不同施肥制度对褐土及其微团聚体磷素肥力的影响

通过8年定位试验,研究了不同施肥制度下褐土及其微团聚体磷素肥力变化规律,从各级微团聚体全磷和有效磷储量角度探讨了不同施肥制度下土壤磷素肥力的变化实质。结果表明,不施肥处理主要是由于10～50μm粒级全磷储量和<10μm粒级有效磷储量减少而造成土壤磷素肥力下降;单施常量NPK化肥和增量NPK化肥处理主要通过提高<10μm粒级全磷和有效磷储量增加土壤磷素含量;有机肥(物)料配施常量NPK化肥处理则在提高小粒级微团聚体磷素贮备和供应能力的同时,增强了大粒级特别是10～50μm粒级全磷和有效磷储量,进而使土壤磷素肥力得到提高。采用有机肥(物)料配施常量NPK化肥是改善土壤磷素肥力的有效措施。     

长期配施有机肥对旱地红壤微团聚体中有机碳含量的影响

以连续种植花生26年的旱地红壤为研究对象,选取了有机无机配施试验区的NPK(对照),NPK+花生秸秆(还田)、NPK+稻秆(稻秆)、NPK+鲜萝卜菜(绿肥)及NPK+猪厩肥(厩肥)等5个肥料处理土壤,采用吸管法逐级提取了大小粒级微团聚体土壤样品,分析了各粒级微团聚体的有机碳含量变化及其对土壤总有机碳的贡献率,探讨了微团聚体的粒级组成与土壤有机碳含量及分形维数的相关关系。结果表明:长期配施有机肥未能显著改变旱地红壤中大小粒级微团聚体比例的分布格局,即0.25~0.05 mm2~0.25 mm0.05~0.01 mm(0.005 mm)0.01~0.005 mm,其中优势粒径0.25~0.05 mm微团聚体所占比例为44.3%~50.0%。配施有机肥可以显著增加旱地红壤2~0.25 mm,0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级团聚体有机碳含量,提高特征微团聚体比例,增大分形维数,且随着0.05 mm粒级微团聚体数量的增多,分形维数均显著增大。各粒级团聚体有机碳的平均含量大小依次为:(0.005 mm)0.25~0.05 mm(2~0.25 mm)0.05~0.01 mm0.01~0.005 mm,其中0.25~0.05mm与0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳受施肥的影响差异显著。土壤有机碳总量与2~0.25 mm、0.25~0.05 mm及0.05~0.01 mm粒级微团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,其中0.25~0.05 mm粒级微团聚体对土壤总有机碳的贡献率为55.4%,显著高于其它粒级微团聚体。     

长期施肥对旱地红壤团聚体磷素固持与释放能力的影响

在中国科学院红壤生态试验站26年的旱地红壤长期肥料定位试验中,选取无机肥试验区的NPK、NK处理,有机无机肥配施试验区的对照(CK)、CK+稻秆(RS)、CK+花生秸秆还田(PS)、CK+绿肥(FR)及CK+猪厩肥(PM)等7个肥料处理土壤,采用湿筛法逐级提取并得到粒级依次为2 mm、2~1 mm、1~0.25 mm与0.25~0.053 mm的团聚体土壤样品;通过室内分析获得了土壤及各粒级团聚体的全磷(TP)、有效磷(Available P)、水溶性磷(CaCl_2-P)、土壤磷素吸持指数(PSI)及土壤磷素饱和度(DPS)等指标值,并探讨了上述测定指标间的相关关系。结果表明:长期施用磷肥可有效保持旱地红壤的供磷水平,配施猪厩肥可显著增加旱地红壤及大小团聚体的TP、有效磷及CaCl_2-P含量、降低土壤PSI并显著增大旱地红壤DPS,加大了旱地红壤磷素的流失风险;随着土壤中1 mm粒级团聚体数量的增多,旱地红壤磷素储量显著增加,磷素固持能力显著下降,土壤磷释放潜能随之增大。由DPS、有效磷及CaCl_2-P的分段线性拟合方程可以推断得出,当旱地红壤中有效磷为168~260 mg kg~(-1)时或DPS28%,土壤磷素具有潜在流失风险;当有效磷≥260 mg kg~(-1)或DPS≥28%,土壤磷素具有极高的流失风险,应立即停止施用磷肥尤其是有机磷肥,并重新调整施肥方案,以避免土壤磷素流失及其对水体环境的污染。     

长期施肥对红壤旱地团聚体磷素储存容量的影响

土壤磷素储存容量(SPSC)是基于磷饱和度(DPS)概念提出与发展的指标,可以有效地评估及监测土壤磷素的存储状态及释放潜能。以红壤旱地长期肥料定位试验地(1988—)为依托,以无机肥区的NK、NPK、NP、PK、NPKCa、NPKCaS及有机无机配施的1/2NPK(CK)、1/2NPK+花生秸秆还田(PS)、1/2NPK+稻秆(RS)、1/2NPK+鲜萝卜菜(FR)、1/2NPK+猪厩肥(PM)共11小区的土壤为对象,采用湿筛法获得各粒级团聚体样本,分析红壤旱地及各粒级团聚体SPSC的变化特征,探讨土壤供磷水平对SPSC的影响,评估红壤旱地磷素的流失风险,预测红壤旱地可继续容纳外源磷的"安全寿命"。结果表明:在无机肥区,长期未施磷肥的NK处理土壤SPSC高达265 mg·kg~(-1),分别为NPK、NP、PK、NPKCa与NPKCaS处理的1.9倍、1.6倍、1.9倍、2.0倍和2.4倍;各粒级团聚体对土壤SPSC的贡献率由高到低依次为1～0.25 mm、0.053～0.25 mm、 2 mm、1～2 mm;按现有施磷量,红壤旱地仍可以继续安全施用磷肥30年。在有机无机肥配施区,与CK处理相比,配施猪厩肥(PM)处理的SPSC呈现出负值且高达-333mg·kg~(-1),应立即停止施肥或调整施肥量;而配施花生秸秆(PS)、稻秆(RS)及鲜萝卜菜(FR)处理的SPSC仍为正值且处理间差异不显著,各粒级团聚体对土壤SPSC的贡献率由高到低依次为1～0.25 mm、 2 mm、0.053～0.25 mm、1～2 mm;按现有施磷量,可继续安全施磷41年、30年、14年,CK处理则可安全施磷51年。由SPSC与TP、Bray-P的相关关系可以发现,当SPSC 10 mg·kg~(-1)时,红壤旱地磷是绝对"安全"的;当–10 mg·kg~(-1)≤SPSC≤10 mg·kg~(-1)时,红壤旱地磷处于极度不稳定状态,极易或已经开始向周围环境或水体释放,需随时监测或停止施磷;当SPSC –10 mg·kg~(-1)时,红壤旱地磷已经向周围环境或水体释放,应立刻停止施磷,并调整施肥方案,降低土壤磷素的环境风险。     

长期不同施肥模式红壤性水稻土磷素变化

【目的】研究红壤性水稻土长期不同施肥模式下耕层土壤有效磷含量与全磷含量的变化特征,以及有效磷含量与累积磷盈亏的关系,分析不同形态磷肥对土壤磷素有效性影响的差异,找出最有效的红壤性水稻土磷素培肥施肥方式。【方法】供试土壤取自1981~2012年在江西进行的红壤双季稻稻田长期定位试验。试验自始至终保持水分、农药等日常田间管理与当地习惯相同,统一水稻品种并定期更换。试验设5个处理:施氮钾肥(NK);氮磷钾化肥(NPK);两倍氮磷钾化肥(NPK2);早稻氮磷钾化肥配施紫云英,晚稻氮磷钾化肥配施猪粪(NPKM);长期不施肥(CK)。分析了耕层土壤有效磷含量和全磷含量计算了有效磷增量与累积磷盈亏的相互关系。【结果】试验32年后对照土壤磷年均亏缺22.7 kg/hm2,有效磷含量在低水平下维持平衡;NK处理磷素年均亏缺27.9kg/hm2,显著高于不施肥处理,全磷含量缓慢降低32年累计降低了8.6%,有效磷含量呈持平趋势。NPK、NPK2、NPKM处理土壤磷素均有盈余,年均盈余量分别为33.3、39.0、41.0 kg/hm~2,全磷含量分别增加了32.1%、89.4%、165.1%,有效磷含量分别增加了2.2、6.9、15.3倍,年上升速率分别为0.30、1.18、1.79 mg/kg,有效磷增量与累积磷盈余呈显著正相关。NPK化肥配施有机肥处理不仅提高土壤有效磷及全磷的含量,还显著提高磷素有效性。水稻产量增加量随累积磷投入量和有效磷的增加而增加,前期增加较快后期增加较慢,有效磷含量具有明显的拐点,其值超过20 mg/kg后产量就增加缓慢。【结论】红壤性水稻土在双季稻种植模式下,长期不施磷肥处理土壤全磷含量缓慢降低,有效磷含量可维持低水平下的平衡。施磷处理土壤全磷含量,有效磷含量以及磷素有效性均呈上升趋势且无机磷肥与有机磷肥配施处理上升最快。无机磷肥与有机磷肥配合施用在提高土壤全磷含量的同时也提高磷素的有效性。土壤有效磷超过20 mg/kg后相对产量提高缓慢。氮磷钾化肥与有机肥配合施用是提高耕层土壤磷素库容和提高磷素活化能力的有效措施。     

长期不同施肥下南方黄泥田有效磷对磷盈亏的响应特征

【目的】黄泥田为南方主要中低产田类型之一。通过研究长期施肥条件下南方黄泥田土壤磷素累积盈亏与有效磷的关系,为黄泥田科学施用磷肥提供理论依据。【方法】基于连续33年水稻长期定位试验,研究了不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、化肥配施牛粪 (NPKM)、化肥配施秸秆 (NPKS) 四个处理土壤有效磷的变化规律及土壤磷累积盈亏状况,计算有效磷–磷盈亏响应系数。【结果】各施肥处理双季稻年份 (1983～2004年) 土壤有效磷与全磷含量呈年际上升趋势,以NPKM增幅最为明显,改为单季稻后 (2005～2015年) 则呈下降趋势,也以NPKM降幅最为明显。试验至2015年,NPK、NPKS处理有效磷含量分别为9.7 mg/kg、8.7 mg/kg,较试验初期分别下降8.3 mg/kg、9.3 mg/kg,NPKM处理与试验初期持平。CK、NPK、NPKM、NPKS处理的磷素活化系数 (PAC) 总体呈年际下降趋势,其多年平均磷素活化系数值 (PAC) 分别为2.9%、3.5%、4.7%、4.1%,其中NPKM与NPKS处理显著高于NPK与CK处理。除双季稻NPKS处理外,不同施肥模式下双季稻与单季稻年份的土壤有效磷增减与土壤累积磷盈亏均呈显著正相关,其中双季稻年份土壤磷素 (P) 每盈余100 kg/hm2,NPK、NPKM处理有效磷分别增加4.5 mg/kg与11.2 mg/kg,而单季稻年份土壤磷素每亏缺100 kg/hm2,NPK、NPKM、NPKS处理有效磷分别减少14.6 mg/kg、23.9 mg/kg、25.9 mg/kg。双季稻磷肥年施用量 (P) 为26.2 kg/hm2时,土壤磷素呈盈亏持平状态。【结论】有机无机肥配施比单施化肥能够显著提高黄泥田土壤有效磷、全磷含量和磷素活化系数,有效磷含量与磷素累积盈亏密切相关,等磷素盈亏量下,有机无机肥配施的有效磷响应系数要高于单施化肥,而磷累积亏缺下,有效磷降幅响应比磷累积盈余下有效磷增幅响应大。     

不同利用方式旱地红壤水稳性团聚体及其碳、氮、磷分布特征

针对江西红壤地区不同利用方式引起的土壤质量和肥力的相应变化,研究了不同肥力水平、不同利用方式下红壤旱地水稳性团聚体含量及其养分分布规律。研究表明,荒地土壤中>5 mm水稳性团聚体含量显著高于其他利用方式,花生地和果园土壤则以0.25～0.053 mm的水稳性团聚体为主。各肥力水平下,菜地土壤中除>5 mm水稳性团聚体外,各粒级团聚体中有机碳、全氮和全磷含量均显著高于花生地、果园和荒地土壤。说明菜地土壤长期大量施肥,导致土壤碳、氮、磷养分含量均相对丰富。不同利用方式旱地红壤中,有机碳、全氮主要分布在>5 mm、5～2 mm和2～1 mm的较大粒径水稳性团聚体中。说明随着团聚体粒径增大,其有机碳含量增加,土壤全氮的消长趋势和有机碳一致。土壤全磷较均匀地分布在水稳性团聚体中,如高肥力菜地和荒地土壤各粒级团聚体中全磷含量间均无显著性差异。各利用方式旱地红壤中2～1 mm和1～0.5 mm的水稳性团聚体含量与土壤有机碳、全氮和全磷含量间均达到了极显著正相关。     

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于...     

长期有机无机肥配施提高黑土磷含量和活化系数

【目的】 长期不同施肥模式影响着耕层土壤磷库以及各形态磷的变化。研究不同施肥模式下黑土各磷素形态含量及有效性的变化,为黑土的肥力培育和合理施用磷肥提供理论依据。 【方法】 黑土长期定位施肥试验位于吉林省公主岭市,始于1990年,供试作物是连作玉米。肥料试验包括不施肥对照 (CK)、施氮、钾肥 (NK)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) 共4个处理。化肥处理施氮肥(N) 165 kg/hm2、磷肥(P) 36 kg/hm2、钾肥(K) 68 kg/hm2、猪粪21 t/hm2,NPKM处理的最终N?P?K养分投入量为165?75?145 kg/hm2。选取了1990、1995、2000、2005和2010年的土样,采用Hedley连续浸提法,分析了土壤全磷、有效磷及各有效磷形态含量,计算了土壤磷活化系数 (PAC)。 【结果】 与初始年份相比,NPKM处理土壤全磷、有效磷和磷活化系数,分别显著提高了88.47%、12.98倍和6.42倍。NPK处理对全磷含量影响较小,土壤有效磷含量和PAC值分别增加了1.65倍和2.67倍。CK和NK处理全磷含量降低了15.12%和32.67%,有效磷含量降低了33.47%和12.57%,土壤磷活化系数 (PAC) 分别降低了52.49%和2.55%。所有处理黑土磷库均以无机磷为主,占全磷的80.53%～90.43%。施磷肥处理的无机磷含量占全磷的比值显著高于不施磷处理,对有机磷含量影响不显著。不同处理均以中活性态磷含量最多,占全磷的50.37%～55.06%,活性态磷含量最少,占全磷的7.61%～19.02%。与不施磷处理相比,施磷处理显著提高了土壤活性态磷的比值,尤其是无机磷中的活性态磷的比值。CK、NK处理中Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Pi、Residual-P无机磷形态均呈减少趋势;NPK处理中Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Dil.HCl-Pi呈增加趋势,Conc.HCl-Pi和Residual-P呈减少趋势;NPKM处理中,各无机态磷含量均随施肥年限的增加呈增加趋势。相关分析结果表明有效磷含量的变化值与Resin-P、NaHCO₃-Pi、NaOH-Pi、Conc.HCl-Po变化值之间存在显著的相关性,其相关系数为0.972、0.665、0.860和0.605,说明活性较高的无机磷对有效磷效率的贡献最大。 【结论】 与施氮钾肥和氮磷钾肥相比,氮磷钾配合有机肥可显著提高土壤全磷、有效磷含量,显著提高土壤活性态无机磷的比例,进而提高土壤磷活化系数,提高磷素利用率。      

红壤旱土和水稻土团聚体中磷素的分布特点

为深入探讨红壤磷素有效性的控制机理,研究了典型红壤旱土和水稻土团聚体中磷的组分与分布特点。结果表明:旱土和水稻土以粒径>0.2mm的团聚体为主,且在该级土壤团聚体中磷素含量较高;两种土壤>0.2mm团聚体中吸附态无机磷以Fe-P为主,而<0.02mm团聚体以O-P为主;水稻土>0.2mm和<0.002mm团聚体的各组分有机磷总量亦显著高于旱土对应的团聚体。说明土壤磷的形态分布与团聚体粒级有密切关系,旱土有效磷含量较低可能与其团聚体游离氧化铁含量较高、且有机磷含量较低有关。     

生物炭与磷肥添加对红壤团聚体及其磷组分分布的影响

  目的  通过大豆盆栽试验,研究了秸秆生物炭与磷肥添加对红壤团聚体稳定性、磷组分分布与植物磷吸收的影响。  方法  试验包括6个处理:P0（不施磷和生物炭）、P30（30 kg P hm?2,不施生物炭）、P90（90 kg P hm?2,不施生物炭）、BP0（不施磷,单施4%生物炭）、BP30（30 kg P hm?2,施4%生物炭）和BP90（90 kg P hm?2,施4%生物炭）。采用湿筛法分离得到粗大团聚体（> 2 mm）、细大团聚体（0.25 ~ 2 mm）和微团聚体（< 0.25 mm）并用连续浸提分级测定了不同团聚体中磷组分分布特征。  结果  ①与P0和P30相比,BP0和BP30处理显著促进粗大团聚体形成与稳定,同时促进大豆生长与磷吸收,且BP30处理增幅最大。②与不施生物炭相比,不同磷水平下添加生物炭均显著降低粗大团聚体全磷、总有机磷、NH₄F-P_o和NaOH-I-P_o含量,同时增加细大团聚体HCl-P_i和NaOH-II-P_i含量与微团聚体总无机磷、HCl-P_i和NaOH-II-P_i含量。③植株磷吸收与粗大团聚体总有机磷、NaOH-I-P_o和NaOH-II-P_o显著负相关,但与微团聚体和细大团聚体NH₄Cl-P_i、HCl-P_i和NaOH-II-P_i显著正相关。  结论  生物炭与低量磷肥配施可有效改善红壤团聚体结构与稳定性,同时促进大团聚体有机磷的活化与微团聚体无机磷的固持,保障作物磷素供应。     

长期施肥红壤性稻田和旱地土壤有机碳积累差异

  【目的】  提高土壤有机碳水平对提升农田生产力有重要意义。基于长期定位施肥试验,比较施肥影响下相同成土母质发育的红壤性稻田和旱地土壤的总有机碳 (TOC) 及其组分的积累差异,以深入理解红壤有机碳的固持及稳定机制。  【方法】  稻田和旱地长期施肥试验分别始于1981和1986年,包含CK (不施肥对照)、NPK (施氮磷钾化肥) 和NPKM (有机无机肥配施) 3个处理,在2017年晚稻和晚玉米收获后,采集两个试验上述处理的耕层 (0—20 cm) 土样,通过硫酸水解法分离土壤活性与惰性有机碳,测定并计算土壤中TOC及其组分的含量及储量,并利用Jenny模型拟合试验期间耕层土壤TOC含量的变化动态,估算土壤固碳潜力。  【结果】  与CK相比,长期施肥可提高稻田和旱地土壤各有机碳组分的含量,且NPKM处理的效果优于NPK处理。相比于稻田土壤,施肥对旱地土壤各有机碳组分含量的提升更加明显。NPK和NPKM处理下,旱地土壤活性有机碳组分Ⅰ、活性有机碳组分Ⅱ、惰性有机碳含量的增幅分别是稻田土壤的2.7、2.7、5.8倍和2.0、1.4和2.5倍。不论施肥与否,稻田土壤TOC的固存量和固存潜力均显著高于旱地土壤。施肥促进土壤固碳,在稻田和旱地土壤上,NPKM处理的TOC固存量分别是NPK处理的1.7和25.5倍,TOC固存潜力则分别是NPK处理的1.4和5.8倍。长期不同施肥均显著提高稻田和旱地土壤年均碳投入量,线性拟合方程表明,随碳投入量增加,土壤活性有机碳储量的累积对稻田、旱地土壤TOC储量累积的贡献率分别达64.7%、44.6%。不同处理间稻田与旱地土壤活性有机碳 (包括活性有机碳组分Ⅰ与活性有机碳组分Ⅱ) 含量的差异可解释其TOC含量差异的52.9%～60.0%。  【结论】  与施氮磷钾化肥相比,有机无机肥配施可更好的促进土壤固碳,且在旱地土壤上的促进作用比在稻田土壤上更为明显。与稻田土壤相比,旱地土壤各有机碳组分含量的变化对长期施肥的响应更敏感,且在施氮磷钾化肥条件下表现更为明显。红壤性稻田和旱地土壤TOC积累的主要贡献组分分别为活性有机碳和惰性有机碳。红壤植稻虽有利于有机碳固持,但红壤性稻田土壤的活性碳占比较高,可能易因不当管理而发生损失。     

有机培肥显著提升矿区复垦土壤活性有机碳含量

  【目的】  土壤有机碳作为土壤肥力的核心,其不同组分间具有高度异质性。研究不同施肥措施对煤矿区复垦土壤有机碳及其各组分提升的差异特征,可为煤矿区土壤修复提供理论依据。  【方法】  田间试验在山西煤矿复垦区进行,复垦始于2014年,种植作物为大豆 (1年) 和玉米 (2年) 轮作,采样时 (2018年) 种植作物为玉米。试验共设5个处理分别为未复垦自然恢复 (ZH)、不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、单施有机肥 (M) 和有机肥配施化肥 (MNPK)。使用物理?化学联合分组方法,将土壤有机碳分为游离活性、物理保护、化学保护和生物化学保护4个组分,分析了不同施肥处理下土壤各组分有机碳的含量,计算了各组分有机碳与总有机碳含量间的相关关系。  【结果】  相较于自然恢复处理,CK、NPK、M、MNPK处理中土壤总有机碳含量分别提高了11.8%、24.0%、49.3%和38.8%,有机肥处理又显著高于CK和NPK处理。M、MNPK处理下,游离活性有机碳含量分别为2.11 和1.68 g/kg,物理保护有机碳含量分别为0.70 和0.49 g/kg,均显著高于CK和NPK处理;化学保护和生物化学保护组分的有机碳含量在各处理间差异不显著。除了微团聚体内的轻组和粘、粉粒外,各组分质量比例在不同施肥处理间均存在显著差异,施用有机肥主要增加了大团聚体 (游离活性态和物理保护态) 的质量比例,改善了土壤结构。相关分析表明,游离态的粗颗粒和细颗粒有机碳及物理保护有机碳与总有机碳含量间呈现极显著正相关关系 (P < 0.01),其中拟合方程的斜率表示组分碳含量随单位总有机碳含量增加而引起的变化值,最高的为游离粗颗粒有机碳组分,达到39.7%,游离细颗粒和物理保护有机碳组分的变化率分别为18.6%和21.7%;而化学保护粘、粉粒和生物化学保护粘粒组有机碳与总有机碳含量无显著相关性。  【结论】  施肥和轮作与自然恢复状态相比,短期可显著提高土壤有机碳含量,施用有机肥效果好于单施化肥。单施或者与NPK配合施有机肥主要促进了土壤大团聚体中游离活性态和物理保护态有机碳含量的提升,单施有机肥效果更佳。由于新增的土壤有机碳活性高,需要长时间持续投入才可能恢复土壤有机碳的稳定性。     

长期施肥下红壤旱地磷素有效性影响因子的冗余分析

以长期施肥(1988～2014年)的红壤旱地为研究对象,以全磷(TP)、有效磷(Bray-P)为响应变量,土壤pH值、大小粒级团聚体组成比例(PSAi)、铁铝氧化物、阳离子交换量(CEC)、分形维数(D)等指标为解释变量,借助于冗余分析(RDA)方法探讨各指标变量与红壤旱地TP和Bray-P含量变化的相关关系.研究结果...     

长期定位施肥对玉米根际土壤团聚体有机碳与钾素含量及其相互关系的影响

  目的  探讨长期定位施肥对玉米根际土壤中不同形态钾素含量变化及其与团聚体组分有机碳含量间的耦合关系,为红壤合理施肥提供理论依据。  方法  依托红壤长期施肥定位试验（始于1986年）,采集不施肥（CK）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）、2倍氮磷钾肥（DNPK）和氮磷钾配施有机肥（NPKM）5个处理玉米根际土壤,测定不同粒级土壤团聚体的有机碳、交换性钾和非交换性钾含量,探明它们之间的相关关系。  结果  各施肥处理玉米根际土壤不同粒级团聚体组分中 > 2 mm组分均显著低于0.25 ~ 2 mm和 < 0.25 mm组分,但NPKM处理 > 2 mm的组分最高,< 0.25 mm组分则显著低于其他处理;而各团聚体组分间、同一粒级不同处理间全钾含量均无显著差异。与NP处理相比,NPK处理在 > 2 mm、0.25-2mm和 < 0.25mm团聚体的交换性钾含量分别增加了64.83%、31.12%和32.43%,非交换性钾含量分别提高了11.74%、16.86%和14.54%。相关分析表明,> 2 mm团聚体中有机碳与交换性钾、非交换性钾含量均呈现出显著的正相关关系（R2分别为0.72和0.77,P < 0.05）,且 > 2 mm团聚体中有机碳含量增加0.1 g kg?1,交换性钾和非交换性钾含量分别提高5.69 mg kg?1和 2.37 mg kg?1。  结论  在南方红壤地区,长期有机无机肥配施是提高玉米根际土壤大团聚体比例的重要措施,且大团聚体中有机碳含量的增加促进了交换性钾和非交换性钾含量的提高,可为满足作物根系的钾素需求奠定基础。     

长期有机无机肥配施降低黄淮海区域小麦?大豆复种系统净温室效应

  【目的】  小麦?大豆系统是黄淮海区域重要的禾豆复种系统，综合评价该系统的净碳排放对于我国农田固碳减排具有重要意义。借助30年的长期定位试验，综合评价不同施肥处理下小麦?大豆复种系统的产量和净碳排放，旨在为该系统丰产低碳排放的施肥制度创新提供理论依据。  【方法】  试验包括单施牛粪 (M)、氮磷钾平衡施肥 (NPK)、氮磷钾加牛粪 (NPKM)、氮磷加秸秆 (NPS)、氮磷钾加饼肥 (NPKC)、氮磷钾加牛粪及饼肥 (NPKMC) 以及不施肥对照 (CK)，共7个处理。综合分析了各处理田间直接温室气体排放 (N₂O和CH₄)、农田投入导致的间接碳排放与土壤有机碳固定，估算了单施牛粪、单施化肥以及化肥与不同有机物料配施的净碳排放，同时将碳排放与作物产量和土壤有机质相结合，综合评价了不同施肥措施下的净温室效应。  【结果】  小麦?大豆复种系统中，小麦季施肥对大豆产量有显著后效，与单施NPK相比，NPKM、NPKC和NPKMC处理分别使大豆产量提高了31.0%、16.8%和24.0%，而M和NPS处理不利于大豆、小麦产量的提高。与NPK处理相比，M、NPKM、NPKMC处理的农田直接温室气体排放分别增加了49.4%、17.7%和12.4%，土壤有机碳年固定量分别显著提高了282.2%、137.3%和169.1%。M及NPKM处理的间接碳排放与NPK处理没有明显差异，而其他施肥处理的间接碳排放低于NPK处理。在各施肥处理中，由肥料投入导致的碳排放占总间接碳排放的比例最大，其次是灌溉用电和机械用柴油导致的碳排放。对净碳排放的估算结果表明，M处理的净碳排放为负值 (表现为碳汇)，而其他处理下小麦–大豆复种系统均表现为碳源，NPK与有机物料配施的处理净碳排放显著低于NPK处理。此外，与NPK处理相比，NPK与有机物料配施使碳排放强度显著降低了36.5%～113.2%，使单位土壤有机质提升的温室气体排放 (δGHG/δSOM) 降低了69.4%～93.2%。  【结论】  黄淮海区域小麦?大豆复种系统中，氮磷钾配施有机肥 (牛粪或饼肥) 可在保证小麦和大豆产量的同时，降低小麦?大豆复种系统的净温室效应。     

基于CT扫描技术研究有机无机肥长期配施对土壤物理特征的影响

  【目的】  研究长期有机无机肥配施对土壤孔隙特征、土壤水分参数等土壤剖面物理特征的影响,深入认识有机无机肥配合施用效果的机理。  【方法】  试验基于渭北旱塬12年苹果园长期定位试验,设不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK) 和有机无机肥配施 (MNPK) 3个处理,采用CT扫描法定量分析了0—40 cm土壤样品中大孔隙 (>1000 μm) 的数量,计算了大孔隙度及大孔隙在土壤剖面中的分布特征, 同时采用常规方法测定了0—10、10—20和20—40 cm土壤样品的土壤容重、田间持水量及饱和导水率等。  【结果】  1) 相比NPK处理,有机无机肥配施对0—20 cm土层土壤大孔隙度有提高的趋势,在20—40 cm土层,有机无机肥配施相比单施化肥土壤大孔隙度提高了91.7% (P < 0.05);MNPK处理土壤大孔隙数量在3个土层均为最大,在0—10和20—40 cm土层,分别较NPK处理提高了38.4%和54.8% (P < 0.05)。NPK处理大孔隙数量在0—10和10—20 cm分别显著高于CK。2) 与不施肥相比,单施化肥除10—20 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量有明显升高外,其它土层没有明显变化,而有机无机肥配施0—10、20—40 cm土层土壤的饱和导水率、田间持水量较不施肥均有明显提升;有机无机肥配施相比不施肥、单施化肥在不同土层的土壤容重均为最小,而20—40 cm土层单施化肥的土壤容重较不施肥提高了2.8% (P > 0.05)。3) 相关分析表明,土壤大孔隙数量、大孔隙度与田间持水量、土壤饱和导水率呈极显著正相关 (P < 0.01),与土壤容重呈极显著负相关 (P < 0.01),而与土壤机械组成无显著相关性。  【结论】  相比单施化肥,长期有机无机肥配施改善了苹果园0—40 cm土层土壤的大孔隙状况和土壤的持水、导水性能,在20—40 cm土层效果更明显,有机无机肥配施可改善渭北旱塬苹果园土壤物理性质。     

长期不同培肥措施下玉米产量稳定性及棕壤氮素累积分布特征

  【目的】  研究长期不同培肥措施下玉米产量的稳定性、可持续性和土壤矿质氮累积分布、微生物量氮含量特征,为制定合理的施肥措施和保证东北棕壤地区农业的可持续绿色发展提供理论依据。  【方法】  棕壤肥料长期定位试验始于1979年。选取其中的12个处理:不施肥对照(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配施(NP)、氮磷钾肥配施(NPK)、低量有机肥(M1)及其与化肥配施(M1N、M1NP和M1NPK)、高量有机肥(M2)及其与化肥配施(M2N、M2NP和M2NPK),分析长期施肥下玉米产量的变化,并于2018年在玉米收获期采集植株和土壤样品,阐明玉米地上部吸氮量变化,0—100 cm土层土壤矿质氮分布、累积及微生物量氮含量的差异。  【结果】  长期不同施肥下玉米产量呈波动变化,且在1979—1998年内玉米产量变化趋势较平稳,1999—2018年内变幅较大。M1NPK、M2NPK处理玉米平均产量最高,在试验前20年较NPK处理分别提高了10.3%、11.7%,后20年分别提高了17.1%、19.4%。随着试验年限增加,玉米产量的稳定性和可持续性增加,有机肥配施化肥各处理高于单施化肥处理,在试验前20年和后20年玉米产量的可持续性指数(SYI)介于0.43～0.58和0.50～0.67,低量有机肥配施处理高于高量有机肥配施处理。配施有机肥各处理肥料贡献率高于单施化肥处理,且试验后20年M1NPK处理肥料贡献率最高,达54%。施肥40年后(2018年)玉米地上部吸氮量以M1NPK处理最高(302 kg/hm2),与M2NPK处理差异不显著。配施低量有机肥玉米收获期80—100 cm土层土壤矿质氮含量较低,M1NPK处理 0—100 cm土层土壤矿质氮贮量为127 kg/hm2,显著低于M1N和M1NP处理。而高量有机肥配施各处理0—100 cm土层土壤矿质氮贮量较化肥试区和低量有机肥试区分别增加了324.5%和172.9%,增加了氮素损失风险。此外,长期配施有机肥处理0—40 cm土层土壤微生物量氮含量增加,但低量和高量有机肥试区各处理间差异不显著。  【结论】  长期不同培肥措施会影响玉米产量的稳定性和可持续性,改变土壤氮素分布和累积,进而影响玉米氮素吸收。低量有机肥(13.5 t/hm2)配施氮磷钾化肥可促进玉米生长和氮素吸收,降低0—100 cm土层土壤矿质氮贮量,降低氮素损失风险,增加微生物量氮含量,较高的微生物量氮又可作为有机氮库来增加土壤供氮并固持易损失的矿质氮和肥料氮,以保证玉米的高产稳产和环境友好。     

长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异

【目的】 不同粒级团聚体中有机氮库的稳定性不同,通过分析长期施肥后有机氮库在不同团聚体中的分布特征,可阐明土壤氮素固持对不同施肥的响应机制。 【方法】 采集黑土长期定位试验中的4个处理土壤,包括不施肥(CK) 和施用氮磷钾 (NPK)、氮磷钾 + 秸秆 (NPKS) 、氮磷钾 + 有机肥 (NPKM) ,模拟田间施肥量加入15N标记的尿素培养40天,采用Six湿筛法将团聚体分为粗游离颗粒有机物 (cfPOM,> 250 μm)、微团聚体有机物 (53～250 μm)、矿物结合有机物 (MOM,< 53 μm) 三大类,其中微团聚体有机物进一步分为细游离颗粒有机物 (ffPOM) 和物理保护有机物 (iPOM),矿物结合有机物分为团聚体内矿物结合有机物 (MOM团内) 和团聚体外矿物结合有机物 (MOM团外),研究了团聚体分布特征、平均重量直径 (MWD) 和各团聚体中氮的固持量及固持效率。 【结果】 NPKM和NPKS处理的粗游离颗粒含量较CK和NPK处理显著提高约10%,而矿物结合有机物含量显著降低约6%～10%,NPKM和NPKS处理下平均重量直径为0.34 mm,显著大于NPK和CK的值 (0.23～0.25 mm)。NPKM处理的土壤肥料氮固持量较CK和NPK处理显著提高了6.0%和10.5%;粗游离颗粒氮固持量为18～36 mg/kg,矿物结合有机氮固持量为18～30 mg/kg。 【结论】 长期有机无机肥配施或无机肥结合秸秆还田可促进肥料氮在粗游离颗粒中的积累,降低在矿物结合有机物中的积累,这可能是有机无机肥配施增强土壤氮的有效性、促进作物氮吸收的原因之一。