长期不同施肥模式对双季稻田土壤酸解有机氮组分的影响

为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对稻田不同耕层(0～10和10～20 cm)土壤酸解有机氮组分及其含量的影响,本研究以长期(36年)定位施肥试验田为平台,系统分析了单独施用化肥(CF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和不施肥对照(CK)下双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮及其组分氨基酸氮、氨基糖氮、铵态氮和酸解未知氮含量的变化特征及其与土壤全氮、有机碳含量的关系。结果表明: 与CK相比,OM和RF处理均显著增加了双季稻田0～10和10～20 cm土壤全氮、碱解氮和有机碳含量。OM、RF和CF处理双季稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮含量均显著高于CK,分别比CK增加10.7%～42.6%和12.2%～51.5%。与CF和CK相比,OM和RF处理显著提高了双季稻田0～10和10～20 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、酸解未知氮和氨基糖氮含量。不同施肥处理稻田0～10和10～20 cm土壤酸解有机氮和非酸解性氮含量大小顺序均表现为OM>RF>CF>CK。各施肥处理稻田0～10 cm土壤氨基酸氮、铵态氮、氨基糖氮和非酸解性氮含量均高于10～20 cm土壤。土壤酸解有机氮含量与土壤全氮、有机碳含量均存在极显著的正相关关系。综上,RF和OM处理有利于增加双季稻田0～10和10～20 cm土壤有机氮含量,增强稻田土壤供氮能力,提高土壤肥力。     

长期不同施肥模式对南方双季稻田生态系统净碳汇效应和经济收益的影响

施肥措施与稻田生态系统净碳汇效应、经济收益的关系密切。本研究以长期(35年)定位施肥试验田为平台,分析了单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)4种不同施肥模式对我国南方双季稻田耕层土壤固碳速率、碳密度、年碳汇平衡和经济收益的影响。研究表明: 不同施肥处理双季稻田耕层土壤碳库变化范围为216.02～866.74 kg·hm^-2·a^-1,OM处理土壤碳年变化量显著高于MF、RF和CK处理;双季稻田土壤固碳速率为51.5～650.7 kg·hm^-2·a^-1,表土碳密度为55.64～78.42 t·hm^-2,各施肥处理高低顺序均为OM>RF>MF>CK。各施肥处理双季稻田生态系统水稻的碳吸收为4.42～9.32 t C·hm^-2·a^-1,其高低顺序为OM>RF>MF>CK;与MF处理相比,OM和RF处理稻田土壤净碳汇量分别提高了27.6%和13.6%。各施肥处理双季稻田生态系统的碳成本物质投入变化范围为1.49～2.17 t C·hm^-2·a^-1,年经济收益变化范围为1.30×10³～7.83×10³元·hm^-2·a^-1,其高低顺序为RF>OM>MF>CK;OM、RF和MF处理双季稻田生态系统经济效益的净收益均显著高于CK处理。总之,长期施用有机肥、秸秆还田配施化肥措施均有利于增加双季稻田土壤固碳速率、碳汇效应和经济收益,是提高南方双季稻田土壤有机碳贮量的施肥模式。     

不同冬季覆盖作物对双季稻田土壤有机碳的影响

以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),分析了黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、马铃薯-双季稻(Po)和油菜-双季稻(Ra)5种不同种植模式下冬季覆盖作物秸秆还田后对0～5、5～10、10～20 cm土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和有机碳储量的影响.结果表明:与CK处理相比,黑麦草、紫云英、马铃薯和油菜秸秆还田处理均提高了稻田0～5、5～10、10～20 cm土壤总有机碳和活性有机碳含量,其中Po处理最高.冬季覆盖作物秸秆还田均提高了稻田不同层次土壤的碳库活度、碳库活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数,其大小顺序均表现为Po>Mv>Ry>Ra>CK.不同冬季覆盖作物秸秆还田处理与CK处理相比均有利于提高稻田不同层次土壤有机碳储量,其中以紫云英秸秆还田的效果最好,黑麦草和马铃薯次之;各处理稻田土壤有机碳储量均随土壤深度的增加而递增.     

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.     

桃园生草对土壤有机碳及活性碳库组分的影响

果园生草是解决传统清耕引起的水土流失、土壤有机质减少、土壤肥力下降和果品品质变劣的果园地面管理措施之一。阐明不同牧草种类对土壤有机碳及其活性组分的影响是实现果园土壤生态管理、促进有机果品生产技术体系完善和果园土壤质量提高过程中亟待解决的问题。通过研究桃园人工种植黑麦草和毛苕子对土壤总有机碳(TOC)及其活性组分(微生物量碳(MBC)、水溶性有机碳(WSOC)、轻组有机碳(LFOC)、重组有机碳(HFOC)以及团聚体有机碳)的影响,探明豆科牧草与禾本科牧草种植对桃园土壤有机碳及其组分的影响及其差异。结果表明:与清耕对照(CK)相比,种植黑麦草后土壤TOC、MBC和WSOC分别提高了5.13%、76.4%和18.1%,种植毛苕子土壤LFOC提高了11.3%,土壤HFOC降低了13.2%,但对土壤TOC、MBC和WSOC未产生显著影响。此外,黑麦草显著提高土壤较大粒级(74μm)团聚体有机碳含量,而毛苕子则显著降低土壤较小粒级(2000μm)团聚体有机碳含量。对提高TOC而言,在桃园种植禾本科牧草黑麦草优于豆科牧草毛苕子。土壤MBC、WSOC、LFOC以及HFOC可以作为指示桃园土壤质量提高与否、表征土壤有机碳变化的敏感指标。     

放牧干扰对岷江上游山地森林/干旱河谷交错带土壤活性有机碳的影响

研究放牧干扰对岷江上游山地森林-干旱河谷交错带人工刺槐林、人工杨柳林、锥花小檗灌丛和草地4种植被类型土壤有机碳含量和活性组分的影响.结果表明:各放牧强度下,0~10 cm土层土壤有机碳及其活性组分含量大于10~20 cm土层.随放牧强度的增加,人工刺槐林表层(0~10 cm)土壤总有机碳(TOC)、轻组有机碳(LFOC)、颗粒有机碳(POC)和易氧化碳(LOC)含量呈逐渐降低趋势;人工杨柳林表层土壤LFOC含量呈降低趋势,POC含量呈升高趋势,TOC和LOC含量先降低再升高;锥花小檗灌丛土壤POC含量呈降低趋势,TOC、LFOC和LOC含量先降低再升高;草地土壤TOC和POC含量呈降低趋势,LFOC和LOC含量先降低再升高.4种植被类型土壤LOC、LFOC和POC含量随放牧强度增加而下降的幅度是TOC含量的1.1~8.9倍.土壤TOC含量与LOC、LFOC和POC含量呈显著正相关,表明活性有机碳组分能够反映土壤总碳的变化情况.     

不同施肥模式对潮土有机碳组分及团聚体稳定性的影响

作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用。在田间条件下,通过对7种肥料结构组合处理下的土壤进行采样和分析,系统地研究和比较了不同养分模式对华北平原潮土土壤有机碳组分和土壤团聚体稳定性的影响。结果表明。与单施化肥处理（NPK）比较,NPK＋S和NPK＋M处理显著增加土壤耕作层（0～20cm）的总有机碳（TOC）和总氮（TN）含量。PK和CK处理的土壤TOC和TN较试验前土壤皆有明显下降。有机无机肥配施,明显增加土壤易氧化有机碳（EOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）和水溶性有机碳（WSOC）。特别是与NPK处理相比较,NPK＋M处理的土壤EOC、POC、LFOC和WSOC含量分别增加23．8％、39．9％、42．5％和32．1％。土壤耕作层中微生物生物量碳（MBC）和可矿化碳（MNC）以有机无机肥配施为最高,NPK处理次之,PK处理和CK最小。有机无机肥配施处理还明显增加了土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量,并降低了土壤粘粒分散率（CDR）。相关分析表明,土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量与所测定的有机碳组分含量皆呈明显正相关,特别是POC、LFOC和MBC与WSA达到极显著相关．相关系数分别为0.89、0.81和0,78;CDR与TOC、POC和LFOC皆呈显著负相关,相关系数分别为-0．70、-0．78和-0．73。     

降水变率对森林土壤有机碳组分与分布格局的影响

2006年12月-2008年6月,通过加倍降水、自然降水和去除降水3种处理的人工控制试验,研究了降水变率改变对南亚热带不同演替阶段的季风常绿阔叶林、针阔叶混交林和马尾松针叶林土壤有机碳组分与空间分布格局的影响.结果表明：在3种降水强度条件下,相同森林类型的同一层次土壤总有机碳（TOC）含量差异不显著（P>0.05）;去除降水处理下土壤表层（0～10 cm）颗粒有机碳（POC）和轻组有机碳(LFOC)含量有明显的积累趋势,加倍降水和自然降水处理下增加了POC、LFOC向下层土壤（10～20 cm、20～30 cm、30～50 cm）的运输;去除降水处理下,马尾松林土壤易氧化有机碳（ROC）含量显著高于降水处理（P<0.05）;演替早期森林土壤的POC、ROC、LFOC占总有机碳的比例大于演替后期土壤,不利于土壤有机碳的存埋.森林土壤总有机碳含量变化缓慢,而其活性有机碳组分（POC、LFOC、ROC）对降水变率改变的响应更敏感.     

长期施肥对双季稻种植下土壤有机碳库和固碳量的影响

研究了长期施用化肥和猪粪(PM)、稻草(RS)对双季稻集约化种植下30年期间(1981-2010年)土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明：化肥平衡施用处理(NPK)的SOC、颗粒有机C(POC)和KMnO₄氧化C(KMnO₄C)组分高于化肥非平衡施用处理(NP和NK);猪粪、稻草与化肥(NK+PM、NP+RS和NPK+RS)长期配合施用处理的SOC、POC和KMnO₄ C组分显著增加.连续种植30年60季水稻后,猪粪与NK配施处理0～45 cm土层的SOC(84.71 t C·hm^-2)、POC(8.94 t C·hm^-2)和KMnO₄ C(21.09 t C·hm^-2)数量最高,其次是NPK+RS处理;NK+PM处理(485 kg C·hm^-2·a^-1)的固C量最高,其次是NPK+RS处理(375 kg C·hm^-2·a^-1).化肥与猪粪、稻草配施处理SOC的固C效率(CSE)明显高于单施化肥处理;施肥处理POC的固C效率(0.4%～1.2%)低于KMnO₄C(3.0%～8.3%).采用腐殖化常数值(h)和Jenkinson方程的衰减常数(k)可以预测不同处理2010年的SOC储量,通过Jenkinson方程可以计算维持1981年的SOC储量水平所需要的C投入量(A_E).双季稻种植下,长期连续施用NK+PM、NP+RS和NPK+RS处理的SOC含量增加是由于年C输入量高于A_E所致.在南方亚热带双季稻种植区,化肥与猪粪、稻草长期配施将促进水稻土有机碳的固定.     

川西卧龙岷江冷杉林土壤有机碳组分与氮素关系随海拔梯度的变化特征

土壤碳氮沿海拔梯度变化及其耦合关系是山地生态系统碳氮循环研究的重要内容。为分析不同土层土壤有机碳,土壤全氮及有机碳活性组分在海拔梯度上的分布规律及相互之间的耦合关系,选取亚高山物种岷江冷杉(Abies faxoniana)原始林为研究对象,以卧龙邓生野牛沟岷江冷杉原始林2920—3700 m的样地调查数据为基础,分析不同土层土壤碳氮及活性组分沿海拔的变化规律,总结土壤有机碳稳定性沿海拔主要规律,从土壤有机碳活性组分和碳氮关系的角度揭示其对土壤有机碳沿海拔变化的影响。结果表明:1)腐殖质层土壤有机碳(SOC)随海拔升高逐渐增加,与温度显著负相关,轻组有机碳(LFOC)及颗粒态有机碳(POC)随海拔上升均表现先增加后降低的趋势,土壤全氮(TN)随海拔变化不显著,但林线处LOFC、POC和TN均显著增加;0—10 cm土壤有机碳及全氮则表现为双峰特征,峰值分别在3089 m和3260 m处,与年均温度无显著关系。2)LFOC及POC在腐殖质层和0—10 cm土层中所占比例较大,是表征土壤有机碳含量沿海拔变化规律的主要活性组分,腐殖质层LFOC/SOC和POC/SOC随海拔上升逐渐增高,0—10 cm层则逐渐降低,暗示腐殖质层有机碳稳定性沿海拔逐渐降低,0—10 cm有机碳稳定性逐渐升高。3)SOC与TN显著正相关,SOC是影响TN的主要因子,但腐殖质层TN与有机碳活性组分无显著相关关系。4)土壤C/N和微生物量C/N在3177 m大于25:1,是引起土壤有机碳含量显著降低的主要因素。     

长期施肥对双季稻田土壤微生物学特性的影响

为探明不同施肥处理对早稻和晚稻各个生育时期稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的影响,以湖南宁乡长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K_2SO_4提取法和化学分析法系统分析了定位长达29年5种施肥处理之间(化肥、秸秆还田+化肥、30%有机肥+70%化肥、60%有机肥+40%化肥和无肥)双季稻田土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的差异。结果表明,早稻和晚稻各主要生育时期,长期施肥均能提高土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵,各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均随水稻生育期推进呈先增加后降低的变化趋势,均于齐穗期达到最大值,成熟期达到最低值;其中,以60%有机肥和30%有机肥处理双季稻田土壤微生物生物量碳、氮含量和微生物熵均为最高,均显著高于其他处理,其大小顺序表现为60%有机肥30%有机肥秸秆还田化肥无肥。长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵,有机肥与化肥配施对提高土壤肥力效果最好。土壤微生物生物量碳、氮及微生物熵可以反映土壤质量的变化,可作为评价土壤肥力的生物学指标。     

长期施肥对双季稻田甲烷排放和关键功能微生物的影响

研究不同施肥措施对双季稻田甲烷(CH_4)排放特征的影响及其微生物学机理,对合理利用及评价不同施肥模式对水稻生长的影响具有重要意义。以长期施肥定位试验田为平台,采用静态箱-气相色谱法对施用化肥(MF:mineral fertilizer alone)、秸秆还田配施化肥(RF:rice residues plus mineral fertilizer)、30%有机肥配施70%化肥(LOM:30%organic matter plus 70%mineral fertilizer)、60%有机肥配施40%化肥(HOM:60%organic matter plus 40%mineral fertilizer)和无肥(CK:without fertilizer)条件下双季稻田CH_4排放及其微生物学机理进行了分析。结果表明,早稻和晚稻生长期,不同施肥处理稻田CH_4排放通量均显著高于CK,表现为HOMLOMRFMFCK。各处理间CH_4总排放量差异达显著水平,其大小顺序与排放通量趋势一致,以HOM处理为最高,比CK处理增加105.56%,其次是LOM和RF处理,分别比CK处理增加72.97%和54.17%。关键功能土壤微生物测定结果表明,早稻和晚稻各个主要生育时期,各处理稻田土壤产甲烷古菌的数量变化范围为(3.18—81.07)×10~3cfu/g,土壤甲烷氧化细菌的数量变化范围为(24.82—379.72)×10~3cfu/g。稻田土壤产甲烷古菌和甲烷氧化细菌数量大小顺序为HOMLOMRFMFCK,各施肥处理均显著高于CK;HOM、LOM、RF处理显著高于MF、CK处理。双季稻田CH_4排放与稻田土壤产甲烷古菌、甲烷氧化细菌数量变化关系密切。采用有机无机肥配施促进了双季稻田生态系统CH_4的排放和关键功能微生物的数量。     

Differential Responses of Soil Organic Carbon Fractions and Carbon Turnover Related Enzyme Activities to Wheat Straw Incorporation in Subtropical China

Soil organic carbon (SOC) fractions and C turnover related enzyme activities are essential for nutrient cycling. This is because they are regarded as important indicators of soil fertility and quality. We measured the effects of wheat straw incorporation on SOC fractions and C turnover related enzyme activities in a paddy field in subtropical China. Soil samples were collected from 0–10 cm and 10–20 cm depths after rice harvesting. The total SOC concentrations were higher in the high rate of wheat straw incorporation treatment (NPKS2) than in the not fertilized control (CK) (P < 0.05). The concentrations of labile C fractions [i.e., water soluble organic C (WSOC), hot-water soluble organic C (HWSOC), microbial biomass C (MBC), and easily oxidizable C (EOC)], were higher in the moderate NPKS1 and NPKS2 treatments than in CK and the fertilized treatment without straw (NPK) (P < 0.05). The geometric means of labile C (GMC) and C pool management index (CPMI) values were highest in NPKS2 (P < 0.05). The SOC concentrations correlated positively with the labile C fractions (P < 0.05). Soil cellulase activity and the geometric mean of enzyme activities (GMea) were higher in NPKS2 than in CK in all soil layers (P < 0.05), and the invertase activity was higher in NPKS2 than in CK in the 0–10 cm layer (P < 0.05). Stepwise multiple linear regression indicated that the formation of the SOC, WSOC, HWSOC, MBC, and EOC was mostly enhanced by the cellulase and invertase activities (P < 0.05). Therefore, the high rate of wheat straw incorporation may be recommended to increase soil C pool levels and soil fertility in subtropical paddy soils.     

双季稻田冬季种植模式对土壤有机碳和碳库管理指数的影响

为探讨冬季覆盖作物还田对稻田土壤碳库的影响,通过冬季种植油菜、紫云英、黑麦草、马铃薯,并以冬闲为对照进行大田试验,测定了不同冬季作物模式下早稻和晚稻的土壤有机碳、活性有机碳含量,并计算了稳态碳、碳库活度、活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数.结果表明:冬季作物还田增加了土壤有机碳含量,早稻和晚稻后的土壤有机碳含量比对照分别提高了1%～8%和3%～18%;油菜、黑麦草和紫云英还田均促进了土壤活性有机碳含量的增加,早稻后增加16.2%～84.2%,晚稻后增加24.4%～28.1%;冬季作物还田增加了土壤碳库管理指数,增加幅度为1.4%～41.8%.综上所述,冬种作物还田有利于提高土壤的固碳效应,并提升土壤质量,以种植黑麦草、紫云英的综合效果较佳.     

干旱区绿洲农田不同种植模式和秸秆管理下土壤质量评价

研究干旱区绿洲农田不同种植模式和秸秆管理下土壤有机碳及其酶活性的变化,揭示农业管理措施对土壤质量的影响,以期为干旱区农业资源高效利用及可持续发展提供理论依据.在作物种植规划区,选择新疆主要农作物棉花、小麦、玉米,设计长期连作及轮作试验.结果表明:轮作处理土壤有机碳(SOC)、微生物生物量碳、易氧化有机碳、水溶性有机碳、热水溶性有机碳含量较连作处理分别提高了3.6%~9.9%、41.8%~98.9%、3.3%~17.0%、11.1%~32.4%、4.6%~27.5%;秸秆还田处理较秸秆不还田处理分别提高了12%~35.9%、22.4%~49.7%、30.7%~51.0%、10.6%~31.9%、41.0%~96.4%.轮作处理土壤过氧化氢酶、脱氢酶、β-葡萄糖核苷酶、蔗糖酶、纤维素酶活性较连作处理分别提高了6.4%~10.9%、6.6%~18.8%、5.9%~15.3%、10.0%~27.4%、28.1%~37.5%;秸秆还田处理较-秸秆不还田处理分别提高了31.4%~47.5%、19.9%~46.6%、13.8%~20.7%、19.8%~55.6%、54.1%~70.9%.相关性分析表明,SOC及其活性组分与土壤酶活性之间有极显著的正相关关系,利用土壤活性有机碳组分和酶活性变化可有效表征农田SOC和土壤质量变化.通过因子分析综合评价得知,在干旱区农业生产中,短期连作棉花兼实施秸秆还田可提高SOC及其活性组分含量和酶活性,合理轮作可有效缓解连作障碍,使土壤质量得到进一步改善,有利于农田土壤的可持续利用.     

Effect of Different Fertilizer Application on the Soil Fertility of Paddy Soils in Red Soil Region of Southern China

Appropriate fertilizer application is an important management practice to improve soil fertility and quality in the red soil regions of China. In the present study, we examined the effects of five fertilization treatments [these were: no fertilizer (CK), rice straw return (SR), chemical fertilizer (NPK), organic manure (OM) and green manure (GM)] on soil pH, soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), C/N ratio and available nutrients (AN, AP and AK) contents in the plowed layer (0–20 cm) of paddy soil from 1998 to 2009 in Jiangxi Province, southern China. Results showed that the soil pH was the lowest with an average of 5.33 units in CK and was significantly higher in NPK (5.89 units) and OM (5.63 units) treatments (P<0.05). The application of fertilizers have remarkably improved SOC and TN values compared with the CK, Specifically, the OM treatment resulted in the highest SOC and TN concentrations (72.5% and 51.2% higher than CK) and NPK treatment increased the SOC and TN contents by 22.0% and 17.8% compared with CK. The average amounts of C/N ratio ranged from 9.66 to 10.98 in different treatments, and reached the highest in OM treatment (P<0.05). During the experimental period, the average AN and AP contents were highest in OM treatment (about 1.6 and 29.6 times of that in the CK, respectively) and second highest in NPK treatment (about 1.2 and 20.3 times of that in the CK). Unlike AN and AP, the highest value of AK content was observed in NPK treatments with 38.10 mg·kg⁻¹. Thus, these indicated that organic manure should be recommended to improve soil fertility in this region and K fertilizer should be simultaneously applied considering the soil K contents. Considering the long-term fertilizer efficiency, our results also suggest that annual straw returning application could improve soil fertility in this trial region.