长期施肥对土壤碳储量和作物固定碳的影响

利用长期定位试验研究有机肥、化肥以及有机肥和化肥混合施用对耕层土壤有机C储量变化和作物固定C的影响。处理包括化学肥料NPK不同组合。NPK、NP、NK、PK、全部施用有机肥(OM)、化学肥料氮和有机肥氮对半施用(1/20M)及不施肥(CK)七个处理。均衡施用N、P和K,显著提高土壤有机C储量,而养分缺乏的施肥,土壤有机碳大量损失。抵消N2O排放后,只有外源有机碳输入的OM和1/2OM具有净的碳固定。土壤有机碳储量变化(Y)与土壤有机碳输入量(X)符合线性方程Y=1.3231X-1942.7(r=0.9840, n=7)。作物固定碳量和可以返还到土壤的根茬和秸秆中有机碳量都以NPK、NP和1/2ON施肥处理最多。若固定于根茬和秸秆的碳返还到原施肥土壤,则这些处理的土壤有机碳储量最多。但从经济效益考虑,最佳的施肥方式为有机和化学肥料配合施用。     

磷脂脂肪酸分析方法及其在土壤微生物多样性研究中的应用

磷脂脂肪酸（PLFA）是活体微生物细胞膜的重要组分，不同类群的微生物可通过不同的生化途径合成不同的PLFA。一些PLFA可作为分析微生物量和微生物群落结构变化的“生物标记”。在土壤微生物分析中，越来越多地采用了PLFA方法。本文介绍了表征微生物的一些PLFA、从土壤中提取PLFA的方法以及用GC-MS分析PLFA的原理。本文还将常用的研究微生物多样性的几种方法进行了比较；传统的分析土壤微生物群落的方法依赖于培养技术，只能培养和分离出一小部分微生物群落；Biolog方法可用于研究土壤微生物群落生理多样性，即可反映微生物群落如何利用各种碳源底物，但对快速生长和适合在Biolog实验条件下生长的小部分群落成员有强烈的选择性；核酸分析方法的主要缺点是不能对土壤微生物进行定量分析；而PLFA方法相对于上述几种方法有诸多优势。本文通过一些实例证明PLFA方法的特色或独到之处，也分析了其缺点。采用PLFA方法并结合其他方法有助于获取土壤微生物群落多样性的更多和更全面而完整的信息。     

气候-土壤-作物之间氮形态契合在氮肥管理中的关键作用

采用合理的作物养分管理措施对粮食安全保障、土壤与农业可持续发展和生态环境保护至关重要。正确的养分管理策略应是针对某一特定气候-土壤-作物条件选择特定的肥料品种、用量、施用时间和施用位置。然而,当前的氮肥管理措施大多未考虑作物氮形态喜好特性、土壤氮素转化特点以及气候条件等因素的影响,以致在实际生产中效果欠佳。本文提出最大化满足作物氮形态喜好,氮肥形态、土壤氮素转化特点以及气候条件高度契合才能显著提高氮肥利用率,同时降低施氮量、减少活性氮向环境的扩散;气候-土壤-作物之间氮形态契合程度也是引进新的作物或者实施新的施肥措施的重要依据。本文为因地制宜地制定农业减氮增效措施指出了另一个方向。     

长期施肥对小麦-玉米轮作土壤微团聚体组成和分形特征的影响

通过对华北平原小麦-玉米轮作农田生态系统18 a田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层(0～20 cm)土壤微团聚体组成及分形维数(D)的影响,并探讨了特征微团聚体组成比例(PCM,<20μm/(250～20)μm)、微团聚体测定中<20μm与2000～20μm粒级含量的比值(RMD,<20μm/(2000～20)μm)和D与土壤肥力之间的关系。施肥处理包括化肥NPK不同组合(NPK、NP、NK、PK),全部施用有机肥(OM),1/2有机肥+化肥NPK(1/2OMN)及不施肥(CK)共7个处理。各施肥处理均能降低土壤PCM、RMD和D,提高土壤有效养分含量和酶活性。各处理土壤PCM、RMD和D均为OM处理最低,且有机肥与化肥NPK配施低于单施化肥各处理,而化肥处理中NPK均衡施用的降低效果最好。土壤PCM、RMD和D与作物产量、有机质和碱解氮含量及酶活性之间相关性较好,且PCM、RMD和D三者两两之间也具有较好的相关性。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是改善微团聚体组成、降低PCM、RMD和D及提高土壤保肥和供肥能力的关键;PCM、RMD和D均可作为评价长期施肥作物系统土壤肥力的综合性定量指标。     

冬季淹水稻田CH4排放通量及其δ13C的时间变化特征

通过田间试验研究了持续淹水稻田冬季休闲期和水稻生长期CH4排放通量及其稳定性碳同位组成的时间变化。结果表明:CH4排放在冬季休闲期从4月份呈逐渐上升趋势,至6月份出现排放峰,为CH46.4 mg m-2h-1;水稻移栽后则迅速增加,于7月和8月出现两个排放峰,分别为CH423.1 mg m-2h-1和CH429.8 mg m-2h-1,此后急剧下降,末期稻田排水落干期间出现一个排放峰。冬季休闲期CH4排放总量为CH43.3 g m-2,占全年排放总量的8.9%。稻田排放的δ13CH4在冬季休闲期后期逐渐从-51‰上升至-44‰,然后下降至-56‰。水稻移栽后,δ13C值从-62‰迅速降至-68‰,然后慢慢上升至-60‰,并在较长一段时间内保持不变,后期再次富集13C。末期排水落干对排放δ13CH4影响显著。排放δ13CH4在水稻生长期较冬季休闲期低得多,原因在于冬季休闲期的CH4氧化率很高(60%～90%),而水稻生长期的CH4氧化率相对较低(10%～80%)。全观测期内,CH4排放通量的季节变化均与土壤温度显著正相关(p<0.01),与土壤Eh显著负相关(p<0.01),与δ13CH4呈显著负相关(p<0.05)。     

秸秆条带状覆盖对稻田CH_4和N_2O排放的影响

采用3种秸秆还田方式(对照、秸秆均匀混施和秸秆条带状覆盖)进行田间试验,观测稻田CH4和N2O的排放通量,以探讨秸秆条带状覆盖对稻田CH4和N2O排放的影响。结果表明:秸秆条带状覆盖的CH4排放量是对照的2.7倍,二者的N2O排放量无明显差异;秸秆条带状覆盖的稻田CH4排放量较秸秆均匀混施减少32%,其N2O排放量是后者的5.1倍;稻田排放CH4和N2O的全球增温潜势(GWP)为:秸秆均匀混施秸秆条带状覆盖对照,且差异显著;秸秆条带状覆盖的水稻产量分别较对照和秸秆均匀混施增加27%和17%。秸秆条带状覆盖是值得推荐的稻季秸秆还田方式。     

Long‐term field fertilization affects soil nitrogen transformations in a rice‐wheat‐rotation cropping system

Mineralization and nitrification are the key processes of the global N cycle and are primarily driven by microorganisms. However, it remains largely unknown about the consequence of intensified agricultural activity on microbial N transformation in agricultural soils. In this study, the ¹⁵N‐dilution technique was carried out to investigate the gross mineralization and nitrification in soils from a long‐term field fertilization experiment starting from 1988. Phospholipid fatty acids (PLFA) analysis was used to determine soil microbial communities, e.g., biomasses of anaerobic bacterial, bacterial, fungi, and actinobacteria. The abundance of ammonia‐oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA) were measured using real‐time quantitative polymerase chain reaction. The results have demonstrated significant stimulation of gross mineralization in the chemical‐fertilizers treatment (NPK) ([6.53 ± 1.29] mg N kg^–1 d^–1) and chemical fertilizers–plus–straw treatment (NPK+S1) soils ([8.13 ± 1.68] mg N kg^–1 d^–1) but not in chemical fertilizers–plus–two times straw treatment (NPK+S2) soil when compared to the control‐treatment (CK) soil ([3.62 ± 0.86] mg N kg^–1 d^–1). The increase of anaerobic bacterial biomass is up to 6‐fold in the NPK+S2 compared to that in the CK soil ([0.7 ± 0.5] nmol g^–1), implying that exceptionally high abundance of anaerobic bacteria may inhibit gross mineralization to some extent. The gross nitrification shows upward trends in the NPK+S1 and NPK+S2 soils. However, it is only significantly higher in the NPK soil ([5.56 ± 0.51] mg N kg^–1 d^–1) compared to that in the CK soil ([3.70 ± 0.47] mg N kg^–1 d^–1) (p < 0.05). The AOB abundance increased from (0.28 ± 0.07) × 10⁶ copies (g soil)^–1 for the CK treatment to (4.79 ± 1.23) × 10⁶ copies (g soil)^–1 for the NPK treatment after the 22‐year fertilization. In contrast, the AOA abundance was not significantly different among all treatment soils. The changes of AOB were well paralleled by gross nitrification activity (gross nitrification rate = 0.263 AOB + 0.047 NH ‐N + 2.434, R² = 0.73, p < 0.05), suggesting the predominance of bacterial ammonia oxidation in the fertilized fields.     

华北潮土长期试验中的作物产量、氮肥利用率及其环境效应

在河南封丘潮土上进行了小麦、玉米轮作的长期肥料试验，对该长期试验的作物产量、氮利用率及其环境效应进行了分析。结果表明，在施氮量为150kg hm^-2季^-1的情况下，化肥N、P、K配合施用（NPK），小麦和玉米产量最高，且年际之间变化小，14a平均产量分别为5261kg hm^-2和7633kg hm^-2。在等N、P、K的情况下，1／2氮用有机肥（1／20M），作物产量略低于NPK；全部氮用有机肥（OM），平均产量分别降低22％和16％，产量年际变化大，但表现出随时间而提高的趋势。小麦和玉米氮肥平均利用率NPK分别为60％和61％、1／20M为51％和56％，OM为33、6％和42．5％。上述处理的表层土壤（0～20cm）全氮含量均显著增加，增加幅度依次递增；作物吸收和表层土壤残留氮合计占氮肥施用量的69％、75％和69％，均未发现NO3^-盐向土壤剖面深层的移动，N2O的排放系数〈0．24％。不施P肥的处理（NK），作物产量极低，氮肥利用率几乎为零，且有大量的NO3^-向剖面深层迁移，在0～100cm范围内，NO；含量随着深度的增加而提高，但N2O排放系数小于上述3处理。由此可以得出，在该土壤上采用小麦、玉米轮作，年氮施用量300kg hm^-2，如果配合P、K肥，可以持续保持较高的产量，且不造成NO3^-盐淋移和大量N2O排放。     

土壤有机质热性质初步研究

本文初步研究了我国4种主要土壤类型有机质的差热分析。这4种土壤在差热曲线上均出现低温放热峰(LEP,约300℃);黑土和黄棕壤同时还出现高温放热峰(HEP,约400℃)。通过分析证明这4种土壤的有机无机复合主要是通过铁等二、三价金属离子(不包括Al)化学吸附形成的,并提出400℃左右的HEP可以作为有机无机复合胶体通过表面物理吸附形成复合体的标志。砖红壤有比黄棕壤更大的化学吸附有机质形成复合体的能力。有机质通过相同机制与不同粒级的土壤矿物复合后,较粗粒级中的有机质有较高的能量水平。