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化肥减施和绿肥还田对水稻土中团聚体的有机碳和粘土矿物的影响

Muhammad Kamran  
【摘要】:各种长期定位施肥试验中,评估土壤有机碳(SOC)在团聚体的固定保存以及它的稳定过程对于实现可持续农业系统至关重要。本课题依托湖南南县10年长期定位试验,在中国南方潮土性水稻土上进行研究,以不同紫云英用量(MV;15t,22.5t,30t和37.5t)和化肥用量(F;100%,80%和60%)做各处理搭配,旨在评估0-20cm土壤水稳性团聚体(WSA)及其稳定性指数;团聚体中有机碳的密度分组(f LOC,c-i POC,f-i POC和m SOC)对于团聚体的物理保护机制,以及土壤化学性质和粘土矿物的变化。结果表明,与CK和F处理相比,在37.5t+F80处理(提高76.7%和10.1%)和30t+F60处理(提高80.6%和12.5%)中,土壤大团聚体(0.25~2 mm)显著提高(P0.05)。在37.5t+F80处理(提高51.4%和22.7%)和30t+F60(提高54.3%和22.7%)处理下,平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著提高。与CK相比,22.5t+F80、37.5t+F80和30t+F60处理的土壤有机碳含量显著增加,分别增加了31.0%、38.8%、18.0%。在F和MV处理中,各处理相比CK,在0.25-2、0.053-0.25和0.053 mm团聚体中SOC含量分别提高了18.0%、11.2%和6.8%。紫云英还田各处理在0.25-2 mm和0.053-0.25 mm团聚体中的矿物结合态有机碳(m SOC)最高。但在0.25-2 mm、0.053-0.25 mm团聚体中,粗颗粒有机碳(c-i POC)和细颗粒有机碳(f-i POC)是提高SOC的最显著指标。通过聚类分析也发现,SOC通过物理保护可以长期固定在微团聚体中,微团聚体(0.053-0.25 mm)中SOC含量从m SOC向f-i POC转移。经过10年的替代化肥,F和MV处理的显著降低了土壤p H。土壤养分除速效钾以外,总氮(TN)和有效氮(AN),有效磷(AP)含量均增加。与对照相比,在22.5t和30t紫云英还田量与F80联合的处理中,TN(提高66.5%和58.2%)和AN(提高78.4%和59.7%)含量的增加显著高于F60。与CK相比,在30t+F80(提高256.3%)与37.5t+F60(提高259.5%)处理,AP含量显著增加,而在22.5t+F80处理,AK的含量增加了19.5%。但是,F60各处理AK含量均显著降低。土壤p H与各养分含量均极显著的负相关。各处理中均未检测到明显的矿物类型变化,但是发现了峰强的差异。供试土壤粘土矿物组成是复杂的,由蛭石、伊利石、高岭石、1.4nm过渡矿物(HIV)、绿泥石和石英组成。根据半定量分析,与CK相比十年的化学施肥(F)明显增加1:1型粘土矿物(高岭石)和含钾矿物(如伊利石),蛭石含量减少65.3%。与F处理相比,紫云英与化肥配施显著增加了蛭石含量,在22.5t+F80、30t+F80、37.5t+F80和22.5t+F60处理的土壤明显增加。相关性分析表明,土壤有机碳含量与蛭石之间无显著正相关,但土壤p H,高岭石和HIV矿物之间呈负相关关系。紫云英还田与化肥减施(尤其是22.5t+F80、37.5t+F80和30t+F60处理)可能通过物理保护改善土壤结构和微团聚体中SOC的固存。此外,紫云英还田与化肥减施可改善潮土性水稻土的肥力状况,并促进蛭石的形成,降低伊利石(含钾矿物)和绿泥石的含量。


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