西部地区紫色土近30年来土壤肥力与生产力演变趋势分析

【目的】 紫色土在我国分布范围广泛,面积约1889 × 104 hm2,近年来紫色土面临着土壤肥力和质量下降等问题。本研究以我国西部地区的8个紫色土长期定位试验监测点为对象,对近30年来紫色土的养分和生产力数据进行分析,以期探明农民长期常规施肥管理模式下紫色土肥力的演变特征,为土壤养分的管理和可持续利用提供科学性的指导。 【方法】 利用时间趋势分析和中值分析的方法,分别总结了紫色土土壤有机质 (SOM)、全氮 (TN)、有效磷 (AP)、速效钾 (AK)、pH、碳氮比以及小麦、玉米、甘薯产量在不同监测阶段的演变特征和总体变化趋势,分析了紫色土常规施肥管理模式下土壤养分和作物产量的变化趋势;运用主成分分析和冗余分析方法,分别对上述6个肥力因子和三种作物产量进行分析,探究了紫色土土壤肥力的主要贡献因子和紫色土作物产量的主要影响因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,29年常规施肥下紫色土有机质和全氮含量无显著变化,但有效磷和速效钾含量均以不同程度增加。土壤有效磷含量在 2011—2016 监测阶段的平均值为15.34 mg/kg,比初始监测阶段 (6.10 mg/kg) 显著提高了151.4%;土壤速效钾含量在 2011—2016 年的平均值比初始监测阶段 (1988—1992年) 增加了17.23 mg/kg (提高了23.1%)。29年常规施肥管理模式下紫色土pH呈现显著的下降趋势,比初始监测阶段降低了0.24个单位。主成分分析结果表明,紫色土土壤肥力的两个决定因子是土壤有效磷和速效钾,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。冗余分析结果表明,影响紫色土整体作物产量的主要环境因子分别为土壤pH、有效磷和有机质含量。对小麦产量影响最大的肥力因子为土壤pH,对玉米产量影响最大的肥力因子为土壤有效磷,对甘薯产量影响最大的肥力因子为土壤速效钾。 【结论】 近29年来,在常规施肥管理模式下土壤有效磷和有效钾含量显著上升,一方面提高了玉米、甘薯生产力,但却导致了养分的不平衡,紫色土全氮含量和pH出现了下降,导致小麦产量出现下降风险。紫色土肥力的障碍因子是较低的土壤全氮和有机质含量。所以农民常规施肥不利于紫色土的培肥,应该注重平衡施肥,增施有机肥,在提高土壤磷和钾有效性的同时,保持土壤全氮和有机质的平衡。      

施肥对中国农田土壤微生物群落结构与酶活性影响的整合分析

【目的】 施肥能直接或间接改变农田生态系统的养分平衡,从而影响土壤的物理、化学和生物学特性。本研究探讨不同种植制度和土壤条件下施肥对农田土壤生物学特性的影响程度,为合理施肥和土壤肥力提升提供科学依据。 【方法】 通过收集近10年 (2008—2018年) 来发表的文献,建立了包含185组微生物量及群落结构等相关内容的数据库。采用整合分析方法(Meta-analysis),定量分析了施肥对土壤微生物量、群落结构以及酶活性的影响。 【结果】 与不施肥相比,施肥显著提高了土壤微生物磷脂脂肪酸 (PLFA) 和微生物量碳、氮含量,提高幅度分别为28.5%、30.9%和41.6%。施用 (单施或配施) 有机物料对土壤微生物总PLFA含量及微生物量碳、氮含量的提高幅度分别为47.3%、50.4%和58.7%,相当于施用化肥的2.8、2.4和3.9倍。与不施肥相比,施肥均能增加各类微生物菌群PLFA含量,对细菌、真菌及放线菌的提高幅度为23.8%～30.4%,对革兰氏阴性菌(G–)和革兰氏阳性菌 (G+) 的提高幅度为37.8%～43.2%,且施用有机物料处理对各类微生物菌群PLFA含量的提高幅度显著高于施化肥处理。施用化肥对土壤微生物总PLFA含量的提高幅度在一年两熟制区为17.9%,在水田和水旱轮作条件下为18.3%～27.6%,而在一年一熟制区及旱地条件下对土壤微生物总PLFA含量无显著影响。在不同pH的土壤中,施用有机物料对微生物总PLFA的提高幅度均显著高于施化肥处理。在pH < 6与pH > 8的土壤上施用化肥对微生物总PLFA含量无明显影响。施肥显著提高了与土壤有机质分解相关的β-葡萄糖苷酶(42.4%)和乙酰氨基葡萄糖苷酶(174.5%)的活性,对与氮循环相关的亮氨酸氨基肽酶活性无显著影响。统计分析还表明,施肥并未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G +∶G–)。 【结论】 在不同种植制度、土地利用类型和土壤pH下,施肥显著改变了土壤微生物量和与有机质分解相关的酶活性,但未改变土壤微生物的真菌细菌比(F∶B)和革兰氏阳性菌革兰氏阴性菌比(G+∶G–)。单施或配施有机物料均有利于提高农田土壤微生物总量及各类菌群的生物量,效果显著好于单施化肥。