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长期有机无机配施黑土氮素转化特征

孟繁华  
【摘要】:为了探明长期(1990-2012)不同施肥措施(化肥NPK、有机肥配施化肥NPKM、秸秆配施化肥NPKS)对黑土氮素转化特征的影响,为黑土的土壤培肥与氮素管理提供理论依据。本研究采用15N同位素稀释技术和模型相结合的方法,研究了黑土长期NPK、NPKS和NPKM处理三种施肥措施的氮素转化特征。模型采用马尔科夫蒙特卡洛方法对参数进行估算。主要研究结果如下: (1)黑土长期NPK、NPKS和NPKM三种施肥措施下,NPK和NPKS两个处理土壤有机质和全氮含量保持稳定,NPKM处理显著增加了黑土有机质和全氮的含量,二者的年增长量分别为0.58g/kg和0.04g/kg。与NPK相比,有机无机配施(NPKS和NPKM)显著降低了150μm_MF组分的比例;NPKM处理显著增加了黑土150μm_MOM组分比例。各组分碳氮含量总体表现为MPKMNPKSNPK;有机肥配施化肥显著促提高50-150μm、150μm_MF、150μm_MOM三个组分有机碳含量和各组分全氮含量。各组分有机碳和全氮在总有机碳和全氮中的分配比例均以50μm组分最高。NPKM处理显著降低50μm组分有机碳在总有机碳中的比例,显著增加了粗有机碳(150μm_MOM)在总有机碳中的分配比例和150μm_MOM组分中氮在土壤全氮中的分配比例。 (2)秸秆或有机肥配施化肥,黑土易分解有机碳氮比例增加,耐分解有机碳氮比例下降。黑土NPK、NPKS、NPKM三个处理易分解有机碳占总有机碳的比例分别8.3%、9.2%、14.2%;耐分解有机碳占总有机碳的比例分别为98.3%、84.1%、79.5%。黑土NPK、NPKS、NPKM三个处理易分解有机氮占土壤全氮的比例分别10.3%、12.1%、20.16%;耐分解有机氮占土壤全氮的比例分别为78.8%、76.1%、73.4%。 NPKS和NPKM处理可以显著降低50μm、50μm-150μm、150μm_MOM组分的碳氮比,NPKM处理优于NPKS处理。以上结果表明NPKS和NPKM可以改善黑土土壤有机氮和土壤有机碳的数量和品质。 (3)黑土在长期NPKS和NPKM施肥措施下,土壤易分解有机氮和耐分解有机氮的矿化速率显著增强。NPKS和NPKM处理易分解氮的矿化速率比NPK处理分别增加了118.8%和50.0%;耐分解氮的矿化速率比NPK处理分别增加了169.1%和148.2%。NPKS和NPKM处理的总矿化速率分别为4.71μg/g/d、4.26μg/g/d,分别较NPK处理增加了164.6%、139.3%。由此可见,有机无机配施显著增强了黑土有机氮的矿化能力。 (4)与NPK处理相比,NPKM处理黑土的硝化作用显著增强,NPKS处理的硝化作用显著降低。黑土三个处理的耐分解有机氮主要通过矿化作用转变为无机氮,异养硝化作用不是黑土耐分解有机氮转变为无机氮的主要途径。模型拟合结果证实在NPKM和NPKS处理中存在硝态氮的暂时储存库,硝态氮向储存库的吸附速率NPKS显著大于NPKM,储存库的存在使部分有效氮素暂时的储存起来,避免了其损失。硝态氮向耐分解有机氮的固定是黑土保持氮素的重要途径,NPKM处理该途径的速率显著大于NPK和NPKS处理,增强了土壤对氮素的保持能力。DNRA途径能够将硝态氮异化还原为铵态氮,有力于土壤对硝态氮的保持,本研究中NPKS和NPKM处理DRNA速率显著大于NPK处理,但三个处理速率的绝对值都较低,DNRA不是黑土硝态氮的主要保持途径。 综上所述,长期化肥秸秆配施黑土有机氮和有机碳含量保持稳定,增加易矿化碳、氮的比例;长期化肥有机肥配施不仅黑土有机氮和有机碳含量增加,易矿化碳、氮比例也增加。长期有机无机配施黑土易分解有机氮和耐分解有机氮矿化能力增强;耐分解氮主要通过矿化作用转变成无机氮。长期化肥有机肥配施可以增强黑土对无机氮的保持能力,其主要途径是硝态氮向耐分解有机氮的固定;长期化肥配施秸秆改变了黑土硝态氮的固定途径,增加了硝态氮向储存库的固持与吸附。


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