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.     

长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤颗粒有机碳和氮的影响

通过对华北平原小麦-玉米轮作农田生态系统18年田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层(0～20 cm)土壤颗粒有机碳和氮及矿质结合有机碳和氮的影响.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)、一半有机肥+化肥NPK(1/2OMN)及不施肥(CK)共7个处理.结果表明：各施肥处理均能在不同程度上增加土壤颗粒有机碳和氮及矿质结合有机碳和氮含量,提高土壤颗粒有机碳和氮分配比例及颗粒有机质C/N.施肥处理颗粒有机碳和氮储量较不施肥处理分别增加11.7%～196.8%和13.0%～152.2%,土壤颗粒有机碳对总有机碳储量增加的贡献率为31.5%～67.3%,土壤颗粒有机氮对全氮储量增加的贡献率为14.3%～100.0%;矿质结合有机碳和氮储量较不施肥处理分别增加2.0%～75.0%和0.0%～69.8%.各处理颗粒有机碳和氮及矿质结合有机碳和氮储量均以OM处理最高,且有机肥与化肥NPK配施高于单施化肥各处理,而化肥处理中NPK均衡施用效果最好.说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是增加土壤颗粒有机碳和氮及矿质结合有机碳和氮的关键.     

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.     

长期不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响

利用长期定位试验研究了不同施肥制度对潮棕壤肥力及微生物活性的影响。结果表明:长期施用有机肥、无机肥显著降低土壤pH;长期施用化肥并不能增加土壤全碳、氮含量,而有机肥的长期施用却能显著提高土壤有机质含量;土壤长期无P、K肥料施入则会出现P、K的亏损。有机肥处理(M,N+M和NPK+M)的微生物量均显著高于不施肥处理(CK),且这些处理间无显著差异;NPK处理与CK处理间无显著差异,而长期施用N肥显著降低土壤微生物量;均衡施肥处理(M,N+M,NPK和NPK+M)均能显著增强土壤微生物呼吸(P0.05),而单施N处理对土壤微生物呼吸无显著影响;与CK相比,施肥处理均能显著提高土壤氨化作用(P0.05),其中以NPK+M处理最高;除N处理外,其他施肥处理均显著提高土壤硝化作用(P0.05)。相关性分析显示,土壤微生物量碳、氮,微生物呼吸,氨化和硝化作用均与土壤全碳、全氮极显著相关(P0.01),均能够较好地反映土壤肥力变化情况;而土壤微生物活性与其他理化因子相关性不一致,表明它们对土壤理化因子变化的响应程度不同。     

西藏高原退化土壤的生物学肥力及其变化特征

通过3年田间定位试验,对施肥条件下退化山地灌丛草原土生物学肥力的变化进行了研究.结果表明,不施肥状态下的耕层土壤有机质含量较试前呈微弱下降,施肥条件下土壤生物学肥力呈现出相对一致的特征,表现在耕层土壤有机质相对较高的积累速率、腐殖质结构明显改善以及土壤细菌的显著增殖等方面,但土壤微生物区系仍处于极不协调状态;随着有机肥或化肥的递增,0～30和30～60 cm土层有机质含量均有显著提高的趋势,其年均累积量分别达1.35和0.67 g·kg^-1;0～30和30～60 cm土层腐殖质碳占有机碳比重、胡敏酸碳占腐殖质碳比重亦均随有机肥或化肥递增而趋于提高;不同培肥方式对土壤细菌的繁殖与活动均具有极为显著的促进作用,2～30和30～60 cm土层细菌数量与有机质含量分别呈极显著和显著正相关（r＝0.7194、0.6042）,对土壤真菌、放线菌的影响则不甚明显;多数施肥处理下,不同土层固氮菌、纤维素分解菌数量低于不施肥处理,耕层土壤固氮菌与纤维素分解菌数量呈负相关（r=-0.4799）     

长期施肥黄绵土有效磷含量演变及其与磷素平衡和作物产量的关系

土壤有效磷(Olsen-P)含量的变化过程及其与土壤磷素平衡和作物产量的关系是科学推荐施磷的基础.本文通过设置于黄土高原黄绵土区持续34年(1981—2015)的长期定位试验,研究了长期不同施肥处理对作物磷素携出量、土壤磷素平衡、土壤Olsen-P含量的影响及其演变过程,同时对土壤Olsen-P含量与磷素平衡和作物籽粒产量的相关关系进行了分析.试验采用裂区设计,主处理为施用有机肥(M)和不施用有机肥,副处理为不施化肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷肥配合施用(NP)和氮磷钾肥配合施用(NPK).结果表明: 不同施肥处理和作物类型对磷素携出量和磷素平衡都有显著影响.CK、N、NP、NPK、M、MN、MNP 和MNPK处理小麦的磷素携出量多年平均值为8.63、10.64、16.22、16.21、16.25、17.83、20.39、20.27 kg·hm^-2,而油菜为4.40、8.38、15.08、15.71、10.52、11.23、17.96、17.66 kg·hm^-2,小麦的携出量略高于油菜.土壤磷素盈亏量与磷素投入量呈显著正相关,土壤磷素盈余为零,种植小麦的最小土壤磷素投入量为10.47 kg·hm^-2,而油菜为6.97 kg·hm^-2.土壤磷素盈亏量显著影响土壤有效磷的变化过程.长期不施磷的CK和N处理,土壤有效磷含量随试验年限延长而逐渐降低,年均分别降低0.16和0.15 mg·kg^-1,而NP、NPK、M、MN、MNP和MNPK处理土壤有效磷含量随试验年限的延续而逐渐增加,年均增幅在0.02～0.33 mg·kg^-1.土壤磷素累积盈亏量与土壤有效磷含量间存在显著的正相关关系,不施用有机肥和施有机肥处理可分别用线性模型y=0.012x+9.33和y=0.009x+11.72显著拟合.不施有机肥处理小麦籽粒产量与土壤有效磷含量呈显著正相关,而施有机肥处理两者间的相关性不明显,两者的小麦籽粒产量和土壤有效磷含量可以用线性分段模型拟合.小麦土壤有效磷农学阈值为14.99 kg·hm^-2,油菜籽粒产量虽随土壤速效磷含量增加呈增加的趋势,但相关性不显著,表明在黄土高原黄绵土区,当土壤有效磷含量高于14.99 mg·kg^-1时,种植小麦应减少磷肥施用量或不施磷肥.     

长期施肥对红壤水稻土磷脂脂肪酸特性和酶活性的影响

对中国科学院红壤生态实验站长期定位试验中不同施肥处理红壤水稻土磷脂脂肪酸(PLFA)特性及酶活性进行了分析.结果表明:不同施肥处理的土壤酶活性、养分、微生物生物量及微生物群落多样性差异较大;施肥处理增加了PLFA的种类和微生物量;施肥土壤的真菌PLFA量大于不施肥土壤,细菌PLFA量小于不施肥土壤,说明真菌较细菌更能适应养分贫瘠的条件.NPK平衡施肥和施有机肥处理的PLFA总量均高于施无机氮肥和未施肥处理,两者分别比未施肥处理高222%和79%,表明NPK平衡施肥和施有机肥更有利于作物生长.施肥还可增加土壤酶活性,其中,土壤脲酶和磷酸酶活性可以作为衡量土壤肥力水平的指标.     

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.
     

耕作方式与施肥对陇东旱塬冬小麦-春玉米轮作农田土壤理化性质及产量的影响

以陇东黄土旱塬已进行7年的田间定位试验为基础,分析了免耕和传统耕作条件下5个施肥处理冬小麦收获期土壤水分、土壤容重（2011年）及土壤养分和产量（2005-2011年）变化,探讨了耕作方式和施肥对冬小麦-春玉米轮作农田土壤蓄水保墒效果及土壤肥力和产量的影响.结果表明： 2011年免耕条件下0～200 cm各土层土壤含水量、0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重及土壤有机质、速效氮、速效磷含量均高于传统耕作.相同耕作条件下氮磷化肥与有机肥配施处理的土壤有机质、速效氮、速效磷含量高于其他施肥处理;不同耕作方式及施肥处理下速效钾呈逐年减少的趋势;传统翻耕处理的产量高于免耕,相同耕作条件下氮磷化肥与有机肥配施处理产量最高,不施肥对照产量最低.不同耕作方式和施肥处理的土壤蓄水保墒能力和肥力效应以免耕优于传统翻耕,产量以传统翻耕下有机无机肥配施处理最好.     

苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤生物性质的影响

苏丹草-黑麦草轮作是中国南方地区一种新型、高强度的种植制度,不同的养分管理措施可能影响土壤生物性质,从而影响土壤肥力.在4年大田定位试验基础上研究了苏丹草-黑麦草轮作制中施肥制度对土壤敏感性指标微生物活性、微生物生物量、酶活性、土壤有机质、全氮含量,试验设置CK（不施肥）、NP（氮、磷肥）、NK（氮、钾肥）、PK（磷、钾肥）、NPK（氮、磷、钾肥配施）.结果表明,苏丹草、黑麦草试验期结束后,NP,NK,NPK处理的土壤微生物活性明显低于CK,PK处理.然而,NP,NK,NPK处理的土壤微生物生物量碳氮、有机质、全氮、蔗糖酶、脲酶活性均高于PK,CK处理.苏丹草-黑麦草轮作制中,土壤微生物生物量、土壤酶活性与土壤有机质呈显著正相关.施肥,特别是氮肥降低了土壤微生物群落活性,而合理施肥能够增加土壤微生物生物量、酶活性有机质、总氮含量,从而改善土壤肥力.     

连续施肥对农田黑土微生物功能多样性的影响

应用Biolog Eco微平板培养法研究了中国科学院海伦农业生态试验站20余年连续不同施肥处理(对照、氮磷钾、氮磷钾+秸秆、氮磷钾+猪粪1、氮磷钾+猪粪2和氮磷钾+猪粪3)下土壤微生物代谢功能多样性的变化。结果表明:长期施肥条件下,单施化肥和有机肥与化肥配施对土壤细菌、真菌数量影响不明显,但高量有机肥与化肥配施可以显著增加放线菌数量。Biolog结果表明,施用有机肥的平均颜色变化率高于单施化肥和对照。Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均是有机肥和化肥配施高于化肥单施与对照。主成分分析结果表明,对照、NPK与其他几种处理有较明显的距离,说明有机肥的连年施用导致了土壤微生物代谢功能多样性的变化。     

长期施肥对潮棕壤有机氮组分的影响

依托长期定位试验(从1990年开始)的4个施肥处理(CK,不施肥;M,循环猪圈肥;NPK,单施化肥;NPK+M,化肥配施循环猪圈肥),探讨了长期施肥对潮棕壤有机氮各组分的影响并揭示了其年际变化特征.结果表明: 从试验开始至2015年,不同施肥模式下各有机氮组分呈现不同的变化趋势,其中酸解有机氮基本上表现为逐年增加的趋势;M和NPK+M处理氨基酸态氮也逐年上升,而CK和NPK处理氨基酸态氮持续下降,这可能与微生物对土壤中氨基酸的利用有关.在整个试验过程中(1990—2015年的平均值),NPK处理酸解铵态氮大幅度增加,比CK增加31.1%;在施加有机肥的2个处理中(M和NPK+M)有机氮各组分均有所提高.与M相比,NPK+M处理各有机氮组分增加的幅度更加明显,这表明有机无机肥配施能有效增加土壤有机氮,进而增强土壤供氮能力,提高土壤肥力水平.     

不同施肥处理下水稻根际和非根际土壤中氨基糖积累特征

以水稻长期定位施肥试验土壤为研究对象,选取不施肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)、30%有机肥+70%化肥(LOM)和60%有机肥+40%化肥(HOM)5种处理,分析水稻分蘖旺期根际土和非根际土中氨基糖积累特征.结果表明: 与CK和NPK处理相比,长期施用有机物料(NPKS、LOM、HOM)显著增加了水稻根际土和非根际土中有机碳、总氨基糖及其氨基单糖(胞壁酸、氨基葡萄糖和氨基半乳糖)含量.不同施肥处理下3种氨基单糖的积累规律不同,说明不同微生物对施肥处理的响应趋势和强度有所不同.受稻田翻耕等均匀化土壤的农事操作影响,各处理总氨基糖含量在根际土与非根际土间无显著差异.氨基糖碳对土壤有机碳积累的贡献范围为24.0～28.3 mg·g^-1,且以NPKS处理最高,HOM和CK处理最低.真菌氨基葡萄糖/胞壁酸比值范围为24.4～36.6,说明该试验点所有处理的根际土与非根际土中有机质的降解与转化过程以真菌为主导,且与NPK和CK相比,NPKS处理的真菌参与度提高,而施用HOM处理的细菌参与度提高.     

不同施肥措施下亚热带稻田土壤碳、氮演变特征及其耦合关系

在湖南省稻田生态系统长期定位监测点研究了不同施肥措施下稻田土壤碳、氮演变及其耦合特征.结果表明：1986—2003年,无肥处理（对照,CK）稻田土壤有机碳和全氮含量略呈下降趋势;化肥（NPK）处理有机碳和全氮含量基本保持稳定,而有机 无机肥配施处理有机碳和全氮含量均呈增加趋势.与对照相比,化肥处理的土壤有机碳和全氮含量分别提高13%和18%,低量有机肥（LOM）处理分别提高54%和45%,高量有机肥（HOM）处理分别提高89%和67%.统计分析表明,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关（P<0.01）.稻田土壤C/N为8.5～12.9,多数分布在10左右.研究表明,有机-无机肥配合施用能在一定程度上促进稻田土壤碳、氮的固定与积累;稻田土壤碳、氮具有较好的耦合关系.     

Long-Term Fertilization Modifies the Structures of Soil Fulvic Acids and Their Binding Capability with Al

The binding characteristics of organic ligands and minerals in fulvic acids (FAs) with Al are essential for understanding soil C sequestration, remain poorly understood. In this study, Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopy combined with two-dimensional correlation spectroscopy (2DCOS) analysis was applied for the first time to explore the binding of Al with organic ligands and minerals in soil FAs. For these analyses, two contrasting treatments were selected from a long-term (i.e., 22-year) fertilization experiment: chemical (NPK) fertilization and swine manure (SM) fertilization. The results showed that the long-term application of organic and inorganic fertilizers to soils had little effect on the compositions of the fluorescent substances and organic ligands in the soil FAs. However, long-term SM fertilization increased the weathered Al and Si concentrations in the soil FAs compared with long-term chemical fertilization. Furthermore, organic ligands in the soil FAs were mainly bound with Al in the NPK treatment, whereas both organic ligands and minerals (Al-O-Si, Si-O) were bound with Al under the M fertilization conditions. Both transmission electron microscopy (TEM) images and X-ray diffraction spectra demonstrated that amorphous and short-range-ordered nanominerals were abundant in the soil FAs from the SM plot in contrast to the soil FAs from the NPK plot. This result illustrates the role nanominerals play in the preservation of soil FAs by during long-term organic fertilization. In summary, the combination of FTIR and 2D correlation spectroscopy is a promising approach for the characterization of the binding capability between soil FAs and Al, and a better understanding FA-Al binding capability will greatly contribute to global C cycling.     

秸秆管理和施肥方式对绿洲棉田土壤有机碳库的影响

通过监测绿洲滴灌棉田不同秸秆管理和施肥方式下土壤有机碳库及碳库组分的变化,可揭示农田管理措施对棉田土壤有机碳库的调节机制,为干旱区提高农田土壤生产力以及农业固碳减排措施的制定提供科学依据.试验采用裂区设计,以秸秆还田(S)和秸秆不还田(NS)2种秸秆管理方式为主区,4种施肥处理为副区:包括不施肥(CK)、单施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(OM)和氮磷钾化肥与有机肥混施(NPK+OM).结果表明: 施肥和秸秆还田均显著增加了土壤有机碳库,提高了有机碳(C_T)、易氧化有机碳(C_L)、微生物生物量碳(C_MB)、水溶性有机碳(C_WS)、热水溶性有机碳(C_HWS)的含量和有机碳累计矿化量(C_TM)及碳库管理指数(CMI).秸秆还田较秸秆不还田土壤有机碳库提高了20.6%;处理NPK、OM、NPK+OM分别较CK提高了7.8%、29.5%、37.7%.不同施肥处理下C_T、C_L、C_MB、C_WS、C_HWS均表现为NPK+OM>OM>NPK>CK.秸秆还田较秸秆不还田C_TM提高了5.9%;NPK、OM、NPK+OM处理较CK分别提高了32.7%、59.5%、97.3%.对CMI与SOC及其组分间的相关性分析表明,CMI与C_T、C_MB、C_L、C_WS、C_HWS、C_TM、C库、固碳潜力均呈极显著相关关系,因此, CMI是评价绿洲棉田管理措施对土壤质量影响的重要指标.在干旱区建设高标准绿洲农田,发展棉花生产,采用秸秆还田和有机无机肥配施等农业技术措施,不仅能增加土壤有机碳及活性组分的含量,培肥地力,而且能促进土壤固碳,有利于农业资源高效利用和可持续发展.     

长期施肥对稻田土壤有机氮、微生物生物量及功能多样性的影响

以位于湖南省新化和宁乡县两个稻田肥力长期定位试验点的土样为材料,研究了不同施肥处理对稻田土壤有机氮组分、微生物生物量及功能多样性的影响.结果表明：与不施肥处理（CK）相比,化肥配施有机肥处理提高了稻田土壤酸解总氮（TAHN）及其组分中氨基糖氮（ASN）、氨基酸氮（AAN）和酸解氨态氮（AN）的含量,不同施肥处理对组分中酸解未知氮（HUN）的影响不尽相同.与CK相比,单施化肥处理对土壤微生物生物量碳、氮（MBC、MBN）含量的影响较小,化肥配施有机肥处理则显著提高了土壤MBC和MBN的含量.采用BIOLOG法对土壤微生物群落功能多样性进行测定,结果表明：中、高量有机肥处理提高了稻田土壤微生物的碳源利用率和微生物群落功能多样性;土壤微生物碳源利用的类型因长期不同施肥处理而产生差异.