过氧化氢及类芬顿试剂对土壤碳、氮和微生物的影响

基于过氧化氢(H₂O₂)的芬顿或类芬顿试剂被广泛应用于有机污染土壤的修复,但其对土壤基本性质及微生物群落的影响研究较少。本文以H₂O₂和不同的芬顿体系为研究对象,系统考察了H₂O₂、V₂O₃/H₂O₂、柠檬酸铁/H₂O₂体系对土壤有机质、铵态氮、硝态氮及微生物的影响。结果表明:H₂O₂在土壤中快速被分解,同时伴随着土壤有机质含量的显著下降和铵态氮含量的显著升高,土壤硝态氮含量变化不明显。高通量测序分析发现,H₂O₂和芬顿试剂显著降低了土壤微生物的多样性。     

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。     

长期施肥对红壤不同形态碳的影响

长期定位施肥对红壤不同形态有效碳的影响试验研究结果表明,与对照相比,长期施肥后红壤不同形态有效碳均有不同程度提高,且全C、矿化碳的变化为厩肥>绿肥>稻草秸秆肥>本田还田>对照,易氧化碳、C库管理指数(CPMI)、C素有效率的变化为绿肥>稻草秸秆肥>厩肥>本田还田>对照,微生物生物量C变化为绿肥>厩肥>稻草秸秆肥>本田还田>对照,绿肥和稻草秸秆肥可有效改善土壤肥力及理化性状。C库管理指数与土壤养分因子量相关或极相关关系,反映了农业生产措施对土壤C库的影响,可运用其评估土壤C库的变化。     

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。     

长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响

为了研究长期施肥对红壤稻田剖面土壤碳氮累积的影响,基于中国生态系统研究网络(CERN)桃源农业生态试验站网络监测数据,分析了不施肥(CK)、高量氮磷钾肥(NPK)、减量化肥加秸秆还田优化施肥(OF)对红壤水稻土剖面有机碳、全氮含量及其储量的影响。结果表明:(1)OF处理土壤碳氮含量及其储量随着土层深度的增加呈显著下降趋势(p<0.05)。(2)11 a施肥后,各处理表层(0-20 cm)土壤有机碳含量及碳储量差异显著,且OF>NPK>CK;表层全氮含量及氮储量在NPK与OF处理中无显著差异;40-80 cm土壤氮储量NPK处理显著大于OF处理。(3)各处理0-80 cm土体总有机碳储量差异不显著,NPK处理全氮储量显著大于OF处理。(4)与试验初期相比,各处理在20-40 cm土层,各指标含量增加幅度最大。(5)0-80 cm土体中,有机碳和全氮储量存在极显著正相关关系(y=11.644 x-0.8737,R²=0.9759)。综上所述,红壤稻田土壤有机碳、全氮及碳氮储量对长期不同施肥措施的响应在表层更灵敏;在20-40 cm土层碳氮累积速率最大,并有向深层累积的趋势;OF处理更显著增加表层土壤有机碳氮储量,而NPK处理对深层土壤碳氮储量增加较多。因此,长期高量化肥使用增加了氮素向土壤深处迁移的风险,减量施肥配以秸秆还田措施对保持红壤水稻土碳氮可持续变化更有利。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

长期施肥对红壤旱地土壤活性有机碳和酶活性的影响

以江西进贤长期肥料定位试验为平台,研究了红壤旱地不同施肥措施对土壤微生物生物量、活性有机C、C库管理指数以及土壤酶活性的影响。研究结果表明:与不施肥和单施化肥土壤相比,施有机肥处理土壤的pH、CEC、有机C、全N、全P、无机N、速效P、速效K及土壤微生物生物量均显著增加,土壤活性有机C和C库管理指数也较试前土壤和其他处理土壤明显提高,此外,土壤的转化酶、脱氢酶、脲酶和酸性磷酸酶活性也较其他处理显著增加。土壤微生物生物量、活性有机C以及4种土壤酶活性之间的相关关系显著,且它们均与土壤有机C、全N、全P、无机N、速效P等土壤养分呈显著正相关。因此,红壤旱地通过长期施用有机肥或与无机肥配施,不仅能显著提高土壤有机质的数量和质量,而且能增加土壤微生物生物量和酶活性,从而显著提高土壤肥力和土壤持续生产力。     

长期施肥对不同农田生态系统土壤有效碳库及碳素有效率的影响

主要讨论了长期施肥对不同农田生态系统土壤有效碳库和土壤碳素有效率的影响。结果表明：长期施肥对土壤 效碳库和碳素有效率有很大影响。有机肥处理和有机无机配合施用处理的土壤有机碳,微生物量碳,易氧化碳,可矿化碳含量,土壤碳素有效率明显高于对照和无机肥处理的。     

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。     

双季稻—绿肥种植系统下长期施肥对赤红壤性状的影响

为阐明双季稻-绿肥种植模式下长期施肥对赤红壤肥力性状的影响,探讨土壤持续利用的培肥模式。通过长期定位田间试验,研究了长期不同施肥处理对赤红壤性水稻土土壤养分、酶活性及微生物性状的影响。结果表明:与不施肥相比,长期施肥显著增加了土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾等养分含量,提高了土壤蔗糖转化酶、脲酶、磷酸酶活性以及土壤微生物量碳氮含量和土壤微生物群落物种丰富度、优势度、均匀度。其中土壤养分含量增加了4.5%~117.2%,酶活性提高了4.9%~68.1%,微生物多样性提高了3.2%~71.9%,微生物量碳氮的含量分别增加了7.8%~36.9%,21.4%~65.7%,且以单施有机肥(M)效果最为显著,其次为有机无机肥配施处理(NPKM)及氮磷钾肥+秸秆还田处理(NPKS)。土壤养分与土壤酶活性、微生物多样性及微生物量碳氮含量之间存在显著的相关性(P0.05)。总体上,长期单施有机肥或有机无机配施对于双季稻-绿肥种植系统土壤具有良好的培肥效果。     

长期施肥下红壤旱地的固碳效率

红壤旱地的有机碳含量普遍较低,通过外源添加有机肥是增加土壤有机碳含量的重要手段。本研究以红壤旱地长期肥料试验为基础,研究了不同施肥处理的土壤有机碳含量和储量的变化规律,并进一步探讨碳投入与玉米产量及土壤碳储量的量化关系。结果表明:施用有机肥可以大幅提升红壤旱地的有机碳含量,氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(OM)处理在27年间的增加速率分别为0.08 g/(kg·a)和0.06 g/(kg·a),有机碳储量的增加速率分别为0.24t/(hm~2·a)和0.16 t/(hm~2·a);与不施肥(CK)处理相比,NPKM和OM处理的土壤有机碳含量分别增加了51.5%和42.0%,有机碳储量则分别增加57.1%和45.7%。进一步分析表明,有机碳投入量与土壤有机碳储量变化速率之间存在显著的正相关关系(R~2=0.971 5,P0.001),且线性拟合方程(y=–0.158+0.086x)表明,双季玉米种植下红壤旱地的固碳效率为8.6%,当有机碳投入量为1.84 t/(hm~2·a)时,红壤旱地的有机碳储量保持平衡。因此,施用有机肥是提高红壤旱地有机碳储量的有效途径,固碳效率和土壤有机碳平衡点则可以有效指导红壤旱地有机肥的管理措施。     

长期施肥红壤稻田有机碳演变规律及影响因素

利用1981年起设置的水稻土长期施肥定位试验,分析了CK(不施肥)、N(单施氮肥)、NPK(氮磷钾配施)、NPK2(2倍氮磷钾配施)和NPKM(有机无机肥配施)等施肥措施下土壤有机碳的演变规律及其与作物产量和土壤养分(全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾)的相关性.结果表明:试验30年后,各个处理的土壤有机碳含量均有上升,其中CK、N、NPK、NPK2和NPKM的土壤有机碳在试验30年分别比试验前增加18.95％、17.72％、23.36％、16.92％和32.68％.与CK处理相比,NPK、NPK2和NPKM处理的土壤有机碳平均提高了4.09％、4.03％和25.68％.土壤有机碳含量与水稻产量呈显著相关(P＜0.001),相关系数r为0.410,这说明土壤有机碳含量的增加可以促进水稻增产.土壤有机碳与土壤养分中的碱解氮、速效磷和全磷含量均表现出极显著相关(P＜0.001),相关系数r分别为0.452、0.559和0.487,但是与钾含量相关不显著.这表明:有机无机肥配施可以持续快速提高红壤性水稻土的有机碳含量,同时在有机无机肥配施过程中应适当增施钾肥,从而促进土壤肥力平衡和维持作物高产稳产,实现农业可持续性.     

长期定位试验下施肥对潮棕壤活性碳库及碳库管理指数的影响

分析了长期不同施肥制度对潮棕壤活性碳库及碳库管理指数的影响。结果表明:长期施肥不同施肥制度对土壤活性碳库、碳素有效率及碳库管理指数有很大影响,长期施用有机循环肥处理,尤其是循环肥配合均衡化肥(NPK+O)施用处理的土壤有机碳、易氧化碳(ROC)、溶解性有机碳(DOC)、微生物量碳含量(MBC)、土壤碳素有效率及土壤碳库管理指数明显高于对照处理的土壤。潮棕壤活性碳库中不同形态的碳素含量大小顺序为:CROC>CMBC>CDOC,同一施肥处理水平下,不同形态碳素有效率以ACC>ABC>AAC。相关分析表明:土壤碳素有效率和碳库管理指数与土壤的化学性质尤其是土壤养分因子呈显著或极显著相关,反应了农业生产措施对土壤碳库的影响,运用土壤碳库管理指数可以很好地反映出土壤碳库的动态变化。     

长期不同施肥对红壤碳氮储量的影响

利用20年长期肥料定位实验,研究了不同施肥条件下土壤全氮在0~20 cm、20~40 m、40~60 cm层次中分布特征。结果表明,不同施肥处理土壤全氮含量、C/N比值均以0~20 cm土壤层次中最高,随着土壤层次加深而出现下降。长期不同施肥处理后土壤全氮储量高低趋势为:有机肥料区组>化学肥料平衡施用区组>化学肥料不平衡施用区组,有机肥料和有机无机肥料配合施用效果最为显著。长期不同施肥,土壤碳氮比(C/N)无显著差异,长期施用有机肥料,土壤有机碳和土壤全氮数量同步上升,土壤C/N比值保持稳定。有机肥料与化学肥料配合施用能够提高土壤碳氮库容,是维持土壤肥力的最优施肥方式。     

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。...     

长期不同施肥措施下黑土有机碳的固存效应

利用开始于1979年的黑土长期定位试验,研究长期不同施肥措施下土壤有机碳含量演变特征、固碳效应及外源碳输入对土壤固碳的贡献。结果表明:长期单施化肥土壤有机碳含量较试验前下降了11.6%~16.1%,有机肥与化肥配施土壤有机碳含量呈上升趋势,常量有机肥化肥配施(MNP、MNPK)土壤有机碳含量分别上升了6.5%和8.4%,二倍量有机肥化肥配施(M2N2、M2N2P2)土壤有机碳含量分别上升了7.7%和11.6%。不施肥和施化肥土壤有机碳储量呈现亏缺,亏缺量在3.5~6.1t/hm2。有机肥与化肥配施土壤有机碳储量表现为盈余,M2N2P2处理盈余量最高,达到1.9t/hm2。年均有机碳投入量与土壤固碳速率呈显著的线性正相关,表明黑土仍具有一定的固碳潜力。黑土碳投入的转化效率为34.1%,若要维持黑土有机碳库平衡,则每年至少投入1.416t/hm2有机碳。可见,在黑土区增加土壤碳投入(有机肥)仍然是最有效的土壤固碳措施。     

红壤丘陵区典型植被群落根系生物量及碳储量研究

采用标准地法和"WinRhizo根系分析系统"平面扫描,研究了红壤丘陵区六种典型植被群落的根系特征、生物量、固碳量及土壤碳储量.结果表明:(1)根系特征值随土壤深度增加呈递减趋势,马尾松、杉木混交林和马尾松、木荷混交林土壤表层根系分布密集,特征值较大,马尾松低效林根系分布稀疏,特征值最小;(2)不同植被群落,0-40 cm土层的根系生物量所占比例在58.89%～84.88%.0-20 cm土层的土壤碳储量所占比例在35.89%～48.67%;(3)该区乔木混交林的根系生物量大于纯林和火烧迹地,植被群落的灌草覆盖度是影响根系生物量的主要因素.马尾松、木荷混交林根系净生产力最大,为6.74 t/(hm~2·a),马尾松低效林最小,为1.28t/(hm~2·a);(4)马尾松、木荷混交林的根系固碳量和土壤碳储量最大,分别为60.66 t/hm~2和9086.32 t/hm~2,马尾松低效林最小,分别为15.97 t/hm~2和1 683.75 t/hm~2,根系固碳量只占土壤碳储量的极少部分,但根系通过改良土壤结构,对增强碳源汇集和贮存、积累碳素具有重要的影响.     

长期施肥对宁夏灌淤土土壤微生物多样性的影响

灌淤土是含有大量泥沙的黄河水流经长期灌溉而形成,其在宁夏土类中占有一定的比例。为了阐明长期施肥对灌淤土土壤微生物的影响,以宁夏灌淤土土壤肥力监测基地为试验平台,采用平板稀释法和Biolog微生物鉴定系统研究了长期施肥条件下土壤微生物特征的变化。结果表明:长期NP、NK、PK、NPK施肥处理显著降低了土壤细菌数量和土壤微生物总数,细菌数量降低达50%以上。M和1.5NPKM处理增加了土壤放线菌数量,增加的幅度达95%左右,单施氮肥处理显著降低了土壤放线菌数量。NPK和NPKM处理提高了土壤微生物群落对羧酸类、碳水化合物类和酚类碳源的代谢活性,1.5NPKM处理提高了微生物群落对胺类碳源的代谢活性,说明长期的NPK及NPK配合施用有利于土壤微生物活性的提高。施肥处理均不同程度地提高了土壤微生物群落的SHANNON多样性指数但降低了均匀度指数。