长期施肥下我国典型农田土壤有机碳与全氮分布特征

【摘要】：为了探明我国典型农田土壤长期不同施肥下有机碳与全氮的剖面分布特征,本研究以五种不同气候区典型农田土壤(黑土、灰漠土、塿土、红壤、潮土)进行不同施肥长期定位试验,监测分析了1m深剖面包括五个层次的土壤有机碳与全氮含量,并系统总结了有机碳与全氮的时间、空间分布特征,为我国土壤肥力提升、农业可持续发展提高理论依据。主要结果与结论如下: (1)在不同土壤中随着土壤深度的增加土壤有机碳不断降低,在40-100cm土层之间降幅逐渐减小。黑土有机无机配施处理(NPKM、NPKM2)的0-40cm土层有机碳含量在施肥年限内表现为在后十年增高趋势;塿土与灰漠土在施肥年限内有机肥配施化肥处理的0-40cm土壤有机碳含量随着施肥年限的增长而增加。在0-40cm内,所有土壤类型的系统碳投入量与有机碳变化量呈显著的正相关关系,且有机肥的固碳效率大于秸秆还田处理。 施肥20年后,与CK相比, NPKM、NPKM2均可提高土壤0-40cm有机碳含量,但增幅差异较大,其中在0-20cm土层中NPKM、NPKM2处理有机碳增幅分别达到29.0%-109.7%和49.4%-183.1%,它们在不同土壤的增幅表现为从西到东、从南到北依次增幅依次变大,即灰漠土塿土红壤潮土黑土,NPKM2还提高了灰漠土、塿土、潮土40-60cm的有机碳含量。NPKS除黑土外其余土壤均提高了0-20cm有机碳含量,增幅在21.9%-69.1%,它们在不同土壤的增幅表现为塿土潮土红壤灰漠土,NPKS还提高了黑土、塿土、潮土20-40cm的有机碳,增幅为18.8%-63.1%。CK0处理0-20cm土壤有机碳均显著增加,增幅为20.8%-55.7%,它们在不同土壤的增幅为红壤塿土灰漠土潮土黑土,CK0还提高了塿土20-40cm与红壤20-60cm的有机碳。长期施用化肥(N、NK、PK)不利于有机碳的增加,其余施用化肥处理(NPK、NP)处理可以提高塿土、红壤、潮土的0-20cm有机碳含量,增幅在21.3%-33.8%。 (2)在不同土壤中随着土壤深度的增加土壤全氮不断降低,在40-100cm土层之间降幅逐渐减小。全氮含量随时间的变化与有机碳变化相似。施肥20年后,与CK相比,NPKM、NPKM2均可以显著提高土壤0-40cm全氮含量,0-20cm常量与高量增幅分别为32.0%-106.2%与54.7%-206.3%,它们在不同土壤的增幅表现为灰漠土塿土潮土红壤黑土;20-40cm常量与高量增幅分别为15.0%-143.6%与33.6%-306.3%,它们在不同土壤中的增幅表现为灰漠土黑土潮土红壤塿土。由于氮素淋溶作用,20-100cm土层中,黑土、塿土、红壤、潮土所有处理全氮均有不同程度提高,但增幅小于0-40cm。 (3)施肥11(12)年后,与CK相比,黑土、塿土碳氮比(C/N)无明显变化,灰漠土不同处理碳氮比有升有降,未表现出规律性变化。在施肥20年年限内,黑土、塿土随着施肥年限的增加土壤C/N提高,灰漠土随着施肥年限的增加C/N降低。所有土壤的C/N在0-80cm内随着土壤深度的增加而降低,80-100cm与60-80cm相比又有所升高。施肥20年后黑土、灰漠土C/N无显著性变化。与CK相比氮肥(N)与氮钾(NK)降低了塿土与红壤的0-20cm土壤C/N,其余处理耕层均有所升高。NPKM2提高了潮土中耕层C/N。各土壤耕层C/N在8.72-11.0,它们在不同土壤中的碳氮比表现为潮土黑土灰漠土塿土红壤。