平衡施肥与秸秆覆盖对紫色土坡耕地养分及其化学计量的影响

为探究长期平衡施肥和秸秆覆盖对紫色土坡耕地土壤养分及其化学计量比的影响,以垫江县长期农田氮磷流失监测点为研究样地,设置3个处理：常规模式（CK）、平衡施肥模式（M1）和平衡施肥+秸秆覆盖模式（M2）,每个处理各设3个重复,共建立9个小区（长7 m×宽3 m）,并于2018、2019和2020年采集土样,研究不同处理下碳（C）、氮（N）、磷（P）和钾（K）含量及其化学计量变化特征.结果表明,2018年不同处理之间K含量差异显著,大小顺序为：CK>M2>M1;2019年不同处理之间硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）含量差异显著,表现为：M1>M2>CK;其他养分含量在同一年份不同处理之间差异均不显著.不同年份间各处理的土壤C和N含量差异不显著.2018年各处理中K含量均显著高于其他年份,其中,2018年的CK、M1和M2分别比2019年和2020年高78.26%和98.79%,19.13%和35.4%,54.49%和41.76%.P含量在CK和M2处理中均随着年份增大而减小,且2018年分别比2019年高20.29%和10.67%,比2020年高39.68%和17.33%.各处理不同年份间速效钾（AK）含量无显著差异,而NO₃^--N和NH₄⁺-N和速效磷（AP）含量差异显著,且均在2020年最高.土壤C ：P、C ：K、N ：P、N ：K和P ：K在不同年份间都表现出显著差异（P<0.05）.土壤C ：K、N ：K和AN ：AP分别于2018年和2019年在不同施肥模式间差异显著（P<0.05）.土壤C与N及P与K之间呈显著的线性正相关;土壤C ：K与C ：P、N ：K、N ：P和P ：K之间,N ：K与C ：P、P ：K和N ：P之间,N ：P与C ：P之间都呈显著的线性正相关;土壤P与C ：K和N ：K之间呈显著的线性负相关.土壤NO₃^--N与NH₄⁺-N、AN ：AP和AN ：AK之间,NH₄⁺-N与AN ：AP和AN ：AK之间,AP与AK和AP ：AK之间,AN ：AP与AN ：AK之间都呈极显著正相关.研究发现平衡施肥+秸秆覆盖是紫色土坡耕地较为适宜的管理模式.     

长期定位施用牛粪对夏玉米-冬小麦体系农田N2O和NO排放的影响

利用静态暗箱法对关中平原27 a长期定位施肥农田氧化亚氮(N_2O)和一氧化氮(NO)排放通量进行周年(2017年6月到2018年6月)观测,目的是阐明N_2O和NO的排放特征及其影响因子,定量评估施用牛粪对气体排放的影响.田间试验采用随机区组试验设计,设置3种处理.对照(CK)处理全年不施肥.全化肥(NPK)和化肥加牛粪(NPKM)处理全年施氮(N)量为353 kg·hm~(-2),其中夏玉米季为188 kg·hm~(-2),均为尿素N;冬小麦季为165 kg·hm~(-2),NPK处理全部为尿素N,而NPKM处理尿素N与牛粪N的比例为3∶7.结果表明,CK处理气体排放通量较低且无明显季节变化,NPK和NPKM处理气体排放高峰主要与施肥和灌溉有关,N_2O和NO排放最高峰值分别为103. 0 g·( hm~2·d)~(-1)和71. 0 g·( hm~2·d)~(-1),均出现在NPKM处理玉米季.当土壤温度高于20℃时,NPK和NPKM中NO/N_2O比均与土壤充水孔隙度呈显著负相关关系(P 0. 01),说明土壤温度和水分含量共同影响气体排放.各处理N_2O年排放量分别为0. 21、2. 32和2. 15 kg·hm~(-2),NPK与NPKM处理间差异不显著(P=0. 74); NO年排放量分别为0. 23、0. 80和1. 46 kg·hm~(-2),NPK和NPKM处理间差异显著(P 0. 05).说明长期施用牛粪对N_2O排放无影响,但可显著增加NO排放.     

不同施肥方式下紫色土N2O与NOx的排放特征

利用紫色土长期施肥试验平台,采用静态箱-气相色谱法开展紫色土"冬小麦-夏玉米"轮作系统N_2O和NO_x排放的连续两周年(2014年11月~2016年9月)定位观测.研究了氮肥总量相同条件下的常规氮磷钾化肥(NPK)、猪厩肥(OM)、秸秆还田配施氮磷钾化肥(RSDNPK)、猪厩肥配施氮磷钾化肥(OMNPK)和氮磷钾化肥配合硝化抑制剂(DCDNPK)等施肥方式对N_2O和NO_x排放的影响,短期不施肥处理(CK)作为排放系数计算的对照.结果表明,所有施肥方式下紫色土N_2O排放峰均出现在施肥初期和大降雨过程期;NO_x排放过程与N_2O类似,排放峰出现在施肥初期,但强降雨期未出现明显排放峰.NPK、OM、RSDNPK、OMNPK和DCDNPK处理的N_2O年均累积排放量分别为:1.35、4.38、1.43、2.46、0.92 kg·hm~(-2),排放系数分别为:0.33%、1.41%、0.36%、0.73%、0.18%;相应处理的NO_x年均累积排放量分别为:0.11、0.38、0.10、0.27、0.04kg·hm~(-2),排放系数分别为:0.03%、0.13%、0.03%、0.09%、0.01%.较常规化肥,增加有机物料如施用猪厩肥和猪厩肥配施氮磷钾肥分别显著增加226%和83%的N_2O排放(P0.01),同时NO_x排放分别显著增加262%和157%(P0.01);常规化肥配合硝化抑制剂(DCDNPK)使用减少32%的N_2O排放和62%的NO_x排放(P0.01),秸秆还田配施氮磷钾肥对N_2O排放略有增加(P0.05),NO_x排放略有减少(P0.05).统计分析进一步表明,土壤无机氮含量是N_2O和NO_x二者排放的主控因子,而土壤孔隙充水率与温度分别作为N_2O与NO_x各自排放的主控因子之一.     

长期施肥对旱地红壤及作物中砷累积的影响

以湖南祁阳农田生态系统国家野外试验站的土壤为研究对象,分析了长期施肥措施对砷在土壤及作物籽粒和秸秆中累积的影响.供试土壤选择了4个不同施肥处理：不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）和化肥有机肥配施（NPKM）.结果表明,与不施肥相比,长期（26 a）施肥措施（NPK、M和NPKM）均显著增加了红壤中总砷（As）和有效态砷含量,其中,NPK处理的红壤中砷含量超过国家标准值（40 mg·kg^-1）.长期施肥处理对非专性吸附态As影响最大,其次为残渣态As,晶型氧化物结合态As,但对专性吸附态As和无定型铁铝氧化物结合态As的影响较小.与CK、NPK、M处理相比,NPKM处理能显著降低土壤中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）含量.此外,施用有机肥（猪粪）会导致玉米籽粒和秸秆中As的累积,而不会导致小麦籽粒和秸秆中的As累积.同步辐射红外显微成像和微束X射线荧光谱图显示了红壤样品中As、黏土矿物和有机官能团在微空间尺度上的高度异质性特征,表明As的有效性主要受铁氧化物和羟基碳的影响.     

长期施肥措施下稻田土壤有机质稳定性研究

采用傅立叶变换红外光谱(FTIR)对典型稻田生态系统长期定位试验的土壤有机质(SOM)结构进行分析,探讨不同施肥处理下表层与深层土壤有机质的分布差异及其稳定性机制.结果表明,长期不同施肥措施下稻田表层土壤有机碳(SOC)含量以有机-无机肥配施处理最高,其中高量有机肥(HOM)、低量有机肥(LOM)和秸秆还田(STW)处理较对照(CK)处理分别增加了18.5%、12.9%和18.4%.土壤有机质的化学结构也存在一定的差异性,与CK相比,施肥处理均增加了土壤中化学抗性化合物(脂族性、芳香族)、碳水化合物以及有机硅化合物的官能团吸收强度,其中HOM、LOM和STW处理最为明显.以烷烃类化合物为例,HOM、LOM和STW处理下其吸收强度为0.30、0.25和0.29,较CK分别增加了87%、56%和81%.表层土壤有机质各官能团的吸收峰强度皆高于深层土壤,同样以HOM、LOM和STW处理的差异最显著.本研究结果揭示了长期有机-无机肥配施下对亚热带稻田土壤有机质较丰富的化学抗性官能团结构的影响,贡献于其较高的有机质含量,这也从一方面揭示了稻田土壤有机质积累的化学稳定机制.     

秸秆还田配施氮肥对喀斯特农田微生物群落及有机碳矿化的影响

秸秆还田配施氮肥是调控农田土壤有机碳转化的重要措施,为认知秸秆配施氮肥对秸秆和长期施肥土壤有机碳矿化的作用机制,选取喀斯特长期施肥定位试验3种土壤(不施肥、无机肥、秸秆与无机肥配施),采用室内培养结合~(13)C示踪技术,设置不添加秸秆(对照组)及添加秸秆配施3种氮素水平处理(0、214. 0和571. 0 mg·kg~(-1),以干基土计),研究~(13)C标记的秸秆和土壤有机碳的矿化及其机制.结果表明,长期施肥土壤的秸秆CO_2排放量均显著高于不施肥土壤,且氮素水平显著影响不施肥土壤的秸秆有机碳矿化;长期施肥土壤激发效应均显著低于不施肥土壤,且低水平氮素配施降低秸秆添加引起的正激发效应,高水平氮素反而增大. PCA分析表明长期施肥、秸秆还田配施氮肥均显著改变土壤微生物群落,其中秸秆与氮素配施显著增加土壤总PLFAs、细菌和真菌PLFA摩尔质量浓度(与对照相比,增幅分别为40. 3%～53. 0%、41. 1%～62. 6%和60. 5%～148. 6%),但氮素水平影响不显著,土壤G~+/G~-降低并稳定在0. 8左右.结构方程模型结果表明,秸秆还田配施氮肥增加土壤DOC含量、影响土壤革兰氏菌群落结构,从而影响秸秆和土壤有机碳矿化.上述结果表明秸秆还田配施低水平氮肥有利于提升喀斯特农田土壤固碳能力.     

广西桂林市全州县测土配方施肥水稻“3414”肥料效应田间试验结果分析

在广西桂林市全州县中等肥力土壤上的5年试验结果表明：水稻栽培增施N、P、K三要素肥料均具有增产效果,增产增幅N〉K〉P;全州县水稻栽培推荐的最大施肥量分别为N12.7 kg·666.7 m^-2,P 4.0 kg·666.7 m^-2,K 9.5 kg·666.7 m^-2;最佳施肥量分别为N11.7 kg·666.7 m^-2,P 3.5 kg·666.7 m^-2,K7.5 kg·666.7 m^-2。本研究结果为全州县测土配方施肥成果应用提供了依据。     

What is the maximum potential for CO2 sequestration by “stimulated” weathering on the global scale?

Natural chemical weathering of silicate rocks is a significant sink for soil and atmospheric CO₂. Previous work suggested that natural chemical weathering may be stimulated by applying finely ground silicate rocks to agricultural areas or forests [stimulated weathering (SW)]. However, it remained unknown if this technique is practical to sequester globally significant amounts of CO₂ under realistic conditions. Applying first estimates of “normal treatment” amounts from a literature review, we report here a theoretical global maximum potential of 65 10⁶ t sequestered C a⁻¹ if SW would be applied homogenously on all agricultural and forested areas of the world. This is equivalent to 0.9% of anthropogenic CO₂ emissions (reference period 2000–2005). First, however, the assumed application of SW on most of the considered areas is not economically feasible because of logistic issues, and second the net-CO₂ sequestration is expected to amount to only a fraction of consumed CO₂ due to the energy demand of the application itself (currently ~11%). Unless progress in application procedures is provided, the recent realistic maximum net-CO₂-consumption potential is expected to be much smaller than 0.1% of anthropogenic emissions, and the SW would thus not be one of the key techniques to reduce atmospheric CO₂ concentration. However, literature suggests that for some agricultural areas (croplands) and specifically for rice production areas in humid climates, this SW may be a feasible tool to support international efforts to sequester CO₂. SW may be cost effective for those areas if linked to the CO₂-emission certificate trade in the future, and increases in crop production are taken into account.     

有机-无机肥配施对紫色土坡耕地氮素淋失的影响

通过坡地渗漏小区定位试验,研究总施氮量相同情况下,施肥方式对紫色土坡耕地氮素淋失的影响.结果表明,有机-无机肥配施会影响紫色土硝酸盐向下累积过程,显著降低紫色土坡耕地硝酸盐累积量.渗漏液中硝态氮含量在0.15～46.99mg·L-1之间,占总氮含量的66.4%～96.3%;总氮淋失量在(4.05±0.37)～(37.82±0.86)kg.hm-2之间,占当季施氮量的2.7%～25.2%.在维持总施氮量相同的条件下,与常规氮磷钾施肥相比,农家肥、秸秆与化肥配合施用的渗漏液总氮含量分别降低了71.0%、61.4%,总氮淋失量分别降低了48.1%、31.6%.这表明有机-无机肥配施能显著降低紫色土坡耕地氮素淋失量,对有效控制紫色土区浅层地下水硝酸盐污染具有重要作用.     

外加可溶性碳、氮对不同热量带土壤氨挥发的影响

在室内条件下采用静态吸收法,研究了外加可溶性碳、氮对不同热量带经长期施肥的3种农田土壤:黑土、潮褐土和红壤氨挥发的影响.结果表明,施用氮肥显著促进了土壤氨挥发,在单施氮肥和可溶性碳配施氮条件下,不同热量带土壤氨挥发量从高到低分别为潮褐土(14.3、 7.37 mg·kg~(-1)),黑土(1.52、 1.11 mg·kg~(-1)),红壤(0.998、 0.402 mg·kg~(-1)).添加可溶性碳显著减少土壤因施氮肥产生的氨挥发量,其中黑土减少27.0%,潮褐土减少48.5%,红壤减少60.0%.在黑土、潮褐土长期不同施肥土壤中,单施氮肥后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤,与可溶性碳配施氮后氨挥发量变化规律相反;在红壤长期不同施肥土壤中,单施氮肥和可溶性碳配施氮后氨挥发量均表现为无肥土壤 > 化肥土壤 > 化肥+有机肥土壤.研究结果还表明,外加可溶性碳、氮后,潮褐土铵态氮含量的减少幅度和硝态氮含量的增加幅度均显著高于黑土和红壤,说明潮褐土中氮素损失潜能大.