长期施肥对东北黑土酶活性的影响

在中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验基础上,研究了长期施用化肥和有机肥对黑土0～20cm和20～40cm土层土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和转化酶活性及土壤全碳和全氮的影响.结果表明：长期施用化肥和有机肥均不同程度地提高了0～20cm和20～40cm土层土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性,特别是化肥和有机肥配合施用显著增加了该3种土壤酶的活性,增幅分别为43.6%～113.2%、25.9%～79.5%、14.7%～134.4%（0～20cm）和56.1%～127.2%、14.5%～113.8%、16.2%～207.2%（20～40cm）,长期施用化肥对土壤过氧化氢酶活性影响不大.随着土层深度的增加,土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性均有所降低;长期施用氮肥对土壤脲酶、施用磷肥对土壤磷酸酶有明显的促进作用;长期施肥对土壤全C、全N含量及C/N也有明显影响.     

长期施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响

为了研究长期不同施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog ECO微平板培养法,对已经连续施肥35年的农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站4种处理(CK、NPK、M、MNPK)的两个土层(0～20、20～40 cm)微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 在0～20 cm土层,有机无机肥(MNPK)配施能够显著提高土壤微生物对碳源的利用能力以及群落代谢功能的丰富度、多样性和优势度,而在20～40 cm土层则低于单施化肥(NPK)处理,两个土层单施化肥均降低土壤微生物群落代谢均匀度.不同施肥处理土壤微生物对6种碳源的利用率在0～20和20～40 cm两个土层间存在差异,而在每个土层的处理间差异显著(P<0.05),但各处理间的变化规律在两个土层中不一致.典范对应分析(CCA)结果表明,各处理土壤微生物群落代谢功能在0～20和20～40 cm土层间存在差异,且在两个土层的处理间也存在差异,而土壤养分含量对各处理土壤微生物群落代谢功能的影响规律在两个土层中较为相似.长期不同施肥会对耕层及以下土壤微生物群落功能多样性产生影响,在20～40 cm土层中单施化肥对微生物群落功能多样性的影响较大.     

长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响

利用沈阳农业大学蔬菜长期定位施肥试验田,研究了长期施肥对设施菜田土壤酶活性及土壤理化性状的影响.结果表明:长期施用有机肥或有机肥与氮肥配合施用可明显提高土壤有机质和氮、磷、钾养分含量,改善土壤物理性状,增强土壤转化酶、脲酶和中性磷酸酶的活性;而长期单施氮肥造成土壤pH值和土壤酶活性降低.土壤酶活性与土壤养分因子的相关分析表明,转化酶活性与土壤有机质、全磷含量呈显著正相关;脲酶活性与土壤有机质、全磷和速效钾含量呈极显著正相关,与碱解氮和速效磷含量呈显著正相关;中性磷酸酶活性与土壤有机质、全磷和速效钾含量呈显著正相关;脱氢酶活性与土壤各养分因子均无明显相关性.     

长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作长期肥料定位试验为平台,探讨不同养分管理对玉米生育期塿土微生物量碳、氮和酶活性动态变化的影响。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、NPK+秸秆(SNPK)以及有机肥+NPK(MNPK)。结果表明玉米生育期土壤微生物量碳、氮变化显著。不同施肥管理下土壤微生物量碳、氮的高低显著性分别为MNPK>SNPK、NP、NPK>N、CK。玉米生育期内土壤酶活性也变化显著,蔗糖酶、脲酶和纤维素酶在玉米抽雄期达到活性高峰,而磷酸酶在玉米拔节期出现活性高峰。不同施肥管理对土壤酶活性的影响总体表现为MNPK处理最高,其次为SNPK处理,再次为NPK和NP处理,N和CK处理最低。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮以及酶活性与土壤有机碳、全氮、速效磷水平密切相关。塿土长期施用氮磷或氮磷钾化肥可以提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性。一季作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比有提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性的趋势。在等氮量下,有机肥配合化肥与其他施肥模式相比,均显著提升土壤化学肥力因素、微生物量碳氮和酶活性。因此,塿土上建议进行有机无机肥配合以提高土壤肥力,保持土壤生物健康。     

长期施肥对灰漠土生物群落和酶活性的影响

长期定位试验表明:施肥对灰漠土生物类群、酶活性有一定影响,同时生物类群和酶活性也改变了土壤生态环境.(1) 施肥对灰漠土动物个体及类群数的影响显著,长期单施化肥对土壤动物优势度作用较大,化肥配施有机肥丰富了土壤动物组成,化肥配施秸秆有利于增加土壤动物的丰度,尤其是疣跳科和等节跳科动物个体数量增加近10倍,长期不施肥土壤动物均匀性较高,但优势类群数较低;(2)灰漠土微生物组成以细菌为主,特殊微生物生理类群是以固氮菌和氨化细菌数量居多.长期单施化肥不利于土壤微生物生长,几种菌类数量均较低,化肥配施有机物料增加了土壤微生物类群数量,比对照增加15%～44%,长期不施肥土壤微生物数量高于单施化肥处理.(3) 灰漠土自身过氧化氢酶含量较高,蔗糖酶次之.土壤4种酶活性中除过氧化氢酶与土壤养分之间呈负相关以外,其余3种酶活性与土壤速效养分均呈正相关或显著正相关.长期单施化肥土壤脲酶、磷酸酶活性降低,长期不施肥土壤脲酶、磷酸酶活性高于单施化肥处理,化肥配施有机肥或秸秆的土壤脲酶、蔗糖酶、磷酸酶活性比长期不施肥增加了24%～31%.因此,化肥配施有机物料增加了土壤酶活性,加速了土壤熟化,改变了土壤生态环境.     

长期定位施肥下黑土碳排放特征及其碳库组分与酶活性变化

黑土作为承担我国粮食安全与生态安全的重要土壤资源,其碳排放特征与碳库组分变化一直是生态学领域研究的热点。施肥是影响黑土有机碳输入、输出的重要因素,而这需要长时间尺度的探究。为明确长期不同施肥下的土壤碳排放特征及其影响机制,以始于1990年的国家土壤肥力与肥料效益监测网站黑土监测基地-公主岭为研究平台,选取不施肥(CK)、单施氮磷钾肥(NPK)、无机肥配施低量有机肥(NPKM1)、1.5倍的无机肥配施低量有机肥(1.5(NPKM1))、无机肥配施高量有机肥(NPKM2)和无机肥配施秸秆(NPKS)6个处理,探讨了长期不同施肥下土壤碳排放量(CO2-C)与土壤碳库组分包括水溶性有机碳(DOC)、微生物量碳(MBC)、颗粒有机碳(POC)、易氧化有机碳(ROC)及其β-葡萄糖苷酶(BG)、木聚糖酶(BXYL)、纤维素酶(CBH)和乙酰基β-葡萄糖胺酶(NAG)等酶活性变化。结果表明:与CK相比,各施肥处理均可以显著增加黑土土壤碳排放量(P0.05),其中,NPK处理土壤碳排放量约为2633.33 kg/hm~2,显著高出CK处理37.36%;长期有机无机配施(NPKM1、1.5(NPKM1)、NPKM2)显著增加土壤碳排放量71.81%—88.51%,效果最为明显;NPKS显著增加土壤碳排放量56.32%,并且三种长期有机无机配施措施碳排放差异不显著。相对CK处理,有机无机配施的DOC、MBC、POC、ROC均有显著增加(P0.05),各指标分别高出CK处理16.07%—56.34%、128.84%—185.77%、284.15%—497.45%和841.03%—1145.94%,其中1.5(NPKM1)处理效果最好。同时,有机无机配施相对CK处理的NAG、BG、BXYL和CBH活性分别提高了313.22%—452.65%、129.45%—250.74%、159.08%—273.32%和72.21%—193.53%,且以1.5(NPKM1)处理的效果最好。土壤碳排放量与土壤酶活性、土壤活性碳库组分之间的相关性分析结果表明,长期不同施肥措施的土壤碳排放量不但与土壤ROC、DOC、POC、MBC含量呈极显著相关(P0.001),也与土壤BG、NAG、CBH、BXYL酶活性呈极显著相关(P0.001),说明施肥可以通过改变土壤各活性碳库组分含量与土壤微生物活性影响土壤碳排放量。     

长期施肥对黑土团聚体分布和碳储量变化的影响

用干筛与湿筛2种方法测定了22年长期田间定位试验地土壤风干及水稳性团聚体含量,研究了施肥对黑土团聚体组成、有机碳含量及有机碳库储量的影响。试验设不施肥（CK）、无机肥（NP、NPK）和无机-有机肥配施（NPK+OM）4个处理。结果表明,黑土团聚体以0.25～1 mm团聚体为主。经过湿筛法土壤各粒级水稳性团聚体含量重新分配,表现为以0.25～1 mm粒级为中心,大团聚体含量减少,微团聚体含量增加。与长期不施肥比较,长期施用化肥及有机-无机肥配施显著增加了>2 mm大团聚体含量和0.05～0.25 mm微团聚体含量,各级团聚体有机碳含量显著增加,总有机碳及各级团聚体储量增加,有机质积累,土壤结构得到改善,固碳潜力增加,有机-无机配施效果更加明显。     

长期施肥对红壤和黑土硫形态演变的影响

以红壤和黑土肥力与肥料效益监测站土壤为研究对象,研究了长期(21年)不同施肥(不施肥对照、施用氮磷钾、氮磷钾配施有机肥)处理下,表层(0～20 cm)和亚表层(20～40 cm)土壤硫素形态组成、分布及演变规律.结果表明: 长期施用化肥及化肥配施有机肥处理下,表层土壤全硫比对照分别增加42%、33%(红壤)和6%、76%(黑土);除红壤氮磷钾处理外,亚表层土壤全硫受施肥影响较小,且明显低于相应表层土壤.有效硫和盐酸可提取态硫分别为红壤和黑土中的主要无机硫形态.施用化肥及化肥配施有机肥的红壤表层有效硫比对照分别增加了447%和102%,并促进了有效硫向亚表层的迁移、累积;而施用化肥及化肥配施有机肥处理的黑土表层有效硫仅比对照分别增加54%和93%,其对亚表层土壤有效硫的影响也不大.有机硫形态在两种土壤中都以酯键硫和残渣态硫为主.长期施肥影响下的表层和亚表层土壤中残渣态硫含量比对照分别增加了32%和55%以上;土壤中性质相对活跃的酯键硫和碳键硫受施肥影响不显著,而与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(P<0.05).此外,长期施肥试验表明大气硫沉降对土壤硫素输入的影响值得重视.     

基于Illumina MiSeq测序平台分析长期不同施肥处理对黑土真菌群落的影响

【目的】不合理施肥所引发的土壤环境问题逐渐成为制约我国农业可持续发展的重要因素之一,土壤真菌作为一类重要的土壤微生物,研究长期施肥对土壤真菌多样性及群落分布格局,探讨其理化因子对真菌群落结构的影响具有一定意义。【方法】本研究以东北黑土玉米田长期定位施肥试验(1984–2017)为基础,通过常规分析和Illumina Mi Seq高通量测序技术,分析长期施肥对黑土玉米田土壤养分含量和真菌群落结构变化的影响。【结果】长期施用氮肥明显降低土壤p H,却增加了玉米产量,秸秆与化肥配施可以增加土壤有机质和全氮的含量。稀释曲线结果表明长期施肥降低了土壤真菌序列的丰度和均匀度,并且在秸秆与化肥配施中序列数最低;在优势菌群中,共检测出5个已知真菌门,分别是子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门(Chytridiomycota),子囊菌门占总序列平均值的57.0%,并且在氮磷钾配施高量秸秆有机肥(NPK+S0.5)的土壤中,子囊菌门丰度高达70.35%。在土壤真菌属水平的物种丰度分析中,共检测出109个已知真菌属,Humicola、Fusarium、Verticillium、Mortierella这4个菌属为优势菌属;Chaetomium、Trichocladium、Podospora、Preussia 4个菌属在秸秆与化肥配施处理中丰度较高,并同属一个分支聚类。从多样性指数分析得出,秸秆与化肥配施可以增加物种丰度和群落多样性;从热图分析可知,施用氮肥和不施用氮肥处理间真菌群落组成存在明显差异。RDA分析中,土壤理化性质影响着土壤真菌群落结构,尤其是土壤的p H、全量氮磷钾(T-N、T-P、T-K)、有效磷钾(A-P、A-K)和铵态氮(NH4+-N)浓度是重要环境因素。【结论】因此,施用氮肥虽然增加了产量,但也造成土壤酸化,真菌数量增加,其丰富度和多样性明显降低。而秸秆与化肥配施可以维持土壤健康生态环境和真菌群落多样性。     

长期施肥条件下黑土有机碳、氮组分的分配与富集特征

研究不同管理措施下黑土有机碳、氮组分的变化特征是深刻认识和理解黑土固碳的基础.本文以黑龙江省农业科学院31年的长期定位试验为基础,采用物理分组法对土壤不同粒径颗粒进行分离,分析6种不同施肥处理31年后,黑土表层(0～20 cm)及亚表层(20～40 cm)土壤有机碳、氮在粗砂粒、细砂粒、粉粒及黏粒中的分配与富集特征.结果表明： 长期施用有机肥可显著提高土壤有机碳、全氮在粗砂粒和黏粒中的分配比例.在表层土壤,有机无机配施（NPKM）处理下粗砂粒有机碳和全氮的分配比例比对照分别提高191.3%和179.3%,单施有机肥（M）处理下黏粒组分的有机碳和全氮的分配比例分别提高45%和47%.亚表层土壤施用有机肥处理各粒级有机碳、氮含量的提高比例低于表层土壤.在表层和亚表层的粉粒组分中,贮存的有机碳占总储量的42%～63%和48%～54%,全氮占总储量的34%～59%和41%～47%.表层土壤施用有机肥可显著增加粗砂粒中有机碳、氮的富集系数,其中有机肥配施化肥（NPKM）处理富集系数最高（2.30和1.88）,而黏粒组分的有机碳、氮富集系数对长期施肥无响应.
     

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.     

小麦-不同施肥方式对黑土微生物数量和酶活性的影响

采用温室盆栽的方法,探讨了不同化肥和小麦根系活动对土壤微生物和土壤酶活性的影响。结果表明:不种小麦条件下,施氮磷钾处理显著增加了土壤真菌数量,增幅为47.0%;不同肥料均显著增加了土壤脲酶活性和土壤磷酸酶活性,增幅为17.2%～32.7%和21.2%～25.9%。种植小麦条件下,根系活动极显著促进了土壤微生物数量、土壤脲酶和土壤磷酸酶活性的增加,增幅分别为39.0%、302%和38.5%;根系活动与肥料耦合增加土壤微生物数量,增幅为3.3%～31.4%。小麦和肥料耦合显著增加土壤脲酶和磷酸酶活性,增幅为59.0%～168%和15.2%～26.7%。磷酸酶活性、细菌数量、真菌数量与小麦根生物量、地上生物量呈显著正相关。     

不同施肥模式对设施菜田土壤酶活性的影响

利用天津日光温室蔬菜不同施肥模式定位试验,研究了6种施肥模式对设施菜田土壤酶活性的影响.结果表明: 番茄生育期间不同施肥模式土壤α-葡萄苷酶、β-木糖苷酶、β-葡萄苷酶、β-纤维二糖苷酶、几丁质酶和磷酸酶的活性总体上均呈先增后降的趋势,土壤脲酶活性呈先增高后趋于平缓的趋势.与全部施用化肥氮相比,5种有机无机肥料配施模式土壤酶活性均有所提升,且随猪粪施用量的增加,尤其是配施秸秆条件下,土壤酶活性显著增加.番茄各生育期土壤酶活性与土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氮之间总体上呈显著或极显著正相关关系.同等养分投入量下,有机无机肥配施,特别是配施一定的秸秆可有效提高设施菜田土壤酶活性,维持较高的菜田土壤肥力,有利于设施蔬菜的可持续生产.