长期施肥下红壤旱地碳氮的相互作用

【摘要】：农田土壤有机质是土壤肥力的核心,而土壤氮素主要以有机氮的形式存在于土壤有机质中。土壤碳氮是农业可持续发展的基础,与全球碳氮循环和气候变化密切相关。施肥是影响农田土壤碳氮累积的重要措施之一。但在长期施肥下,土壤碳氮累积出现了不同步的情况,而他们之间的相互作用机理尚不确定。针对这一科学问题,本研究以红壤旱地长期定位试验为基础,采取15N标记有机无机外源氮肥的手段,通过分析不同施肥措施土壤碳氮组分变化,明确不同施肥方式(平衡施化肥、有机无机配施和单施有机肥)外源氮素在土壤中的分配与去向,阐明红壤旱地碳氮的累积的机理。主要结果如下: (1)长期施肥二十年后,土壤表层0-20cm有机碳氮含量显著高于亚表层20-40 cm, 0-20cm的有机碳含量是20-40 cm的1.9-3.5倍,0-20 cm的全氮含量是20-40 cm的1.6-2.7倍;施化肥、化肥配施有机肥能显著提高土壤有机碳氮含量,但是秸秆配施化肥与CK没有显著差异;在20-40 cm土壤亚表层,有机碳含量在3.53-7.51 g/kg之间,只有NPKM(R)和M能显著提高有机碳含量。20-40 cm全氮含量在0.59-0.84 g/kg之间,NPKM、NPKM(R)和M全氮含量显著高于CK;与表层相比,长期施肥对亚表层碳氮含量的影响较小。不同处理土壤表层0-20 cm C/N值高于20-40 cm C/N值,0-20 cm C/N值的范围在7.42-8.56,20-40 cm C/N值在5.65-6.93之间。 与土壤初始碳氮水平相比,施肥二十年后,土壤不施肥表层机碳含量降低了11.64%,NPK和NPKS处理的有机碳增幅显著高于CK,而施用有机肥的处理有机碳增幅较大在60-70%之间,显著高于NPK和NPKS;全氮的变化与有机碳的变化存在着很大差异,不施肥(CK)处理的全氮增幅最低为-7.24%,NPK和NPKS处理的全氮增幅与CK没有显著差别分别为2.35%和-1.70%。配施有机肥处理的全氮增幅显著高于不施肥处理的增幅。 (2)不同施肥措施下,表层0-20 cm的微生物碳、氮含量都明显的高于20-40 cm,土壤表层有机无机肥配施和单施有机肥微生物碳氮显著高于CK,而单施化肥和化肥配施秸秆与CK没有显著差别;在表层0-20 cm可溶性碳氮占全碳氮的比例在化肥配施(NPK)处理中最高,而20-40 cm土层则是化肥配施秸秆(NPKS)处理最高。在0-20 cm土层施用有机肥对与砂粒、粉粒和粘粒碳氮含量有显著提高。在20-40 cm土层有机肥的施用(M、NPKM、1.5NPKM和NPKM(R))使砂粒和粘粒有机碳氮含量增加,而使粗粉粒有机碳氮含量减少,细粉粒有机碳氮含量没有显著变化;CK、NPK、NPKS处理的土壤碳氮主要固存在粗粉粒中,而有机肥处理的土壤碳氮主要与粘粒相结合。长期施肥后0-20 cm与20-40 cm红壤不同颗粒上结合的C/N比值多表现出砂粒粗粉粒细粉粒粘粒。 (3)有机无机肥配施可以显著提高脲酶、过氧化氢酶和微生物活性,有利于土壤氮的转化。有机无机肥配施(NPKM)和单施无机肥(NPK)的氮肥利用率在15% - 20%,显著高于单施有机肥(M),单施有机肥(M)当季氮肥利用率只有7-9%。有机无机配施(NPKM)可以显著提高氮肥的残留,减少损失。单施化肥(NPK)和有机无机肥配施(NPKM)在土壤中氮的残留主要以水溶氮形态存在,而单施有机肥(M)处理残留在土壤中的氮主要保留在土壤团聚体中,而残留在土壤团聚体中的氮主要进入到大团聚中,在大团聚体中的残留能够达到施氮量的25%左右。