长期施肥对NO3--N深层积累和土壤剖面中水分分布的影响

研究了旱地农业系统中,长期不同施肥条件下,降水对NO₃^--N积累、剖面水分分布以及N素吸收量、回收率影响及其相互之间的关系.结果表明,降水和氮肥施用量显著影响作物产量.施用氮肥在土壤剖面中造成NO₃^--N深层积累,其中NPM处理累积层位于60～120cm,累积量相当于3.0年的年度施肥量(120kg·hm^-2),NP处理累积层位于80～140cm,相当于1.4年施肥量.随着降水的年际间波动,无论在丰水年、平水年还是干旱年,NPM处理耗水量>NP处理>M处理>P,CK处理.13年不同施肥造成了土壤剖面水分差异.冬小麦播种前不同施肥处理0～100cm水分剖面分布差别不大.NPM处理、NP处理(除丰水年外),土壤100～300cm含水量迅速降低,干旱年M处理缓慢降低,P和CK处理在任何年份变化都不大.氮肥回收率随着降水的波动也呈现相应的高低变化,NPM、NP处理的高低波动幅度最大.NPM、NP处理NO₃^--N累积与N素回收率的降低、土壤水分亏缺基本吻合.由此也反映了水分作物施肥三者之间存在的内在制约关系.     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤N03^--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO3^-1—N含量和分布有显著影响．施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO3^-1—N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO3^-1—N向更深层淋溶的作用．单施氮肥处理(N),NO3^-1—N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO3^-1—N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm．不施氮肥,分布在土壤剖面中NO3^-1—N含量显著降低．氮肥用量愈大,NO3^-1—N的累积量愈大．N、P配施可以有效降低NO3^-1—N累积．在同一氮肥用量下,NO3^-1—N累积量随磷肥用量的增加而减少．     

黄土旱塬区冬小麦不同施肥处理的土壤呼吸及土壤碳动态

依据黄土旱塬区黑垆土上中国科学院长武站长期定位试验 (始于1984年),于2008年3月到6月,测定了冬小麦连作系统中返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和收获期土壤呼吸日变化、生育期变化以及土壤可溶性有机碳(Dissolved organic C, DOC)和微生物量碳(Soil microbial biomass C, MBC),研究了施肥措施对土壤呼吸、DOC和MBC的影响以及土壤呼吸与碳组分之间的关系.研究涉及6个处理:休闲地(F)、不施肥(CK)、有机肥(M)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)和氮磷有机肥(NPM).结果表明,冬小麦连作系统中土壤呼吸的日变化格局呈单峰曲线,最高值出现在12:00左右(拔节期)和14:30左右(成熟期),最小值出现在0:00～3:00之间或6:00左右;冬小麦土壤呼吸速率拔节期最高,其次是灌浆后期,抽穗期最低;不同施肥条件下,各生育期土壤呼吸速率大小顺序:NPM＞M＞NP＞N＞CK＞F.土壤水分亏缺是导致抽穗期和灌浆期土壤呼吸速率降低的重要原因.各施肥处理DOC含量高低顺序为灌浆期＞抽穗期＞成熟期＞返青期＞拔节期;除M,NPM处理MBC含量拔节期＞灌浆期外,各施肥处理MBC含量高低顺序为成熟期＞抽穗期＞灌浆期＞拔节期＞返青期.同一处理不同生育期土壤呼吸速率与DOC,MBC的相关性较低,但同生育期不同施肥处理土壤呼吸与土壤有机碳组分间存在显著的相关性.以F处理土壤呼吸为基础,估算CK、N和NP处理生育期根系对土壤呼吸的平均贡献率依次为36%、45%和54%.     

施肥对日光温室土壤硝酸盐分布特征的影响

在陕北延安研究了施肥对日光温室土壤硝酸盐分布的影响。结果表明,日光温室土壤的NO3^--N的动态分布与剖面淋洗深度与施肥关系密切,施用化肥、有机肥和沼肥都会导致土壤剖面的NO3^--N累积。而累积时期与黄瓜的生长发育过程有关,在黄瓜的生长前期和后期,土壤的NO3^--N高,易出现NO3^--N累积和淋洗;生长中期,土壤的NO3^--N含量低,不会出现NO3^--N累积和淋洗。0～20cm和20～40cm土层的土壤氮索对黄瓜生长都有效。     

长期施肥条件下黄土旱塬土壤NO3--N的淋溶分布规律

在黄土旱塬区,长期施肥对土壤剖面NO₃^--N含量和分布有显著影响.施用化学氮肥,土壤剖面中出现NO₃^--N的淋溶与深层累积,而施用磷肥和有机肥有减弱NO₃^--N向更深层淋溶的作用.单施氮肥处理(N),NO₃^--N的累积峰深度最大,为120～200cm;N、P有机肥配施处理(NPM),NO₃^--N的累积峰值最高,但峰深度降低至60～120cm;N、P配施(NP)累积深度为80～140cm.不施氮肥,分布在土壤剖面中NO₃^--N含量显著降低.氮肥用量愈大,NO₃^--N的累积量愈大.N、P配施可以有效降低NO₃^--N累积.在同一氮肥用量下,NO₃^--N累积量随磷肥用量的增加而减少.     

成垄压实施肥对氮素运移及氮肥利用率的影响

黄土高原地区夏玉米生长正逢雨季,是N素淋溶的主要时期,为此提出氮肥施用的成垄压实法,通过连续两年的田间小区试验,研究了夏玉米生长期成垄压实施肥方式下夏玉米产量和氮肥利用率,以及土壤NO3^--N迁移规律,并结合室内模拟实验探讨了该施肥法的影响因素。结果表明,在供水量接近研究区同期多年平均降雨量(370mm)的年份,平地施肥条件下,NO3^--N可被淋溶至90cm以下的土层;而成垄压实施肥可明显减少施肥区NO3^--N随入渗水分向土壤深层迁移,至60cm以下土层,土壤NO3^--N含量小于10mg·kg^-1,NO3^--N主要累积于近地表20～40cm土层,该土层土壤NO3^--N含量约为80～90mg·kg^-1。成垄压实施肥法局部存在的大容重障碍层对作物生长发育无影响在240.0kgN·hm^-2施氮量条件下,成垄压实较平地施肥没有显著提高玉米生物产量和经济产量,但却能极显著地增加作物吸氮量,使氮肥利用率提高9％左右。成垄压实施肥条件下,障碍层容重对NO3^--N迁移影响明显,随障碍层容重的增加,NO3^--N迁移深度减小,大田条件下,垄坡度对NO3^--N迁移影响不明显。     

黄土性土壤剖面不同层次N2O浓度的原位监测

用土壤探头法对黄土性土壤玉米-小麦轮作体系下不同剖面层次N2O浓度变化进行了3a的田间原位监测.结果证实了黄土性土壤深层反硝化作用的存在,且N2O浓度有着明显的时间和空间变异.表现为N2O浓度受土壤气候条件(温度和降水)和生产管理措施的影响,丰水年明显高于亏水年;在降水或灌溉后出现瞬时N2O浓度峰.由于小麦和玉米生长特点和作物生长季气侯特点的差异,玉米生长季土壤剖面各层N2O浓度显著高于小麦生长期土壤剖面各层的浓度.统计分析结果表明:土壤剖面中不同土层N2O浓度的变化对照处理为60cm ≈ 90cm ≈150cm＞ 30cm＞ 10cm,而施肥处理为60cm > 90cm ≈150cm＞ 30cm＞ 10cm.深层土壤N2O的主要来源是土壤的反硝化作用,施肥显著地增加各土壤层次N2O的产生量.     

吉林黑土区不同施肥处理对农田土壤昆虫的影响

为研究不同施肥处理与农田土壤昆虫群落之间的关系,对吉林黑土区不同施肥处理对农田土壤昆虫群落的影响进行了研究.在12个处理小区内,即（1）撂荒（不施肥、不耕作、不种植,ABAND）、（2）对照（种植、不施肥,CK）、（3）施氮肥（N）、（4）施氮磷肥（NP）、（5）施氮钾肥（NK）、（6）施磷钾肥（PK）、（7）施氮磷钾化肥（NPK）、（8）施氮磷钾化肥＋有机肥处理（有机N 和化肥N 的比例为2：1）（M1NPK）、（9）增加50 %用量化肥配施有机肥（1.5 MNPK）、（10）化肥配施秸秆（SNPK）、（11）玉米、大豆2：1轮作,施肥量同处理8（Rot）、（12）施氮磷钾化肥＋有机肥处理（有机N 和化肥N 的比例为1：1）（M2NPK）,共采集144个定点土壤样品.通过手捡法和改良干漏斗法（Modified Tullgren ）共获得土壤昆虫9922只（未知标本187只）,隶属9目48科.调查结果显示,12种施肥小区内,大型土壤昆虫个体数和类群数依次是：ABAND＞NP＞N＞1.5MNPK＞Rot.＞PK＞NK＞NPK＞M2NPK＞CK＞M1NPK＞SNPK,N＞NK＞ABAND=1.5MNPK＞NP=NPK＞PK＞CK=Rot.＞M2NPK=M1NPK＞SNPK;中小型土壤昆虫数依次是ABAND＞1.5MNPK＞PK＞M2NPK＞CK＞Rot.＞NPK＞SNPK＞NK＞NP＞N＞M1NPK,Rot.＞NPK＞ABAND=NP=1.5MNPK=PK=NK=M2NPK=CK=M1NPK=SNPK＞N.大型土壤昆虫个体数和类群数撂荒中分布最多,中小型土壤昆虫则分别在撂荒和轮作中分布最多.多样性分析表明,1.5MNPK处理中大型农田土壤昆虫组成最丰富,M1NPK处理中小型农田土壤昆虫组成最丰富;CK处理与其他11处理之间群落相似程度最小,Rot.与其他处理之间的群落相似程度较大.Kruskal- Wallis检验法分析表明,施肥对农田土壤昆虫分布影响极显著（X0.05（11）=10.25,p〈0.05）,反映出不同施肥对土壤生态系统内部环境,进而对土壤动物群落产生的影响.多元统计分析表明,轮作对土壤昆虫优势类群具有负向作用,而M2NPK则具正向作用.各种施肥对农田土壤昆虫影响不平衡,其中对农田土壤昆虫个体数影响最大,对中小型土壤昆虫均匀性影响最小.     

长期定位施肥对石灰性紫色水稻土古菌群落结构的影响

为了认识长期施肥对石灰性紫色水稻土培肥和肥力演化的作用,结合变性梯度凝胶电泳(denaturing gradient gel electrophoresis,DGGE)和限制性酶切片段长度多态性(RFLP)技术,研究了稻麦轮作下农家肥(M)、氮肥+农家肥(NM)、氮磷肥+农家肥(NPM)、氮磷钾肥+农家肥(NPKM)、无肥(CK)、氮肥(N)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)等不同施肥制度对石灰性紫色水稻土古菌群落结构的影响.研究结果表明,长期定位施肥明显影响土壤中的古菌组成.在长期施用氮肥+农家肥、氮磷肥和氮磷钾肥+农家肥处理的土壤中,古菌多样性指数低于农家肥、氮磷肥+农家肥、无肥、氮肥和氮磷钾肥处理.在DGGE图谱的基础上,分别选择种植水稻和小麦的氮磷钾肥处理土壤样品,对古菌克隆子的16S rDNA序列进行了系统发育分析,发现水稻七古菌与各种土壤及水体环境的古菌极其相似.对DGGE图谱的聚类分析发现,不管是种植水稻还是小麦,8种施肥处理的古菌都聚在3个群里.种植水稻时,M和NPK处理下的土壤古菌聚成第一个群,NP处理下的聚成第二个群,另外5种施肥处理(NPKM,NM,Ck,N和NPM)聚成第三个群.种植小麦时,NPKM和M处理下的土壤古菌聚成一个群,NP处理下的聚成第二个群,N、NPK、NM、NPM和CK处理下的聚成第三个群.聚类分析结果显示,作物类型会影响土壤古菌群落结构.     

黄土高原南部春玉米地膜栽培的水肥效应与氮肥去向

在黄土高原南部采用田间小区和微区试验,研究了春玉米地膜栽培下氮肥-水分-产量关系与氮肥去向。结果表明,相同施肥条件下地膜栽培(N120C)比平作栽培(N120UC)增产显著(46．7％),施用氮肥显著地发挥了地膜的增产潜力,处理N120(尿素氮120kg·hm^-2)、N180(尿素氮180kg·hm^-2)和N120M(尿素氮120kg·hm^-2+有机肥氮60kg·hm^-2),籽粒产量比对照CK(不施氮)分别增产41．8％、43．9％和34．7％,地膜栽培或施用氮肥都极大地改善了玉米水分生产效率(WUE)和降水利用率(RUE),试验中N120C比N120UC水分生产效率提高57．9％。降水利用效率提高54．5％;处理N120、N180和N120M比CK处理WUE分别提高38．4％、47．4％和32．4％,RUE分别提高42．3％、43．9％和34．7％,由于供试有机肥是半腐解的牛粪,比尿素氮素供给迟缓,所以对玉米产量和WUE提高幅度小,试验水分测定反映出,玉米利用的水分73．0％～83．7％来自降雨,表明决定春玉米产量的关键水分是生育期降水,玉米地膜栽培对氮肥去向有微弱影响,相对于平作玉米,氮肥总的回收率差异不大,但氮肥利用率下降7．3个百分点,土壤残留率上升6．4个百分点,土壤当季残留氮主要集中在0～20cm,不会发生向深层大量的淋溶和累积。     

不同施肥制度对石灰性紫色水稻土中氨氧化古菌群落结构的影响

研究不同施肥制度对水稻土氨氧化古菌(AOA)群落结构和垂直分布特征的影响,可以深入认识不同施肥制度下的石灰性紫色水稻土氮素循环特征及微生物驱动机制,为该地区科学施肥、培肥地力提供理论依据。利用化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)对不同施肥制度下石灰性紫色水稻土理化性质和AOA群落结构进行了分析。结果显示:相对于无肥处理,施肥会降低石灰性紫色水稻土pH和硝氮含量,而增加土壤有机质、全氮和氨氮含量。伴随土壤深度增加,土壤pH增加,全氮和硝氮含量降低,氨氮含量变化趋势不明显。不同施肥制度在不同土壤深度对石灰性紫色水稻土AOA群落结构产生不同的胁迫效应,不同施肥制度下的AOA群落结构在0—20 cm处差异不明显;土壤深度增加,不同施肥制度下的AOA群落结构表现出明显差异,CK和N肥处理下的AOA群落结构较简单。AOA群落结构多样性指数和丰富度随土壤深度增加而减小。石灰性紫色水稻土AOA与来自不同土壤和水体环境的AOA具有明显相似性。冗余梯度分析(RDA)显示pH(P=0.012)是造成石灰性紫色水稻土AOA群落结构差异的主要原因。研究揭示石灰性紫色水稻土中的AOA群落结构受施肥制度明显影响并表现出明显的垂直分布特征。     

不同管理方式下橡胶林土壤氮动态特征

对西双版纳割胶、未割胶条件下橡胶林种植带土壤及其保护带土壤氮素动态变化特征进行了研究,并比较了不同保护带种植方式(距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草覆盖)对土壤氮素动态的影响。结果表明,橡胶林种植带土壤全氮、碱解氮和硝态氮含量低于保护带。橡胶林土壤全氮、碱解氮、铵态氮、硝态氮均呈现明显的动态变化,种植距瓣豆绿肥覆盖与野生杂草生长覆盖的橡胶林土壤氮变化趋势一致。土壤全氮随时间逐渐下降,碱解氮含量先升后降,铵态氮和硝态氮含量变化幅度较大。橡胶林土壤全氮和碱解氮含量呈现表层(0～20cm)>中层(20～40cm)>底层(40～60cm)的趋势,且未割胶处理全氮和碱解氮含量>割胶处理,而保护带为距瓣豆绿肥覆盖的割胶橡胶林>杂草生长覆盖的橡胶林。距瓣豆绿肥覆盖的保护带土壤硝态氮含量高于杂草生长覆盖。碱解氮与铵态氮含量呈显著的负相关、与硝态氮呈显著正相关。割胶橡胶林土壤氮养分含量最低。橡胶林土壤种植豆科距瓣豆绿肥能够改善土壤氮素肥力。     

Responses of soil water balance and precipitation storage efficiency to increased fertilizer application in winter wheat

Increased fertilizer use over many years may have detrimental effects on crop production due to its high soil water consumption in rainfed regions. In this study, based on a long-term fertilization experiment initiated in 1984, we report the effect of increased fertilization on soil water balance, precipitation storage efficiency (PSE), yield and water use efficiency of winter wheat from 2005 to 2009. The experimental design consisted of a control treatment (CK) and three fertilizer treatments: nitrogen, phosphorus and manure (NPM), nitrogen and phosphorus (NP), and nitrogen (N). Soil water storage in NP and NPM was significantly lower than that in CK and N at both harvest and planting time. Compared with the CK, on average, treatments N, NP and NPM increased soil water recharge during the fallow period by 11%, 22% and 17%, and they also increased soil water depletion during growing season by 17%, 23% and 23% (P?<?0.05), respectively. The average value of annual soil water balance was positive for all treatments, and was not significantly different among treatments. Increased fertilizer application significantly (P?<?0.05) increased PSE during the summer fallow periods, and the average PSE was 28%, 32%, 34% and 33% for CK, N, NP and NPM, respectively. Wheat yield and water use efficiency increased significantly after long term fertilization, especially for treatments NP and NPM. The results indicated that more of rainfall was used for evapotranspiration and less was lost during the fallow season for the high fertility treatments after long term fertilizer application. In the long run, such changes in water use pattern could help to improve the sustainability of winter wheat production.     

Long-Term Effect of Manure and Fertilizer on Soil Organic Carbon Pools in Dryland Farming in Northwest China

An understanding of the dynamics of soil organic carbon (SOC) as affected by farming practices is imperative for maintaining soil productivity and mitigating global warming. The objectives of this study were to investigate the effects of long-term fertilization on SOC and SOC fractions for the whole soil profile (0–100 cm) in northwest China. The study was initiated in 1979 in Gansu, China and included six treatments: unfertilized control (CK), nitrogen fertilizer (N), nitrogen and phosphorus (P) fertilizers (NP), straw plus N and P fertilizers (NP+S), farmyard manure (FYM), and farmyard manure plus N and P fertilizers (NP+FYM). Results showed that SOC concentration in the 0–20 cm soil layer increased with time except in the CK and N treatments. Long-term fertilization significantly influenced SOC concentrations and storage to 60 cm depth. Below 60 cm, SOC concentrations and storages were statistically not significant between all treatments. The concentration of SOC at different depths in 0–60 cm soil profile was higher under NP+FYM follow by under NP+S, compared to under CK. The SOC storage in 0–60 cm in NP+FYM, NP+S, FYM and NP treatments were increased by 41.3%, 32.9%, 28.1% and 17.9%, respectively, as compared to the CK treatment. Organic manure plus inorganic fertilizer application also increased labile soil organic carbon pools in 0–60 cm depth. The average concentration of particulate organic carbon (POC), dissolved organic carbon (DOC) and microbial biomass carbon (MBC) in organic manure plus inorganic fertilizer treatments (NP+S and NP+FYM) in 0–60 cm depth were increased by 64.9–91.9%, 42.5–56.9%, and 74.7–99.4%, respectively, over the CK treatment. The POC, MBC and DOC concentrations increased linearly with increasing SOC content. These results indicate that long-term additions of organic manure have the most beneficial effects in building carbon pools among the investigated types of fertilization.     

黄土丘陵区不同施肥处理对土壤微生物特性的影响

研究旨在探讨在土壤贫瘠的黄土丘陵区,施肥对土壤微生物产生的影响及其机理。试验以安塞站内长期定位施肥小区为研究对象,试验处理包括CK(对照)、N(氮肥)、P(磷肥)、M(有机肥)、NP(氮肥+磷肥)、MN(有机肥+氮肥)、MP(有机肥+磷肥)和MNP(有机肥+氮肥+磷肥),研究长期施肥对土壤微生物群落结构和呼吸的影响。0—20cm耕作层的土壤微生物活性和PLFA含量均高于20—40cm土层的微生物活性和PLFA含量,耕作层较20—40cm基础呼吸提高63.61%—116.78%,诱导呼吸提高53.45%—137.64%,总PLFA含量提高16.16%—43.67%。单施N和P增强了土壤呼吸强度,0—20cm基础呼吸强度分别升高34.11%和48.89%,诱导呼吸强度分别升高40.83%和63.59%,20—40cm基础呼吸分别升高40.83%和63.59%,诱导呼吸分别升高14.70%和20.49%。单施N显著改变G-微生物群落,0—20cm和20—40cm土层的PLFA含量分别显著升高63.19%和53.07%,单施P对土壤微生物群落结构同样产生显著影响,但是NP对微生物群落结构的影响不显著。有机无机肥配施显著提高土壤呼吸及微生物PLFA含量。通过三因素方差分析,单一氮肥因素对土壤微生物特性的影响不显著;单一磷肥因素对微生物的呼吸强度及部分磷脂脂肪酸含量产生显著影响,在耕作层中,磷肥因素对这些微生物特性的影响比率为11.4%—54.0%。通过RDA分析,表明土壤速效磷是影响黄土丘陵区微生物特性的主要因素。长期氮磷有机肥混施有助于提高土壤微生物的特性,进而改善农田生态系统的稳定和健康水平。