长期施肥对黄壤有机碳平衡及玉米产量的影响

基于长期定位试验,以黔中典型黄壤为研究对象,采用单因素方差分析、可持续性指数、稳定性指数等方法对长期定位试验获取的数据进行分析和比较,以探讨长期不同施肥处理对黄壤有机碳含量、有机碳平衡量、玉米产量稳定性、可持续性及其相互关系的影响。结果表明:(1)与施化肥和对照处理相比,施有机肥处理土壤有机碳含量明显升高,按大小排序依次为:MMNPK1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPK;(2)施有机肥处理黄壤有机碳平衡量为正值,且随有机肥施用量增加而增加,相反,施化肥和对照处理均为负值,大小依次为:MNPK、M1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPKNPKNKNPN、CKPK,各处理差异显著;(3)有机肥与化肥配施、有机肥单施及氮磷钾化肥协调施用更有利于提高玉米产量,排序为:MNPK1/4M+3/4NPK、1/2M+1/2NPKNPK、MNPNK、PK、NCK;(4)适量有机肥与化肥配施可提高玉米产量稳定性和可持续性(可持续性指数0.6,变异系数0.3),其中,1/4M+3/4NPK处理玉米产量稳定性和持续性最好;(5)玉米年产量与黄壤有机碳平衡量相关度较高,而玉米可持续性、稳定性则主要受有机碳含量影响。综上,有机肥与化肥配施有利于黄壤有机碳含量提升、玉米维持高产稳产。按适量"减肥"原则,以25%有机肥配施75%氮磷钾化肥效果最佳。     

长期施肥对黄壤性水稻土有机碳矿化的影响

以贵州省农业科学院内黄壤性水稻土长期(22年)定位施肥试验为对象,采用室内模拟培养试验研究了不施肥(对照,CK)、施化肥(NPK)、低量有机无机肥配施(0.5MNPK)、施牛粪(M)和常量有机无机肥配施(MNPK)对土壤有机碳矿化的影响。结果表明:NPK处理土壤有机碳含量(21.6 g kg~(-1))与CK处理(22.8 g kg~(-1))基本相同,而0.5MNPK、M和MNPK处理的土壤有机碳含量较CK处理分别提高了30.6%、72.9%和62.2%,其中,M和MNPK处理差异达显著水平(p0.05)。模拟培养条件下,CO2产生速率在培养的第2天达到最大值,然后迅速下降,而后缓慢下降(第4~24天),后期(第24~30天)趋于稳定;各处理土壤有机碳矿化速率大小依次为:MMNPK0.5MNPKCKNPK,各处理土壤有机碳矿化速率随时间的动态变化均符合对数函数关系(p0.01)。培养结束(30 d)时,各处理土壤有机碳累积矿化量为1.23~2.37 g kg~(-1),以M处理和MNPK处理较高,较CK处理(1.46 g kg~(-1))分别增加了62.6%和44.2%(p0.05);各施肥处理土壤有机碳的累积矿化率(土壤有机碳累积矿化量/土壤有机碳含量)较CK处理(6.4%)均有所下降,以M处理和MNPK处理下降较多,降幅分别为1.2%和0.9%。土壤有机碳累积矿化量随培养天数的动态变化可以用一级动力学方程拟合(p0.01),模拟结果表明,CK处理土壤潜在可矿化有机碳量为1.55 g kg~(-1),与CK处理相比,NPK处理下降了11.6%,但差异不显著(p0.05),而有机肥处理(0.5MNPK、M和MNPK)有不同程度的提高(21.3%~73.6%),其中,M和MNPK处理提高幅度较大(p0.05);同时,MNPK处理能够提高土壤有机碳的周转速率,减少周转时间。上述结果指示黄壤性水稻土长期施用有机肥(0.5MNPK、M和MNPK)能够提高土壤有机碳的矿化速率,在促进土壤有机碳积累的同时降低其累积矿化率(单位有机碳矿化水平),增强土壤固碳能力。     

长期施肥对西南黄壤碳氮磷生态化学计量学特征的影响

为了解长期不同施肥措施下黄壤碳、氮、磷生态化学计量学特征,研究以贵州黄壤长期定位试验2003~2013共11年土样为研究对象,测定分析土壤碳、氮、磷养分及生态化学计量指标变化特征,旨为黄壤培肥、增加土壤碳汇提供重要理论依据。结果表明:(1)长期不同施肥措施下,有机碳、全氮、全磷含量变化较一致,均以有机肥处理较高,且随有机肥施用量增加而增加;(2)不同处理土壤C/N、C/P、N/P比变化范围为13.49~15.58、13.72~17.86、0.99~1.28,通过各处理变异系数和碳、氮、磷两两相关分析可知,黄壤C/N比较稳定,碳氮变化一致,而C/P、N/P比变化较大;(3)C/N、C/P比与有机碳呈极显著正相关关系,N/P比与全氮呈极显著正相关关系,但相关系数各不同;(4)与中国和世界土壤C/N/P比平均水平相比,黄壤碳、氮、磷比例失衡。     

长期不同施肥模式下华北旱作潮土有机碳的平衡特征

【目的】研究土壤有机碳的平衡特征对于更好的了解土壤有机碳的稳定性和培肥效果具有重要意义。本研究以旱作潮土为研究对象揭示长期施肥对土壤有机碳平衡的影响并探讨可持续利用的培肥模式。【方法】以旱作潮土34年长期定位试验为依托,通过田间取样和室内分析,研究不同施肥条件下土壤有机碳的含量、平衡,并通过相关分析分析土壤有机碳与施肥年限和作物产量的关系。试验处理包括不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、氮磷钾配施(NPK)、有机肥配施氮肥(NM)和秸秆配施氮肥(NS)处理。【结果】经过34年的不同培肥措施,有机无机配合施肥处理(NM、NS),施用化肥(N、NP、NPK)处理和CK处理土壤有机碳分别平均增加52.9%,29.0%和11.1%;不同施肥模式下有机碳的盈余量差异显著,施肥的各处理和不施肥处理土壤有机碳均有盈余,其中NM处理盈余量为C 6.61 t/hm~2,显著高于其它处理,其次是NS处理(C4.68 t/hm~2),不施肥处理盈余量最低,仅为C 0.21 t/hm~2,显著低于其它处理;旱作潮土有机碳的固定量与有机碳的投入量之间呈极显著的正相关性(r=0.86**);碳投入的平均转化效率为8.5%,要维持土壤有机碳的平衡,每年有机碳投入量为0.04 t/hm~2。土壤有机碳含量与小麦(r=0.37**)和玉米(r=0.42**)的产量呈极显著正相关。【结论】不同施肥处理(包括CK处理)土壤有机碳总体呈增加趋势,该地区旱作潮土有机碳仍具有一定的固碳潜力,其中有机肥与化肥配合施用是提高旱作潮土有机碳的最佳培肥措施,可以使土壤有机碳呈显著性增加,其次是氮磷钾肥配合施肥处理。     

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。     

长期施肥对棕壤有机碳组分的影响

对起始于1979年的棕壤长期肥料定位试验田2005年的耕层土壤不同有机碳组分进行了测定与分析,以探讨长期施肥影响土壤有机碳的过程及机理。结果显示:长期单施化肥降低了土壤的游离态颗粒有机碳（FPOM-C）含量,但进一步稳定了矿物结合态有机碳(MOM-C),最终提高了土壤总有机碳(TOC)含量;长期施用有机肥和有机肥配施化肥使土壤的FPOM-C、闭蓄态颗粒有机碳(OPOC)、MOM-C以及含量均显著提高,且增加效果好于单施化肥。从各组分有机碳所占比例或相对比值来看,长期施用有机肥和有机肥配施化肥提高了POM-C/TOC比例而降低了MOM-C/TOC比例,使FPOM-C/OPOM-C比值显著增大。表明土壤有机碳结构分组的应用有助于揭示长期施肥影响土壤有机碳的机理。     

有机无机肥配施对黄壤烟田有机碳组分的影响

采用长期田间试验,研究有机无机肥不同比例配施对土壤有机碳各组分含量的影响。结果表明,长期有机无机肥配施相比于对照增加了土壤总碳量和活性有机碳库,但未达到显著影响水平。有机肥提供30%氮结合化肥提供70%氮处理,与仅施用化肥相比,显著提高了土壤中可溶性有机碳、微生物生物量碳、轻组有机碳和颗粒有机碳含量,提升比例分别是61.19%、96.03%、52.17%和33.55%。有机肥提供30%氮量处理与对照相比,显著增加了黄壤中可溶性有机碳、微生物生物量碳、轻组有机碳和颗粒有机碳含量,再增加有机肥投入量,这些活性有机碳没有显著增加。综上说明,本地黄壤烟田采取有机肥提供30%氮结合化肥提供70%氮施肥措施,长期施用可显著培育黄壤烟田基础地力,同时提高烟叶的产质量,这对于保证我国烟叶生产的可持续发展具有非常重要的意义。     

长期施肥对土壤活性有机碳指标的影响

以棕壤长期肥料定位试验地土壤为试材,研究和对比了不同施肥处理耕层土壤各项活性有机碳指标对长期施肥的响应。研究结果表明,长期施用化肥、有机肥以及有机肥配施化肥均显著改变了土壤总有机碳(TOC)含量。与此同时,土壤的轻组有机碳(LFOC)、易氧化有机碳(ROC)和微生物量碳(MBC)含量亦对长期施肥产生与TOC基本一致的响应。相关分析结果表明,土壤的LFOC、ROC和MBC可以作为长期施肥对土壤TOC影响的评价指标,且三者的指示灵敏度依次为MBC>LFOC>ROC。     

长期施肥对栗褐土有机碳矿化的影响

【目的】 土壤有机碳矿化是土壤中重要的生物化学过程,与土壤养分的释放、土壤质量的保持以及温室气体的形成密切相关。本文以 25 年长期定位施肥试验为依托,对栗褐土土壤有机碳矿化速率、有机碳累积矿化量的动态变化进行研究,为科学管理土壤肥力、增加栗褐土碳汇、减少温室气体排放提供依据。 【方法】 田间试验开始于 1988,共设置 8 个施肥处理:不施肥 (CK);单施氮肥 (N);氮磷肥合施 (NP);单施低量有机肥(M₁);低量有机肥与氮肥合施 (M₁N);低量有机肥与氮磷肥合施(M₁NP);高量有机肥与氮肥合施 (M₂N);高量有机肥与氮磷肥合施 (M₂NP)。于 2013 年玉米播种前,采集耕层 (0—20 cm) 土壤样品,采用室内培养方法,对土壤碳矿化释放 CO₂ 的数量和速率进行测定,并利用一级动力学方程计算出土壤有机碳库潜在矿化势和周转速率。 【结果】 各肥料处理不同程度地提高了栗褐土总有机碳含量,以高量有机肥与化肥配施作用最为显著。与 CK 相比,M₂N、M₂NP 处理土壤总有机碳含量增加了 121.1%、166.8%。不同处理土壤样品培养有机碳矿化速率均在第一天达到峰值,随后急剧下降。5 d 后,下降趋缓,不同处理 CO₂ 产生速率趋于一致。培养期间,各处理矿化速率变化符合对数函数关系。长期施用不同肥料均可以提高栗褐土有机碳的矿化速率,其大小顺序为:有机肥与化肥配施 > 单施有机肥 > 单施化肥 > 对照。培养 57 d 后,各处理土壤有机碳累积矿化量为 555.0～980.3 mg/kg,以 M₂NP、M₁N 的累积量较高,为对照的 1.77 倍、1.73 倍。长期施肥栗褐土有机碳矿化率呈下降趋势,以处理 M₂NP 下降最明显,与对照相比,降低了 6.3 个百分点。施肥处理土壤的潜在矿化势均高于对照,M₁N、M₂NP 最高,为 923.7 mg/kg 和 926.4 mg/kg,较对照增加了 74.0% 和 74.5%。不同施肥处理均可明显提升土壤有机碳的周转速率,减少周转时间,其中处理 M₁NP、M₂NP 效果最为明显。 【结论】 长期施用化肥、有机肥及有机无机肥配施可有效促进栗褐土有机碳的积累,提高有机碳的矿化速率和周转速率,降低有机碳的矿化率 (累积矿化量占有机碳总量的比率),加强了土壤的固碳能力,以 M₂NP 处理的效果更佳。      

长期施肥下红壤有机碳及其颗粒组分对不同施肥模式的响应

采集不同施肥24年的红壤,采用物理分组的方法,观测了长期不同施肥下红壤有机碳及其组分变化,并结合历史资料分析了不同施肥模式对红壤有机碳及其颗粒组分的影响。结果表明,化肥配施有机肥（NPKM）处理下红壤总有机碳含量（10.33 g/kg）,砂粒（2000～53 m）、细粉粒（5～2 m）和粘粒（2 m）组分中的有机碳含量显著高于其他处理。与不施肥（CK）相比,施用化肥（NPK、2NPK）和有机肥（NPKM、M）显著地提高了红壤有机碳在砂粒和粘粒中的分配比例,而降低了其在粗粉粒和细粉粒的分配比例。施化肥（NPK、2NPK）、单施有机肥（M）、化肥配施有机肥（NPKM）处理,土壤有机碳的平均固定速率分别为0.05 t/(hm2?a)、0.18 t/(hm2?a)、0.26 t/(hm2?a)。相关分析表明,不同施肥模式下红壤有机碳的固定量与碳投入量之间存在着极显著的线性相关关系（R2=0.909, P0.01）,土壤的固碳效率为8.1%;随着碳投入的增加,粗粉粒和细粉粒有机碳储量逐渐下降,而砂粒和粘粒中碳储量逐渐增加,并且粘粒增加速率要远远高于砂粒。以上结果说明,红壤中有机碳还没有达到饱和,还具有一定的固碳潜力,增加的有机碳主要固持在粘粒中,粘粒是红壤有机碳的主要固持组分。     

长期施肥对土壤生物活性有机碳库的影响

采用土壤培养实验方法,研究了25年施肥对平凉黑垆土土壤生物活性有机碳库(C0)的影响。结果表明:土壤生物活性有机碳库(C0)以施用有机肥处理显著增大,其中以S+NP处理最高,达1071.00μg/g,M+NP处理为940.85μg/g,M处理为776.90μg/g,分别比CK增加1.86倍、1.51倍和1.07倍,单施N肥处理对土壤生物活性有机碳库影响不大,为399.10μg/g,仅比CK增加6.4%,NP配合处理为621.60μg/g,比CK增加65.76%。增施有机肥料可明显增大土壤生物活性有机碳库(C0),NP化肥配合施用也有良好效果,N肥单施无明显作用。土壤生物活性有机碳库(C0)占土壤总有机碳(TOC)的百分比为2.70%～6.34%,生物活性有机碳库的周转速率(K)为0.0223～0.0301d-1,生物活性有机碳库在土壤中的半周转期(T1/2)为22.55～31.09d。土壤生物活性有机碳库(C0)与土壤全氮呈极显著性正相关,与总有机碳(TOC)呈显著性正相关。     

施肥对中国农田土壤固碳影响效应研究

本研究采用Meta分析方法研究施肥对中国农田0-20 cm表层土的土壤有机碳（SOC）固定效果及影响因素。结果表明，与不施肥相比，施肥处理总体上年均土壤固碳速率（NAC）为0.23 g/(kg·a)；同时，单施化肥(CF)、有机肥化肥混施(COF)和单施有机肥(OF)均能显著提高农田有机碳含量，其中，COF组固碳速率最高，为0.36 g/(kg·a)，CF组的最低，仅为0.08 g/(kg·a)。研究还得出，较低的初始SOC（<11 g/kg）和年均温度（<9℃），均更有利于土壤固碳；而在较高的初始土壤总氮（≥0.60 g/kg）和作物轮作条件下，施用有机肥比单施化肥有更高的固碳速率。     

黄河三角洲长期人工林地对土壤有机碳库的影响

[目的]探讨黄河三角洲长期人工林对盐碱土壤有机碳库的作用效果,为充分发挥其生态功能与经济效益提供科学依据与技术参考。[方法]以刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林以及刺槐—白蜡、刺槐—白榆和刺槐—臭椿混交林等近30a的7个长期人工林为研究对象,并分别设置标准池,采用多点混合采样法,研究土壤活性有机碳、碳库管理指数的变化规律。[结果]3个混交林地土壤的微生物量碳含量较高,并显著高于其他林地,其中刺槐—白蜡混交林较未造林荒地、刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林分别提高26.16%,17.62%,88.41%,47.99%和21.64%。与未造林荒地相比,长期人工林地的水溶性有机碳含量均明显升高,而在各个不同造林措施中,刺槐—白蜡混交林的水溶性有机碳含量显著高于其他措施。各人工林地较荒地均显著提高了土壤总有机碳含量,其中3种混交林模式的土壤总有机碳含量明显高于对应纯林;同时,林地土壤不同活性有机碳含量的总体变化规律为:惰活性有机碳中活性有机碳高活性有机碳,其中刺槐—白蜡混交林更利于惰性有机碳的积累。此外,各人工林地土壤碳库指数较未造林荒地明显上升,其中刺槐—白蜡混交林的碳库管理指数达最高值,与刺槐—白榆、刺槐—臭椿混交林无显著性差异,但分别较刺槐、白蜡、白榆和臭椿纯林明显高出46.51,34.88,27.55,33.38。[结论]混交林模式较纯林对林地土壤有机碳库的改善效果更显著,对土壤具有较好的培肥作用,并处于良性管理状态,有利于林木的生长发育。     

长期不同轮作模式对黄壤团聚体组成及有机碳的影响

依托23年的黄壤长期定位田间试验,对比研究玉米单作(MM)、小麦||绿肥–玉米轮作(WMR)和油菜–玉米轮作(RMR)对土壤团聚体组成及有机碳的影响。结果表明:各处理机械稳定性团聚体和水稳性团聚体均以大团聚体(>0.25 mm的团聚体)为优势团聚体,占比高达93.04%和74.59%以上;WMR和RMR处理较MM处理显著提高了5~2 mm和2~1 mm机械稳定性团聚体含量及>5 mm和5~2 mm水稳性团聚体含量;WMR处理的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)较MM处理显著增加了50%;WMR、RMR处理的PAD(团聚体破坏率)和ELT(土壤团聚体不稳定团粒指数)较MM处理分别显著降低了31.32%、25.97%和35.90%、30.65%;不同粒级水稳性团聚体中均以WMR处理的有机碳含量最高,>5、1~0.5、0.5~0.25 mm粒级团聚体的有机碳含量比MM处理显著增加了17.60%、34.41%、45.67%;土壤团聚体有机碳主要集中在>0.25 mm的大团聚体中,而在微团聚体中含量较少,轮作主要提高了>5 mm水稳性团聚体中有机碳的贡献率,WMR、RMR处理较MM处理分别提高了23.18和9.16个百分点。小麦||绿肥–玉米轮作能有效改善土壤团聚体组成,提高团聚体稳定性和有机碳含量,可作为贵州黄壤旱地较佳的轮作模式。     

地下水位和长期施肥对红壤性水稻土有机碳矿化特征的影响

以1982年开始的长期定位试验红壤性水稻土为对象,采用室内模拟培养试验方法,对耕层土壤有机碳矿化特征进行分析,以探究两个地下水位(20 cm、80 cm)下,长期不同施肥处理(高量有机肥+化肥(2/3OM)、常量有机肥+化肥(1/3OM)、单施化肥(NPK))红壤性水稻土有机碳矿化特征和差异。结果表明,较高的地下水位促进土壤有机碳累积,提高了高量有机肥和常量有机肥处理的土壤有机碳矿化速率,且增加了其有机碳累积矿化量(C_t)及潜在可矿化有机碳量(C_0),但土壤有机碳累积矿化率在施用化肥的条件下表现为减少。长期不同施肥的红壤性水稻土土壤有机碳矿化特征在不同地下水位条件下变化明显,2个地下水位的土壤有机碳含量、土壤有机碳矿化速率及有机碳累积矿化量高低排序均表现为:2/3OM1/3OMNPK;20cm地下水位长期施用2/3OM和1/3OM土壤有机碳累积矿化率分别较NPK高出53.32%(P0.05)、15.44%,80 cm地下水位则分别低出5.56%、17.95%(P0.05);20 cm地下水位2/3OM和1/3OM处理的土壤潜在可矿化有机碳量(C_0)显著高于NPK处理,而80cm地下水位C_0表现为1/3OM处理显著低于NPK处理;地下水位对相同施肥处理土壤有机碳周转常数(k)影响不明显,而在同为80 cm的地下水位条件下,长期施用有机肥可显著提高k。因此,长期不同施肥对红壤性水稻土有机碳累积矿化率、潜在可矿化有机碳量及周转常数的影响在不同地下水位条件下发生变化。     

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。     

长期轮作施肥处理对植烟土壤有机碳组分和酶活性的影响

以贵州省遵义市烤烟长期(18年)定位试验为平台,研究两种种植制度(烤烟–玉米轮作和烤烟连作)下的3种不同施肥模式(不施肥、单施化肥、化肥有机肥配施)对植烟土壤有机碳组分、酶活性和碳库管理指数的影响,探究植烟土壤的碳素转化,为土壤碳素科学管理提供依据。结果显示：在相同种植模式下,化肥有机肥配施处理比单施化肥处理的土壤总有机碳(TOC)增加5.65% ~ 12.13%,其中,轻组有机碳(LFOC)、溶解性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(ROC)分别提高23.33% ~ 28.71%、24.46% ~ 25.54%、10.26% ~ 18.99%,碳库管理指数增加12.89% ~ 23.34%;土壤纤维素酶、β-葡萄糖苷酶、淀粉酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著增强,且与土壤有机碳各组分含量和碳库管理指数呈显著正相关(0.59^* ~ 0.97^**,n=18)。在相同施肥条件下,轮作处理的土壤有机碳含量、酶活性和碳库管理指数分别比连作处理提高6.14% ~ 23.51%、9.00% ~ 37.92% 和4.74% ~ 14.44%,以烤烟–玉米轮作+化肥有机肥配施处理最优。综上,通过“轮作+化肥有机肥配施”不仅能显著提高植烟土壤有机碳含量和碳库管理指数,还能增加土壤微生物生物量和活性有机碳(LOC)组分,对于提高植烟土壤肥力和维持土地生产力具有重要意义。     

不同施肥措施对滨海盐渍土有机碳含量的影响

通过在滨海典型盐渍区开展的田间试验,研究不同施肥措施对土壤有机碳以及土壤EC、p H、体积质量、全氮含量的影响。结果表明,与对照相比,不同施肥措施均能显著提高0~30 cm土层土壤的有机碳含量及密度。农家肥、商品有机肥和无机肥的施用均能显著增加作物生物量和产量,并能明显改善盐渍化农田的理化特性,具体表现在能明显降低表层土壤的p H和体积质量,提高土壤全氮含量,但农家肥和商品有机肥的施用使表层土壤的EC值有所升高。经过相关性分析表明,土壤有机碳含量与土壤EC、全氮、C/N比和作物生物量呈极显著正相关关系,与p H、体积质量呈极显著负相关。