不同地下水位和施肥管理对水稻土有机碳组分的影响

利用自1981年开始的红壤性水稻土长期定位试验,对耕层土壤不同有机碳组分进行分析,以探究不同地下水位(低水位80 cm、高水位20 cm)和施肥(高量有机肥、常量有机肥、化肥)管理对红壤性水稻土有机碳组分数量和分配的影响。结果表明:各处理土壤的颗粒有机碳(POC)含量为6.29~11.77 g·kg-1,高、低水位下,各施肥处理的POC含量均随着有机肥施用量的增加而增加,但高水位下POC增加的幅度更大;高、低水位下,有机肥处理的颗粒有机碳占总有机碳的比例(fPOC/TOC、oPOC/TOC)均显著高于化肥处理,且在低水位下这种差异尤为显著;土壤中各有机碳组分均与土壤总有机碳TOC和2 mm团聚体结合态有机碳含量存在极显著正相关;在高水位或低水位区,有机肥的施用均能大幅度提高土壤TOC和POC,且在高水位下有机碳的积累更为明显。     

不同施肥管理措施对农田土壤中植物和微生物残留组分的影响

在农田生态系统中,施肥是维持和提高土壤有机碳(SOC)水平的重要管理措施。微生物代谢和植物组分存留共同控制着有机碳的截获过程。本研究利用肥料与肥力长期(30年)定位试验,以氨基糖和木质素分别作为微生物和植物残留组分标识物,探讨长期不同施肥处理对黑土农田中微生物和植物残体组分积累及有机碳库的影响。结果表明: 与未施肥处理相比,施用无机肥(单施氮肥或有机无机肥配施)可增加作物生物量和土壤氨基糖的积累,但对木质素和SOC含量无显著影响,说明无机肥施入刺激了微生物底物同化,加速了有机碳和木质素在耕层的周转。与无机肥相比,长期施用有机肥促进了SOC的累积(增幅38.3%),但是氨基糖在土壤有机碳中所占的比例并未发生显著变化,说明微生物残留物对SOC积累的贡献具有饱和性;而有机肥施入增加了木质素在SOC中的比例,即增加了植物残体对SOC长期积累的贡献。与单施有机肥相比,有机无机肥配施增加了微生物残留物对SOC的积累。因此,长期施肥可以调节微生物残留物和植物残留组分的不同积累过程,从而影响SOC的积累和稳定机制。     

贺兰山西坡不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征

为探明旱区山地不同海拔梯度土壤氨基糖积累特征,明确氨基糖对土壤有机碳库的贡献以及影响因素。以2021年8月在贺兰山西坡不同海拔(1848-2940 m)采集的土壤为研究对象,分析土壤理化性质、微生物群落结构、氨基糖含量、氨基糖对土壤有机碳贡献变化特征以及引起该变化的驱动因素。结果表明:沿海拔梯度上升,土壤理化性质表现出显著差异,土壤含水率、有机碳、全氮表现为升高趋势,pH和容重表现为降低趋势,全磷无明显变化规律。沿海拔梯度上升,土壤真菌、细菌、放线菌以及丛枝菌根真菌磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acids,PLFAs)含量表现为先增加后减少的趋势,在中海拔区域(2110-2360 m)微生物PLFAs含量更高。沿海拔梯度上升,总氨基糖含量和氨基糖单体(氨基葡萄糖、氨基半乳糖、胞壁酸和氨基甘露糖)分别表现为持续增加和先减少后增加的变化趋势,并且总氨基糖和氨基糖单体含量均在最高海拔达到峰值,中海拔区域真菌和细菌残体碳对土壤有机碳的贡献率均小于高海拔(2707-2940 m)和低海拔(1848-1910 m),且在不同海拔梯度上真菌残体碳对土壤有机碳贡献率占据主导地位。方差分解结果显示,土壤理化性质和微生物PLFAs含量共同解释了土壤氨基糖含量及对有机碳贡献率的55.2%,其中土壤理化性质解释变异的52.9%,微生物PLFAs含量解释变异的26.9%,冗余分析同步验证土壤理化性质是影响氨基糖及氨基糖对土壤有机碳贡献率的主要因素。本研究结果揭示了贺兰山西坡微生物驱动土壤有机碳存储与转化机制,可为进一步研究旱区山地微生物残体对土壤有机碳的贡献提供理论依据。     

长期施肥对水稻土有机碳分布及化学结合形态的影响

采用湖南省4个23年连续施肥的稻田长期定位试验,研究了施肥对湖南省水稻土有机碳分布及化学键合形态的影响。试验设不施肥(CK)、化肥(NPK)、中量有机肥(MOM)和高量有机肥(HOM)4个处理。结果表明:在所有施肥处理中,水稳性团聚体均以0.25～1mm和2～5mm粒径含量最高,分别达全土总量的18%～43%和13%～48%。中、高量有机肥处理显著增加了>1mm大团聚体含量以及有机碳在大团聚体中的分配,其中0.25～1mm和1～2mm粒径团聚体中有机碳含量均略高于其余粒径组。与不施肥比较,钙结合态有机碳(Ca-SOC)占总有机碳的比例在2%～4%左右且随有机肥施用呈下降趋势,而铁铝结合态有机碳Fe(Al)-SOC占总有机碳的18%～33%呈上升趋势。有机肥施用条件下,有机碳在大团聚体中的分布的增加、Fe(Al)-SOC的提升以及Ca-SOC的降低意味着土壤有机碳物理和化学保护作用的增强,有利于稻田土壤有机碳的积累,是有机肥施用条件下保持稻田土壤较高固碳速率的重要原因。     

不同培养温度下长期施肥水稻土的有机碳矿化特征

选择湖南省3个国家级稻田肥力变化长期定位监测点的土壤,分别在10、20和30℃进行室内恒温培养试验,研究温度和施肥对土壤有机碳矿化的影响及其与不同碳形态含量的关系.结果表明:在培养前期(0~13 d)土壤CO2产生速率较快,后期逐渐下降,其速率变化符合对数函数;升温促进了土壤有机碳矿化,各施肥处理土壤中,以秸秆还田和化肥配施有机肥处理土壤有机碳的累积矿化量较多;各施肥土壤的Q10值为1.01~1.53,与总有机碳、易氧化有机碳、胡敏酸碳和富里酸碳呈显著正相关;在10和20℃下CO2矿化量与微生物生物量呈显著的线性相关关系,而30℃下则无显著相关关系;CO2矿化量与不同碳形态含量和胡敏酸碳/富里酸碳呈显著的线性正相关;在10℃下矿化率与不同碳形态含量呈显著的线性负相关,在20和30℃下,矿化率与不同碳形态含量无明显相关关系.因此可以通过施用秸秆和有机肥增加对土壤碳的固定,减缓大气CO2浓度的升高,减少温室气体排放.     

改变施肥管理后不同肥力稻田土壤CO2排放特征

利用一个长达30a水稻土长期定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下,将原化肥处理改施有机肥,原有机肥处理改施化肥或者增施有机肥。通过观测田间试验2012—2013年双季稻轮作周期内不同肥力水平稻田土壤施肥管理改变后的土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥管理对不同肥力红壤性水稻土CO2排放的影响。结果表明:变更施肥能明显改变CO2排放动态变化,其中长期施用有机肥处理改施化肥后其FCO2明显减小,长期施用化肥或有机肥处理增施有机肥后其FCO2显著增大。有机肥和土壤有机碳均可促进土体CO2排放,有机肥处理有机物料碳添加量与CO2-C年排放量呈极显著的正相关关系(r=0.9015**,n=21),单施化肥处理土壤有机碳含量与土体CO2-C年排放量符合线性方程:y=10.962x-68.86(R2=0.7507,n=9,P0.01)。长期施用有机肥土壤改施化肥会导致其有机碳矿化损失,土壤有机碳含量越高,矿化损失量越多,最终其有机碳水平将与长期施用化肥的土壤有机碳平衡值一致;长期施用化肥或有机肥土壤改施或增施有机肥可促进土壤有机碳积累,外源添加碳越多,土壤积累碳越多;相同有机肥施用量下土壤有机碳含量越高,有机物料表观分解率越大,积累于土壤中的有机碳越少,不同有机碳水平土壤在相同有机肥管理下其有机碳最终会达到相同的平衡值。在有机碳水平较低(20.46 g/kg)红壤稻田上增施有机肥是提升已培肥水稻土有机碳含量的可持续发展措施,而在有机碳水平较高(14.45 g/kg)红壤稻田上应避免改施化肥。总之,在有机碳含量较高或者较低的中国南方红壤性水稻土上,持续的有机肥施用是保持或者提高其有机碳水平的必要措施。     

长期施肥下红壤性水稻土有机碳储量变化特

研究了1982—2012年长期不同施肥下红壤性水稻土土壤有机碳含量变化、固碳趋势及外源碳输入对土壤固碳的贡献.结果表明： 施肥能提高土壤有机碳含量,连续30年不同施肥后,各施肥处理土壤有机碳含量趋于稳定,有机无机配施的土壤有机碳含量为21.02～21.24 g·kg^-1,增加速率为0.41～0.59 g·kg^-1·a^-1,单施化肥的土壤有机碳含量为15.48 g·kg^-1.各有机无机肥配施处理土壤的平均有机碳储量为43.61～48.43 t C·hm^-2,历年平均土壤有机碳储量显著大于单施化肥处理.土壤固碳速率与年均投入碳量呈显著指数正相关.本试验条件下,每年需要增加外源有机碳为0.12 t C·hm^-2才能维持土壤有机碳的平衡.     

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.     

太湖地区水稻土不同粒级团聚体中酶活性对长期施肥的响应

以太湖地区水稻土长期肥料试验田为研究对象,采用低能量超声波物理分散法分离土壤团聚体,研究长期不同施肥处理下（化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥）耕层土壤团聚体酶活性的变化.结果表明：供试土壤中200～2000 μm和2～20 μm粒组的团聚体占总土壤的60%～70%;施肥显著促进了200～2000 μm团聚体的形成.各种酶活性在不同团聚体中的变化存在差异,脲酶和蔗糖酶在<2 μm的粘粒组中活性最高,纤维素酶、多酚氧化酶和荧光素二乙酸酯（FDA）水解酶则以200～2000 μm粗砂粒中活性最高.肥料的施用特别是化肥与有机肥的配合施用显著提高了200～2000 μm粒组中蔗糖酶、脲酶、纤维素酶和FDA水解酶的活性.以5种酶活性的几何平均数（GMea）作为酶的综合活性指标,发现施肥处理下200～2000 μm粒组中GMea显著高于其他粒组,可见大团聚体中土壤的酶活性对施肥措施响应敏感.有机和无机肥长期配合施用可以通过促进土壤团聚体的聚合和提高较大团聚体中酶活性来提高土壤整体的生物活性功能。     

长期不同施肥措施对双季稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的影响

施肥是改善土壤质量、提高土壤肥力和影响土壤微生物多样性的关键措施.为了探明南方双季稻区长期不同施肥处理下稻田土壤活性有机碳组分和水解酶活性的变化特征,本研究以34年大田定位试验为平台,设置化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30％有机肥+70％化肥(OM)3个处理,并以无肥处理为对照(CK),分析了长期不同施肥处理下...     

不同施肥对水稻土作物碳同化与土壤碳固定的影响——以太湖地区黄泥土肥料长期试验为例

肥料施用对农田土壤生产力及土壤碳循环的影响是农业与陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重要科学问题。以太湖地区黄泥土的长期肥料定位试验为例,研究不同施肥处理对水稻土-作物系统作物碳同化及土壤碳固定的影响。所研究的肥料施用处理包括不施肥(NF)、单施化肥(CF)、化肥与秸秆配施(CFS)以及化肥与猪粪配施(CFM)4个处理,始于1987年,一直实行稻-油轮作,实行少耕。连续观测水稻和油菜的产量,并于2004年和2005年分别采集了土壤剖面样品和耕作层(0~5cm和5~15cm)土壤,测定土壤总有机碳含量。研究表明,不同施肥处理对水稻产量有显著影响,尤其以配施有机无机肥处理水稻产量显著最高且最为稳定,而对油菜产量的影响不明显。施肥显著提高了耕层土壤碳密度,而对全土碳密度没有显著影响。施肥处理的固碳速率介于0.1~0.4t/(hm2.a),配施有机肥处理显著高于单施化肥处理。相关分析表明,土壤固碳速率与作物根茬 有机肥源碳的总碳输入量呈显著的对数关系。这提示土壤有机碳积累主要与作物产量有关,而并非依变于有机肥源碳输入。因此,与作物产量直接关联的作物碳输入的增加是土壤中碳固定提高的重要途径。施入N素对水稻碳同化和土壤碳固定的效应均为化肥配施有机肥处理显著高于单施化肥处理,这揭示化肥配施有机肥是提高与稳定稻田生产力和促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。当然,不同施肥下上述效应的差异可能与土壤-作物系统中碳分配和土壤生物碳利用的差异有关。     

Changes in diversity, protein content, and amino acid composition of earthworms from a paddy soil under different long-term fertilizations in the Tai Lake Region, China

Influence of the agricultural management practices on soil quality and the ecosystem functioning has been an increasing concern in soil science and ecology with sustainable agriculture. This study deals with the changes of soil earthworm communityfrom a paddy soil under different long-term fertilizations. The soil earthworms were collected and counted from different fertilizer treated plots in the field after the rape harvest in May 2004, and their taxonomic groups were determined under a binocular stereoscope at the laboratory. The body of the earthworm (Metaphire californica) was crushed by a cell crusher to collect protein, and the protein molecules with different sizes were analyzed by electrophoresis. Furthermore, the Metaphire californica collected was hydrolyzed and the aliquots were subject to an amino acid auto-analyzer. The results showed that totally seven species of earthworms were recognized in the paddy field with the number varying with different fertilization treatments. The structure of earthworm communities was dramatically affected by the fertilization practice. Under chemical fertilization only, both the number of earthworm species and the quantity of individuals were significantly smaller than those under other treatments, or even than those under no fertilization. Furthermore, there was an obvious decrease in the total amino acid and the contents of most individual amino acids of Metaphire californica under chemical fertilization only, compared with those under the combined fertilization of chemical and organic fertilizers. Although chemical fertilizers in combination with rice straw return increased earthworm amino acid content, long-term pig manure application tended to increase earthworm protein content. As a molecular footprint, long-term chemical fertilization caused a reduction in the content of protein with MW less than 25 kd, but a significant increase in that of protein with molecule size around 33 kd. Our study demonstrated that different fertilizations affected not only earthworm population but also diversity and richness in the paddy soil after 16 years of treatment, and that long-term chemical fertilization may impact the soil animal community and, thus, influence the paddy ecosystem functioning for yield stability. This study implicated that not only the community structure but also the amino acid metabolism for life functioning of earthworms in cropland soils may pose significant responses to the agricultural management practices.     

Changes in diversity, protein content, and amino acid composition of earthworms from a paddy soil under different long-term fertilizations in the Tai Lake Region, China

Influence of the agricultural management practices on soil quality and the ecosystem functioning has been an increasing concern in soil science and ecology with sustainable agriculture. This study deals with the changes of soil earthworm communityfrom a paddy soil under different long-term fertilizations. The soil earthworms were collected and counted from different fertilizer treated plots in the field after the rape harvest in May 2004, and their taxonomic groups were determined under a binocular stereoscope at the laboratory. The body of the earthworm (Metaphire californica) was crushed by a cell crusher to collect protein, and the protein molecules with different sizes were analyzed by electrophoresis. Furthermore, the Metaphire californica collected was hydrolyzed and the aliquots were subject to an amino acid auto-analyzer. The results showed that totally seven species of earthworms were recognized in the paddy field with the number varying with different fertilization treatments. The structure of earthworm communities was dramatically affected by the fertilization practice. Under chemical fertilization only, both the number of earthworm species and the quantity of individuals were significantly smaller than those under other treatments, or even than those under no fertilization. Furthermore, there was an obvious decrease in the total amino acid and the contents of most individual amino acids of Metaphire californica under chemical fertilization only, compared with those under the combined fertilization of chemical and organic fertilizers. Although chemical fertilizers in combination with rice straw return increased earthworm amino acid content, long-term pig manure application tended to increase earthworm protein content. As a molecular footprint, long-term chemical fertilization caused a reduction in the content of protein with MW less than 25 kd, but a significant increase in that of protein with molecule size around 33 kd. Our study demonstrated that different fertilizations affected not only earthworm population but also diversity and richness in the paddy soil after 16 years of treatment, and that long-term chemical fertilization may impact the soil animal community and, thus, influence the paddy ecosystem functioning for yield stability. This study implicated that not only the community structure but also the amino acid metabolism for life functioning of earthworms in cropland soils may pose significant responses to the agricultural management practices.     

黄壤稻田土壤微生物生物量碳磷对长期不同施肥的响应

本研究以进行了22年的黄壤稻田长期定位试验为依托,分析了不同施肥模式下土壤碳(C)、磷(P)与微生物生物量C(MBC)、P(MBP)的变化及其耦合特征,旨在探讨黄壤地区合理培肥模式以提高土壤磷素有效性.试验包括10个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、磷钾配合(PK)、氮钾配合(NK)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、单施有机肥(M)、3种有机无机肥配施(1/4M+3/4NP、0.5MNP、MNPK).结果表明:与不施肥相比,N和NK处理土壤有机碳(TOC)、全磷(TP)、MBC、MBP均有不同程度的降低,施磷处理(PK、NP、NPK)则有不同程度的提升;与不施肥和施用无机肥相比,施用有机肥各处理TOC、MBC、MBP及MBP/TP均显著增加,其中M和MNPK处理增幅最大.MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP以施用有机肥处理最低,N处理最高.土壤MBC、MBP及其耦合关系与土壤TOC和有效磷均呈极显著相关,TOC是影响MBC、MBP、MBP/TP的直接因素,而有效磷则是影响MBC/MBP、TOC/MBP、MBC/TP的直接因素.土壤MBP及碳、磷耦合关系各指标可以有效区分单施化肥和施用有机肥的不同施肥方式,可作为评价黄壤稻田磷素肥力的生物学指标.配施有机肥是增加黄壤稻田磷有效性、提高土壤供磷潜力和保持土壤生物健康的有效途径.     

不同施肥措施对我国南方稻田表土有机碳含量及固碳持续时间的影响

基于我国南方38个稻田试验点222个样本的表土有机碳数据,设5种施肥措施类型［无机氮肥(N)、无机氮磷肥配施(NP)、无机氮磷钾肥配施(NPK)、单施有机肥(O)和有机无机肥配施(OF)］,研究了不同施肥措施下我国南方稻田表土有机碳含量的相对年变化量和固碳持续时间.结果表明：5种施肥措施下,稻田表土有机碳含量相对年变化量集中在0～0.4 g·kg^-1·a^-1,两熟制和三熟制的表土有机碳含量相对年均增量分别为0.20和0.26 g·kg^-1·a^-1;有机肥处理(O和OF)比无机肥处理(N、NP和NPK)的表土有机碳含量相对年增量更高,其中,OF处理最高,为0.32 g·kg^-1·a^-1;随着时间的延长,土壤有机碳的累积速率逐渐降低,N、NP、NPK、O和OF处理下表土固碳持续时间分别为22、28、38、57和54年.从土壤固碳角度考虑,有机无机肥配施为我国南方稻田最佳施肥措施.     

干湿交替条件下土壤氨基糖含量的动态变化

通过室内模拟培养试验,研究了恒湿和干湿交替条件下土壤中3种微生物来源氨基糖含量的动态变化,并且利用氨基葡萄糖和胞壁酸的比值分析了干湿交替条件下土壤真菌和细菌对土壤有机质转化的相对贡献.结果表明:恒湿条件下,细菌来源的胞壁酸在土壤中的分解速率大于真菌来源的氨基葡萄糖,氨基半乳糖在土壤中的分解速率较慢;干湿交替改变了土壤中3种氨基糖的分解特征,与恒湿处理相比,干湿交替培养前期以胞壁酸为代表的细菌残余物的分解速率高于以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物,随着干湿交替频率的增大,以氨基葡萄糖为代表的真菌残余物分解速率高于以胞壁酸为代表的细菌残余物.可见,干湿交替条件改变了以氨基糖为代表的土壤氮素的微生物转化过程.