长期增施有机肥/秸秆还田对土壤氮素淋失风险的影响

【目的】研究长期增施有机肥/秸秆还田对作物产量及土壤氮素淋失风险的影响,旨在为华北平原冬小麦-夏玉米轮作区增强土壤肥力、提高作物产量及降低农业面源污染风险提供依据。【方法】以国家褐潮土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料试验为平台,研究长达27年不同施肥处理对冬小麦-夏玉米产量、土壤肥力、氮素淋失风险和土壤氮素剖面分布的影响,试验共设置5个施肥处理,即:对照(CK);氮磷钾(NPK);氮磷钾+有机肥(NPKM);氮磷钾+过量有机肥(NPKM+);氮磷钾+秸秆还田(NPKS)。【结果】(1)在27年的不同施肥处理中,长期增施有机肥/秸秆还田均能使作物增产,改善土壤肥力。其中,增施有机肥处理尤为显著,与NPK相比,NPKM、NPKM+处理提高小麦和玉米产量分别为41%—50%和30%—32%;增加0—20 cm表层土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量分别为62%—121%、107%—187%;但降低小麦、玉米氮肥偏生产力(PFPN)分别达22%—32%、27%—41%。而NPKS处理对作物增产及提升土壤肥力的作用低于增施有机肥处理,对小麦产量、玉米产量、SOC、TN含量的增幅分别为24%、6%、9%、97%,但提高小麦季PFPN为216%、降低玉米季PFPN为40%。(2)长期增施有机肥/秸秆还田处理中,0—20 cm表层土壤SOC、TN、硝态氮(NO3—-N)、可溶性碳氮等养分含量以及氮矿化速率、硝化潜势等微生物学过程显著高于20—200 cm,说明长期增施有机肥/秸秆还田等外源碳的添加对土壤养分及微生物学过程的影响主要发生在表层。(3)与NPK相比,NPKM处理能够显著增加100—200 cm深层土壤中NO3--N含量,NO3--N平均含量为17.8—26.1 mg·kg-1;而NPKS处理在一定程度上能够增加0—100 cm土层NO3--N含量,NO3--N平均含量为3.6—13.4 mg·kg-1,表明增施有机肥会促进土壤NO3--N的向下迁移,而秸秆还田对土壤NO3--N具有一定的固持作用。此外,由于有机肥和秸秆带入的氮素,NPKM、NPKM+、NPKS处理氮盈余比NPK处理增加312%、1 037%、953%,大大增加了土壤氮素淋失风险。【结论】在氮磷钾化肥基础上增施有机肥/秸秆还田会提高作物产量、增强土壤肥力,但会提高土壤氮盈余量,提高氮素淋失风险,尤其是增施有机肥会大大增加氮素淋失风险。