长期施肥下不同有机质含量农田黑土水稳性团聚体中氮、磷的分布特征

研究长期施肥对不同有机质含量农田黑土水稳性团聚体分级特征、不同粒级团聚体中全氮、全磷含量分布及相关性的影响,为阐明施肥对黑土肥力演变的影响机制提供理论依据。利用中国科学院海伦生态实验站空间移位长期定位试验,研究2种施肥方式下5种不同有机质含量的农田黑土不同粒级水稳性团聚体、水稳性团聚体中全氮、全磷分布特征。结果表明：长期施用化肥对2~1 mm粒级大团聚体含量影响最大,施肥处理在该粒级团聚体分别增加了1.95%~4.59%之间,且各粒级水稳性团聚体随土壤有机质含量的增加而呈递增的趋势。不同农田黑土全氮、全磷在2~1 mm粒级大团聚体中含量最高,在>5 mm和<0.25 mm含量最低。2~0.5 mm土壤团聚体含量与土壤全氮、全磷存在显著的正相关关系,>5 mm和<0.25 mm与土壤全氮、全磷存在显著负相关关系。土壤全氮、全磷主要存在水稳性大团聚体中,施用化肥可提高水稳性大团聚体中全氮、全磷的含量,是改善农田黑土土壤结构,提高土壤肥力的有效措施。     

长期施肥对晋东南矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

为探究不同施肥方式下矿区复垦土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以晋东南黄土区采煤沉陷复垦区为研究对象,分析了连续8年施肥对复垦土壤团聚体数量、团聚体稳定性及团聚体中有机碳分布的影响。试验共设4个施肥处理:不施肥(CK)、化肥(NPK)、低量有机肥化肥配施(LOF)和高量有机肥化肥配施(HOF)。结果表明,施肥显著提高了 0. 25 mm的大团聚体数量,HOF处理显著提高了各粒级团聚体比例,其中对2～1 mm和0. 50～0. 25 mm团聚体影响最大。有机肥化肥配施均显著提高了团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了土壤团聚体分形维数(D),提高了土壤团聚体的稳定性,HOF与LOF对土壤团聚体稳定性的影响差异不显著,NPK对复垦土壤的团聚体分形维数无显著影响。 0. 25 mm各粒径团聚体有机碳含量高于0. 25 mm的微团聚体,大团聚体富集较多的有机碳,HOF显著增加了2～1 mm和5～2 mm粒径团聚体对土壤总有机碳的贡献率。土壤有机碳含量(SOC)、大团聚体数量(R0. 25)、MWD、GMD与 0. 25 mm的各粒径团聚体含量均呈显著的正相关关系,SOC与R0. 25、MWD、GMD呈极显著正相关关系。在晋东南矿区复垦土壤上,高量有机肥化肥配施是提高土壤有机碳含量,增强土壤团聚体稳定性的有效施肥措施。     

长期定位秸秆还田对土壤团聚体及有机碳组分的影响

为合理利用秸秆并进行碳固定,在青岛农业大学长期定位秸秆还田试验站开展田间试验,设置5个处理,包括相同施氮条件下小麦、玉米两季秸秆还田(WCN)和一季小麦秸秆还田(WN),小麦玉米两季秸秆还田(WC),对照(CK)及单施有机肥处理(M),测定玉米-小麦轮作收获后土壤中的总有机碳、土壤的活性碳组分(轻组有机碳、颗粒有机碳、水溶性有机碳、易氧化有机碳)、土壤团聚体、土壤团聚体有机碳含量。结果表明,土壤总有机碳及各活性碳组分含量均表现为MWCNWNWCCK,其中M处理和WCN处理总有机碳含量在小麦季和玉米季较对照分别提高了99.78%,117.94%和84.73%,98.03%,差异显著;土壤水稳性团聚体0.25～2.00 mm粒级占比、团聚体几何平均直径、平均质量直径及各粒级团聚体有机碳含量亦表现为MWCNWNWCCK,与对照相比,M处理和WCN处理在0.25～2.00 mm粒级占比提高了10.2,9.6百分点,几何平均直径和平均质量直径分别提高了53.1%,45.8%和10.9%,5.4%,各粒级有机碳含量分别提高129.9%～330.2%,69.0%～188.4%。综上,有机肥处理及两季秸秆还田配施氮肥能显著提高土壤有机碳及各活性有机碳含量,有利于土壤大团聚体的形成,提高了团聚体稳定性和各粒级团聚体有机碳含量。     

连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳含量及土壤肥力的影响

为了研究传统耕作方式下连续秸秆还田对黑土团聚体中有机碳分布及土壤肥力的影响,采用中国黑土区进行8年田间定位试验的大田土壤为研究对象,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤水稳性团聚体中的有机碳含量及土壤养分的影响,并与2004年试验初期土壤进行比较。结果表明,与起始土壤相比,连续8年秸秆还田后,土壤大团聚体的含量显著提高,且NPK+S处理下土壤大团聚体的含量及团聚体的平均重量直径(MWD)显著高于CK处理和NPK处理;连续秸秆还田8年后土壤的有机质(SOM)含量显著提高了6.59%,而CK处理和NPK处理均导致SOM含量下降,分别降低了1.95%和2.56%。与CK处理、NPK处理和起始土壤相比,NPK+S处理提高了土壤各级团聚体内的有机碳含量,而且显著提高了大团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率,降低了微团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率;同时,秸秆还田配施化肥显著提高了土壤的碱解氮、速效磷和速效钾含量,其对土壤速效养分的改善程度要明显强于单施化肥处理。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土团聚体的稳定性及其有机碳含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

长期不同施肥模式对中低产黄泥田土壤团聚体组成及碳组分的影响

为研究长期不同施肥方式对黄泥田土壤团聚体组成、总有机碳及其组分的影响,进而明确黄泥田土壤肥力提升的最佳施肥方式,以金衢盆地黄泥田长期定位施肥试验为基础,设置无肥、单施化肥、化肥配施牛粪和化肥配施秸秆4个处理。结果表明,化肥与牛粪配施处理>0.250 mm团聚体百分含量最高,在0～15 cm和15～30 cm较不施肥对照分别提高了7.1,11.0百分点;而化肥配施秸秆与单施化肥处理之间在水稳性团聚体组成上没有显著差异。此外,化肥与牛粪配施处理较单施化肥处理显著提高了表层土壤总有机碳、颗粒态有机碳含量,增幅分别为18.7%,98.7%。表层土壤中POC/SOC由大到小为：化肥配施牛粪>化肥配施秸秆>单施化肥≈无肥。与单施化肥处理相比,化肥配施牛粪或秸秆处理提高了1 030 cm^-1相对吸收峰强度,说明有机无机配施处理下土壤碳以多糖类相对含量更高。综合考虑,化肥配施牛粪在改善土壤结构和提升土壤碳库方面效果最佳。     

猪粪有机肥配施化肥对潮土速效养分及团聚体分布的影响

集约化养殖产生大量的畜禽粪便而且无序排放产生,是造成农业面源污染的重要原因之一。开展畜禽粪便田间消纳后对土壤性质及肥力的影响是现阶段研究的热点问题。本研究在施用等量氮、磷、钾养分的条件下,通过连续两年的盆栽试验,研究了猪粪有机肥替代不同化学肥料后对潮土速效养分、团聚体组分及稳定性的影响。结果表明,施用猪粪有机肥增加了土壤碱解氮、速效磷及速效钾含量,且随有机肥施用量的增加而增加,其中土壤碱解氮、速效磷及速效钾含量比单施化肥处理(T1)分别提高了3.7% ~ 165.8%、11.6% ~ 197.7%和20.7% ~ 364.8%;与第一年相比,第二年各处理碱解氮含量下降2.8% ~ 48.9%,而速效磷、速效钾均有增加。施用猪粪有机肥处理土壤有机碳含量均高于单施化肥处理(T1),且随有机肥量的增加呈增加趋势,增加幅度达14.8% ~ 175.7%;有机肥处理第二年后土壤有机碳含量比第一年土壤有机碳含量增加3.9% ~ 96.9%。同时发现,潮土土壤团聚体以<0.25 mm的微团聚体为主;化肥配施猪粪有机肥处理增加了潮土>0.25 mm团聚体含量、团聚体MWD(平均重量直径)以及GWD(几何平均直径)和R_0.25值,且随其施用量的增加而增加。由此可见,施用猪粪有机肥有利于潮土速效养分、有机碳含量的增加,并促进大团聚体的形成和稳定。     

长期施肥对设施蔬菜栽培土壤水溶性有机碳含量及其剖面分布的影响

为研究土壤水溶性有机碳在长期施肥条件下的演变特征,本试验通过对自1988年开始的施用有机肥、化肥及有机肥化肥配施的设施蔬菜长期定位土壤水溶性有机碳(WSOC）含量进行了研究,分析土壤水溶性有机碳的含量及其剖面分布的变化。与B组（施化肥）相比,A组（有机肥及有机肥+化肥配施）水溶性有机碳的含量明显增加;0-20cm、20-40cm、40-60cm三个土层中有机肥和氮肥配施肥处理水溶性有机碳含量随着氮肥施用量的增加而减少;各处理水溶性有机碳含量在0-20cm土中最高,在三个土层中呈现高低高的趋势。长期施肥处理表明土壤水溶性有机碳在设施栽培土壤中对施肥反应较敏感施用有机肥可以提高各土层水溶性有机碳的含量。     

长期不同施肥模式下砂姜黑土小麦根系和光合的差异性研究

为明确长期单一施肥模式效果间的差异,研究了5种长期定位(34年)施肥模式对砂姜黑土小麦根系和光合的影响。结果表明,CK(不施肥)的根系性状表现最差,MNPK(有机肥与化肥配施等氮)与HMNPK(有机肥与化肥配施高氮)的总根长、总根表面积、总根体积和总根尖数显著高于NPK(单施化肥)和M(单施有机肥)处理,NPK与M间的总根表面积、平均根直径、总根体积差异不显著。长期有机肥与化肥配施(MNPK和HMNPK)相对于长期单施化肥(NPK)和有机肥(M)能提高小麦上3叶的长宽。在孕穗期,MNPK的光合速率、气孔导度和蒸腾速率最高,但与HMNPK差异不显著;在灌浆中期(MNPK与HMNPK发生倒伏),NPK和M处理的光合特性表现优于有机肥与化肥配施处理MNPK和HMNPK,MNPK的光合特性亦优于HMNPK(倒伏最重)。在孕穗期,有机肥与化肥配施相对于长期单施化肥和有机肥利于小麦叶绿素荧光参数的改善;灌浆中期,M处理的叶绿素荧光参数表现最优,MNPK的ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP显著高于HMNPK。总根长、总根表面积、平均根直径、总根体积、总根尖数皆与光合高效叶片长宽及产量呈显著或极显著正相关关系;根系性状、产量与光合特性、叶绿素荧光参数Fm、ΦpsⅡ、Fv/Fm、ETR、qP呈显著或极显著正相关关系,与胞间CO_2浓度、Fo、qN呈极显著负相关关系。研究得出,有机肥与化肥配施虽有利于小麦根系及高效光合叶片长宽的改善,但有机肥与化肥配施高氮下遇特殊天气由于肥力较高易发生倒伏,造成光合速度的下降。     

长期施肥对褐潮土氮、有机质动态变化的影响

通过北京昌平“国家褐潮土土壤肥力和肥料效益监测基地”的长期定位试验（1991-2003年）,研究了长期施肥条件下对褐潮土氮、有机质动态变化的影响。结果表明：氮磷钾化肥配施有机物料提高耕层土壤全氮的效果最为明显,配施有机肥和秸秆处理分别比不施肥增加21.11%和14.35%,明显高于单一施用化肥。长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮磷钾配合也显著增加了土壤全氮含量,分别比对照增加10.03%,8.32%和8.40%,而磷钾配合降低了土壤全氮含量。土壤碱解氮含量仍然是氮磷钾配施有机肥或秸杆处理优于单施化肥,分别比对照增加34.97%和32.96%,长期单施氮肥,或氮磷配合,或氮钾配合,或氮磷钾配合,分别比对照增加17.26％,21.55%,23.83%和26.41%。配合施用有机肥处理耕层土壤有机质含量明显高于单施化肥处理;与不施肥比较,NPK＋秸秆以及NPK＋有机肥处理土壤有机质含量分别增加7.90％和14.56％,氮磷钾配合和氮磷配合分别比对照增加6.51％和5.89%,而单施氮肥仅增加2.56%。可见NPK平衡施用及其配施有机肥对增加土壤有机质含量具有重要作用。     

紫云英和秸秆还田对土壤团聚体及有机碳分布的影响

为了研究紫云英和秸秆还田下土壤团聚体及有机碳的分布特征。选取湖北省荆州市水稻—紫云英轮作定位试验,通过湿筛和密度分级的方法研究团聚体和有机碳。结果表明：各粒级团聚体含量以>5 mm为主(57.08%~80.01%),紫云英和秸秆还田增加>5 mm团聚体的含量与团聚体的稳定性。紫云英还田配施化肥(NPK+G)和紫云英和秸秆还田配施化肥(NPK+G+S)处理显著增加5~2、2~0.25 mm团聚体中有机碳的含量。团聚体内以矿物结合态有机碳为主,不同处理均提高团聚体内矿物结合态有机碳及微团聚体内细颗粒有机碳的含量,降低粗颗粒有机碳的含量。相比于对照(CK),紫云英和秸秆还田提高了团聚体的稳定性,并促进了团聚体内细颗粒有机碳的积累。     

有机肥等氮替代化肥对红壤团聚体及玉米产量和品质的影响

为研究有机肥等氮替代化肥对土壤结构、玉米产量和品质的影响,设置有机肥等氮替代化肥的10%（M10）、20%（M20）、30%（M30）、40%（M40）,以单施化肥（M0）和不施肥（CK）为对照6个施肥处理,测定玉米不同生育期的土壤团聚体变化状况。结果表明：随有机肥等氮部分替代化肥比例的增加,玉米各生育期土壤>0.25mm水稳性团聚体（R_0.25）、平均质量直径（MWD）、几何平均直径（GWD）不断增加,团聚体破坏率（PAD）、分形维数（D）不断降低。与M0处理相比,M30和M40处理显著提高了玉米子粒产量,表现为M30>M40;M20、M30、M40处理较M0处理玉米子粒蛋白质含量显著增加了13.29%~25.03%,淀粉含量显著增加了39.84%~114.06%,可溶性糖含量显著增加了36.49%~54.05%;蛋白质含量表现为M30和M20处理显著大于M40处理,M30与M20处理间差异不显著;淀粉含量表现为M40>M30>M20,差异显著;可溶性糖含量表现为M40和M30处理显著大于M20处理,M30与M40处理间差异不显著。玉米子粒产量和品质与抽雄期、成熟期土壤团聚体R_0.25呈极显著正相关（P<0.01）,与PAD、D值呈极显著负相关（P<0.01）。因此,玉米生产中,利用有机肥等氮替代化肥培肥土壤,需兼顾玉米产量和品质,30%为适宜的有机肥等氮替代化肥比例。     

8种耐盐植物与脱硫石膏对河套灌区盐碱土水稳定性团聚体的影响

为了探究种植不同耐盐植物配合施用脱硫石膏对河套灌区盐碱土水稳定性团聚体的影响,本研究在内蒙古河套灌区硫酸盐盐碱土上种植8种典型的耐盐植物,配合施用脱硫石膏,比较种植前后土壤水稳定性团聚体特征,以期筛选出适宜的耐盐植物。结果表明,种植耐盐植物后,<0.01 mm团聚体质量分数降低了44%~65%,而>0.25 mm和0.25~0.053 mm团聚体显著增加了95%~203%和21%~66%,0.053~0.01 mm团聚体质量分数没有发生显著的变化;各级团聚体有机碳和全氮显著提高,尤其是>0.25 mm水稳性团聚体,有机碳和全氮含量分别增加了13%~90%和75%~179%。不同耐盐植物存在明显的差异,其中多年生豆科植物的效果更为明显。>0.25 mm和0.25~0.053 mm团聚体质量分数与土壤pH、EC值、Na⁺、Mg²⁺、SO₄^2-和Cl^-含量呈显著的负相关关系,但与有机碳和全氮含量呈极显著的正相关关系,而<0.01 mm团聚体质量分数则与之相反。可见,盐分离子决定小团聚体,而大团聚体取决于有机质含量,种植耐盐植物由于降低盐分含量,同时提高有机质含量,从而促进盐碱土矿质土粒团聚作用,形成较大的水稳定性团聚体,多年生耐盐植物柳枝稷、紫花苜蓿、草木犀等效果更好,可有效地改良本地区盐碱土。     

不同类型土壤团聚体稳定机制的研究

土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分,影响着土壤的物理、化学和生物学性质,它的稳定性是受粘结剂和分散剂共同作用的结果。本研究目的在于探讨粘结剂和分散剂对土壤团聚体稳定机制的影响。选取全国10种主要地带性土壤类型（黑土、红壤、黄棕壤、暗棕壤、紫色土、栗钙土、黄绵土、潮土、砖红壤、风沙土）为研究对象,采用湿筛法筛分土壤团聚体并测定分析。结果表明：在10种类型土壤团聚体分布中发现砖红壤>0.25 mm大团聚体含量最高,为86.77%;黑土次之,为76.13%;潮土大团聚体含量最少,仅为42.85%。>2 mm和0.5~1 mm含量对团聚体分布影响最大。各个土壤有机质中黑土有机质含量为46.06 g/kg,显著高于其他土壤,砖红壤次之;粒径<0.053 mm时各土壤有机质差异最显著,粒径>2 mm时与全土有机质趋势一致。栗钙土在10种土壤中交换性钠含量最高,为234.48 mg/kg,其次是潮土177.08 mg/kg。从整体看,有机质含量与土壤团聚体稳定性呈正相关(r=0.615),交换性钠与土壤团聚体呈负相关(r=-0.391),有机质与团聚体稳定性的显著相关性在粒径0.053~0.25 mm最明显。土壤团聚体的稳定由有机质与交换性钠共同作用,增加相同单位的有机质与交换性钠,有机质对团聚体的稳定效果是交换性钠分散效果的10倍。为更好的保护土壤,在农业生产中应施用含钠较低的有机肥,减少人类对土壤结构的破坏。     

保护性耕作对土壤结构体有机碳氧化稳定性的影响

以7年不同耕作的定位试验为研究对象,研究了深松、旋耕、免耕等保护性耕作措施对关中塿土小麦-玉米轮作条件下结构体有机碳氧化稳定性的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕及秸秆还田+传统耕作均提高了各粒级结构体的有机碳和易氧化有机碳含量,且深松和旋耕效果达到显著水平,免耕作用不显著;深松、旋耕、免耕对难氧化有机碳含量的影响均不明显。由此可见,各保护性耕作对土壤结构体总有机碳含量的提高主要是通过结构体中易氧化有机碳含量的提高来实现。各保护性耕作降低了结构体有机碳的氧化稳定系数（Kos）,但未达到显著水平。土壤较小粒级（0.5～0.25mm和<0.25mm）结构体中的总有机碳,易氧化、难氧化有机碳含量均比大粒级结构体中（>0.5mm）的高,且其氧化稳定系数（Kos）较低。相关分析表明,除5～2 mm粒级结构体外,各粒级结构体的总有机碳之间、易氧化有机碳之间、总有机碳和易氧化有机碳之间均相关极显著,且以<0.25mm结构体的总有机碳、易氧化有机碳和各粒级结构体的总有机碳、易氧化有机碳之间的相关系数较大。关键词：保护性耕作,结构体,有机碳,氧化稳定性