长期有机无机氮肥配施对玉米-豇豆复种土壤团聚体碳含量和官能团分子结构的影响

通过设置无机氮肥(IF)、有机氮肥(OM)、有机无机氮肥配施(IF+OM)等3个不同氮肥处理,探究长期(9年)施用不同氮肥对玉米-豇豆复种系统中土壤有机碳组分含量及官能团的影响,揭示土壤有机碳的积累规律。采用物理分组方法测定轻组颗粒有机碳(fPOC)、微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)、微团聚体内粉黏粒有机碳(iSOC)和非闭蓄态粉黏粒有机碳(fSOC),并利用核磁共振波谱分析法测定土壤有机碳官能团结构。结果表明,与IF处理相比,OM和IF+OM处理显著提高土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),且IF+OM处理下该作用更明显。相比IF处理,IF+OM处理明显提高了土壤有机碳、fPOC和iPOC的含量,但对iSOC和fSOC的含量无明显影响。与IF处理相比,IF+OM处理明显增加了烷基碳含量,但减少了芳香碳含量。路径分析表明,烷基碳/烷氧碳、疏水性、fPOC和iPOC碳含量与有机碳含量之间存在密切联系。总之,长期IF+OM有利于产量提高,增加fPOC和iPOC碳含量,优化团聚体的结构,增强土壤稳定性,提高土壤碳固定,增加有机碳储量。

有机无机氮肥配施对典型菜地土壤微生物和酶活性的影响

为了比较不同种类有机无机氮(N)肥配施后典型菜地土壤微生物和酶活性的差异,揭示施用有机物料后微生物在调节土壤肥力中的作用,以猪粪、沼渣沼液和猪粪堆肥为供试材料,采用田间小区试验,设置不施肥(CK)、不施N肥(PK)、纯施化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪N+80%化肥N,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液N+80%化肥N,NPKM2)和有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥N+80%化肥N,NPKM3)等6种施肥模式,连续3年(2011-2013年)研究不同有机无机N肥配施对典型菜地土壤微生物和酶活性的影响。结果表明:小白菜季和莴苣季生育期间土壤细菌数量呈上升趋势,土壤真菌、放线菌数量呈先升后降趋势,且栽培后季较前季高。与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理土壤细菌数量提高2.27%~26.16%(小白菜季),15.06%~40.82%(莴苣季);真菌数量提高33.62%~47.10%(小白菜季),39.64%~52.27%(莴苣季);放线菌数量提高6.59%~38.21%(小白菜季),20.97%~29.66%(莴苣季)。有机无机N肥配施可以促进菜地土壤微生物大量繁殖。与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理提高土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶、纤维素酶的活性。有机无机N肥配施可以促进菜地土壤酶活性的提高。各处理蔬菜产量分别为6.73~22.50 t/hm2(小白菜),21.54~47.79 t/hm2(莴苣),大小均表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK。相关分析表明,小白菜和莴苣产量与土壤微生物数量和酶活性之间均存在密切关系。总之,有机无机N肥配施可以有效提高土壤中微生物数量和酶活性,维持菜地较高的土壤肥力,有利于蔬菜种植的可持续和高效生产,以猪粪堆肥配施效果最佳。

有机无机氮肥配施对莴苣土壤N2O排放的影响

采用静态箱–气相色谱法研究不同种类有机无机氮肥配合施用对盆栽莴苣土壤N2O排放规律及排放量的影响。试验设置不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施纯化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪氮+80%化肥氮,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液氮+80%化肥氮,NPKm^2)和有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥氮+80%化肥氮,NPKM3)共6个处理。结果表明:莴苣生育期各处理施肥后土壤N2O排放出现多个峰值,出峰时间和大小不一;累积排放量随着生育期的进程逐渐增加,处理间差异更为明显。莴苣生育期各处理土壤N2O平均排放通量及累积排放量范围分别为0.10~0.25 mg/(m^2·h)和1.37~3.42 kg/hm^2,大小均表现为NPK>NPKm^2>PK>NPKM1>NPKM3>CK。土壤N2O排放系数范围为0.13%~0.68%,大小表现为NPK>NPKm^2>NPKM1>NPKM3。与NPK处理相比,NPKM1、NPKm^2和NPKM3处理莴苣土壤N2O累积排放量均分别降低48.08%、25.75%和48.30%,产量分别增加48.66%、22.13%和53.76%。总之,施用纯化肥会促进菜地土壤N2O的排放,而不同种类有机无机氮肥配施能有效减少N2O排放且提高作物产量,以猪粪类配施效果最佳。因此,有机无机配施是菜地N2O减排、降低蔬菜种植中氮素损失的重要途径。

有机无机氮肥配施对菜地土壤二氧化碳和甲烷排放的影响

采用静态箱—气相色谱法研究不同种类有机无机肥料配合施用对盆栽莴苣土壤二氧化碳(CO2)和甲烷(CH4)排放规律及排放量的影响。以等氮(N)用量为基准,磷(P)、钾(K)用量相应折算,分别以猪粪、沼渣沼液、猪粪堆肥与化肥进行配施,且各处理N、P、K总施用量一致。共设置6个处理:不施肥(CK);不施氮肥(PK);施纯化肥(NPK);有机无机肥配施1(20%猪粪N+80%化肥N,NPKM1);有机无机肥配施2(20%沼渣沼液N+80%化肥N,NPKM2);有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥N+80%化肥N,NPKM3)。结果表明:莴苣全生育期内土壤CH4排放各处理呈现“源”、“汇”交替现象,各时间测点排放通量在每次施肥后均呈现升降波动趋势,直至总体趋于平稳;各阶段排放累积量随着生育期的变化,处理间差异逐渐明显。莴苣盆栽土壤CH4累积排放量为-5.90^-0.42 kg·hm^-2,大小表现为CK=PK>NPK>NPKM3>NPKM1>NPKM2。莴苣全生育期内土壤CO2的各时间测点排放通量总体呈现上升趋势,受施肥影响略有波动;各阶段排放累积量随着生育期的增加,处理间差异更加明显。莴苣盆栽土壤CO2累积排放量为1 506.37~2 260.58 kg·hm^-2,大小表现为NPKM3>NPKM1>NPK>NPKM2>PK>CK。莴苣盆栽全球增温潜势为1.50~2.23 t CO2eq·hm^-2,大小表现为NPKM3>NPKM1>NPK>NPKM2>PK>CK。总体而言,不同有机无机肥料配施表现为菜地土壤的CH4汇,以沼渣沼液配施效果最佳,而猪粪类有机肥配施会导致菜地全球增温潜势升高,应合理搭配进行施用。

可降解地膜覆盖和有机无机氮肥配施对胡麻干物质和产量的影响

通过田间定位试验,研究了不覆膜、普通地膜和0.008、0.010、0.012 mm厚度的可降解地膜以及不施氮、单施化学氮肥(120 kg·hm^-2)、化学氮肥与有机氮肥配施(120 kg·hm^-2,2/3化学氮肥,1/3有机氮肥)对胡麻干物质积累、籽粒灌浆以及经济产量的影响。结果表明,可降解地膜和普通地膜覆盖胡麻生育期的差异较小(≤2 d),0.012 mm可降解地膜对生育进程的影响最接近普通地膜。普通地膜对干物质积累的促进作用较可降解膜提高了12.88%~160.22%;0.012 mm可降解地膜对胡麻生长的促进作用更接近于普通地膜,其干物质量较普通膜的降幅(11.41%~27.92%)低于其余2种降解膜(16.55%~61.57%);0.012 mm的可降解膜与普通地膜灌浆速率无显著差异。有机无机氮肥配施较单施化肥对胡麻生长的促进作用显著,营养生长阶段中后期的干物质积累量增加了11.69%~16.44%,但对灌浆速率的提升作用较单施化肥小。3种可降解地膜具有与普通地膜同等的增产作用,覆膜后平均增产19.18%;施氮提高了籽粒产量,有机无机氮肥配施和单施化肥间无显著差异。覆膜和施肥仅对干物质积累具有显著的交互作用。试区胡麻生产上可用0.012 mm的可降解地膜代替普通地膜。

有机无机氮肥配施对蔬菜产量、品质及经济效益的影响

以猪粪、沼渣沼液和猪粪堆肥为供试材料,采用田间小区试验,设置不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、纯施化肥(NPK)、有机无机肥配施1(20%猪粪N+80%化肥N,NPKM1)、有机无机肥配施2(20%沼渣沼液N+80%化肥N,NPKM2)和有机无机肥配施3(20%猪粪堆肥N+80%化肥N,NPKM3)等6种施肥模式,研究连续3年(2011—2013年)不同有机无机氮肥配施对小白菜和莴苣的产量、品质及经济效益的影响。结果表明:有机无机氮肥配施对蔬菜生长表现出显著增产效益;小白菜和莴苣产量大小均表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK;NPKM1、NPKM2、NPKM3处理与NPK处理相比分别增产19.84%、8.31%、27.38%(小白菜),48.66%、22.13%、53.76%(莴苣);小白菜和莴苣经济效益大小均表现为NPKM3>NPKM1>NPKM2>NPK>PK>CK;与NPK处理相比,NPKM1、NPKM2、NPKM3处理经济效益分别增加21.83%、9.52%、23.15%(小白菜),50.46%、23.10%、53.50%(莴苣);有机无机氮肥配施处理增加了小白菜和莴苣茎叶中维生素C、可溶性糖含量,降低了硝酸盐、粗纤维含量,从而提高蔬菜的营养品质和口感,以NPKM3处理表现最好;猪粪堆肥配施处理较猪粪配施、沼渣沼液配施处理有利于小白菜和莴苣的高产、优质栽培,且提升经济效益。

不同灌水模式和施氮处理下稻田N_2O排放通量及其与硝化-反硝化细菌数量的关系

为获得减少稻田N_2O排放的合适灌溉模式和施氮管理,通过大田试验,研究了不同灌溉方式和施氮处理对生育期内稻田N_2O排放通量和不同时期土壤无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的影响,并分析了采样当天稻田N_2O排放通量与无机氮含量和硝化-反硝化细菌数量的关系。试验设3种灌溉方式,即常规灌溉(CI)、"薄浅湿晒"灌溉(TI)和干湿交替灌溉(DI),以及2种施氮处理,即全部施用尿素(RN1)和50%尿素+50%猪粪(RN_2),2种施氮处理氮用量相同。相同施氮处理下,TI模式可以降低稻田N_2O排放;DI和TI模式土壤无机氮含量、硝化细菌数量和亚硝化细菌数量较CI方式高,而CI和TI模式土壤反硝化细菌数量较DI模式高。相同灌水模式下,RN1处理可显著降低稻田N_2O排放,且RN1处理土壤无机氮含量、硝化细菌数量、亚硝化细菌数量和反硝化细菌数量较RN_2处理低。稻田N_2O排放通量与土壤反硝化细菌、硝化细菌数量和NH_4^+-N含量之间均呈极显著正相关关系(r≥0.309,P<0.01),且土壤NH_4^+-N含量与硝化细菌数量和反硝化细菌数量之间也均呈极显著正相关关系(r≥0.555,P<0.01)。因此,"薄浅湿晒"灌溉和尿素处理可以降低稻田N_2O排放,且稻田N_2O排放通量受到土壤NH_4^+-N含量、反硝化细菌数量和硝化细菌数量的综合影响。

不同灌溉模式和施氮处理下稻田N_2O排放与反硝化酶活性的关系

通过大田试验,研究不同灌溉模式和施氮处理对晚稻和早稻不同时期稻田N_2O排放和硝酸还原酶(NR)、亚硝酸还原酶(NiR)和羟胺还原酶(HyR)活性的影响,并分析稻田N_2O排放通量与NR、NiR和HyR活性的关系.两季试验均设3种灌溉模式[常规灌溉(CIR)、"薄浅湿晒"灌溉(TIR)以及干湿交替灌溉(DIR)]和2种施氮处理(N1:100%尿素;N2:50%尿素+50%猪粪).结果表明:N2处理下,TIR模式早稻产量较CIR模式提高20.9%,DIR模式早稻产量和两季总产量较CIR模式分别提高37.4%和21.6%.相同施氮处理下,CIR模式土壤NR和NiR活性大于DIR模式,DIR模式土壤HyR活性在分蘖期、孕穗期和乳熟期显著大于CIR模式.与N1相比,CIR模式下N2处理土壤NR和NiR活性在孕穗期分别提高12.5%-15.1%和12.2%-25.4%;TIR模式下N2处理土壤NiR活性在分蘖期和孕穗期分别提高11.9%-16.9%和17.6%-27.1%,以及土壤HyR活性在乳熟期和成熟期分别提高34.3%-40.8%和10.1%-41.8%;DIR模式下N2处理土壤NiR活性在乳熟期和成熟期分别提高18.0%-26.1%和4.9%-12.9%,以及土壤HyR活性在孕穗期提高27.2%-40.3%.DIR和N2互作显著降低分蘖期和乳熟期土壤NR活性,提高土壤HyR活性.CIR和TIR模式稻田N_2O排放主要集中在乳熟期和成熟期,不同处理两季水稻N_2O总排放量的顺序为DIR-N2>DIR-N1>TIR-N2>CIR-N2>TIR-N1>CIR-N1;两季稻田N_2O排放通量与Hy R活性显著正相关(相关系数为0.423-0.431).因此DIR和N2互作提高了稻田水稻产量、N_2O排放量以及分蘖期、乳熟期土壤HyR活性,但降低了土壤NR活性,且土壤HyR活性显著影响N_2O排放通量,其结果可为稻田N_2O减排提供依据.