Effects of Long-term Fertilization on Soil M icrobial Com m unity Structure,Labile Organic Carbon and Nitrogen and Enzym e Activity in Paddy Field and Upland

To investigate the effects of long-term fertilization systems on soil microbial community structure,labile organic carbon and nitrogen and enzyme activity in yellow sand paddy field and upland,a field experiment was conducted at the experimental station of Dongyang Institute of Maize Research in Zhejiang Province,China in 2009.The experiment consisted of six treatments with three replicates,and they were arranged in a completely randomized design,including no fertilization in paddy field (PCK),conventional fertilization in paddy field (PCF),formulated fertilization by soil testing in paddy field (PSTF),formulated fertilization by soil testing with organic manure in paddy field (PSTF+OF),conventional fertilization on upland (DCF),and formulated fertilization by soil testing with organic manure on upland (DSTF+OF).Soil nutrients,enzyme activity,microbial biomass and community structure were determined in 2015.The results showed that compared with no fertilization in paddy field (PCK),fertilization increased soil phosphorus and potassium content,and decreased pH value.No fertilization in paddy field (PCK) had no significant effect on soil culturable microorganisms in paddy field and upland,but formulated fertilization by soil testing with organic manure on upland (DSTF+OF) significantly increased the number of fungi.Formula fertilization by soil testing with organic manure (PSTF+OF) also significantly increased soil microbial biomass carbon and nitrogen in paddy field and upland.Moreover,fertilization had no significant effect on soil cellulase activity,but formula fertilization by soil testing with organic manure (PSTF+OF) significantly increased soil dehydrogenase and catalase activity.Therefore,long-term application of chemical fertilizer with organic fertilizer can effectively improve soil fertility.

Effects of different levels of compost application on amounts and distribution of organic nitrogen forms in soil particle size fractions subjected mainly to double cropping

Effects of different levels of compost application on the amounts and percentage distribution of organic N forms in whole soils and particle size fractions were investigated. Soil samples were collected from three plots: (a) F, only chemical fertilizers;(b) F+LC, chemical fertilizers plus low level of compost;(c) F+HC, chemical fertilizers plus high level of compost. Each soil sample was divided into five fractions: coarse sand-sized aggregate (CSA), medium sand-sized aggregate (MSA), fine sand-sized aggregate (FSA), silt-sized aggregate (SIA) and clay-sized aggregate (CLA) fractions. The sand fractions were subdivided into decayed plants (DP) and mineral particles (MP). The amounts of total N and different organic N forms in the whole soils as well as size fractions generally increased with increasing the amount of compost. In the whole soils, percentage distribution of non-hydrolysable-N and amino sugar-N increased by compost application while the distribution values of the hydrolysable ammonium- N and unidentified-N decreased. The application did not affect the distribution degree of amino acid-N. In the size fractions, the distribution values of most organic N forms increased in the CSA-DP, MSA-DP and FSA-DP fractions by compost application. In the CLA fractions, the amounts and percentage distribution of organic N forms were the highest, although the application caused decreases in their distribution values. These findings indicate that the CLA fraction merit close attention as an important reservoir of various organic N.

等氮量有机替代对水稻田面水氮素动态变化特征研究

为了防控高原湖泊流域稻田氮素径流流失,保护受纳水体生态环境。在洱海流域水旱轮作种植模式下,设置不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、有机无机配施(NPKS)、有机肥全量替代(SS)4个等氮量有机替代处理,研究水稻田面水氮素浓度的动态变化特征,探讨有机肥替代化肥施用对田面水氮素流失的影响。试验结果表明:基肥施用后田面水NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、Org-N和TN浓度迅速升高,在3~7 d内达到峰值,施肥后7 d是防止田面水氮素大量流失的关键风险期。等氮量有机替代种植,田面水中NH_(4)^(+)-N/TN浓度占比为39.01%~54.01%,NO_(3)^(-)-N/TN浓度占比为11.33%~21.62%,Org-N/TN浓度占比为33.85%~41.94%。化肥氮施用增加田面水NH_(4)^(+)-N/TN浓度占比,有机肥施用增加田面水NO_(3)^(-)-N/TN和Org-N/TN浓度占比。等氮量有机替代对田面水氮素浓度的响应随施肥天数的增加而减弱,田面水NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(-)-N、Org-N、TN的浓度变化呈一元二次多项式下降,基肥施氮后35~40 d田面水氮素浓度趋于稳定低水平。在3种有机替代种植方式中,NPKS处理可降低田面水氮素浓度,降低稻田氮素流失风险。

轮作模式和氮肥处理对稻田土壤有机碳储量及其结构的影响

【目的】探讨不同水旱轮作模式与水稻季施氮水平在稻田土壤固碳(有机碳储量及其官能团特征)中的作用。【方法】依托中国水稻研究所水-旱轮作长期定位试验(2003年至今),研究4种轮作模式[水稻-冬闲(RF)、水稻-紫云英(RC)、水稻-小麦(RW)和水稻-稻草覆盖种植马铃薯(RP)]与2个水稻季氮肥处理[不施氮(N0,0kg/hm^(2))和正常施氮(N1,135kg/hm^(2))]对稻田土壤有机碳储量(0-50cm)和有机碳官能团特征(0-20cm)的影响。【结果】1)在土壤浅耕层(0-20 cm)内,轮作能够在一定程度上提高有机碳含量,表现为RP>RC>RW或RF;但对于全耕层(0-50、0-40和0-30cm)土壤有机碳储量而言,冬作(RP,RC和RW)与冬闲(RF)无显著差异,而施氮更有利于土壤固碳。2)水稻季不施氮处理下:相较于RF,冬作模式显著增加包括烷基碳和芳香碳在内的难降解组分,而抑制以烷氧碳为主的易降解组分,明显提高了土壤腐殖化指数、芳香性和疏水性,助力浅层土壤(0-20 cm)总有机碳储备的增加。其中,腐殖化指数和疏水性与还田秸秆C/N比值关系密切,这在浅层土壤固碳上具有重要意义。【结论】相较于轮作,适度施氮对全层土壤有机碳储备更有意义;而周年水旱轮作中全量秸秆还田对土壤有机质积累的效应仅停留在浅耕层,对全土层土壤有机碳储备的作用则被高估。秸秆碳在稻田的去向还有待进一步探索。

坡耕地红壤剖面磷的储存容量及其流失风险研究

基于土壤磷储存容量的变化差异,准确评估与判断坡耕旱地与稻田红壤磷的剖面流失风险。以江西鹰潭孙家典型红壤小流域内位于坡上(T)、坡中(M)及坡下(B)的花生旱地(PU)及稻田(PF)各发生层土壤为对象,分析了各发生层土壤全磷(TP)、有效磷(Olsen-P)、磷饱和率(PSR)、磷吸持指数(phosphorussorptionindex,PSI)及磷储存容量(Soil phosphorus storage capacity,SPSC)随剖面的变化特征及差异,估测了坡耕地红壤磷的剖面流失风险,探讨了土壤pH、Eh及容重(BD)等因子对坡耕地红壤发生层SPSC的影响差异。结果表明,不同坡位花生旱地与稻田红壤表层TP、Olsen-P含量均显著高于底层土壤,且稻田红壤TP与Olsen-P的剖面变异显著高于花生旱地剖面。与耕作层(Ap1)相比,花生旱地底层土壤PSI显著增加了33.1%~146%,且随剖面深度增加而缓慢降低;而稻田红壤PSI则随着剖面深度增加而增大。花生旱地与稻田红壤(PF-M除外)PSR均随着剖面深度的增加而逐渐降低,SPSC变化范围分别为–89.2~298.3 mg·kg^(-1)与^(-1)38.1~101.1mg·kg^(-1)。PU-T与PU-M剖面SPSC均为正值,且随剖面深度增加呈降低趋势;而PU-B(耕作亚层Ap2除外)剖面的SPSC均为负值。PF-T(氧化还原层Br2除外)、PF-M(Ap1除外)及PF-B剖面各发生层的SPSC均为负值,且随剖面深度增加变化显著。基于SPSC理论对坡耕红壤剖面土壤磷储量及其环境流失风险的评估,花生旱地土壤磷沿剖面及坡位的迁移与运移迹象明显,当土壤Olsen-P>27.6mg·kg^(-1)时,花生旱地剖面土壤磷的流失风险将急剧增加,应及时采取管控措施。稻田红壤剖面各发生层均存在不同程度的磷流失风险,需立即停止施磷并及时采取有效措施。

水田改旱地和菜地后红壤酸度和养分变化特征

【目的】以红壤区典型县域祁阳为例,分析不同母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤酸度和养分含量变化特征,为该区合理利用土地防治酸化提供科学依据。【方法】选取18个点位,采集水田及相邻的旱地和菜地,分析土壤pH、交换性酸、交换性盐基离子、有机质、阳离子交换量和养分含量的变化及其相互关系。【结果】碱性母质发育的土壤pH均显著高于酸性母质发育的土壤。酸性母质发育的水田改为菜地后土壤pH降低了0.48个单位;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤pH分别降低了0.74和0.53个单位。双直线模型拟合分析表明,当水田、旱地和菜地的土壤pH分别低于5.88、5.78和5.63时,土壤交换性铝含量快速升高,且降低一个pH单位土壤交换性铝含量分别增加1.09、2.33和2.93 cmol(+)·kg^(-1)。酸性母质发育的水田改为旱地土壤有机质和全氮含量分别降低了11.06和0.42 g·kg^(-1),而菜地无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有机质和全氮含量均显著下降,降幅分别为13.88—17.28和0.57—0.71 g·kg^(-1)。碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效氮含量分别降低了47.66和42.34 mg·kg^(-1)。两种母质发育的水田改为菜地后土壤全磷、有效磷含量均显著增加,增幅分别为0.41—0.48 g·kg^(-1)和26.79—28.69 mg·kg^(-1)。两种母质发育的水田改为旱地和菜地土壤全钾含量无显著变化;碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤有效钾含量显著升高,分别升高了36.69和65.76 mg·kg^(-1)。相关分析表明,土壤pH与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著正相关(P<0.01);土壤交换性酸和铝与有效磷含量显著正相关(P<0.05),与土壤交换性钙和镁、阳离子交换量、有机质含量和全氮含量呈显著负相关(P<0.01)。【结论】酸性母质和碱性母质发育的水田改为旱地后土壤有机质、全氮含量均显著降低,而土壤全磷、有效磷含量呈增加趋势;酸性母质发育的水田只有改为菜地后土壤才酸化,而碱性母质发育的水田改为旱地和菜地后土壤均酸化;水田改为旱地和菜地后土壤硝化作用增强和盐基离子淋失增加可能是其酸化的主要原因之一。

湘南丘陵区水田改旱地后土壤磷的有效性及淋失风险

【目的】研究不同母质发育的水稻土改旱地后土壤有效磷变化特征及主要影响因素,为红壤区磷素高效利用提供依据。【方法】采集3种母质(石灰岩、第四纪红色黏土和砂页岩)发育的水稻土及相邻的水田改旱地土壤样品,分析了土壤全磷、有效磷、水溶性磷和无机磷组分(Al-P、Fe-P、Ca-P和O-P)的变化特征,通过主成分分析(PCA)和随机森林分析,探究水田改旱地后土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结果】水田改为旱地后,石灰岩、砂页岩发育的土壤有效磷含量分别增加了20.48和17.60 mg/kg (P<0.05),但水溶性磷含量均低于磷素环境阈值;土壤磷活化系数分别提高了2.67和2.22个百分点;Al-P含量分别增加了46.07和51.28mg/kg;石灰岩发育的土壤Fe-P含量增加了62.11 mg/kg。相关分析表明,水田改旱地后,Fe-P、Al-P与磷活化系数呈显著或极显著正相关,PCA和随机森林分析结果表明Fe-P、Al-P是土壤磷素有效性变化的主要驱动因子。【结论】湘南红壤丘陵区水田改为旱地后,第四纪红色黏土发育的红壤磷素有效性未发生显著变化,石灰岩和砂页岩发育的土壤磷素有效性由于铁磷和铝磷在全磷中比例的增加而显著提升。3种母质发育的水田改旱地后,其水溶性磷含量均低于环境磷阈值,引发磷淋失的风险较低。

Impacts of Pig Manure-Based Liquid Fertilizer Agricultural Application on the Water Quality of Agricultural Catchment

This study was conducted to understand the effect of the livestock liquid fertilizer treatment at field-scale up to catchment-scale on the water quality properties. Cultivated paddy rice and upland plots located in Gyeonggi province, Korea were treated with two different liquid fertilizers, SP (Liquid fertilizer with storage process) and SCB (Liquid fertilizer with slurry composting and bio-filtration process). Plots with no fertilizer (control A) and chemical fertilizer (control B) were also prepared for comparison. Water quantity and quality were monitored at the catchment outlet for assessing the effect on water quality of stream water. As a result, the losses of N and P and the values of EC (Electronic Conductivity) in the surface drainage water from paddy rice plots treated with SP and SCB were higher than those from the control plots (A and B). In addition, the losses of N and P by the runoff water from upland plots with SP and SCB treatment were higher than those from control plots (A and B). The nutrient outflow from paddy rice fields and uplands with application of liquid pig manure was higher than those from the control plots (A and B). Particularly, the outflow from uplands may directly affect the water quality in neighboring streams. This caused the major eutrophication problem in stream water. In conclusion, it is necessary to establish the proper management practices to prevent the nutrient losses from agricultural fields and the pollutants against water environments.

Quantitative and qualitative changes of humus in whole soils and their particle size fractions as influenced by different levels of compost application

Effect of long-term application (ca. 30 years) of compost at different levels on humus composi-tion of whole soils and their particle size frac-tions in a field subjected mainly to double cropping (barley and paddy rice) was investi-gated. Soil samples were collected from three plots of different types of management: (a) F plot, only chemical fertilizers containing N, P and K were applied;(b) F+LC plot, both chemi-cal fertilizers and a low level of compost were applied;(c) F+HC plot, both chemical fertilizers and a high level of compost were applied (the amount of compost applied in the F+HC plot was three times larger than that applied in the F+LC plot). Each soil sample was divided into coarse sand- (CSA), medium sand-(MSA) and fine sand-(FSA) sized aggregate, silt-sized ag-gregate (SIA) and clay-sized aggregate (CLA) fractions by wet-sieving and sedimentation. In addition, the CSA and MSA fractions were sub-divided into “mineral particles” (MP) and “de-cayed plants” (DP) by a density fractionation. Humus composition was influenced depending upon the level of compost applied. The applica-tion induced an increase in the amounts of total humus (TH), humic acid (HA) and fulvic acid (FA) in the whole soil and many size fractions, par-ticularly, SIA fraction. The increase was re-markable in the F+HC plot. In the CSA and MSA fractions, the amounts of TH, HA and FA were much larger in the CSA- and MSA-DP fractions than in the CSA- and MSA-MP fractions. The amounts of TH, HA and FA in the SIA fraction were larger than those in the CLA fraction for the F+HC and F+LC plots, and the reverse was true for the F plot. On the other hand, the de-grees of humification of humic acids in whole soils and many size fractions, particularly SIA fraction, decreased by compost application. The decrease was markedly in the F+HC plot. These findings suggest that the SIA fraction play an important role in the quantitative and qualitative changes of humus, including HA and FA, as in-fluenced by a long-term compost application.

长期不同施肥水田和旱地铁氧化物对红壤团聚体有机碳固持特性的影响

红壤中铁氧化物是影响有机碳固持的主要因素之一。探究红壤旱地和水田土壤有机碳与不同形态铁氧化物的关系,有助于理解土壤有机碳的稳定机制,为农田合理管理提供科学依据。本文依托我国南方红壤旱地和水田长期施肥定位试验(均超35年),分别采集长期不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾配施(NPK)和NPK与有机肥配施(NPKM)等4种施肥处理的土壤样品,采用沙维诺夫干筛法获得土壤大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(<0.25 mm),测定土壤团聚体有机碳含量及络合态、游离态和无定形等形态铁氧化物的含量。水田土壤大、小和微团聚体的平均有机碳含量分别为8.21 g∙kg^(-1)、7.65g∙kg^(-1)和2.08 g∙kg^(-1),而旱地分别为2.93 g∙kg^(-1)、6.68-1 g∙kg和1.33 g·kg^(-1);水田土壤大、小和微团聚体中的平均可溶性有机碳含量分别为70.72 mg∙kg^(-1)、79.83 mg∙kg和30.29 mg·kg^(-1),而旱地分别为7.27 mg∙kg^(-1)、21.49-1 mg∙kg和5.88 mg·kg^(-1)。无论是旱地还是水田,土壤小团聚体和微团聚体无定形铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系,土壤各粒级团聚体无定形铁氧化物含量与可溶性有机碳含量均呈显著正相关关系。水田土壤各粒级游离态铁氧化物含量与土壤有机碳含量均呈显著正相关关系,尤以微团聚体贡献率较高。水田条件下,土壤微团聚体中的游离态铁氧化物含量与可溶性有机碳含量呈显著正相关关系。随着土壤团聚体粒级的增加,铁氧化物含量表现为先增加后降低的趋势。无定形铁氧化物对旱地和水田土壤有机碳均具有固持作用,游离态铁氧化物仅对水田土壤有机碳具有固持作用。

长江中游典型稻田种植模式的经济效益及土壤固氮能力比较

为研究比较长江中游地区稻田不同种植模式的经济效益和土壤氮素固持能力,设置紫云英-早稻-晚稻(CRR,CK)、紫云英-早稻-甘薯||晚大豆(CRI)、油菜-早稻-晚稻(RRR)、油菜-早稻-甘薯||晚大豆(RRI)、马铃薯-早稻-晚稻(PRR)5种稻田典型种植模式进行田间定位试验。结果表明,与CK相比,两年内,RRI、PRR、RRR、CRI模式均能增加作物产量,增幅为16.40%—32.85%和21.04%—49.60%(P<0.05),且均是RRI、PRR模式的作物产量较高。RRI和PRR模式的经济效益较好,分别显著高出对照30.27%、44.15%和65.13%、51.38%(P<0.05)。CRI、RRI模式显著提高了土壤微生物量氮的含量,增幅为53.57%—58.85%(P<0.05),降低了微生物量C/N。此外,与CK相比,CRI、RRI模式显著降低了土壤硝态氮的残留,降幅为48.35%—69.23%(P<0.05)。综上所述,RRI模式和马铃薯模式(PRR)能提高作物产量,增加氮素有效输出,提高经济效益,CRI、RRI模式更能增强土壤微生物氮素固持能力,降低土壤氮素流失风险。可见油菜-早稻-甘薯||晚大豆和马铃薯-早稻-晚稻模式的增产、增收、固氮等综合效果较好,可以在长江中游地区推广应用。

水旱轮作对冷浸田土壤碳、氮、磷养分活化的影响

有机碳活性低、微生物生物量氮含量低和磷素养分缺乏等是冷浸田土壤重要的养分障碍因子。通过连续3a的定位试验,研究油菜—水稻、玉米—水稻、紫云英—水稻和蚕豆—水稻等4种水旱轮作方式对冷浸田土壤碳、氮、磷养分活化及稻谷产量的影响。结果表明：与冬闲—水稻相比,实行水旱轮作,土壤微生物生物量碳含量提高60.54%～195.57%,微生物商增加0.24～0.81个百分点;土壤微生物生物量氮含量提高107.51%～162.90%,微生物生物量氮/总氮比增加0.71～0.91个百分点;土壤全磷、有效磷及微生物生物量磷增幅分别为14.29%～40.00%,31.42%～105.61%和63.76%～83.22%;稻谷产量提高23.64%～55.49%,不同轮作模式以玉米—水稻产量最高。土壤全磷、有效磷、微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量磷等与稻谷产量、有效穗均呈显著或极显著正相关关系。说明潜育化程度较轻的冷浸田通过水旱轮作,土壤有机碳、氮、磷养分得到活化,其中影响冷浸田稻谷产量的养分限制因子顺序为有效磷〉微生物生物量氮〉微生物生物量磷〉微生物生物量碳〉全磷。

稻田长期水旱轮作对土壤肥力的影响研究

经过10a的稻田水旱轮作(小麦或油菜—中稻)和1a只种1季中稻(中稻—中稻即水水连作)定位试验研究,结果表明:稻田长期水旱轮作0～10cm土层的土壤容重比1季中稻处理高23.4%,土壤收缩量小38.2%,水旱轮作有利于土壤水稳团聚体的形成,<0.01mm土粒团聚度增大,水旱轮作消除了因长期淹水对土壤结构的不良影响;随着种植年限增加,不论哪一种耕作方式均可使土壤有机质、全N、全P含量增加,土壤速效N,P,K养分差异不大;长期水旱轮作稻田土壤呼吸强度和酶活性比1季中稻处理高,试验结果还表明长期水旱轮作稻田土壤pH有降低的趋势。

水旱轮作稻田旱作季种植不同作物对CH_4和N_2O排放的影响

甲烷(CH4)和氧化亚氮(N2O)是仅次于二氧化碳(CO2)的重要温室气体,农田是大气CH4和N2O的重要来源,但目前农业措施对CH4和N2O排放的影响尚不明确。以水旱轮作稻田旱作季休闲为对照,采用静态箱-气相色谱法研究了种植紫云英、黑麦草、冬小麦以及油菜等4种作物对稻田旱作季CH4和N2O排放及其温室效应的影响。结果表明:水旱轮作稻田旱作季CH4排放通量较低,而N2O排放较为明显。稻田旱作季CH4平均排放通量表现为油菜>黑麦草>冬小麦>紫云英>休闲,依次为8.96、7.19、6.94、6.52和6.02μg·m-2·h-1,季节N2O平均排放通量的顺序是油菜(61.1μg·m-2·h-1)>冬小麦(52.5μg·m-2·h-1)>黑麦草(34.0μg·m-2·h-1)>休闲(15.3μg·m-2·h-1)>紫云英(13.6μg·m-2·h-1)。稻田旱作季种植不同作物对CH4和N2O季节总排放量的影响达到极显著水平(P<0.01),CH4和N2O季节总排放量均以种植油菜为最大,分别达到43.2和294.7 mg·m-2,比对照休闲增加49%和299%。种植油菜、冬小麦和黑麦草较对照休闲显著增加稻田旱作季总增温潜势(P<0.05),紫云英和休闲处理间总增温潜势无显著差异(P>0.05)。研究表明,种植油菜、冬小麦和黑麦草等作物由于氮肥的施用增加了水旱轮作稻田旱作季温室效应。

太湖地区不同水旱轮作方式下稻季甲烷和氧化亚氮排放研究

为准确编制我国稻田温室气体排放清单及制定合理减排措施提供基础数据,选择太湖地区典型水稻种植区江苏省苏州市,研究设计了休闲水稻（对照,CK）、紫云英水稻（T1）、黑麦草水稻（T2）、小麦水稻（T3）和油菜水稻（T4）5种水旱轮作方式,采用静态箱气相色谱法,开展了不同水旱轮作方式下水稻生长季田间甲烷（CH4）和氧化亚氮（N2O）排放监测试验。试验结果表明：不同水旱轮作方式下水稻生长季CH4排放通量呈先升高后降低的变化趋势,CH4排放峰值出现在水稻生育前期,移栽至有效分蘖临界叶龄期CH4累积排放量占全生育期排放总量的比例为65%~81%,而N2O仅在水稻烤田期间有明显排放。水旱轮作方式对稻季CH4和N2O排放有极显著（P 0.01）影响,CH4季节总排放量表现为T1（283.2 kg.hm 2）CK（139.5 kg.hm 2）T3（123.4kg.hm 2）T4（114.7 kg.hm 2）T2（100.8 kg.hm 2）,N2O季节总排放量顺序为T1 T4 T3 T2 CK,依次为1.06kg.hm 2、0.87 kg.hm 2、0.81 kg.hm 2、0.72 kg.hm 2和0.53 kg.hm 2。T1处理稻季排放CH4和N2O产生的增温潜势最高[7 396 kg（CO2）.hm 2],显著（P 0.05）高于其他处理,比CK[3 646 kg（CO2）.hm 2]增加103%,T2[2 735kg（CO2）.hm 2]较CK减少25%（P 0.05）。紫云英水稻轮作方式增加了太湖地区水稻生长季的温室效应。

1988―2019年中国农田表土有机碳库密度变化及其主要影响因素

【目的】研究中国农田土壤有机碳(SOC)密度时空变化特征及其主要驱动因素,为土壤肥力提升、固碳减排和粮食安全提供理论依据。【方法】基于1988至2019年农业农村部全国农田监测数据(1298个点位),分析水田、旱地和水旱轮作下SOC密度时空变化特征,利用方程拟合和提升回归树模型探究气候、施肥和土壤属性对SOC密度变化的影响。【结果】1988―2019年全国农田表层(0―20 cm)SOC密度平均为35.13 t/hm^(2),不同土地利用方式下表现为水田>水旱轮作>旱地,水田和水旱轮作较旱地分别高53.2%和24.9%。SOC密度随监测时间的延长呈先降低后增加的趋势,其中水田、旱地和水旱轮作分别在2000、1998和2004年之前呈下降趋势,之后呈上升趋势。不同利用方式水田SOC密度随监测时间的变化趋势在东北地区逐渐增加,华南地区逐渐降低,西南和长江中游地区则先降低后增加,转折点分别在1995和2002年;旱地SOC密度的变化趋势在西北、华北和华南地区逐渐增加,东北、长江中游和长江下游地区先降低后增加,转折点分别在2008、2004和2004年;水旱轮作下SOC密度的变化趋势在长江中游、下游地区先降低后增加,转折点分别在2001和2013年,在西南地区呈先上升后微弱下降趋势,转折点在2012年。提升回归树结果显示,水田SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在西南、东北和华南区是年均温,在长江中游和下游分别是钾肥用量和土壤速效钾含量;旱地SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量在东北为年均温,华北和华南为年均降雨,长江中游、下游区为氮肥,西北为有效磷;水旱轮作SOC密度后期上升阶段最重要的解释变量,在西南、长江中、下游地区分别为年均降雨、有效磷、氮肥。【结论】1988―2019年全国农田表层SOC密度除华南水田外,整体上呈先降低后增加,水田、旱地和水旱轮作土壤的转折点分别在2000、1998和2004年,旱地SOC密度的提升快于水田和水旱轮作。影响表土SOC密度提升的主要因素,东北和西南地区水田和旱地为年均温,长江中、下游地区水田为钾肥投入和土壤速效钾含量,旱地为氮肥投入;华南地区水田为年均温,旱地为年降雨量;华北和西北地区旱地为年均降雨和土壤有效磷含量;西南和长江中游水旱轮作区为土壤有效磷含量,而长江下游为土壤速效钾含量。

东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土区旱田改稻田后土壤有机碳、全氮含量及其密度和^(13)C、^(15)N自然丰度值的动态变化,探讨旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的固定能力及其稳定性,揭示旱田改稻田后土壤有机碳(氮)的演变规律,为东北黑土的合理利用和培肥提供理论依据。【方法】结合野外实地调查,选择典型黑土区旱田土壤(种植大豆年限大于60年)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,旱田改稻田前种植历史基本相同,均为大豆),利用稳定同位素分析技术,研究旱田改稻田后土壤有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】旱田改稻田25年间,在0—60 cm土层,土壤有机碳和全氮含量的变化趋势均表现为:在改种的前3年迅速下降,降幅分别为13.60%—43.27%和10.40%—40.60%,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐增加的趋势,且在20—60 cm土层出现累积,但在3—5年期间增加幅度较大,在5—25年期间增加较为缓慢,在改种17—25年期间,稻田土壤有机碳和全氮含量均高于旱田土壤;0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度的变化趋势与其含量的变化趋势大致相同,在改种的3年间0—60 cm土层土壤有机碳和全氮密度分别降低了26.53%和21.89%,在改种5—25年间0—60 cm土层稻田土壤有机碳和全氮密度均大于旱田土壤,增幅分别为9.87%—21.48%和10.2%—19.3%;旱田改稻田后,土壤全氮与有机碳的变化密切相关,土壤全氮与有机碳的含量、密度之间均呈显著线性正相关关系(P<0.01)。在0—60 cm土层,土壤δ^(13)C值在改种的3年间明显上升,在3—25年间随改种年限延长呈逐渐下降趋势,且大于5年的稻田土壤δ^(13)C值均低于旱田土壤,而土壤δ^(15)N值在改种的25年间随改种年限延长呈逐年下降趋势,各年限稻田土壤δ^(15)N值均低于旱田土壤,相同年限土壤的δ^(13)C值和δ^(15)N值均随着土层加深而增大;0—40 cm土层土壤δ^(13)C值与土壤有机碳含量之间呈显著线性负相关关系(P<0.01),但各土层土壤δ^(15)N值与土壤全氮含量之间则无显著相关性。【结论】东北黑土区旱田改稻田大于5年后,稻田土壤具有明显的固碳(氮)能力,稳定性碳(氮)在20—60 cm土层累积;改种稻田年限小于5年,应注重有机碳(氮)的补充,以维持和提高土壤有机碳(氮)水平。

中国农田氮淋失相关因素分析及总氮淋失量估算

通过对我国近10年382组农田N素淋失数据进行统计分析,发现水田的NO3--N淋失量与土壤体积质量、有机质、全N(TN)、黏粒含量百分比显著负相关,与施N量、灌水量显著正相关;旱地中NO3--N淋失量与全P(TP)、粉粒含量百分比、土层深度显著负相关,与土壤中TN含量、砂粒百分比含量、施N量、降雨量、灌溉水量显著正相关。水田中总N表观淋失率平均值为2.19%,95%的置信区间为1.56%～2.82%;旱地中总N表观淋失率平均值为4.35%,95%的置信区间2.88%～5.82%。根据2008年中国统计年鉴计算出2007年我国总N淋失量达到0.644 Tg,约占我国总施N量的2.80%。

喀斯特地区不同土地利用方式对土壤有机碳、全氮以及微生物生物量碳和氮的影响

以广西环江大才为代表,选择亚热带典型喀斯特峰林谷地样区,通过对样区土壤进行密集采样和测定分析,研究了土地利用方式对土壤有机碳(OC)和全氮(TN)含量及土壤微生物生物量碳(BC)和氮(BN)含量的影响.结果表明,3种土地利用方式下,土壤有机碳含量在稻田和林地中基本相同,而旱地显著低于稻田和林地.土壤全氮含量为稻田显著高于林地,而林地显著高于旱地.土壤微生物生物量碳含量为稻田显著高于林地,林地显著高于旱地.土壤微生物生物量氮含量在稻田和林地中基本相同,而旱地显著低于稻田和林地.旱地土壤pH值显著低于稻田和林地土壤.3种土地利用方式下,土壤微生物生物量碳与土壤有机碳、土壤微生物生物量氮与全氮含量之间均呈显著的正相关关系.土壤微生物生物量碳和氮含量可以作为评价喀斯特地区土壤质量和肥力的指标之一,对土地利用方式响应较为敏感.

连续水旱轮作对水稻冷浸田土壤细菌群落结构的影响

利用高通量测序技术,采用单季稻-冬闲(CK)、油菜-水稻(R-R)、春玉米-水稻(C-R)、紫云英-水稻(M-R)和蚕豆-水稻(B-R)五个处理探究水旱轮作模式对水稻冷浸田土壤细菌群落结构的影响,同时分析了土壤理化因子与细菌群落结构的关系。结果表明:水旱轮作能够显著增加水稻产量18%~44%。与CK相比,绝大多数水旱轮作降低了土壤细菌的丰富度,而细菌多样性与CK处理无显著差异。变形菌门和酸杆菌门为土壤中的优势细菌类群,其中变形菌门的丰度最高。与CK相比,轮作后酸杆菌、放线菌、硝化螺旋菌、慢生根瘤菌和亚硝化螺菌等参与碳氮循环的菌群丰度明显增加。聚类分析表明CK和M-R轮作土壤细菌群落单独聚为一类,而B-R、C-R和R-R轮作土壤聚为另一类。冗余分析表明土壤全磷、有效磷和p H是影响水旱轮作土壤细菌群落结构的主要因子。