库的合理管理提供依据。【方法】选取进贤红壤长期定位试验站4个典型施肥处理：（1）不施肥（CK）;（2）单施化肥（NPK）;（3）在NPK的基础上早稻施绿肥,晚稻施猪粪和稻草冬季还田（NPKSM）;（4）在NPK的基础上早稻施绿肥,稻草冬季还田（NPKS）,测定并分析0—10、10—20、20—40及40—60 cm土层土壤高活性有机质（HLOM）、中活性有机质（MLOM）、低活性有机质（LLOM）、非活性有机质（NLOM）含量以及CPMI变化特征。【结果】不同处理土壤有机质（SOM）含量均随土层加深而降低,施肥处理相对CK均明显提高了不同土层的SOM;在0—20 cm土层,SOM含量表现为NPKSM>NPKS>NPK>CK,且均以NPKSM处理最高,达到43.47 g·kg ^-1（10—20 cm）和45.09 g·kg ^-1（0—10 cm）;在20—60 cm土层,NPKSM和NPKS处理相较于CK显著提高了土壤有机质含量,但两者之间差异不显著。除NPK处理外,各处理土壤可溶性有机碳（DOC）含量随土层的加深显著降低。NPKSM和NPKS处理相较于NPK和CK,显著提高了耕层（0—20 cm）土壤DOC的含量,其中NPKSM处理最高,为35.93 mg·kg ^-1。施肥处理比CK处理提高了土壤HLOM、MLOM、LLOM含量,相同处理相同土层表现为LLOM>MLOM>HLOM,其中NPKSM和NPKS显著提高了各LOM组分含量,且随土层的加深无明显犁底层效应,这可能与活性有机质随水分下渗相关。其中,各施肥处理土壤HLOM、MLOM均随土层加深呈先升高后下降趋势,NPKSM和NPKS处理HLOM含量在20—40 cm土层中达到最高,分别为5.31和5.49 g·kg ^-1;各处理MLOM均在10—20 cm土层中达到最高,以NPKSM处理含量最高,为10.62 g·kg ^-1;而土壤LLOM含量随土层的加深而逐渐降低,在0—20 cm土层中以NPKSM处理含量最高,达到18.52 g·kg ^-1（0—10 cm）和15.93 g·kg ^-1（10—20 cm）。不同长期施肥处理提高了土壤各LOM组分的比例及碳库管理指数,在0—10 cm表层土中,NPKS和NPKSM处理相较于CK,总活性有机质比例分别提高了27.9%和29.48%,MLOM占比分别提高了7.21%和7.72%,HLOM占比分别提高了5.10%和4.96%。以不施肥处理为参照,各施肥处理碳库管理指数均大于100,且以NPKSM和NPKS处理提高效果最好,有助于提高红壤性水稻土肥力。相较于CK,单施化肥一定程度上提高了表层土壤有机质、活性有机质、可溶性有机碳及碳库管理指数。耕层（0—20 cm）土壤中3种活性有机质两两之间呈极显著正相关关系（P≤0.01）,且与总有机质、全氮、可溶性有机碳及水稻产量均呈现显著正相关（P≤0.05）。【结论】不同施肥处理土壤有机质和低活性有机质均随土层加深而降低。NPKSM处理提高土壤有机质及活性有机质含量的效果最佳,并能显著提高0—20 cm土层土壤高活性有机质和碳库管理指数,NPKS次之;而在20—60 cm土层中,NPKS处理对提高中活性有机质和碳库管理指数效果最明显。     

长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应

【目的】研究秸秆配施化肥对暗棕壤团聚体组成、团聚体碳氮含量、土壤微生物量特征及小麦产量的影响,揭示长期秸秆配施化肥下土壤肥力和生产力的协同提升机制。【方法】依托长期定位40年施肥试验,选取4个处理：单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP),其中秸秆为麦秸隔年还田,用量为3 000 kg·hm^-2,氮磷化肥用量为150 kg N·hm^-2、150 kg P₂O₅·hm^-2。采集0—20 cm土层土样,利用湿筛法得到不同粒级的水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳(SOC)、氮含量及土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)含量。【结果】(1)长期秸秆配施化肥显著降低土壤容重并提高了团聚体稳定性,和NP相比,S+NP处理土壤容重降低4.7%,>2 mm团聚体含量、平均重量直径(MWD)和几何重量直径(GWD)分别提升254.4%、76.5%和91.3%。(2)S+NP、S+1/2NP处理>2...     

深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响

【目的】东北黑土实施深松结合秸秆还田对土壤孔隙结构影响的研究缺乏明确性结论，为此开展本研究，旨在研究深松结合秸秆还田对黑土结构的影响机制，为合理耕层创建提供科学依据。【方法】利用在东北典型黑土区——黑龙江省绥化市青冈县开展的5年田间定位试验为平台，设置农民常规耕作（FP）、单独深松25 cm(T2)、深松25 cm结合秸秆还田（T3）和深松35 cm结合秸秆还田（T4）等处理，采用CT扫描技术开展土壤孔隙结构可视化和定量化研究，并结合田间持水量和容重等指标，探究深松结合秸秆还田对黑土孔隙结构的影响。【结果】通过土壤孔隙二维和三维图像可以清晰看出，各处理0—20 cm土层孔隙分布均明显少于20—40 cm土层，深松结合秸秆还田（T3、T4）的孔隙分布明显多于FP，增加了结构更为复杂的大孔隙。定量化分析表明，相较于FP，单独深松25 cm(T2)显著提高20—30 cm土层总孔隙度103.0%(P<0.05)，主要通过显著提高小孔隙（孔隙直径d≤0.50 mm）孔隙度91.3%和中孔隙（0.50 mm相似文献   

根层调控措施对甜玉米-黄瓜设施蔬菜轮作体系土壤硝态氮的影响

【目的】以甜玉米作为填闲作物,探讨不同的根层调控措施对消减土壤剖面累积硝态氮及下茬黄瓜生长的影响。【方法】在华北平原传统棚室蔬菜的休闲季种植甜玉米,针对甜玉米设置添加土壤调理剂和秸秆还田2种根层调控措施,以甜玉米传统种植作为对照,进行田间小区试验。试验于2008年5月至2011年5月进行,共3次甜玉米-黄瓜轮作,6季作物。每年6月初至9月底种植甜玉米,10月初至次年1月底扣棚育黄瓜苗,当年2月初种植黄瓜。在甜玉米季,共3个处理,随机排列,重复3次。小区面积为4 m×2 m,小区间隔0.3 m,区组之间布设1 m的保护行。【结果】甜玉米种植季,调理剂处理的玉米籽粒产量最高,2008、2009和2010年的产量分别为6.2、7.4和7.9 t·hm^-2;土壤调理剂和秸秆还田2种根层调控处理的甜玉米总吸氮量高于传统种植。秸秆还田和调理剂处理能够促进20-60 cm土层根系的生长发育,促使根系吸收更深层的土壤养分。2种根层调控措施均能降低土壤剖面NO₃^--N的累积,尤其对100-200 cm的作物根区NO₃^--N的消减能力更强,NO₃^--N消减趋势大致为：调理剂>秸秆还田>传统种植。3季黄瓜种植季,不同前茬处理的黄瓜产量、生物量和吸氮量差异均不显著;3季平均土壤NO₃^--N在0-200 cm土层的残留量为秸秆还田<调理剂<传统种植。3个轮作季后,传统种植、调理剂和秸秆还田处理在0-200 cm土层的氮素盈余量分别为1 911.6、1 966.3和1 930.2 kg·hm^-2,调理剂处理显著高于传统种植。【结论】在硝态氮高累积的设施土壤上,随着种植年限的增加,加入土壤调理剂和适当的秸秆还田对100-200 cm的作物根区土壤剖面NO₃^--N的消减能力更强。填闲作物种植第二年对下茬黄瓜土壤NO₃^--N的消减作用最为明显。土壤调理剂和秸秆还田措施能够显著提高甜玉米对土壤剖面NO₃^--N的消减能力,减缓土壤NO₃^--N 的淋失,提高经济效益。