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长期施肥对黑土有机碳氮库及大豆根际有机碳稳定性的影响

陈磊  
【摘要】:世界四大黑土带以土壤肥沃、有机质含量高等自然优势而成为重要的农业生产土壤,是世界大粮仓,其中黑龙江位于东北平原黑土带,占黑土总耕地面积的74.77%,是我国重要的商品粮基地。近几十年黑土有机质含量快速下降,研究施用化肥、畜禽粪污对该地区作物产量、土壤肥力及土壤可持续耕种具有重要意义。针对不同施肥投入对黑土碳氮库变化特征及根际有机碳稳定性等关键问题,本研究依托农业农村部黑龙江耕地保育与农业环境科学观测试验站38年的肥料长期定位试验,通过对田间试验历史数据的统计分析和DayCent模型模拟,结合作物根际土壤试验,借助红外光谱、核磁共振技术和高通量测序技术研究9个不同处理(不施肥CK、单施氮肥N,氮磷钾配施NPK、单施有机肥M、有机肥配施氮肥MN、有机肥配施氮磷钾MNPK、二倍氮肥N2、二倍有机肥M2和二倍有机肥氮肥M2N2)长期施用下土壤有机碳氮库的演变规律及根际有机碳稳定性的机制。研究获得以下主要结论:(1)黑土长期定位试验年均碳输入量1030.1 kg/hm2能维持土壤有机碳水平,NPK配施能够维持有机碳含量。CK、N和N2处理有机碳、碳储量显著降低;施用M2和有机无机配施处理有机碳、碳储量显著升高,碳储量年变化速率为0.052~0.222 t/hm2。(2)黑土长期定位试验每年需盈余氮素86.1 kg/hm2可维持土壤氮素水平,MN和MNPK处理基本能维持全氮含量。M2N2处理显著增加全氮、氮储量,且随年限增加而增加,其他处理均表现为逐年减低的趋势。(3)大豆季根际土壤有机碳含量高于非根际土壤,化肥与有机肥配施、高量有机肥施用根际土壤有机碳含量和0.25mm粒径团聚体中有机碳含量较高。长期低量氮肥(N)施用显著降低根际土壤C/N,根际土壤中不同土壤粒径内碳含量均低于非根际土壤;M2和M2N2处理的不同土壤粒径内碳含量均表现为根际土壤高于非根际土壤。(4)施肥处理降低根际有机碳中烷氧基碳比例,增加了烷基碳/烷氧基碳比值,土壤疏水性增强,向难降解和稳定性增强方向发展,其中NPK与有机肥配施、高量有机肥施用根际土壤烷基碳/烷氧基碳和疏水性碳/亲水性碳比值较高。(5)根际土壤细菌多样性高于非根际土壤,化肥处理降低细菌多样性。在根际土壤,NPK与有机肥配施、高量有机肥施用主要增加与芳香类、脂类呈正相关的菌属丰度,而降低与脂类、碳水化合物类呈负相关的菌属丰度。在非根际土壤,有机肥(M和M2)处理显著增加与脂类和脂类与碳水化合物类比值呈显著正相关的菌属丰度,这些菌属与SOC或0.25mm C呈显著正相关,而单施化肥(N、N2和NPK)处理显著降低这类菌属丰度,增加与脂类和脂类/碳水化合物类比值呈显著负相关的菌属丰度,其中Acidobacteriales_norank、Bryobacter、SC-I-84_norank与0.25mm C呈显著负相关。


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