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长期不同施肥和轮作稻田土壤有机碳氮演变特征

刘立生  
【摘要】:为探明长期不同施肥和轮作下南方稻田土壤有机碳氮演变特征,本文以中国农业科学院红壤实验站丰产因子长期定位实验、水田轮作制度长期定位试验为基础,测定了1982年至2012年每6年一次的历史土壤样品的颗粒含量、颗粒有机碳含量和养分含量,研究长期不同施肥和轮作稻田颗粒有机碳库演变特征与土壤肥力关系;采用淹水培养方法测定土壤氮矿化累积量,研究长期不同施肥和轮作稻田氮矿化演变特征与土壤肥力关系,寻找能够指示土壤肥力的有机碳库和氮矿化参数,为土壤培肥提供理论依据。主要结果和结论如下: 1.与CK相比,长期单施有机肥(M)、有机无机配施(NPKM)显著提高土壤总有机碳、细粘粒(0-0.2μm)、粗粘粒(0.2-2μm)、细粉粒(2-5μm)、砂粒(53-2000μm)有机碳含量。不同施肥处理中均以土壤细粘粒、粗粘粒有机碳含量最高,平均有机碳含量为23.41g/kg、23.51g/kg,但是占土壤总有机碳的19.13%、42.53%。施加有机肥土壤有机碳含量显著高于单施化肥,长期不同施肥12年左右土壤总有机碳、细粉粒有机碳含量呈稳定状态,细粘粒有机碳、粗粘粒有机碳含量随种植年限显著增加,有机碳含量没有稳定,在一定时间内仍具有固碳能力。可见新增加有机碳主要固定在粘粒中,土壤粘粒有机碳对土壤总有机碳的响应最为敏感,其中粗粘粒有机碳含量占总有机碳的39.22%~42.98%,是土壤有机碳最稳定的组成部分。综上所述,粘粒是红壤稻田有机碳固持的主要组分。 2.种植绿肥30年稻田土壤细粘粒(0-0.2μm)、粗粘粒(0.2-2μm)有机碳含量最高,分别为28.05g/kg-28.27g/kg、25.76g/kg-26.91g/kg,占土壤总有机碳的15.1%、44.5%。长期种植绿肥能够显著增加土壤总有机碳、细粘粒有机碳、粗粘粒有机碳含量。有机碳的累积源于土壤粘粒对有机碳的固持,粗粘粒有机碳是土壤总有机碳的主要组成部分,也是与总有机碳关系最为紧密的组分,对土壤性质及养分供应起着决定性作用,在有机碳转移吸附的过程中,粗粘粒有机碳增长速率是细粘粒有机碳的140.8%,粗粘粒有机碳总量是细粘粒的3倍;相关性分析结果显示,粗粉粒有机碳与土壤总有机碳、产量、土壤肥力的关系最紧密。综上所述,粗粘粒有机碳对土壤肥力的变化有着更好的响应关系,能够作为指示土壤肥力变化的有机碳库。 3.长期种植绿肥土壤有机质、全氮含量显著上升,土壤碱解氮、氮矿化势、矿化速率、有机氮品质显著下降。紫云英属豆科作物,能够固定大气中的N,从而使土壤氮素得到一定的补充,减缓土壤氮矿化势和有机氮品质的降低速度。土壤C/N与土壤氮矿化参数存在显著正相关关系,能够作为反映土壤氮矿化的敏感参数。土壤碱解氮与有机氮品质存在显著正相关关系,碱解氮的含量能够反映土壤有机氮品质的高低。种植绿肥提高水稻产量的同时土壤供氮潜力、有机氮品质不断下降,水稻的高产是以消耗土壤基础肥力为代价。为实现绿肥稻田长期稳定高产,应该把提高土壤有机氮品质作为研究的重点。


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