长期施肥对水稻根系有机酸分泌和土壤有机碳组分的影响

本研究以江西省红壤研究所水稻土长期定位试验田(始于1981年)为对象,分析了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、有机无机配施(NPKM)3种施肥措施对水稻根系有机酸分泌速率及土壤有机碳组分的影响。结果表明:NPK和NPKM处理水稻根系分泌有机酸总量均显著高于CK处理(P0.05,下同),其中NPKM处理最高,提高了54.78%;相对于CK处理,NPK处理水稻根系酒石酸分泌速率显著增加,提高了82.63%,NPKM处理的草酸与苹果酸分泌速率显著增加,分别增加了69.93%、110.98%,而NPK和NPKM处理的柠檬酸分泌速率分别降低了36.57%与40.57%。与CK处理相比,NPKM处理土壤有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳与可溶性有机碳均显著增加,而NPK处理却无显著变化;可溶性有机碳结构的进一步分析表明,NPKM处理促进了可溶性有机碳中类胡敏酸和类富里酸物质的累积,在可溶性有机碳中所占比例分别为31%、44%,NPK处理可溶性有机碳结构无明显变化;CK和NPK处理中可溶性有机碳的有机物来源主要是植物与微生物的混合源,而NPKM处理主要是微生物代谢所分泌的产物。     

长期有机肥替代化肥对水稻土有机碳稳定性的影响

针对不同有机肥替代化肥比例下红壤性水稻土有机碳稳定性不明确的科学问题,以第四纪红色黏土发育的水稻土的长期定位试验为研究对象,选取不施肥处理（CK）、化肥处理（100F0M）、化肥处理中30%、50%及70%的氮量被有机肥替代（70F30M、50F50M、30F70M）5个处理,明确长期不同有机肥替代化肥比例对水稻土活性/惰性碳组分含量及有机碳化学结构稳定性的影响。结果表明：不同有机肥替代化肥比例均提高了水稻土有机碳、活性碳、惰性碳的含量,活性碳含量表现为70F30M、30F70M>CK、50F50M,惰性碳含量表现为30F70M>70F30M、50F50M>100F0M>CK。随着有机肥替代比例的增加,惰性碳比例从69.67%逐渐增加至77.26%。不同有机肥替代比例下土壤有机碳的化学结构种类相同,相对含量百分比表现出相同的趋势：芳香碳（33.28%～37.79%）、烷基碳（27.81%～31.19%）最高,烷氧碳（16.19%～20.10%）、羰基碳（10.35%～12.07%）居中,羧基碳（2.52%～5.75%）最低。同时随着有机肥替代化肥比例的增加,芳香...     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了长期施肥对红壤性水稻土团聚体活性有机碳含量的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪+紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤团聚体活性有机碳含量均随深度的增加而降低。长期施用肥料,特别是有机肥与无机肥配施会提高土壤团聚体活性有机碳含量,从而保持和提高土壤有机碳库质量。不同粒级土壤团聚体中活性有机碳含量和团聚体活性有机碳占团聚体有机碳比率有差异,潜在可矿化碳含量和潜在可矿化碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.25~1mm、1~3mm、>3mm、0.05~0.25mm和<0.05mm;而可溶性有机碳含量和可溶性有机碳占团聚体有机碳比率从高到低的顺序为:0.05~0.25mm、0.25~1mm、1~3mm、>3mm和<0.05mm。不同施肥处理A层土壤团聚体潜在可矿化碳、可溶性有机碳含量都与土壤团聚体有机碳含量都呈极显著相关;P层除1~3mm团聚体外都呈显著相关。土壤微团聚体(<0.25mm)中有机碳的稳定性高于大团聚体(>0.25mm)。     

施用秸秆对土壤可溶性有机碳氮及矿质氮的影响

为了研究施用秸秆对土壤可溶性有机碳氮及矿质态氮含量的影响,设置CK（对照）,M₂,M₄,M₆共4个处理,处理中每100 g干土中加入秸秆量分别为0,2,4,6 g。在室温为25℃、土壤含水量为田间持水量的70%的条件下进行培养试验,分别在15,30,45,60,105,150 d时,采取各处理中的土壤样品,观测土壤可溶性有机碳氮及矿质氮的动态变化。结果表明:4个处理的土壤可溶性有机碳、氮具有相同的变化趋势,表现为随着培养时间的推移,先增加,再减小,然后经过一段时间的波动后趋于平稳。在培养的整个过程中,M₄与M₆处理的土壤可溶性有机碳、氮明显高于CK中的含量,表明了施用秸秆可以促进土壤可溶性有机碳氮的累积。在相同时间段内,各处理之间铵态氮含量无明显差异,与对照相比,加入秸秆后,土壤中硝态氮的含量明显下降。     

长期不同施肥潮土对可溶性有机碳的吸附特征

可溶性有机碳(DOC)吸附影响土壤元素化学行为。为此,本研究采用批处理法研究了DOC在长期不同施肥处理(对照CK、氮N、氮磷NP、氮磷钾NPK、化肥+秸秆还田NPKS、化肥+有机肥NPKM)潮土上的吸附动力学和等温吸附特征。结果表明,猪粪源DOC易于分解,需要添加0.025 mmol(1 mL 25 mmol/L)Na N3抑制其分解,抑制率超过90%。DOC吸附符合准二级动力学方程(R~2≥0.99)。不同施肥处理下,吸附速率常数k及初始速率常数h与平衡吸附Qe都没有显著差异,平均值分别为0.208 kg/(g·h)、1.60 g/(kg·h)和2.77g/kg。吸附等温式可用Langmuir方程很好拟合(R~2≥0.96),吸附容量(最大吸附量)Q_(max)在不同施肥处理下也没有显著差异(平均7.05 g/kg),但在N和NP等非平衡施肥下却保持高的亲合力,半饱和吸附浓度k_d分别为50.2和57.6 mg/L,吸附亲合常数K则分别为0.02和0.017 4 L/mg;相反,在NPKM处理下,显著低的亲合性发生,k_d和K分别为72.94 mg/L和0.013 8 L/mg。研究证明粘粉粒含量控制了不同施肥处理潮土对DOC的吸附;土壤有机碳水平不影响Q_(max),而且高土壤有机碳还降低其吸附亲合性。     

长期化肥施用对双季稻田土壤有机碳的影响

施用化肥是提高水稻产量的重要措施,但长期施用化肥对稻田土壤有机碳(SOC)含量影响的认识不清晰。依托中国科学院桃源农业生态试验站稻田长期施肥定位试验,系统研究了不施肥、仅施N肥、施NP肥和施NPK肥处理的水稻产量和SOC含量的变化规律。结果表明,长期施用化肥可以提高水稻土SOC含量,而且平衡施肥处理(施NPK肥)的SOC含量处于相对最高水平;SOC含量的变化与每年水稻根茬残留量显著相关。因此,长期施用化肥对SOC含量的影响主要取决于产量效益,合理施肥获得高产的同时也会增加SOC含量。     

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。     

干湿交替对水稻土碳氮矿化的影响

通过室内培育试验,研究干湿交替条件下长期不同施肥处理水稻土微生物生物量和理化性状变化对土壤C、N矿化的影响机制.结果表明,与连续淹水(Cw)处理相比,干燥处理不仅显著地提高了所有施肥处理土壤有机C的矿化速率,其幅度为78%～204%,而且也提高了各处理土壤微生物生物量C和N,其幅度分别为55%～77%和57%～72%;干燥后淹水处理土壤有机C矿化速率的提高幅度为74%～95%,呈先降低再升高的趋势.土壤N的矿化在干湿交替过程的干燥处理中降低34%～78%:干燥后淹水过程仅使NPK处理的升高21%,而CK和NPKOM处理分别降低5%和13%.在培养过程中土壤Eh值仅在-60～60 mV范围时,与土壤微生物生物量C之间有显著的负相关关系.在干湿交替的干燥过程,随土壤pH值的升高土壤微生物生物量C有增加的趋势,在淹水条件下土壤pH值则仅与NPKOM处理土壤微生物生物量C之间有明显的负相关关系.干湿交替条件下土壤 pH和 Eh 值、微生物群落组成和数量与有机质的矿化之间的相互作用关系复杂,三者间的作用机理需进一步研究.     

长期施肥对土壤有机碳和无机碳的影响

利用18年长期定位试验,研究了在不同施肥条件下,土壤有机碳和无机碳在0~50 cm土层分布特征。结果表明,施肥对土壤有机碳的影响随着土层深度的增加而下降,0~7.5 cm土层的土壤有机碳比7.5~15 cm、15~30 cm、30~50 cm分别增加了4.6%、22.0%、63.1%,而无机碳含量随着土层深度的增加而增加,与有机碳的变化规律正好相反。不同种类的肥料对土壤有机碳的影响也不相同,化肥、有机肥长期配合施用和长期施用有机肥可以在0~30 cm土层增加土壤有机碳含量,降低土壤中的无机碳含量,而长期单施化肥对土壤的有机碳和无机碳含量无明显差异。     

长期施肥水稻土氮素剖面分布及温度对土壤氮素矿化特性的影响

利用太湖地区26a的水稻土长期定位试验,研究了长期施肥对水稻土剖面氮素分布和C/N的影响,分析了10℃和30℃下不同施肥处理土壤氮素矿化过程的差异,拟合了30℃下土壤累积矿化量与有效积温的方程式。结果表明:(1)长期施肥使表层土壤氮素累积量明显增加,0～20cm土层,施有机肥处理的含氮量普遍高于施化肥处理。20～30cm土层,化肥氮+磷处理(CNP)、化肥氮+磷+钾处理(CNPK)、秸秆+氮处理(CRN)及不施肥对照CK的含氮量高于有机肥+氮+磷处理(MNP)、有机肥+氮+磷+钾处理(MNPK)、秸秆+有机肥+氮处理(MRN)和仅施有机肥处理(M0),而40～50cm土层含氮量差异较小;(2)施有机肥或秸秆还田使表层土C/N值有降低趋势。0～10cm表层土壤的C/N,CNPK>MNPK,CK>M0,而施秸秆处理MRN的C/N最低。20～50cm土层,施有机肥处理的C/N普遍高于化肥处理,施化肥土壤下层的有机质分解程度较高。(3)在30℃下,土壤矿化过程达到稳定状态需要时间较短,且累积矿化量较高。在10℃下,培养后期的矿化速率高于30℃下的速率,但累积矿化量较低,低温条件引起了土壤氮素矿化率的降低。土壤累积矿化量与有效积温的关系符合有效积温方程式(p<0·01),K值较接近反应矿化初期各处理的矿化潜力,n值的差异反应MRN、MNP以及CNPK、CNP处理在矿化后期有更高潜力。     

长期施肥对中国亚热带水稻土土壤稳定性和机械属性的影响

Wet stability, penetration resistance （PR）, and tensile strength （TS） of paddy soils under a fertilization experiment for 22 years were determined to elucidate the function of soil organic matter in paddy soil stabilization. The treatments included no fertilization （CK）, normal chemical fertilization （NPK）, double the NPK application rates （2NPK）, and NPK mixed with organic manure （NPK＋OM）. Compared with CK, Fertilization increased soil organic carbon （SOC） and soil porosity. The results of soil aggregate fragmentation degree （SAFD） showed that fast wetting by water was the key fragmentation mechanism. Among the treatments, the NPK＋OM treatment had the largest size of water-stable aggregates and greatest normal mean weight diameter （NMWD） （P ≤ 0.05）, but the lowest PR and TS in both cultivated horizon （Ap） and plow pan. The CK and 2NPK treatments were measured with PR 〉 2.0 MPa and friability index 〈 0.20, respectively, in the Ap horizon, suggesting that the soils was mechanically unfavourable to root growth and tillage. In the plow pan, the fertilization treatments had greater TS and PR than in CK. TS and PR of the tested soil aggregates were negatively correlated to SOC content and soil porosity. This study suggested that chemical fertilization could cause deterioration of mechanical properties while application of organic manure could improve soil stability and mechanical properties.     

Changes of soil organic carbon and its fractions in relation to soil physical properties in a long-term fertilized paddy

Soil organic carbon (SOC) has an important role in improving soil quality and sustainable production. A long-term fertilization study was conducted to investigate changes in SOC and its relation to soil physical properties in a rice paddy soil. The paddy soils analyzed were subjected to different fertilization practices: continuous application of inorganic fertilizers (NPK, N–P–K = 120–34.9–66.7 kg ha⁻¹ yr⁻¹ during 1967–1972 and 150–43.7–83.3 kg ha⁻¹ yr⁻¹ from 1973 to 2007), straw based compost (Compost, 10 Mg ha⁻¹ yr⁻¹), a combination of NPK + Compost, and no fertilization (control). Soil physical properties were investigated at rice harvesting stage in the 41st year for analyzing the relationship with SOC fraction. Continuous compost application increased the total SOC concentration in plough layers and improved soil physical properties. In contrast, inorganic or no fertilization markedly decreased SOC concentration resulting to a deterioration of soil physical health. Most of the SOC was the organo-mineral fraction (<0.053 mm size), accounting for over 70% of total SOC. Macro-aggregate SOC fraction (2–0.25 mm size), which is used as an indicator of soil quality rather than total SOC, covered 8–17% of total SOC. These two SOC fractions accumulated with the same tendency as the total SOC changes. Comparatively, micro-aggregate SOC (0.25–0.053 mm size), which has high correlation with physical properties, significantly decreased with time, irrespective of the inorganic fertilizers or compost application, but the mechanism of decrease is not clear. Conclusively, compost increased total SOC content and effective SOC fraction, thereby improving soil physical properties and sustaining production.     

稻草还田条件下水田和旱地土壤有机碳矿化特征与差异

采用14C示踪技术,通过100 d的原状土柱室内模拟试验,得出以下研究结果:培养100 d后,有34.74%(水田覆盖)、17.85%(水田翻埋)、35.68%(旱地覆盖)和36.06%(旱地翻埋)的稻草碳被矿化,水田和旱地土壤分别有0.99%～1.17%和2.25%～2.53%的原有有机碳被矿化。土地利用和稻草还田方式及两因素的交互作用,对添加稻草碳的矿化速率和累积矿化率均有显著影响(p<0.01),但对于土壤原有有机碳的矿化速率和累积矿化量,只有土地利用方式对其有显著影响(p<0.01);添加稻草后,土壤总累积矿化量没有发生显著变化(旱地翻埋除外),因为稻草还田抑制了土壤原有有机碳的降解,使100 d的累积矿化量相对于各自对照减少了13.95%(水田覆盖)、15.68%(水田翻埋)、11.04%(旱地覆盖)和3.34%(旱地翻埋)。水田翻埋和旱地覆盖是稻草资源合理利用的较好方式,更有利于土壤有机碳的积累;添加的稻草碳和土壤原有有机碳在水田的矿化速率均显著低于旱地,是水田有机碳含量通常高于同一景观单元旱地的主要原因之一。     

Soil carbon and nitrogen dynamics as affected by long-term tillage and nitrogen fertilization

Quantifying seasonal dynamics of active soil C and N pools is important for understanding how production systems can be better managed to sustain long-term soil productivity especially in warm subhumid climates. Our objectives were to determine seasonal dynamics of inorganic soil N, potential C and N mineralization, soil microbial biomass C (SMBC), and the metabolic quotient of microbial biomass in continuous corn (Zea mays L.) under conventional (CT), moldboard (MB), chisel (CH), minimum tillage (MT), and no-tillage (NT) with low (45kgNha^–1) and high (90kgNha^–1) N fertilization. An Orelia sandy clay loam (fine-loamy, mixed, hyperthermic Typic Ochraqualf) in south Texas, United States, was sampled before corn planting in February, during pollination in May, and following harvest in July. Soil inorganic N, SMBC, and potential C and N mineralization were usually highest in soils under NT, whereas these characteristics were consistently lower throughout the growing season in soils receiving MB tillage. Nitrogen fertilization had little effect on soil inorganic N, SMBC, and potential C and N mineralization. The metabolic quotient of microbial biomass exhibited seasonal patterns inverse to that of SMBC. Seasonal changes in SMBC, inorganic N, and mineralizable C and N indicated the dependence of seasonal C and N dynamics on long-term substrate availability from crop residues. Long-term reduced tillage increased soil organic matter (SOM), SMBC, inorganic N, and labile C and N pools as compared with plowed systems and may be more sustainable over the long term. Seasonal changes in active soil C and N pools were affected more by tillage than by N fertilization in this subhumid climate. Received: 20 September 1996     

长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤有效养分影响

利用中国农业科学院红壤实验站开始于1982年的水稻长期定位试验,研究长期有机无机肥配施对水稻产量及土壤速效氮、磷、钾含量的动态变化(1982—2011年)特征。29年研究结果表明:长期有机无机肥配施(NPKM)能提高水稻产量,培肥地力。长期施用化肥(NPK)导致水稻产量降低。稻谷产量随着施肥量的增加而增加。在等氮投入情况下,增施化学磷肥的增产效应要高于化学钾肥,且早稻表现尤为明显;长期单施有机肥和单施化肥对稻谷产量的影响没有显著差异。随着施肥时间的延长,各处理水稻产量差异越显著。各施肥处理土壤碱解氮增加速率表现为慢-快-慢三个阶段,有机肥的施用相较单施化肥,能够显著提高土壤碱解氮含量(p0.05)。土壤有效磷的累积主要与化学磷肥的施用有关,各施肥处理土壤有效磷历年平均含量变化趋势为:NPKM、NPM、PKMNPKM、NKM(p0.01);土壤速效钾以有机肥和化学钾肥配施的处理(NPKM、NKM、PKM)增加最快,单施化学肥料的处理(NPK)增加最慢。随着氮、磷施用量的增加,土壤中氮、磷素出现盈余,但NPKM处理相比其他处理能够有效降低盈余量;各处理土壤中钾素均表现为亏缺状态,红壤性水稻田至少每年应补充投入钾素200 kg hm-2才能基本维持土壤钾素平衡。     

化肥有机肥配合施用下双季稻田氮素形态变化

为揭示有机无机肥配合施用下稻田氮素的动态及迁移特征,在湘南双季水稻农作区第四纪红土发育的红黄泥稻田上进行了连续6年田间试验。通过比较不施氮肥（PK）、施用有机肥猪粪（M）、化肥（NPK）及有机肥化肥配合（NPKM）,研究稻田表层全氮、无机氮动态变化,不同层次（25—30、55—60、85—90 cm）土壤溶液无机氮动态,耕层土壤无机氮动态等。结果表明,NH4+-N是红壤双季稻田无机氮素存在的主要形态,施用化学肥料处理（NPK）施肥后1～3 d表面水NH4+-N浓度占全氮比例可达0.5～0.9,有机肥处理（M）为0.3左右。不同层次土壤溶液及其土壤氮素浓度呈现一致的特征,即施肥后短期内出现浓度峰值随后迅速下降,且随着往下推移,氮素峰值出现时间延长,表层水全氮及无机氮在施肥后1～2 d出现浓度高峰,耕层土壤及25—30 cm土壤溶液无机氮浓度高峰约在施肥后3～5 d。化肥有机肥配施有利于水稻稳产高产,年产量达12.2 t/hm2,比不施氮肥的对照产量（7.3 t/hm2）增加68%;土壤有机质6年提升18.5%,显著高于化肥。施用有机肥（M）及有机无机肥配合（NPKM）显著降低了稻田表层水全氮及不同层次土壤溶液和耕层土壤NH4+-N峰值浓度,提高水稻产量和培肥土壤,有利于减少当前氮肥过量施用带来的环境负荷。     

土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响

采用为期62.d的实验室恒温(281)℃培养方法,研究了土壤水分和植物残体对紫色水稻土有机碳矿化的影响。结果表明,紫色水稻土有机碳矿化速率在培养30.d后基本达到稳定,好气条件下土壤有机碳累积矿化量高于淹水条件,且差异达到极显著水平。用一级动力学方程对植物残体的矿化速率进行拟合表明,好气条件下,植物残体的分解速率常数(k值)大小顺序为蚕豆秸秆玉米秸秆水稻秸秆,而淹水条件则为水稻秸秆蚕豆秸秆玉米秸秆。水分状况和植物残体化学组分的差异影响紫色水稻土中有机碳的动态变化,最终导致碳累积矿化量差异。     

长期有机无机肥配施下红壤性稻田水稻产量及土壤有机碳变化特征

利用中国农业科学院红壤实验站红壤稻田长期定位试验,研究了长期有机无机肥配施下双季稻增产潜力和土壤有机碳变化特征。31年的试验结果表明,1）施肥能促进水稻早晚稻稻谷和地上部产量增加,其中,有机肥配施均衡的NPK处理促进作用最大,NPKM处理下稻谷年均产量比NPM、 NKM、 PKM、 M和NPK分别高 5.8%、 10.9%、 16.2%、 15.9%和20.4%。2）施肥能促进水稻土有机碳含量增加,其中,有机肥配施均衡的NPK处理提升效果最为明显, NPKM处理下所测年度土壤有机碳平均含量比NPM、 NKM、 PKM、 M和NPK分别高出2.5%、 3.5%、 2.0%、 0.6%和 32.8%。3）随着试验的进行,单施有机肥对早、 晚稻稻谷和地上部产量的促进效果逐步优于单施化肥氮、 磷、 钾处理（NPK）,对土壤有机碳的提升效果也明显优于单施化肥氮、 磷、 钾。红壤性稻田双季稻生产实践中,有机无机肥配施模式值得推荐,但需均衡配施化肥氮、 磷、 钾。