长期施肥红壤矿物颗粒结合有机碳储量及其固定速率

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式下红壤耕层（0—20cm）不同大小矿物颗粒结合态有机碳储量差异及其固定速率。结果表明,与不施肥相比,长期施肥均显著增加了耕层土壤砂粒、粗粉粒、细粉粒及粗黏粒结合有机碳的储量,且以配施有机肥（M、NPKM和1．5NPKM）效果最显著,固碳速率分别达到0．13-0．24、0．19-0．23、0．05-0．16及0．12～0．36Mg·hm^-2．a^-1;施化肥（NPK、NP、N）和秸秆还田（NPKS）有利于增加细黏粒有机碳储量,且固碳速率高于配施有机肥,分别达到0．08～0．13和0．11Mg·hm^-2·a^-1。17a有机肥配施有利于增加固存于粗粉粒（30．5％）和粗黏粒（30．7％）中的有机碳;而秸秆还田（NPKS）和化肥施用下,有利于增加固存于粗粉粒（32．9％）和细黏粒（42．9％）中的有机碳,说明无论化肥配施还是有机无机配施,红壤粗粉粒是固定新增有机碳的主要组分,而长期配施有机肥是提升红壤各级颗粒有机碳库的较好施肥模式。     

长期不同施肥模式对潮土有机碳组分的影响

采用物理分组方法分析了长期不同施肥模式条件下潮土有机碳组分变化及其分布规律。结果表明,与不施肥（CK）比较,长期氮、磷、钾平衡施用（NPK）、秸秆还田（NPKS）和有机无机肥配施（NPKM和1.5NPKM）均显著提高了潮土粗自由颗粒有机碳（cfPOC）、微团聚体内物理保护颗粒有机碳（iPOC）及矿物结合有机碳（mSOC）的含量,其中以粗自由颗粒有机碳增幅最高,达114.5%～278.9％,对施肥最敏感,能较好反映长期施肥下土壤有机碳库的变化。矿物结合有机碳是潮土固存有机碳的主要形式,它占总有机碳的67.0%～80.4%。除偏施化肥（N和NP）外,其它施肥模式增加的总有机碳有49.1%～58.1%进入矿物结合有机碳组分;26.2%～31.7%进入粗、细自由颗粒有机碳组分;15.7%～20.9%进入物理保护有机碳组分。偏施化肥（N和NP）有利于自由颗粒有机碳的增加。综上分析,长期有机无机肥配施或秸秆还田是提升潮土不同组分有机碳库的较好施肥模式。     

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。     

长期施肥条件下红壤有机碳矿化对温度变化模式的响应

土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要组成部分。土壤温度变化显著影响SOC的矿化特征,然而长期施肥条件下周期性温度变化和恒定温度这两种温度模式对SOC矿化影响的差异目前不清楚。本研究以湖南祁阳长期定位试验为平台,选取不施肥(CK)和有机无机肥配施(NPKM)2个处理,通过60 d室内控制培养试验,对比研究相同积温条件下,恒温(25℃)和变温(20～30℃,以25℃为均温)两种温度模式对CK和NPKM处理土壤有机碳矿化特征的影响。研究结果表明,各处理SOC矿化速率均在培养前期较高,且变温模式下SOC矿化速率显著高于恒温模式。培养结束后,各处理SOC累积矿化量变化范围为C 7.83～15.49 g·kg~(-1) SOC;相较于恒温模式,变温模式下CK和NPKM处理SOC累积矿化量分别增加了98%和57%(P0.05),说明变温模式相对于恒温显著促进了SOC矿化。在恒温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 7.83 g·kg~(-1) SOC)与NPKM处理(C 8.77 g·kg~(-1) SOC)相比无显著差异;而在变温模式下,CK处理SOC累积矿化量(C 15.49 g·kg~(-1) SOC)显著高于NPKM处理(C 13.76 g·kg~(-1) SOC),说明温度变化模式调控长期施肥对土壤有机碳矿化的影响。一级动力学方程模拟SOC矿化特征的结果表明,与恒温模式相比,变温模式下CK和NPKM处理SOC潜在矿化量分别显著提高了3.90和1.21倍,而SOC周转速率常数显著降低了71.6%和40.7%。以上研究结果表明变温模式相对于恒温模式显著促进了土壤有机碳矿化,且温度变化模式可以调控土壤有机碳矿化对长期施肥的响应。     

长期施肥下灰漠土有机碳组分含量及其演变特征

采用湿筛和重液悬浮的物理分组方法分析了18年不同施肥模式下灰漠土有机碳组分含量差异及其演变特征。结果表明:与不施肥相比,长期有机无机肥配施(NPKM和1.5 NPKM)增加各有机碳组分的效果最显著,且粗和细自由颗粒有机碳、物理保护有机碳、矿物结合有机碳增加速率最高,平均分别达到0.12、0.06、0.08及0.17g/(kg.a);秸秆还田使粗和细自由颗粒有机碳分别以0.05和0.03 g/(kg.a)的速率增加,而撂荒和施化肥维持着各有机碳组分的含量。不同有机碳组分间存在显著的相关性,其中以粗自由颗粒有机碳含量增幅最高,不同施肥模式下平均增幅是其它有机碳组分的2.18~.0倍;以矿物结合有机碳所占比例最高,达到56.9%7~7.8%,说明粗自由颗粒有机碳对施肥较敏感,而矿物结合有机碳是灰漠土固存有机碳的主要形式。综上分析,长期有机无机肥配施是提高灰漠土有机碳组分含量和培肥土壤的有效模式。     

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     

不同施肥处理对旱地红壤团聚体中有机碳含量及其组分的影响

借助筛分、浮选等物理分组和化学分析方法研究了不同施肥处理下旱地红壤团聚体中不同有机碳组分的差异.结果表明：长期施肥显著地提高了土壤中总有机碳含量（TOC）和团聚体中轻组有机碳（LF-C）、团聚体内粗颗粒有机碳（CF-C）、团聚体内细颗粒有机碳（FF-C）和矿物结合态有机碳（mSOC）的含量,且各有机碳组分与TOC均呈极显著相关;团聚体中有机碳含量随团聚体的粒级减小而降低,厩肥处理的促进效果最明显;团聚体中有机碳主要以mSOC形式存在.有机肥的施入降低了大团聚体的周转,秸秆处理对团聚体的形成和稳定效果优于厩肥处理;在红壤地区有机无机肥配施使得有机碳在团聚体形成及稳定方面的作用得以加强.     

长期施肥对栗褐土有机碳含量及其组分的影响

【目的】作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在耕地生产力和作物产量方面发挥着重要作用。本文以25年长期定位施肥试验为依托,分析了不同施肥处理对栗褐土有机碳含量及其组分的影响,为调控农田土壤肥力及栗褐土有机碳库的管理提供科学依据。【方法】田间试验开始于1988年,设置8个施肥处理为不施肥(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)。于第25年玉米播种前,采集以上处理的耕层(0—20 cm)土壤样品。借助有机碳物理分组方法和化学分析方法,测定了土壤总有机碳和有机碳各组分的含量。【结果】长期施用不同肥料不同程度地提高了栗褐土总有机碳、游离态颗粒有机碳以及闭蓄态颗粒有机碳含量,其中有机肥与化肥配施尤其是高量有机肥与化肥配施的作用更加明显。与不施肥相比,高量有机肥与无机肥配施(M2N、M2NP)总有机碳含量增加了121.1%、166.8%,游离态颗粒有机碳增加了239.2%、359.2%,闭蓄态颗粒有机碳增加了288.4%、289.9%。单施氮肥(N)及有机肥与氮磷肥配施(M1NP、M2NP)可显著提高矿物结合态有机碳含量,增幅分别为27.8%、34.8%、33.3%。不施肥条件下,栗褐土有机碳中颗粒有机碳与矿物结合态有机碳所占的比例相当,长期施肥提高了颗粒有机碳特别是闭蓄态颗粒有机碳的比例,降低矿物结合态有机碳所占的比例,闭蓄态颗粒有机碳成为栗褐土有机碳的主要贮存库。相关分析表明,长期施肥条件下栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳含量之间及其与总有机碳含量之间均呈极显著正相关,矿物结合态有机碳含量与总有机碳及其他组分的有机碳之间均无明显相关。【结论】化肥、有机肥以及有机肥与化肥配施能够提高栗褐土游离态颗粒有机碳、闭蓄态颗粒有机碳以及总有机碳含量。高量有机肥与化肥配施更有助于栗褐土游离态、闭蓄态颗粒有机碳的积累,有利于土壤养分有效性的提高和有机碳品质的改善。氮肥单施、有机肥与氮磷肥配施则是提高矿物结合态有机碳含量的有效措施。     

不同培养温度下长期施肥红壤水稻土有机碳矿化特征研究

以长期不同施肥处理红壤水稻土为研究对象,布置不同温度下(15、25和35℃)的室内培养试验,研究有机碳矿化的温度敏感性及施肥对土壤有机碳矿化的影响,并分析土壤有机碳矿化与土壤理化性质和不同形态碳素之间的关系。结果表明,培养前期(0～7 d),土壤有机碳矿化速率快速下降,之后逐渐降低并最终趋于稳定。温度升高提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和矿化率。磷肥和有机肥的施用提高了土壤有机碳累积矿化量。各处理土壤有机碳矿化的温度敏感性系数Q10为1.31～1.75,施肥提高了土壤有机碳矿化的温度敏感性。Q10与有机碳、全量和速效氮磷、微生物生物量碳、易氧化有机碳和胡敏酸碳呈显著或极显著的正相关关系。3种培养温度下土壤有机碳累积矿化量均与pH呈显著负相关,与有机碳和全氮呈显著或极显著正相关。25℃和35℃培养时,土壤有机碳累积矿化量与微生物生物量碳、胡敏酸碳和富里酸碳显著或极显著正相关。     

长期施肥对红壤有机碳矿化及微生物活性的影响?

为评价不同施肥条件下红壤有机碳矿化和微生物活性及两者之间的关系,对长期定位试验施有机肥（M）、施用氮、磷、钾化肥（NPK）、有机肥配合化肥（NPKM）、秸秆配合化肥（NPKS）和不施肥（CK）共5个处理的红壤进行室内培养,分析不同施肥处理下红壤有机碳矿化的CO2释放量﹑微生物数量及微生物碳源代谢特征。结果表明,不同施肥处理的土壤有机碳矿化释放CO2量差异显著,由一级反应动力学方程拟合计算出土壤潜在有机碳矿化释放CO2–C量的大小顺序：M > NPKM > NPK ≈NPKS > CK,其值分别为180.3﹑88.5﹑47.6﹑43.4和34.5 mg/kg 。培养初期微生物活性较弱时CO2的释放速率最高,微生物数量的增长落后于有机碳矿化速率变化,但培养14﹑35和69 d 时3种微生物数量大小顺序为M > NPKM > NPK≈NPKS≈ CK,处理间差异显著且与CO2释放量显著相关。不同施肥处理间微生物群落结构差异显著,其趋势与有机碳矿化相符合。说明长期施肥特别是长期施用有机肥能影响微生物的群落结构,提高红壤微生物活性,进而促进微生物对有机碳的矿化。     

长期不同施肥对土壤各粒级组分中氮含量及分配比例的影响

土壤培肥过程中氮素的积累和在各级土壤颗粒中的分配对了解土壤氮素积累机制和氮素的可持续管理具有重要意义。本研究以红壤旱地长期定位试验为基础,采用离心法分离土壤颗粒,通过分析氮素在土壤不同颗粒中的含量,研究长期施肥对土壤中不同粒级土壤氮的分配的影响。结果表明,施肥二十年后,在020 cm土层,施肥处理的全氮含量在1.19~1.98 g/kg 之间,施肥处理全氮含量显著高于不施肥处理（CK）。在2040 cm土层,土壤全氮含量分布在0.59~0.84 g/kg之间,显著低于表层土壤氮含量; 在020 cm土层,与氮磷钾化肥配施处理（NPK）相比,单施或者配施有机肥的土壤与砂粒、 粗粉粒、 细粉粒、 粘粒结合的氮含量分别提高220%、 84%、 46%和26%。而在2040 cm土层,与NPK处理相比,有机肥的施用仅提高了与细粉粒、 粘粒结合的氮含量,降低了与粗粉粒结合的氮含量; 在020 cm土层中,红壤氮素主要分布在粘粒中。2040 cm土层CK、 NPK和氮磷钾配施加秸秆还田处理（NPKS）表现为与粗粉粒结合的氮的分配比例最高,而施用有机肥的处理氮素分布仍以粘粒占比例最高。相关分析表明,土壤表层＜5 m粒级的土壤颗粒中氮含量和作物的经济产量呈显著性正相关。长期施用有机肥可以显著提高表层土壤全氮及与各个颗粒结合氮的含量,不同处理的氮主要保存在粘粒中。而亚表层土壤中,施化肥或者秸秆还田加速了粘粒结合态氮的耗竭,配施有机肥促进了氮在粘粒中的积累,也更有利于土壤全氮的积累,是可持续的氮素管理措施。     

长期不同施肥潮土活性有机氮库组分与酶活性对外源牛粪的响应

【目的】研究不同施肥制度下潮土中活性有机氮库及酶活性对新添加有机物料的响应机制,可深入理解不同施肥制度培肥土壤、提高土壤基础地力的机理。【方法】供试土壤采集于从1986年开始的长期定位试验处理,包括CK (不施肥)、OF (常量有机肥)、CF (常量化肥)、OCF (常量有机无机配施) 4个处理。通过室内恒温培养试验,研究添加等氮量牛粪后长期不同施肥潮土有机氮库组分(微生物量氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮)含量及土壤酶(α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、纤维二糖水解酶、磷酸酶、过氧化物酶和酚氧化酶)活性的变化特征。【结果】首先,无论添加牛粪与否,土壤全氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮含量均随培养时间呈上升趋势或与初始时期差异不显著;添加牛粪的长期不施肥与施化肥处理土壤微生物量氮含量显著低于相同处理不添加牛粪的土壤微生物量氮含量。其次,培养结束后,添加牛粪增加了长期不同施肥潮土全氮、可溶性有机氮和颗粒有机氮含量,分别提高了5.43%~15.49%、5.83%~69.42%及9.75%~42.29%,却降低了土壤微生物量氮含量16.91%~62.10%。另外,施肥、添加牛粪及其交互作用对土壤酶活性具有显著影响(P <0.05);无论添加牛粪与否,不同施肥处理土壤氧化酶(过氧化物酶和酚氧化酶)活性显著低于不施肥处理,不同施肥处理的土壤水解酶活性却呈现不同的变化趋势。不添加牛粪情况下,长期施肥显著提高了除β-葡萄糖苷酶以外的土壤水解酶活性;其中与长期不施肥处理相比,长期施用化肥土壤β-木糖苷酶和β-纤维素酶分别提高了208.74%和180.75%。添加牛粪情况下长期施用有机肥土壤β-葡萄糖苷酶和β-纤维素酶比不施肥分别提高了201.40%和308.04%;冗余分析(redundancy analysis,RDA)显示,添加与不添加牛粪条件下土壤酶活性的关键环境驱动因子不同,在不添加牛粪时为可溶性有机氮,添加后其关键驱动因子为全氮和可溶性有机氮。【结论】不同施肥制度下土壤微生物量氮、可溶性有机氮、颗粒有机氮与土壤全氮之间呈显著正相关;室内好气培养条件下,添加牛粪显著提高了长期不同施肥潮土的全氮、可溶性有机氮、颗粒有机氮含量,却显著降低了土壤微生物量氮含量;不同施肥制度下土壤酶活性差异显著,牛粪的添加改变了影响长期不同施肥潮土酶活性的关键环境因子。     

红壤地区三种母质土壤熟化过程中有机质的变化特征

在湖南祁阳进行了25年的生土熟化长期定位试验,研究花岗岩、第四纪红土和紫色砂页岩三种典型母质土壤在6种熟化方式下耕层（0—20 cm）土壤有机质演变特征。结果表明,不施肥处理土壤有机质含量25年没有显著变化; 不施肥秸秆还田能够缓慢增加土壤有机质含量,三种母质（花岗岩、第四纪红土和紫色砂页岩）土壤的有机质含量年平均增加量分别为0.32、0.20和0.17 g/kg; 施氮、磷、钾肥及施氮、磷、钾肥并秸秆还田,施有机物稻草及施有机物稻草并秸秆还田,三种母质土壤有机质含量均显著增加,其中以施氮、磷、钾肥并秸秆还田处理增加最大,年平均增加量分别为0.48、0.39和0.35 g/kg,25年后土壤有机质含量分别增加了5.6、2.8和3.1倍。根据土壤有机物的投入量、分解状况及作物生长等综合分析得出,花岗岩母质土壤有机质含量的增加速率大于紫色砂页岩土壤和第四纪红土土壤; 有机无机肥配施和秸秆还田是快速提高南方红壤地区不同母质土壤有机质含量的重要措施。     

长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤腐殖质组分碳和氮的影响

通过对华北平原小麦–玉米轮作农田生态系统18年田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层（0—20 cm）土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的影响。试验设化肥NPK不同组合（NPK、NP、NK、PK）,全部施用有机肥（OM）,一半有机肥+化肥NPK（1/2OMN）及不施肥（CK）共7个处理。结果表明,各施肥处理均能在不同程度上增加土壤腐殖质（胡敏酸、富里酸和胡敏素）及活性腐殖质（活性胡敏酸和活性富里酸）组分碳和氮含量,提高可浸提腐殖质（胡敏酸和富里酸）及活性腐殖质组分碳和氮分配比例;但施肥对土壤活性腐殖质组分碳和氮含量的增加率均分别高于腐殖质组分碳和氮。各处理土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮含量均为OM处理最高,且有机肥与化肥NPK配施高于单施化肥各处理;而化肥处理中NPK均衡施用效果最好。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是增加土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的关键;活性腐殖质组分碳和氮较腐殖质组分碳和氮对施肥措施的响应更灵敏。     

耕地土壤有机碳组分的季节变化

Carbon fractions in soils apparently vary not only in space, but also over time. A lack of knowledge on the seasonal variability of labile carbon fractions under arable land hampers the reliability and comparability of soil organic carbon(SOC) surveys from different studies. Therefore, we studied the seasonal variability of two SOC fractions, particulate organic matter(POM) and dissolved organic carbon(DOC), under maize cropping: POM was determined as the SOC content in particle-size fractions, and DOC was measured as the water-extractable SOC(WESOC) of air-dried soil. Ammonium, nitrate, and water-extractable nitrogen were measured as potential regulating factors of WESOC formation because carbon and nitrogen cycles in soils are strongly connected. There was a significant annual variation of WESOC(coefficient of variation(CV) = 30%). Temporal variations of SOC in particle-size fractions were smaller than those of WESOC. The stocks of SOC in particle-size fractions decreased with decreasing particle sizes, exhibiting a CV of 20%for the coarse sand-size fraction(250–2 000 μm), of 9% for the fine sand-size fraction(50–250 μm), and of 5% for the silt-size fraction(20–50 μm). The WESOC and SOC in particle-size fractions both peaked in March and reached the minimum in May/June and August, respectively. These results indicate the importance of the time of soil sampling during the course of a year, especially when investigating WESOC.     

长期不同管理措施下红壤剖面碳、氮储量变化特征

基于中国农业科学院国家红壤肥力长期试验平台,研究长期不同施肥、休闲和轮作措施下旱地红壤剖面(0~100 cm)土体及不同层次(20 cm/层)有机碳(SOC)和全氮(TN)储量的变化特征。结果表明,与试验初始相比,24年不施肥(CK处理)0~100 cm各层有机碳储量均有不同程度降低,但全氮储量在40~100 cm各土层表现出累积趋势。24年施化肥(N、NP、PK、NPK)和化肥配施秸秆处理(NPKS)明显增加40~100 cm有机碳和全氮储量,0~40 cm各层碳储量有所耗竭而氮储量无明显影响。24年有机无机配施(NPKM)明显增加表层0~20和40~100 cm的有机碳和全氮储量。休闲(Fallow)和轮作(NPKMR)措施大幅度提高0~100 cm各层有机碳和全氮储量,但两处理间无显著差异。对于0~100 cm整个土体而言,休闲和轮作处理大幅度增加了土壤剖面的有机碳和全氮储量,其中有机碳储量比初始分别提高64%和93%,全氮储量比初始分别提高71%和82%。不同措施下0~100 cm各层有机碳与全氮储量及其变化量间均存在显著线性相关关系(P0.01),但不同管理措施显著改变了碳氮储量间的相关关系,但储量变化量间的相互关系无统计学上的显著差异。休闲或豆科轮作措施能显著提升红壤剖面碳、氮库容,是红壤肥力恢复和培肥较优管理措施。