长期施肥对旱作雨养农田土壤水分特性的影响

[目的]探究长期不同施肥下农田土壤水分特性的变化及其与土壤理化性质的关系,为关中地区旱作雨养农田科学施肥提供科学依据。[方法]选取旱作雨养农田长期施肥定位试验的5个处理:不施肥(CK),单施氮肥(N),氮磷肥配施(NP),氮磷钾肥配施(NPK),有机肥与氮磷钾肥配施(MNPK)。采样测定土壤有机质、阳离子交换量、塑性、容重和水分特征曲线,通过V-G模型获得土壤水分特性参数和孔径分布,分析了长期施肥对土壤水分特性变化的影响。[结果]与CK相比,单施N处理仅显著提高土壤有机质(增幅6.8%)、容重(8.7%)和降低塑性指数(3.0%);其他施肥处理显著提高了土壤有机质(31.4%~78.4%)、阳离子交换量(1.5%~7.7%)、上塑限(8.1%~14.8%)、下塑限(7.9%~18.7%)和塑性指数(8.3%~10.4%),其中,MNPK处理增幅最大。所有处理土壤水分特征曲线的变化趋势基本相同,均可用V-G模型很好地进行模拟。与CK处理相比,MNPK处理显著提高了土壤田间持水量(39.0%)、凋萎系数(64.7%)、有效含水率(22.5%)、速效含水率(18.1%)和迟效含水率(37.5%),而其他施肥仅提高部分土壤水分特性指标。施肥处理均降低了土壤大孔隙比例,MNPK,NPK和N处理提高了土壤中、小孔隙比例提升。土壤有机质、阳离子交换量、容重和塑性指数对土壤水分特性指标变异的总解释度达99.99%(p<0.05),其中土壤有机质(55.2%,p=0.034)和阳离子交换量(40.7%,p=0.022)贡献显著。[结论]有机无机肥配施可显著降低土壤容重,提高土壤有机质、阳离子交换量、土壤饱和含水率、田间持水量、有效含水率,更好地改善土壤持水和供水性能,是适合干旱半干旱地区雨养农业的施肥模式。土壤有机质和阳离子交换量是影响土壤水分特性的两个重要因素,土壤有机质与阳离子交换量越高,土壤持水性越强和有效水越多,提升土壤有机质水平是提高旱作雨养农田水分保蓄和利用效率的首要途径。

长期施肥黑土phoD微生物群落特征及其对有机磷组分的影响

【目的】通过分析长期施肥对黑土有机磷组分和phoD微生物群落特征的影响,探究土壤有机磷组分对微生物关键群落特征的响应,为黑土磷高效利用和制定科学的施肥策略提供理论依据。【方法】依托吉林省公主岭市始于1989年的黑土长期施肥试验,选取5个施肥处理:不施肥(CK)、施氮钾肥(NK)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾+秸秆(NPKS)和氮磷钾+有机肥(NPKM)。以2018年采集的0—20 cm土层的土壤样品为研究对象,采用化学连续浸提法,定量分析不同活性的有机磷组分;采用Illumina Miseq高通量测序平台和实时荧光定量(Real-time PCR)技术,定性和定量分析土壤中phoD微生物群落特征;通过相关分析及方差分解分析,综合探究phoD微生物群落组成、土壤有机磷组分与土壤性质之间的关系。【结果】(1)除NPKM处理外,各施肥处理间总有机磷含量无显著差异,但有机磷组分含量及其占总有机磷的比例差异较大。与CK相比,NK与NPKM处理均显著增加了活性有机磷(LOP)和中活性有机磷(MLOP)含量,NK处理LOP与MLOP分别增加了108.7%和27.5%;NPKM处理LOP与MLOP分别增加了446.6%和38.1%。与NPK处理相比,NPKS处理下LOP和MLOP含量显著降低了57.7%和24.0%。(2)化肥配施有机物料(NPKS、NPKM)改变了phoD微生物的群落组成,而对其多样性无显著影响。NPKS处理显著提高Pseudomonas丰度;NPKM处理显著提高Gemmatimonas的丰度。同时,NPKS处理还显著提高了phoD基因的绝对丰度和碱性磷酸酶(alkaline phosphatase,ALP)活性。(3)相关性分析表明,phoD微生物群落组成与LOP和MLOP之间有显著的关系。方差分解分析表明,对有机磷组分含量和比例变化而言,phoD微生物群落组成单独解释率分别为12.1%和10.2%,而其与ALP活性共同的解释率分别为58.5%和58.7%,与有机碳(SOC)共同的解释率分别高达67.5%和64.7%。由此可见,群落组成与土壤性质(ALP活性、SOC)共同影响有机磷组分,且影响效果优于单独指标。【结论】长期施肥改变了phoD微生物群落组成,其与ALP活性、与SOC分别共同解释有机磷组分的变化。化肥配施秸秆通过改善phoD微生物群落特征,显著提高碱性磷酸酶活性,从而促进有机磷矿化,提高黑土磷素的利用效率。

长期施肥对黑土和棕壤团聚体稳定性的影响及驱动因素

【目的】比较长期不同施肥措施对两种典型土壤(黑土和棕壤)团聚体分布和稳定性的影响,探究影响团聚体稳定性的关键因素,为缓解土壤结构退化提供理论支撑。【方法】依托34年黑土和45年棕壤长期定位试验,选取两定位点共有的不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥配施有机肥(NPKM)处理,以及黑土特有的化肥配施秸秆(NPKS)处理、棕壤特有的有机肥——猪厩肥(M)处理,采集0—20 cm土层土壤样品,测定土壤化学性质,采用湿筛法对土壤团聚体进行筛分。【结果】相比于CK,NPK处理下黑土和棕壤大团聚体(>0.25 mm)比例显著降低8.6%和11.3%,团聚体平均重量直径(MWD)分别显著减少18.6%和10.7%,说明单施化肥导致黑土和棕壤团聚体稳定性显著降低;NPKM和M处理下棕壤的MWD分别显著增加44.2%和17.9%,而NPKM处理下黑土MWD未发生显著变化,但NPKS处理下黑土MWD显著提高11.8%,说明在棕壤中施用猪厩肥,黑土中秸秆还田是提高团聚体稳定性的重要措施。土壤团聚体的稳定性主要受土壤化学性质的影响。长期施用化肥(NPK)导致黑土和棕壤的pH和交换性钙、镁离子(Ca^(2+)、Mg^(2+))降低,阻碍了大团聚体的形成和稳定。施用有机物料(M、NPKM、NPKS)抑制了土壤pH的降低,提高土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的含量,促进有机碳与铁铝氧化物、钙镁离子的结合,推动了黑土和棕壤颗粒的团聚过程,进而维持和提高了团聚体的稳定性。综合分析表明,影响黑土团聚体稳定的因素从大到小依次为络合态氧化铝(Al_(p))、Ca^(2+)、POC、pH、MAOC,其中黑土团聚体稳定性与Al_(p)显著负相关,与其余因素显著正相关。影响棕壤团聚体稳定性的关键因素从大到小依次为POC、络合态氧化铁(Fe_(p))、pH、Mg^(2+)、Ca^(2+)、无定形态氧化铝(Al_(o))、Al_(p)、无定形态氧化铁(Fe_(o)),其中棕壤团聚体稳定性与Al_(o)和Fe_(o)显著负相关,与其他因素显著正相关。【结论】化肥配施有机物料(猪厩肥、秸秆)可以抑制土壤酸化,通过增加土壤POC和Ca^(2+)含量,提高黑土和棕壤团聚体的稳定性,是延缓土壤结构退化的重要施肥措施。

长期施肥配施DCD处理对菜地土壤N_(2)O短期排放影响的模拟研究

为研究长期不同肥源配施双氰胺(Dicyandiamide,DCD)对菜地土壤氧化亚氮(N_(2)O)等温室气体短期排放规律的影响,本研究以长期不同肥源配施DCD的定位试验土壤为研究对象,通过短期室内模拟培养试验,研究牛粪(OM)、化肥(F)、牛粪+DCD(OMD)、化肥+DCD(FD)和1/2化肥+1/2牛粪(FOM)5个处理在不同温度下15 d内的CO_(2)、N_(2)O、CH4动态变化特征和累积排放量。结果表明:15℃和25℃条件下各施肥处理CO_(2)累积排放量分别为25.39~52.01 mg·kg^(-1)和62.35~122.80 mg·kg^(-1),N_(2)O累积排放量分别为6.02~16.60μg·kg^(-1)和14.45~117.78μg·kg^(-1),CH4累积排放量分别为-3.17~14.87μg·kg^(-1)和4.09~23.56μg·kg^(-1)。与15℃相比,25℃条件下除FOM处理外,其他处理N_(2)O与CO_(2)累积排放量均显著增加(P<0.05)。相比于OM和OMD处理,F、FD、FOM处理在两种温度条件下CO_(2)排放都显著降低;在25℃下,OMD、FD、FOM处理N_(2)O排放峰值和累积排放量较OM和F处理显著降低(P<0.05),在15℃下,所有处理N_(2)O累积排放量差异均不明显。短期排放模拟研究显示,CO_(2)排放量与土壤pH、总氮(TN)含量呈极显著正相关,与速效磷(Olsen-P)含量呈极显著负相关,15℃条件下CH4累积排放量与土壤有机质(SOM)呈极显著正相关(P<0.01)。研究表明,较高温度条件下,与有机肥或化肥单施相比,长期配施DCD或有机无机配施能显著减少菜地土壤N_(2)O排放。研究结果可为长期施用DCD的菜地土壤温室气体排放提供参考。

长期施肥处理对东北黑土真菌多样性和群落结构的影响

基于40年的长期氮磷定位试验,利用高通量测序的方法,对比分析了未施肥处理(CK)、氮肥处理(N)、磷肥处理(P)和氮磷处理(NP)下黑土土壤真菌群落的差异。结果表明,与CK处理相比,长期氮输入显著降低了土壤pH,显著提高土壤NO_(3)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和可溶性有机氮(DON)含量,而磷输入显著提高了土壤有效磷和总磷含量。土壤真菌类群门水平最丰富的为子囊菌门(相对丰度为63%~68%),毛霉门(相对丰度为15%~20%)和担子菌门(相对丰度为9%~15%)。不同施肥处理对真菌多样性产生了显著影响。NP处理土壤真菌扩增子序列变异数目和香农指数分别为405和4.16,显著低于CK,分别为502和4.64。基于非度量多维尺度分析发现NP和N处理真菌群落结构与CK和P处理显著分开。冗余分析发现土壤性质包括pH,NO_(3)^(-)-N和DON是影响土壤群落结构的主要影响因子。可见,长期氮磷施肥处理通过影响土壤性质而对土壤真菌群落产生了重要的影响。

长期施肥对设施土壤活性有机碳含量及碳库管理指数的影响

以连续8年设施定位施肥田间试验为依托,选择不施肥(CK)、4个单施化肥(N0PK、N1PK、N2PK、N3PK)、有机肥(M)和4个化肥与有机肥配施(MN0PK、MN1PK、MN2PK、MN3PK)共10个处理,研究长期定位施肥对设施土壤总有机碳、活性有机碳及其组分(高、中和低活性有机碳)含量和碳库管理指数及其剖面分布的影响。研究结果表明,在0~50 cm土层,各施肥措施土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层深度加深呈逐渐下降趋势。与CK相比,单施化肥对土壤总有机碳含量影响不显著,单施有机肥和化肥与有机肥配施均可显著提高0~20 cm土层土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为104.9%~135.3%和97.6%~139.6%,也可显著提高0~50 cm土层土壤活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为33.8%~235.5%和33.8%~251.3%。在0~20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为76.8%~174.7%;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)处理施入有机肥中有机碳固定率为最大,平均为26.6%。在0~20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤活性有机碳和高活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为99.6%~259.4%和122.2%~330.7%;土壤活性有机碳及其组分与总有机碳含量之间呈显著线性正相关(P<0.05),其中高活性有机碳与总有机碳含量的相关系数最大(r=0.953)。与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施可显著提高0~20 cm土层土壤活性有机碳及其高和中活性组分的碳库管理指数(P<0.05),土壤活性及其高和中活性组分的碳库管理指数随施氮量的增加而增加。综上,在设施番茄栽培条件下,连续8年化肥与有机肥配施可显著提高0~20 cm土层土壤总有机碳、活性有机碳及其高活性组分含量,进而显著提高了0~20 cm土层土壤活性有机碳及其高活性组分的碳库管理指数,提高了设施土壤肥力,改善了设施土壤质量;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)是设施番茄可持续生产较为合理的管理措施。

长期施肥对核桃产量及不同生育期土壤养分的影响

【目的】通过探究不同施肥处理对核桃生育期土壤养分及产量的影响,明确提高核桃园土壤肥力的最佳施肥方案,为核桃树施肥提供科学依据。【方法】以‘香玲’核桃园土壤为研究对象,共设计5种施肥处理:不施肥(CK)、单施化肥(CF)、化肥+有机肥(CF+OF)、化肥+生物有机肥(CF+BOF)和化肥+有机肥+生物有机肥(CF+OF+BOF)。通过测定核桃关键生育期土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)、速效磷(AP)及速效钾(AK)含量,分析有机无机肥配施对核桃产量和土壤养分的影响。【结果】CF、CF+OF、CF+BOF和CF+OF+BOF处理的核桃产量是CK处理的1.79、2.36、3.25和4.11倍。各处理SOM含量在花期均达最大值,其大小依次为:CF+OF+BOF>CF+BOF>CF+OF>CF>CK,CF+OF+BOF处理SOM达到15.88 g/kg;CF+OF、CF+BOF和CF+OF+BOF显著高于CK和CF(P<0.05)。各处理TN含量在硬核期达到最高,其中CF+OF+BOF处理极显著高于其余处理,为4.70 g/kg(P<0.01);萌芽期CF+OF+BOF的NO_(3)^(-)-N含量显著高于其余处理,为12.54 mg/kg(P<0.05);CF处理NH_(4)^(+)-N含量极显著高于其余处理,为28.56 mg/kg(P<0.01)。CF+OF、CF+BOF和CF+OF+BOF的AP含量在萌芽期达到最高值,分别为79.51、88.33和117.61 mg/kg,且显著高于CK和CF(P<0.05);花期CK、CF、CF+OF和CF+OF+BOF的AK含量达到峰值,分别为140.86、148.40、160.67和164.57 mg/kg。【结论】与CK相较,CF、CF+OF、CF+BOF、CF+OF+BOF均增加了土壤的养分含量,有机无机肥配施效果均优于CF,其中以CF+OF+BOF对土壤肥力提升的效果最佳,因此,通过有机无机肥配施为核桃整个生长发育过程稳定持续地供应养分,促进核桃树体对土壤养分的吸收利用,进而显著提高核桃果实的产量。

长期施肥对旱作马铃薯产量及养分吸收规律的影响

【目的】探究阴山北麓旱作区长期不同施肥模式对马铃薯产量和养分吸收规律的影响。【方法】在国家土壤质量武川观测实验站长期定位试验的基础上,以华颂7号为试验材料,设置不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)、单施有机肥(M)、氮磷钾肥基础上增施有机肥(NPK+M)4种不同施肥处理,分析不同处理对土壤养分含量和马铃薯产量及产量构成因素,干物质积累量,氮素、磷素、钾素积累量的影响。【结果】在出苗后第90天时,NPK+M处理土壤碱解氮、速效磷、速效钾、有机质含量分别较CK显著提高206.85%、254.15%、241.86%、125.18%(P<0.05),土壤pH值较CK显著降低10.81%(P<0.05);马铃薯产量和商品薯率分别较CK显著提高126.19%和17.28%(P<0.05),干物质积累量较CK显著提升196.92%(P<0.05),氮素、磷素、钾素积累量分别较CK显著提高209.54%、167.74%、196.13%(P<0.05)。马铃薯产量与干物质积累量、氮素积累量、磷素积累量呈显著正相关关系(P<0.05),与钾素积累量呈极显著正相关关系(P<0.01)。【结论】在氮磷钾肥基础上增施有机肥可提高马铃薯产量和品质,马铃薯养分吸收量最佳,是阴山北麓旱作区马铃薯适宜施肥模式。

日光温室长期施肥条件下耕层土壤计量化学变化特征

【目的】施肥是保持设施蔬菜地土地生产力的重要措施,但长期高量水肥条件下土壤中碳、氮和磷的化学计量特征并不清楚。【方法】本试验采用室外调查采样结合化验分析的方法,研究褐土区蔬菜保护地不同年限(5、15、20、30a)和大田土壤主要养分碳、氮和磷的化学计量特征。【结果】(1)不同种植年限随着年限增加土壤表层有机质量先增加后降低并趋于稳定,15 a时有机质量达到最大值,比大田增加99.4%;土壤全氮量和全磷量随年限增加整体变化趋势类似有机质量,各年限土壤全氮量和全磷量分别是大田的1.4~2.6倍和1.7~4.5倍,全氮量15 a达最高,而20 a种植年限的全磷量最高。(2)与大田相比,不同种植年限土壤C∶N、N∶P和C∶P化学计量比均随年限增加而递减并趋于稳定,变化分别在8.7~10.3、1.2~1.6和7.7~15.6范围内。土壤表层C、N、P量的增加速度排序为P>N>C,表现为化学计量比C∶P变异最大,N∶P次之,C∶N变异较小。【结论】尽管大棚内肥料投入较高,但目前该褐土区域土壤C∶N、C∶P和N∶P化学计量比在一定范围内维持相对稳定。从长远来看,针对本研究设施蔬菜地磷的持续快速积累而碳相对不足的问题,应采取降低磷肥施用量、控制氮肥、增施有机肥尤其是C∶N比高的有机肥等措施,以阻控C∶P进一步下降,维持C∶N和N∶P的平衡。

长期施肥下红壤养分指标阈值研究

土壤养分和作物产量间呈S形而非线性生长效应,养分指标的阈值是科学施肥和土壤肥力综合评价之关键。近30年的长期定位试验因大量的养分和产量梯度数据而成为养分指标阈值研究的最佳载体。本研究基于江西进贤红壤性稻田长期定位化肥、有机肥和旱地化肥试验监测数据,采用频率累积曲线、生长效应曲线和专家成果借鉴等多种方法,系统研究了有机质(OM)、全氮(TN)、速效氮(AN)、全磷(TP)、速效磷(AP)、全钾(TK)、速效钾(AK)和pH等8项指标阈值。结果表明,养分指标与作物产量呈显著或极显著生长效应关系,并得出相应模拟方程,评价指标阈值:OM 30 g/kg、TN 2.0 g/kg、AN 200 mg/kg、TP 1.2 g/kg、AP 20 mg/kg、TK 14 g/kg、AK 100 mg/kg、pH 4.5(下)/6.5(上),可供红壤区参考施肥和土壤肥力评价。

长期施肥对土壤肥力及作物产量的影响研究

随着人口的增长和粮食需求的不断增加,农民普遍倾向于通过使用大量化学肥料来追求作物的高产和高效。然而,长期施用过量的化学肥料可能会对土壤质地、结构和生物多样性产生负面影响。施用过多的化学肥料可导致土壤酸化、盐碱化、养分不均衡和微量元素紊乱等问题以及增加土壤蓄积病害、农药残留等环境污染风险。这些问题不仅会削弱土壤的肥力,还可能对农产品的安全性和品质产生负面影响。基于此,简单讨论长期施肥对土壤和作物生长的重要性,深入探讨长期施肥对土壤肥力及作物产量的影响,以供参考。

长期施肥对双季稻田根际土壤氮素的影响

土壤有机氮含量是评价土壤质量变化的重要肥力指标,土壤氮矿化及其微生物数量易受不同施肥措施的影响。为明确南方双季稻区长期不同施肥模式对根际土壤氮矿化及其微生物数量的影响,以长期(37年)定位施肥试验田为平台,系统分析了不同施肥模式[单独施用化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(OM)和无肥对照(CK)]下双季稻田根际土壤微生物量氮含量、氮素矿化、硝化和氨化速率、氮循环微生物数量的变化特征,及土壤氮转化与理化特性、微生物相关性。结果表明,OM处理根际土壤有机碳、总氮、碱解氮、硝态氮、氨态氮和无机氮含量均显著(P<0.05)高于RF、MF和CK处理。OM处理根际土壤微生物量氮含量最高,比CK处理增加24.1%。OM处理根际土壤有氧氮矿化率、厌氧氮矿化率和氨化速率均为最高,均显著高于MF和CK处理(P<0.05);MF处理根际土壤硝化速率为最高,显著高于RF、OM和CK处理(P<0.05)。OM处理根际土壤硝化细菌、反硝化细菌和氨化细菌数量均显著高于RF、OM和CK处理(P<0.05);RF处理根际土壤固氮菌数量显著高于MF、OM和CK处理(P<0.05)。RF和OM处理早稻、晚稻产量分别比MF处理增加10.6%、13.4%和10.4%、7.1%。根际土壤有氧氮矿化率、厌氧氮矿化率、硝化速率与土壤pH、硝化细菌、反硝化细菌数量均呈显著正相关(P<0.05),与土壤有机碳、总氮、碱解氮、氨态氮、无机氮含量均呈显著负相关(P<0.05)。因此,采取30%有机肥措施有利于增加双季稻田根际土壤氮矿化及其微生物数量,培肥稻田土壤。

长期施肥对黄泥田土壤团聚体中氮素积累和有机氮组成的影响

【目的】氮是南方黏瘦型中低产田重要的限制因子。研究长期施肥对黄泥田团聚体中氮素累积及有机氮组成的影响,为合理培肥及土壤氮库管理提供依据。【方法】采集黄泥田36年定位试验中不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+牛粪(NPKM)、化肥+全量稻秸还田(NPKS)4种处理耕层土壤,采用湿筛和Bremner有机氮分级方法,分析团聚体氮素累积与有机氮组分含量及分配的变化。【结果】施肥处理>2 mm团聚体全氮含量较CK显著增加12.7%—51.9%(P<0.05);NPKM与NPKS处理>2 mm团聚体对原土全氮累积贡献率较CK分别显著提高24.7与20.0个百分点(P<0.05)。施肥处理>2 mm团聚体酸解性氮与非酸解性氮含量分别较CK增加10.1%—36.3%与20.7%—100.5%,并相应提高两组分对原土全氮累积贡献率,NPKM与NPKS处理增加尤为明显。对于>2 mm团聚体,施肥处理酸解铵态氮含量较CK显著增加17.2%—40.4%(P<0.05),以NPKM处理增加最为明显;酸解氨基酸态氮与酸解未知态氮含量分别以NPKS与NPKM处理增加最为明显,分别较CK显著提高24.0%与52.1%(P<0.05)。>2 mm与0.25—2 mm团聚体的非酸解性氮及酸解铵态氮与相应粒级团聚体中的碱解氮含量呈显著正相关(P<0.05)。配合稻秸还田较配施牛粪更有利于>2 mm团聚体非酸解性氮的累积。配施牛粪对提高>2 mm团聚体酸解铵态氮、酸解未知态氮含量与对原土全氮累积贡献率最为明显,配合稻秸还田则对提高酸解氨基酸态氮含量及对原土全氮累积贡献最为明显。冗余分析表明,水稻氮吸收量受>2 mm与0.25—2 mm团聚体非酸解性氮组分影响较大,NPKM和NPKS处理水稻氮吸收量受土壤有机氮组分影响高于NPK与CK处理。【结论】长期施肥增加了黄泥田耕层土壤>2 mm团聚体全氮含量及对原土全氮累积贡献率,有机无机肥配施尤为明显。>2 mm团聚体中非酸解性氮、酸解性氮及酸解铵态氮含量与该团聚体中碱解氮含量以及水稻氮吸收量关系密切,是重要的有效氮库。

长期施肥对黄棕壤水稻土真菌群落结构的影响

【目的】探究长期不同施肥措施对黄棕壤水稻土土壤肥力和真菌群落结构的影响,为绿色农业提供理论依据。【方法】位于湖北武汉的黄棕壤水稻土长期施肥定位试验始于1981年,包括5个施肥处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷钾化肥(NPK)、常量有机肥(OM)、氮磷钾+常量有机肥(OMNPK)。2020年5月,在各处理小区内取0—20 cm土层土壤样品,利用Illumina MiSeq高通量测序技术、FUNGuild和生态网络方法,综合分析了土壤养分含量、酶活性、真菌群落结构。【结果】1)与CK比较,N处理降低了土壤速效养分含量,NPK处理维持了土壤养分稳定,OM和OMNPK处理显著提高了土壤速效养分含量。OMNPK处理显著降低了α-葡萄糖苷酶、硫酸酯酶活性,却显著提高了β-纤维二糖苷酶活性;OM和OMNPK处理提高了亮氨酸氨基肽酶活性,却降低了乙酰氨基葡萄糖苷酶活性,N和NPK处理对这两种酶活性的影响与之相反。2)与CK相比,N处理显著降低了真菌多样性,而NPK和OM处理显著提高了真菌多样性。菌群结构在N、NPK、OM处理间明显不同,而OM、OMNPK和CK处理比较接近。LEfSe分析结果发现,N处理土壤中的差异物种是Entrophospora属和Sympoventuriaceae科,OMNPK处理的差异物种是Microascales目和Microascaceae科,OM处理的差异物种是盘菌目(Pezizales)、Pyronemataceae科和Pseudaleuria属。冗余分析结果显示,β-葡萄糖苷酶、β-木糖苷酶、磷酸酶、亮氨酸氨基肽酶、乙酰氨基葡萄糖苷酶、硫酸酯酶和pH是影响土壤真菌群落结构的重要因素。3)施肥提高了病理营养型(pathotroph)真菌的相对丰度,减少了腐生营养型(saprotroph)真菌的相对丰度。与CK比较,N、NPK、OM和OMNPK处理的病理营养型真菌相对丰度分别提高了190.5%、141.4%、71.5%和250.2%,腐生营养型真菌相对丰度分别降低了30.6%、33.3%、19.4%和49.5%,共生营养型(symbiotroph)真菌相对丰度分别提高了310.8%、956.8%、424.3%和435.1%。各施肥处理相比,OM处理病理营养型真菌相对丰度最低,而OMNPK处理最高。病理营养型中,OMNPK、N、NPK和OM处理的动物性病原体丰度比CK分别提高了322%、184%、105%和85%;N和NPK处理较CK处理还显著提高了植物性病原体丰度,OMNPK和OM处理对植物性病原体丰度无显著影响。有机肥处理提高了真菌网络的边数、正相关数、平均加权度、图密度、网络直径和连接部件,增强了网络的复杂性。【结论】长期施用有机肥能够培肥地力,增加真菌群落的多样性和物种交互复杂性,减少病理营养型真菌相对丰度,而有机无机肥配合施用提高土壤肥力的效果显著高于单施有机肥,但也增加了动物性病原体丰度,增加了病害的潜在风险。

土壤类过氧化物酶活性对长期施肥的响应

为探究不同施肥处理对土壤类过氧化物酶活性的影响,以灰漠土和红壤长期定位试验站施肥处理土壤为研究对象,借助纳米矿物颗粒的类酶颜色反应原理,研究了不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、施用化肥和有机肥(NPKM)和施用有机肥(M)土壤类过氧化物酶活性的变化。结果表明:与天然辣根过氧化物酶(HRP)相似,土壤也具有经典的催化颜色反应,灰漠土和红壤类过氧化物酶活性范围为0.4~1.0 U/kg。长期施肥显著改变了土壤类过氧化物酶活性,其中以M处理土壤类过氧化物酶活性为最高,可达0.7 U/kg,比CK处理增加了70%以上。不同施肥年限下,CK和NPK处理土壤类过氧化物酶活性并无显著差异,而M和NPKM处理土壤类过氧化物酶活性则随施肥时间线性增加(R^(2)=0.71,P<0.01)。高温灭菌处理后,土壤类过氧化物酶活性大多没有改变,表明其活性是土壤本身固有的氧化还原特性;但M处理红壤类过氧化物酶活性比CK和NPK处理红壤稳定性更高。皮尔森相关性分析表明,类过氧化物酶活性可能影响土壤可溶性矿质元素(如硅和镁)水平。因此,施肥措施可以通过改变土壤固有类过氧化物酶活性而影响养分周转。

长期施肥对赤红壤旱地有机质含量影响及其灰色预测研究

【目的】阐明长期不同施肥处理对赤红壤旱地土壤有机质(SOM)含量的影响,为区域土壤培肥和高产稳产提供最佳养分管理依据。【方法】根据闽东南旱地花生-甘薯轮作制赤红壤连续16年化肥定位试验和14年化肥配施有机肥定位试验的历年SOM含量监测结果,探讨长期施肥下SOM含量动态变化,构建SOM灰色预测模型。【结果】与不施肥相比,施肥均能提高土壤SOM含量;化肥推荐施肥模式的SOM含量为(19.83±0.77)g·kg^(-1),显著高于其他化肥处理;化肥配施有机肥可进一步提高SOM含量,尤其是配施农家腐熟猪粪的SOM达到(22.53±1.69) g·kg^(-1),年递增速率是化肥推荐施肥的2.8倍。SOM灰色预测模型显示,不同施肥模式的拟合误差在1.226%~3.307%。不施肥模式的SOM含量变化趋势仍然处于下降状态;化肥推荐施肥模式的SOM趋势值为(20.220±0.002)g·kg^(-1),在该试验点中排序第一;化肥配施有机肥均提高了SOM长期趋势值,尤其是配施农家腐熟猪粪的SOM趋势值达到(23.777±0.017)g·kg^(-1),排序位居第一,显著高于该试验点的化肥推荐施肥模式。【结论】从SOM含量和未来含量趋势综合评价,化肥推荐施肥有利于提高赤红壤旱地SOM含量,在推荐施肥基础上配施有机肥尤其是配施农家腐熟猪粪的效果更佳。

长期施肥对设施蔬菜土壤理化及生物学性状的影响研究进展

随着设施农业的大力发展,设施蔬菜种植逐渐成为我国蔬菜种植业的主力,设施蔬菜土壤成为典型农业土壤之一,其环境质量至关重要,受到广泛关注。由于设施环境的特殊性以及设施栽培中不合理的施肥手段,长期连作下极易使土壤质量严重下降。本文阐述了长期施用化肥对设施蔬菜土壤理化及生物学性状的影响,并与短期研究结果对比表明,长期单施化肥造成设施蔬菜土壤理化性状劣化、土壤微生物群落改变及酶活降低,为设施蔬菜土壤带来的负面效应均不利于作物生长,从而进一步综述了有机肥替代施用对土壤理化及生物学性状的影响。大量研究表明,有机肥替代施用优化了设施土壤理化性质并显著提高了微生物群落物种丰富度、有益微生物占比和土壤酶活性,增强了土壤微生态系统的稳定性,但目前相关结果在研究时限和内容上仍存在一定局限性,长期有机肥替代施用对于设施蔬菜土壤的综合影响还有待进一步探究,以期为设施蔬菜合理施肥提供一定依据。

长期施肥下旱地红壤不同保护态有机碳库变化特征

为研究长期施肥对旱地红壤不同保护态有机碳组分(库)的影响,在不施肥(CK)、单施氮肥(N)、施常量氮磷钾肥(NPK)、施2倍量氮磷钾肥(HNPK)、氮磷钾肥配施有机肥(NPKM)、单施有机肥(M)6个处理下,分析物理-化学联合分组方法分离的土壤未保护、物理保护、物理-化学保护、物理-生物化学保护、化学保护、生物化学保护的有机碳组分的含量特征及其与总有机碳含量的关系,并探究土壤各保护态有机碳库储量与累积碳投入量间的关系。结果表明,CK与N处理间的土壤各保护态有机碳组分的含量均无显著差异(P>0.05)。与CK相比,施氮磷钾肥(NPK、HNPK)与有机肥(M、NPKM)处理的土壤总有机碳含量、未保护有机碳组分含量、物理保护有机碳组分含量分别提高13.3%~48.0%、39.2%~221.5%、41.9%~132.3%,土壤未保护有机碳、物理保护有机碳占土壤总有机碳的比例提高1.9~10.0、2.5~5.5个百分点,增幅均达显著水平(P<0.05),该效应在施有机肥条件下表现更为明显。土壤各保护态有机碳组分含量与总有机碳含量均呈正相关关系,线性回归方程拟合结果显示,单位总有机碳含量增加引起的未保护游离粗颗粒有机碳和物理保护有机碳含量的变化值分别达44.3%和28.0%(P<0.001)。除土壤生物化学保护有机碳外,其他保护态有机碳库的储量均与累积碳投入量呈极显著线性正相关(P<0.01)。研究表明,施肥后土壤增加的有机碳优先固存于未保护游离粗颗粒有机碳和物理保护有机碳组分中。与施化肥相比,有机培肥可更好地促进旱地红壤总有机碳的固存、提升有机碳的活性及增强有机碳的物理保护作用。在当前碳投入水平下,旱地红壤的生物化学保护有机碳可能已接近平衡状态。

红壤性水稻土有机无机复合体中碳氮特征对长期施肥的响应

【目的】研究长期施肥对红壤性水稻土有机无机复合体中有机碳(OC)、全氮(TNOIC)特征的影响,为红壤性水稻土管理和培育土壤肥力提供依据。【方法】以长期定位施肥试验的红壤性水稻土为研究对象(始于1984年),选取CK(不施肥)、PK(施磷钾肥)、NPK(施氮磷钾肥)、NPKM(施70%氮磷钾肥+30%有机肥)4个处理。采集0—20 cm土层土样,分析各粒级(<2、2—10、10—20、20—50和50—250μm)有机无机复合体的分布,并探讨施肥对复合体中有机碳(OC)和全氮(TNOIC)含量、储量和碳氮比(C/N)的影响,以及有机无机复合体中OC和TNOIC对红壤性水稻土有机碳(SOC)、全氮(TN)贡献率的影响。【结果】与不施肥CK相比,施肥处理显著提高了20—50μm粒级复合体的比例,降低了<10μm粒级复合体比例,而NPKM处理与其他施肥处理相比,50—250μm粒级复合体的比例增加更显著;不同施肥对各粒级复合体中OC和TNOIC含量影响不同,与PK相比,NPK处理的50—250μm粒级复合体中OC和TNOIC分别增加了36.3%、80.6%;与NPK相比,NPKM处理的50—250μm粒级复合体中OC和TNOIC含量分别增加了35.4%、19.5%,OC和TNOIC主要分布在10—20μm粒级复合体中,施肥显著降低了<2μm粒级复合体OC和TNOIC储量,同时增加了20—50μm粒级复合体OC和TNOIC储量,与PK相比,NPK处理对<2和50—250μm粒级复合体OC储量分别增加了18.5%和31.2%,TNOIC储量分别增加了18.8%和73.7%,与NPK相比,NPKM处理对<2μm粒级复合体中OC和TNOIC储量分别降低了25.6%和27.4%,而50—250μm粒级复合体则分别提高了56.3%和38.6%;不同施肥处理显著影响50—250μm粒级复合体的C/N,与PK相比,NPK处理的50—250μm粒级复合体的C/N比降低了24.6%,与NPK相比,NPKM处理的50—250μm粒级复合体C/N比提高了13.4%;长期不同施肥显著影响各粒级有机无机复合体对土壤SOC、TN的贡献率,与PK相比,NPK处理50—250μm粒级复合体对SOC、TN贡献率分别提高了17.4%和47.4%。与NPK相比,NPKM处理50—250μm粒级复合体对SOC、TN贡献率分别提高了39.5%和32.8%。【结论】在红壤性水稻土中,长期施肥促使大粒级有机无机复合体形成;化肥中的氮投入显著提高50—250μm粒级复合体中OC、TNOIC含量和储量;有机无机肥配施有利于提高土壤有机碳含量,提高大粒级有机无机复合体比例,有助于保存施入的无机氮肥,是红壤性水稻土长期培肥管理的有效措施。

长期施肥对旱地红壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响

为探究南方长期不同施肥对双季玉米土壤微生物生物量碳、氮和酶活性的影响,依托江西进贤35 a旱地红壤长期定位试验,选取不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥和新鲜猪粪配施(NPKM)、单施新鲜猪粪(OM)4个处理,测定双季玉米成熟期0~20 cm,20~40 cm土层土壤养分、微生物生物量碳、氮和酶活性并分析了微生物生物量碳、氮和酶活性与土壤养分的相关性。结果表明,长期施肥(NPK、NPKM和OM)显著提高土壤微生物生物量碳、氮和酶活性,春玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了67.05%~159.15%,3.33%~62.37%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了0.22%~79.71%,9.82%~59.51%,8.73%~82.37%,66.67%~538.89%;秋玉米时期,0~40 cm土层各施肥处理土壤微生物生物量碳、氮含量较CK分别提升了36.30%~136.72%,17.09%~47.29%;过氧化氢酶、磷酸单脂酶、脲酶和蔗糖酶活性分别提高了7.41%~74.55%,22.69%~57.39%,18.85%~58.98%,51.70%~216.67%,其中,以NPKM处理的提升效果最佳。总体上,0~20 cm土层土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于20~40 cm,秋玉米时期土壤微生物生物量碳、氮和酶活性高于春玉米时期。NPKM和OM处理还可以显著提高土壤pH值、有机碳、全氮、全磷、全钾、有效磷、碱解氮和速效钾等养分,长期增施有机肥后土壤磷素累积明显,而NPK处理则加速了土壤酸化。各施肥处理均可以显著提高玉米产量(P<0.05),较CK比增加了1.04~15.07倍。综上,有机无机配施(NPKM)是提升土壤养分、微生物生物量、酶活性和产量的最佳培肥措施。