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长期施肥下作物碳同化氮吸收分配特征及其影响因素

苗惠田  
【摘要】:利用潮土21年长期定位试验,通过取样分析不同施肥措施下冬小麦、夏玉米不同生育期的地上地下生物量、碳氮含量、碳氮比,及土壤样品微生物量碳、微生物量氮、土壤养分(有机质,全氮,全磷,全钾,速效磷,速效钾),结合通径和逐步回归分析,阐明作物碳同化氮吸收对不同施肥的响应规律,以及土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤养分对作物碳、氮的影响机制,为合理施肥和作物增产提供科学依据。试验包括不施肥(Control)、单施氮肥(N2)、施氮磷肥,不施钾肥(N2P)、施氮钾肥,不施磷肥(N2K)、低量氮肥和磷钾肥(N1PK)、氮磷钾平衡配施(N2PK)、施氮磷钾肥+有机肥(N2PKM)、高量氮肥和磷钾肥(N4PK)、施氮磷钾肥+玉米秸秆(N2PKS)、中量氮肥和磷钾肥(N3PK)10个处理。主要研究结果和结论如下:1.对长期施肥下小麦碳同化氮吸收研究表明,N2PK,N2PKM和N2PKS处理小麦成熟期地上部分碳含量分别为13310,10799和13242 kg/hm2,比Control处理高239%,175%和237%。地下部分N2PK,N2PKM和N2PKS处理小麦成熟期碳含量分别为562,376和592 kg/hm2,比Control处理高186%,91%和201%。N2PKM处理小麦越冬期至成熟期地上部分碳含量变化范围131-10799 kg/hm2,地下部分碳含量变化范围28.5-376 kg/hm2,其中85.5-97.0%分配在地上。N2PK,N2PKM和N2PKS处理小麦成熟期地上部分氮含量分别为413,339和325 kg/hm2,比Control处理高294%,223%和209%。地下部分N2PK,N2PKM和N2PKS处理小麦成熟期氮含量分别为10.7,8.39和2.54 kg/hm2,约为Control处理的9倍,7倍和2倍。N2PKM处理小麦越冬期至成熟期地上部分氮含量变化范围12.5-339 kg/hm2,地下部分氮含量变化范围1.44-8.39 kg/hm2,其中91.7-97.8%分配在地上。小麦碳氮分配对不同施肥处理响应不同,氮磷钾平衡配施及有机-无机肥配施能有效提高小麦植株的碳氮含量,降低碳氮在地下部分的分配比例,这类施肥模式有助于小麦产量提升并有益于农业可持续发展。2.对长期施肥下玉米碳同化氮吸收研究表明,N2PK,N2PKM和N2PKS处理玉米成熟期地上部分碳含量分别为7335,6810和6893 kg/hm2,比Control处理高202%,180%和183%。地下部分N2PK,N2PKM和N2PKS处理玉米成熟期碳含量分别为258,276和312 kg/hm2,比Control处理高44%,55%和75%。N2PKM处理玉米苗期至成熟期地上部分碳含量变化范围49.1-6810 kg/hm2,地下部分碳含量变化范围15.2-276 kg/hm2,其中74.4-95.9%分配在地上。N2PK,N2PKM和N2PKS处理玉米成熟期地上部分氮含量分别为306,313和299 kg/hm2,比Control处理高164%,170%和158%。地下部分N2PK,N2PKM和N2PKS处理玉米成熟期氮含量分别为5.78,5.59和6.23 kg/hm2,均为Control处理的3倍。N2PKM处理玉米苗期至成熟期地上部分氮含量变化范围3.84-313 kg/hm2,地下部分氮含量变化范围0.768-5.59 kg/hm2,其中82.8-98.1%分配在地上。玉米碳氮分配对不同施肥处理响应不同,氮磷钾平衡配施及有机-无机肥配施能有效提高玉米植株的碳氮含量,降低碳氮在地下部分的分配比例,这类施肥模式有助于玉米产量提升并有益于农业可持续发展。3.对长期施肥下小麦季土壤微生物量碳氮研究表明,在0-20cm土层,小麦成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量碳分别为154,209和206 mg/kg,比Control处理高29%,75%和73%。小麦成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量氮分别为24,28和36 mg/kg,比Control处理高89%,115%和176%。在20-40cm土层,小麦成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量碳分别为175,221和232 mg/kg,比Control处理高35%,70%和79%。小麦成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量氮分别为8,22和18 mg/kg,与Control处理差异不显著。与不施肥(Control)相比,有机无机配施(N2PKM)和秸秆还田处理(N2PKS)显著增加了耕层(0-20cm)土壤微生物量碳和土壤微生物量氮,秸秆还田处理(N2PKS)对增加土壤微生物量碳、氮的作用并未明显高于有机无机配施(N2PKM)处理。4.对长期施肥下玉米季土壤微生物量碳氮研究表明,在0-20cm土层,玉米成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量碳分别为267,343和329 mg/kg,比Control处理高56%,101%和93%。玉米成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量氮分别为43,57和54 mg/kg,比Control处理高164%,249%和233%。在20-40cm土层,玉米成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量碳分别为221,243和249 mg/kg,比Control处理高89%,108%和113%。玉米成熟期N2PK,N2PKM和N2PKS处理土壤微生物量氮分别为38,51和43 mg/kg,约为Control处理的4倍,6倍和5倍。与不施肥(Control)相比,有机无机配施(N2PKM)和秸秆还田处理(N2PKS)显著增加了耕层(0-20cm)土壤微生物量碳和土壤微生物量氮,秸秆还田处理(N2PKS)对增加土壤微生物量碳、氮的作用并未明显高于有机无机配施(N2PKM)处理。5.对长期施肥下不同土壤因素对作物碳氮含量的影响研究表明,在已测定的土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、土壤养分及p H中,与小麦碳含量最直接相关的土壤因素是土壤微生物量碳、全磷、全钾、速效磷和速效钾,决定系数为0.999,其中,土壤全磷和速效磷对小麦碳含量的直接影响最大,二者的直接通径系数分别为2.12和-1.15;与小麦氮含量最直接相关的土壤因素是土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、全磷、全钾和速效磷,决定系数为0.994,其中,土壤全磷和速效磷对小麦氮含量的直接影响最大,二者直接通径系数分别为2.50和-1.23;与玉米碳含量最直接相关的土壤因素是土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、有机质、全钾和p H,决定系数为0.992,其中,土壤微生物量碳和有机质对玉米碳含量的直接影响最大,二者直接通径系数分别为2.33和-1.31;与玉米氮含量最直接相关的土壤因素是土壤微生物量碳、土壤微生物量氮、有机质、全氮和全钾,决定系数为0.994,其中,土壤微生物量碳对玉米氮含量的直接影响最大,直接通径系数为2.25。


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