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长期有机无机配施对中国典型农田土壤活性有机碳组分的影响

Muhammad Aslam  
【摘要】:农业土壤的物理、化学和生物过程决定了其生产力,而土壤有机碳(SOC)在其中起到了关键的作用。但是,以往SOC方面的研究多集中在SOC的动态变化、与土壤总碳的关系及其颗粒组成的变化上,很少涉及不同土壤类型中活性与非活性组分的变化,对这些组分在土壤剖面的分布以及施肥对它们的影响的研究就更少。本研究针对这一问题,通过分析SOC的变化、不同土壤深度的活性SOC、惰性SOC含量和比例的变化、活性SOC与总SOC的关系,揭示长期施用有机肥和化肥如何影响1)活性与惰性SOC的增加过程2)活性SOC在土壤剖而的分布。 本研究选取中国典型耕作地区不同土壤类型、种植制度和农业气象条件下的5个长期肥料试验(公主岭、郑州、重庆、进贤和祁阳)。施肥处理包括:(1)对照(种植作物但不施肥);(2)撂荒(自试验之初就不种植作物也不施肥);(3)氮磷钾化肥配合施用(NPK);(4)氮磷钾化肥配施秸秆(NPKS);(5)氮磷钾化肥配施有机肥(NPKM);(6)高倍的氮磷钾化肥配施有机肥(1.5NPKM)。采集各处理0~20cm、20~40cm和40~60cm土层样品,测定了总碳(TC)、土壤总有机碳(SOC)、土壤易及土壤有机碳的四种组分:高活性有机碳(Cfrac1=12N H2SO4)、活性有机碳NH2SO4)、低活性有机碳(Cfrac3=24N-18N H2SO4)和非活性有机碳(Cfrac4=SOC-24N H2SO4)的含量(其中,Cfrac1和Cfrac2代表活性SOC,Cfrac3和Cfrac4代表惰性SOC),分析了它们的变化量及相互关系。试验的主要结果如下: 1.与1990年起始值相比,施用有机肥和化肥增加了SOC含量。在公主岭试验点,NPK、 NPKS、NPKM和1.5NPKM处理0~20cm土层的SOC含量分别增加了14%、17%、54%和69%,20~40cm土层的SOC含量分别增加了15%、28%、52%和80%。在祁阳点,NPK、M、 NPKM和1.5NPKM处理0~20cm土壤有机碳含量增加了28%、90%、82%和121%。郑州点1.5NPKM处理的SOC增加幅度最高,达到115%。在5个试验点中,M和1.5NPKM处理都是SOC含量最高的处理。 2.与1990年起始值相比,施肥增加了土壤有机碳不同组分的含量。在公主岭点,NPK、NPKS、NPKM和1.5NPKM处理0~20cm的土壤Cfrac1含量增加了6%、14%、39%和48%;Cfrac2含量增加了12%、27%、49%和50%;1.5NPKM处理中Cfrac4含量在0~20cm和20~40cm土层分别增加了120%和102%,其次是NPKM处理,分别增加了83%和61%。在祁阳点,0~20cm土层增加最大的是M, NPKM和1.5NPKM处理的Cfrac4含量,分别为126%、113%和158%。而在郑州点,0~20cm土层,NPK、NPKS、NPKM和1.5NPKM处理的Cfrac4含量分别增加了63%、71%、141%和179%,在各个点中为最高。在5个试验点中,相比于不施肥的对照,施用化肥和有机肥都增加了土壤活性和惰性SOC库。SOC各组分之间存在显著的相关性,这说明这些不同组分之间处于动态平衡中,一个组分的增加或降低会改变这种平衡而影响其它组分的数量。 3.长期有机肥配施化肥(NPKM)(?)目比不施肥或单施化肥更多地增加了惰性碳库(Cfrac3和Cfrac4)。在公主岭和重庆试验点,1.5NPKM处理的惰性碳库在各处理中最高,达到66.1Mg ha-1和56.6Mgha-1。在进贤试验点,NPKM处理的惰性碳库最高,为39.6Mgha-1。与不施肥的对照相比,长期施用有机肥和化肥降低了活性炭库和惰性碳库的比例,且对SOC有更好的保持能力。在5个试验点中,活性库(Cfrac1和Cfrac2)占到SOC的52-56%,惰性库占44-48%。 4.有机肥和化肥在土壤剖面中对增加SOC组分的作用不同。有机肥增加了土壤深层惰性库的含量。在祁阳点,M处理20-40cm土层的惰性SOC占总SOC的55%,而表层为51%。化肥则更多地增加了表层的活性SOC,以公主岭为例,NPK处理土壤表层的活性组分含量占到总SOC的55%,而在20-40cm为50%。在所有处理中,20-40cm土层活性SOC与惰性SOC的比例低于表层。表层土壤具有大量的易分解的碳,随着土层的加厚,稳定的碳含量增加。 5.本文采用不同浓度的硫酸来分离SOC的组分。但是,在测定极易分解组分的时候,12NH2SO4法测定的数值比传统的KMnO4法测定的数值高。因此,我修正了这种方法,降低了硫酸浓度到6N。结果显示,在4个试验点上,KMnO4和6N H2SO4两种方法测得的极易分解组分数值间存在着显著的线性正相关关系。因此,可以采用6N H2SO4法代替KMnO4法来表征土壤极易分解组分的数量。 根据以上结果可以得出结论:中国农业十壤上有机无机配施可显著增加土壤有机碳含量及其各组分的碳库容量。化肥配施有机肥相比不施肥和单施化肥更多地增加了的惰性SOC组分所占的比例,说明有机肥的施用有助于提高惰性组分的形成从而减少土壤有机碳的分解和损失。而化肥提高了表层土壤活性SOC的比例,说明化肥的施用有助于提高土壤表层SOC的活性。深层土壤相比表层十壤有更低的活性与惰性有机碳比例,表明改善深度分布对实现碳同定具有实际意义。


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