长期定位施肥对紫色水稻土硝化作用及硝化细菌群落结构的影响

采用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)技术,从表层土壤的微生物活性及基因多样性角度研究了长期不同施肥制度对紫色水稻土硝化作用及硝化细菌群落结构的影响.结果表明,经过24a长期定位肥料试验,不同施肥处理土壤pH和硝化作用均不相同,施肥在降低土壤pH的同时会增加土壤的硝化作用;不同作物种植方式也会影响土壤pH和硝化作用,紫色水稻土旱季pH和硝化作用均大于淹水土壤.施用化肥以及化肥配施有机肥不仅可以提高土壤硝化作用,也能够改变土壤中硝化细菌的群落结构;与长期单施化肥相比,长期化肥配施农家肥不仅提高了土壤的硝化作用,而且提高了土壤硝化细菌的分子多样性.UPGMA聚类分析显示,10种不同施肥处理的聚类图也不同;在水稻收割后,M,NM,NPM与NPKM聚在一个群里,CK,N和NP聚在第二个群里,而NPK,NPKMZn和NPKMMn聚成第三个群;在小麦收割后,M,NM,NPM,N,NP和NPKMMn肥料影响下的硝化细菌群落聚成一个群,NPK,NPKMZn和NPKMMn肥下的硝化细菌聚在一起,形成第二个群, 对照(无肥)下的硝化细菌群落单独成为第三个群.应用PCR-DGGE技术可以揭示石灰性紫色水稻土上24a不同施肥及作物栽培管理措施下的硝化细菌分子群落结构特点.     

长期定位施肥对石灰性紫色水稻土AMF多样性的影响

为了解长期定位施肥对石灰性紫色水稻土丛枝菌根真菌（AMF）物种多样性的影响,从稻麦轮作下连续26年定位施农家肥（M）、氮肥+农家肥（NM）、氮磷肥+农家肥（NPM）、氮磷钾肥+农家肥（NPKM）、不施肥（CK）、氮肥（N）、氮磷肥（NP）、氮磷钾肥（NPK）等不同施肥处理小区采集根区土样,分离鉴定AMF、测定多样性特征。共鉴定出17种AMF,其中球囊霉属Glomus 12种,占已分离总数的70.5%,为优势属;无梗囊霉属Acaulospora 3种,占17.6%;原囊霉属Archaeospora和内养囊霉属Entrophospora各1种,各占5.9%。无论是石灰性紫色土种植水稻还是小麦,AMF侵染率最高的施肥处理均为无肥处理（CK）,施肥特别是磷肥,降低AMF侵染率、孢子密度、相对多度和种丰度。变性梯度凝胶电泳（denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE）分析结果表明,不施肥对照（CK）的AMF多样性最丰富,多样性指数最高,水稻和小麦种植下的多样性指数分别为2.68和3.02;与无机肥处理相比,农家肥配施无机肥提高了AMF多样性指数。农家肥配施无机肥更有利于AMF发育。     

平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应

为了研究平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应,对长期缺施磷肥水稻土进行了3.5年平衡施肥试验。试验采取盆栽水稻的方式,在长期缺施磷肥的红壤性水稻土上比较不施磷肥（NK）、平衡施用氮磷钾无机肥（NPK）、无机氮磷钾肥配施硅肥（NPKSi）、无机氮磷钾肥配施有机肥（无机肥占3/5）、NPK基础上增施磷肥（NKhP）、NPKM基础上增施磷肥（NKhPM）处理的土壤肥力、土壤微生物特性、土壤磷的渗漏量以及地上部水稻产量、养分利用率、磷肥利用率的变化。试验表明,平衡施肥处理NPK、NPKSi、NPKM、NKhPM显著提高水稻产量,比不施磷肥（NK）平均增产147%,其中NPKM提高152%;能提高土壤肥力,比不施磷肥土壤有机质含量平均提高18.5%,其中NPKM提高30.1%;显著提高土壤微生物生物量,比不施磷肥土壤微生物生物量碳（MBC）平均提高57.2%,其中NPKM提高87.1%;提高氮素、钾素养分利用率,比不施磷肥平均分别提高120.3%、33.6%,其中NPKM分别提高152%、43%。而长期重施无机磷肥处理（NKhP）虽然水稻产量比不施磷肥处理提高125.1%,但因土壤中磷酸根离子含量过高影响土壤微生物正常生长,土壤微生物活度比不施磷处理降低9.4%,土壤微生物量碳（MBC）降低2.4%,稻田土壤微生物生态系统质量劣化。此外,重施磷肥处理（包括NKhP、NKhPM）易导致稻田水体的磷污染。各处理比较,NPKM综合生态效应最佳,以下依次是NKhPM、NPKSi、NPK,NKhP,NKhP对稻田土壤微生物生态系统产生负效应。根据试验结果,平衡施肥是恢复缺磷水稻土的有效措施,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上增施有机肥或硅肥效果较好。     

新疆灰漠土区不同肥料配比土壤氨挥发原位监测

在17a的新疆国家灰漠土土壤肥力与肥料效益长期定位试验区,采用通气法对春小麦种植体系8种处理,即(1)对照(种植、不施肥,CK)、(2)施氮肥(N)、(3)施氮磷肥(NP)、(4)施氮钾肥(NK)、(5)施氮磷钾肥(NPK)、(6)施氮磷钾肥+有机肥增量(NPKM1)、(7)施氮磷钾化肥+有机肥常量(NPKM2)、(8)施氮磷钾化肥+秸秆还田(NPKS)的氨挥发损失与不同肥料配比、长期不同施肥土壤特性变化之间关系进行研究.结果表明:(1)在当地春小麦种植典型施肥模式,即"基肥撒施后机械翻耕,追肥撒施后灌水"下,在施氮量为84.97～241.5 kg · hm-2的条件下,不同处理基肥氨挥发累积量为0.194～2.236 kg N · hm-2之间;追肥氨挥发累积量在0.078～0.210 kg N · hm-2之间,远低于基肥氨挥发量;基肥和追肥氨挥发损失氮素之和占总施氮量的0.39%～1.23%.(2)相同施氮量241.5 kg · hm-2的N、NP、NK、NPK 4个处理,氨挥发累积量分别为1.017、0.944、1.988、2.437 kg N · hm-2,氨挥发量与不同处理土壤速效钾含量相关性达显著水平(r=0.951, P<0.05,n=4).(3)施氮量分别为151.8、84.9、216.7 kg · hm-2有机肥处理NPKM1、NPKM2、NPKS的氨挥发累积量分别为1.404、1.041、1.583 kg N · hm-2,氨挥发量与氮肥使用量呈显著正相关(r=0.581,P<0.05,n=18).以上结果表明,氨挥发不是新疆灰漠土长期定位试验春小麦体系氮肥损失的主要途径;不同肥料配比和长期不同肥料配比造成土壤特性的变化是7种施氮肥处理氨挥发差异的主要原因.     

鄱阳湖流域长期施肥下双季稻田的土壤基础地力

为探讨鄱阳湖流域不同施肥措施的土壤基础地力变化规律,基于长期施肥定位试验(始于1981年),采集定位30年时的不施肥(CK)、施用氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥与有机肥配施(NPKM)土壤,于2012—2014年进行连续3年的施肥和不施肥试验,分析水稻产量和土壤基础地力贡献率的差异及关键影响因子.结果表明:不论施肥与否,3年的水稻产量均表现出NPKM处理显著高于NPK和CK处理,尤其是在不施肥条件下,NPKM处理的年产量分别比CK和NPK处理增加37.7%～143.9%和20.8%～66.7%.3年间,CK、NPK和NPKM处理的土壤基础地力贡献率分别为41.8%～53.1%、45.2%～62.6%和59.1%～88.1%,且NPKM处理的土壤基础地力贡献率均显著高于NPK和CK处理.进一步分析发现,土壤有机质和有机碳平衡量与土壤基础地力贡献率呈显著正相关.总之,在鄱阳湖流域的双季稻田,长期有机无机肥配施有利于该地区土壤基础地力的提升,且土壤有机质和有机碳平衡是土壤基础地力变化的关键因子.     

长期施肥对稻田土壤细菌、古菌多样性和群落结构的影响

稻田土壤是“迷失碳”的重要吸纳场所之一,也是温室气体(CH4和N2O等)的重要排放源.大气温室气体的动态变化与土壤碳氮转化的微生物过程紧密相关.以湖南桃江国家级稻田肥力变化长期定位试验点为平台,采用PCR-克隆测序和实时荧光定量PCR技术,研究不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)和氮磷钾肥+秸秆还田(NPKS)3种长期施肥制度(＞25 a)对稻田土壤细菌和古菌群落结构及数量的影响.细菌和古菌16S rRNA基因文库分析结果表明:稻田土壤细菌主要类群为变形菌、酸杆菌、绿弯菌,而古菌主要为泉古菌和广古菌.长期施肥导致土壤细菌和古菌种群结构产生明显差异,与CK相比,NPK和NPKS处理稻田土壤的变形菌、酸杆菌和泉古菌相对丰度增加.LIBSHUFF软件分析结果也表明,16S rRNA基因文库在CK、NPK及NPKS处理间存在显著差异.3种施肥处理的稻田土壤细菌16S rRNA基因拷贝数为每克干土0.58× 1010～1.06×1010个,古菌为每克干土1.16×106 ～ 1.72×106个.施肥(NPK和NPKS)后,细菌和古菌的多样性和数量增加,且NPKS＞NPK.说明长期施肥显著影响土壤细菌和古菌群落结构、多样性及数量.     

长期氮磷钾肥配施对贵州黄壤玉米产量和土壤养分可持续性的影响

为明确长期氮磷钾肥配施下贵州典型黄壤玉米产量、氮磷钾肥增产效应及土壤养分的演变特征,利用国家贵阳黄壤肥力与肥效长期定位试验,研究氮磷钾平衡施肥(NPK)与缺素施肥(N、NK、NP、PK)对玉米相对产量、氮磷钾肥增产贡献率及土壤氮磷钾素养分可持续性指数等的影响.结果表明: 氮磷钾平衡施肥有显著增产效果,玉米相对产量均值为:NPK>NP>NK>PK>CK;氮、磷、钾肥增产贡献率和农学利用率均为氮肥>磷肥>钾肥,施肥依存度为氮、磷、钾肥配施>氮肥>磷肥>钾肥,但缺磷处理(NK)玉米相对产量以每年1.4%的速度极显著下降,磷肥贡献率和依存度则以每年2.3%和1.4%的速度极显著上升,最终磷肥对玉米生产的影响逐渐与氮肥持平;缺磷处理土壤pH值和有机质含量均最低,而缺氮处理则较高;施用化学磷肥可提高黄壤磷素可持续性指数,但氮肥和钾肥对黄壤氮素和钾素可持续性指数无显著影响.综上,平衡施肥是贵州典型黄壤地区玉米高产的重要保障,其中磷肥与氮肥同等重要,但长期单施化肥尤其是缺磷处理不利于黄壤养分的可持续利用.     

长期不同施肥下水稻产量及土壤有机质和氮素养分的变化特征

利用开始于1982年的湖南祁阳官山坪水稻长期(1982-2010年)定位试验,研究不同施肥条件下水稻产量及土壤有机质、氮素养分的动态变化特征,试验设置NPK、NPKM(M为牛粪)、 NPM、NKM、PKM、M和CK等7个处理.28年长期不同施肥处理结果表明：肥料的施用均能提高土壤有机质、全氮、碱解氮含量和水稻产量.氮、磷、钾化肥+有机肥(NPKM)处理的水稻产量一直保持最高水平,氮、磷、钾化肥(NPK)处理随着试验年限的延长呈下降趋势,其水稻产量逐渐低于其他施肥处理.单施有机肥或有机无机肥配施各处理土壤有机质含量在试验开始后的前16年有一个快速增加的过程,之后略有下降,然后仍保持增长趋势;NPK化肥处理土壤有机质含量仅在试验开始后的前8年增加较快,之后在一个相对稳定的范围内波动.各施肥处理在试验开始后的前8年内土壤全氮含量均呈快速积累趋势,以NPKM处理增幅最大.各施肥处理土壤碱解氮含量在试验开始后的前12年增加较慢,平均每年增加0.66～2.25 mg·kg^-1,1994-1998年增加较快,平均每年增加6.45～32.45 mg·kg^-1;1998年之后,各施肥处理土壤碱解氮含量均略有下降,其中,有机无机肥配施处理增加较快,单施化肥处理增加较慢.表明有机肥的施用是红壤性水稻土有机质和氮素营养水平稳定提升的关键措施,是红壤稻田土壤可持续利用的重要保障.     

长期不同施肥处理对苹果产量、品质及土壤肥力的影响

通过连续7年(2003-2010年)的田间定位试验,研究了不同施肥处理\[不施肥对照,CK;不施N肥只施PK肥,PK;不施P肥只施NK肥,NK;不施K肥只施NP肥,NP;单施NPK化肥,NPK;单施有机肥(猪粪),M;化肥有机肥配施(化肥有机肥氮各占一半),NPKM\]对渭北旱塬富士苹果产量、品质及果园土壤养分含量变化的影响.结果表明: 施肥可以提高苹果产量,连续7年不同施肥处理苹果平均产量较对照提高14.4%～63.8%,各处理苹果年平均产量顺序为:NPKM＞NPK≥M＞NP≥NK＞PK＞CK.NPKM、M、NPK处理随着试验时间的推移,果实可溶性糖、维生素C、可溶性固形物含量呈上升趋势,NPKM、M处理不同年际间波动相对较小;NPKM处理糖酸比5年较对照提高了30.9%,维生素C含量提高了17.5%.长期合理施肥有利于提高土壤有机质,NPKM、M处理0～20 cm土层有机质含量提高幅度最大,分别提高了28.8%和29.3%. NPK、NPKM、M处理土壤各层速效氮、有效磷、速效钾含量较试验前均有显著提高,NPK处理0～20 cm、20～40 cm和40～60 cm土层速效氮含量分别提高了22.7%、37.3%和53.4%.与NPK处理相比,NPKM处理的土壤速效磷含量提高了18.7%,且不同处理土壤速效磷含量上层显著大于下层.
     

种植模式和施肥对黄土旱塬农田土壤团聚体及其碳分布的影响

本研究以长武黄土高原农业生态试验站33年长期定位试验处理为研究对象,选取撂荒(R)、小麦连作(CK/W)、小麦玉米轮作(L),小麦连作选取单施氮肥(N)、单施磷肥(P)、施氮磷肥(NP)、单施有机肥(M)、氮肥配施有机肥(NM)、磷肥配施有机肥(PM)、氮磷肥配施有机肥(NPM)共10种不同种植模式和施肥田间处理,运用干湿筛法和TOC法,分析长期不同施肥和种植模式下黄土旱塬农田土壤力稳性和水稳性团聚体数量、稳定性、各粒级团聚体中全碳和有机碳的分布特征,以及各粒级团聚体对碳分布的贡献。结果表明: 力稳性团聚体以>0.25 mm大团聚体为主,含量>67%,施肥使其减少;连作减少了微团聚体,而轮作增加了微团聚体且其效果大于施肥处理。水稳性团聚体以<0.25 mm微团聚体为主,含量>61%;施肥和耕作均减少了水稳性微团聚体。不同施肥方式和种植模式均降低了团聚体破坏率(PAD),增加了大团聚体(R_0.25)含量。施用有机肥显著提高了力稳性团聚体各粒级中全碳和有机碳含量;连作和轮作增加了各粒级团聚体中全碳含量,但轮作显著降低了有机碳含量。单施氮、磷肥使土壤全碳含量降低,而氮磷复合肥和有机肥使土壤全碳含量显著增加;种植模式对全碳的影响较施肥处理小,连作和轮作使土壤全碳增加。除单施氮、磷肥外,复合施肥和施用有机肥使土壤有机碳显著增加;不同种植模式对土壤有机碳的影响小于施肥处理,轮作使有机碳含量降低。微团聚体对土壤全碳和有机碳的贡献率最大,可达21.2%~33.6%;不同施肥和种植模式使微团聚体全碳的贡献率增加,施肥处理中NP和NPM显著增加了微团聚体的全碳和有机碳贡献率,轮作对微团聚体全碳和有机碳的增加趋势贡献最显著。