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长期施肥下黑土和红壤碳氮关系研究

刘震  
【摘要】:土壤肥力的核心是土壤中有机碳和氮素,它们不仅影响着全球的气候变化,同时也是农业可持续发展的基础。因此,研究长期施肥对土壤碳素及氮素的影响,以及二者之间的相互关系有着重要意义。施肥是土壤营养成分积累的一个重要措施,在长期施肥条件下土壤碳氮之间相互作用的机理现在尚不明确。针对这一问题,本研究以东北地区黑土和南方红壤两个旱地长期定位试验为基础,探讨长期施肥下,不同土壤中碳氮及其组分的变化,并阐明碳氮积累的机理。主要结果如下: (1)同不施肥(CK)相比,长期施用化肥(NPK)、化肥配施有机肥(NPKM)和化肥配施秸秆(NPKS)可以增加作物产量,提高土壤中碳含量和氮素积累量,其中,NPKM处理增加幅度最大,差异性显著。有机肥的施入可以降低土壤中氮素流失,使氮存在土壤中停留的时间更长。 (2)同不施肥(CK)处理相比,长期施肥可以改变土壤中可溶性碳与全碳,可溶性氮与全氮的比值,在黑土中化肥配施有机肥(NPKM)处理和化肥配施秸秆(NPKS)处理可溶性碳与全碳值无显著差异,高于不施肥(CK)、化肥(NPK)处理,且差异性显著。在黑土0-20cm表层土壤中,可溶性氮占全氮比例为1.07%-1.86%,红壤中0-20cm表层中可溶性氮占全氮比例为1.09%-1.72%。同CK相比,黑土化肥配施有机肥处理可溶性氮占全氮比例提高了0.38%。同NPK相比,黑土和红壤可溶性氮占全氮比例分别提高了0.24%和0.26%。而黑土中微生物碳氮含量也随着有机肥的施用产生了变化,表现为:化肥配施有机肥处理>化肥配施秸秆处理>化肥处理>不施肥处理,红壤中化肥配施有机肥处理的微生物量碳氮含量也处于较高水平,说明有机肥的施用可以提高不同土壤中微生物的数量。而微生物数量的增加有助于加快土壤中矿质氮的分解。因此,有机肥的施用可以使得土壤中的氮素更容易被植物吸收和利用。 (3)黑土中碳主要存在于2-53μm微团聚体中,红壤则主要存在于2μm的微团聚体中。长期施肥可以显著提高土壤中各个粒级土壤团聚体碳的累积量。而在黑土中64.4%-80.0%的氮素分布在2-53μm微团聚体中,而红壤中60.4%-62.7%的氮素分布在<2μm微团聚体中。与CK相比,长期施肥显著减低了黑土2-53μm微团聚体中氮的贡献率,增加了<2μm微团聚体和53-250μm微团聚体中氮的贡献率。对红壤来说,长期施肥显著降低了53-250μm微团聚体中氮的贡献率,提高了250-2000μm大团聚体中氮贡献率。 (4)同CK相比,长期不同施肥模式下作物产量均有提高,黑土中产量以化肥最高,红壤中化肥配施有机肥的产量最高。有机无机配施的氮肥利用率在黑土和红壤中分别为17%和21%,同时也可以提高土壤中氮肥的残留率,减少氮素损失。单施化肥的氮肥利用率较高,其残留率由于淋失等原因反而最低,氮肥损失率高。


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