施肥对花红苋菜吸收和积累土壤中PAHs 的影响

施用农业生产中广泛使用的无机氮肥和有机肥,以花红苋菜为典型叶菜类蔬菜,研究了不同施肥方式对蔬菜吸收和积累土壤中多环芳烃(PAHs)的影响.结果表明,蔬菜根部积累的PAHs 总浓度显著大于其地上部分积累的浓度.有机肥处理下,低环PAHs 在蔬菜根中的生物富集因子(RCFs)显著小于其余处理的对应值,表明添加有机肥更有利于降低低环PAHs 的生物有效性.土壤低环PAHs 的RCFs 值显著大于高环PAHs 的RCFs 对应值.种植蔬菜后,根际土壤PAHs 的总浓度显著降低;有机肥处理比无机氮肥处理有利于根际土壤中PAHs 的消解.     

华中地区水旱轮作模式下水稻季施氮肥对油菜季施氮肥土壤N2O排放的影响

设置了水稻季与油菜季均不施用氮肥(N0-0);水稻季施用氮肥150 kg·hm-2(以N计,下同),油菜季不施用氮肥(N150-0);水稻季与油菜季均施用氮肥150 kg·hm-2(N150-150);水稻季不施用氮肥,油菜季施用氮肥150 kg·hm-2(N0-150)4种施肥处理,采用静态箱/气相色谱法对旱作油菜季N_2O的排放进行了原位观测(2016年9月—2017年4月),研究了华中地区水旱轮作模式下水稻季施肥对油菜季土壤N_2O排放的影响.结果表明,油菜季N_2O排放主要集中在施基肥后1周内.N0-0、N150-0、N150-150和N0-150处理N_2O排放通量变化范围分别为-10.81~181.26、-20.48~95.61、-8.87~638.56和-21.76~827.86μg·m-2·h-1,平均排放通量分别为4.58、3.89、21.06和27.24μg·m-2·h-1,N_2O累积排放量分别为0.20、0.17、0.92和1.19 kg·hm-2,施氮肥处理(N150-150和N0-150)N_2O排放量显著高于不施氮肥处理(N0-0、N150-0)(p0.05).N150-150和N0-150处理N_2O排放通量与土壤孔隙充水率(WFPS)具有显著正相关关系(p0.05);N150-150和N0-150处理N_2O排放通量与土壤可溶性有机氮(DON)和无机氮(NO-3-N和NH+4-N)具有显著正相关关系(p0.01).以上结果表明,油菜季N_2O排放与稻季施用氮肥无关,施氮肥对土壤活性氮含量的影响是导致N_2O排放差异的主要原因,而土壤孔隙充水率也是影响油菜季N_2O排放的重要环境因子.     

论合理施肥与土壤环境的可持续性发展

文中论述了合理施肥对提高作物产量、改善品质以及净化与保护生态环境、实现农业可持续性发展的重要性与不可替代性，而施肥不当或滥用肥料不仅对土壤、植物养分平衡失调，作物产量与品质构成威胁，而且更重要的是作物吸收后所残留的肥料随着灌水或降水而产生径流、淋溶或侧渗，其累积效应对土壤和地表水、地下水易于造成污染，从而影响土壤环境与农业生态系统的稳定性、可持续性发展。为此，本文在肯定施肥对农业生产重要作用的基础     

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.     

长期不同施肥对稻田土壤有机碳矿化及激发效应的影响

通过室内模拟培养实验,结合14C同位素标记技术,研究了不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(ST)这3种施肥处理下稻田耕层土壤有机碳矿化特征及其对添加外源葡萄糖的响应特征.结果表明,56 d培养实验结束时,CK处理土壤累积矿化率(土壤原有有机碳累积矿化量/土壤总有机碳含量)达到1. 64%,而NPK和ST处理较CK处理显著降低了0. 34%和0. 39%(P 0. 05),表明长期施肥对土壤碳有一定的固持作用.长期不同施肥处理土壤对添加外源葡萄糖的响应有所不同,表现出了不同程度的激发效应.随着培养时间的推移,3种处理土壤碳矿化的激发效应由负激发效应逐渐转为正激发效应. 56 d时,ST和NPK处理土壤的负累积激发效应比CK分别显著提高了22. 07和9. 05倍(P 0. 05).结构方程模型分析表明,土壤NH+4-N和DOC含量主要通过影响土壤MBC和MBN含量间接影响土壤累积激发效应,且NH+4-N对土壤累积激发效应有直接的显著负影响.综上所述,长期施肥降低了稻田土壤原有有机碳累积矿化率,有利于增强稻田土壤碳的固持和积累,秸秆还田加化肥效果更加明显.     

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.     

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.     

秸秆覆盖和施肥对关中灌区夏玉米生长后期土壤呼吸速率的影响

土壤呼吸是农田层面影响全球尺度碳循环的关键因素之一,对全球大气二氧化碳浓度的影响不可忽视.前人研究显示土壤呼吸与农田耕作模式及施肥有密切的关系,但目前对于免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响研究较少.通过大田定位试验,采用GXH-3010E1型便携式红外线分析器测量土壤CO2排放速率,进而分析探讨关中灌区免耕条件下秸秆覆盖和施肥对土壤呼吸的影响以及土壤呼吸对水热因子的敏感性.结果表明,夏玉米(Zea mays L.)秸秆不覆盖不施肥、施氮肥、秸秆覆盖、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲5种处理条件下土壤呼吸速率存在明显规律,从8月9日到9月25日土壤呼吸速率整体呈下降趋势,土壤呼吸平均速率表现为施氮肥(7.78μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖+施氮肥(6.06μmol·m-2·s-1)>秸秆不覆盖不施肥(4.81μmol·m-2·s-1)>秸秆覆盖(4.68μmol·m-2·s-1)>夏闲(2.46μmol·m-2·s-1).施氮肥可以明显提高土壤呼吸速率,施氮肥处理较不施肥不覆盖处理提高61.75%,秸秆覆盖+施氮肥处理较秸秆覆盖处理提高29.49%.秸秆覆盖可以降低土壤呼吸速率,秸秆覆盖+施氮肥处理较施氮肥处理降低22.11%,秸秆覆盖处理较不覆盖不施肥处理降低2.70%.5种处理下秸秆不覆盖不施肥处理、秸秆覆盖+施氮肥和夏闲处理土壤呼吸速率与5 cm耕层土壤温度的相关性最大,秸秆覆盖处理和施氮肥处理分别与10和15 cm耕层土壤温度的相关性最大;秸秆覆盖处理各土层土壤含水率对土壤呼吸速率有显著影响(P<0.05).研究表明,秸秆覆盖和施氮肥对土壤呼吸有重要影响,施氮肥可以增加温室效应,秸秆覆盖对温室效应有缓解作用.     

施肥及秸秆还田处理下玉米季温室气体的排放

以华北地区冬小麦-夏玉米轮作农田为研究对象,在玉米整个生长季,运用静态箱法针对正常施肥及正常施肥结合秸秆还田处理进行了为期3年N2O排放通量的连续观测,并开展了1季CO2和CH4交换通量的研究.在玉米整个生长过程中施肥阶段N2O的排放量占到了总排放量的83%—96%,表明现有化肥的使用明显导致了农田N2O排放增加.与控制地相比,施肥和耕种可导致玉米田CO2排放明显增加,且正常施肥及秸秆还田样地CO2排放主要集中在苗期至吐丝期.控制地、正常施肥样地及施肥结合秸秆还田样地CH4的累积排放量均为负值,说明旱地土壤是CH4的一个汇.秸秆还田在一定程度上增加了玉米季N2O和CO2的排放量,但对CH4的吸收有所抑制.正常施肥样地和秸秆还田样地全球净增温潜势分别为-1392.8 kg C.hm-2和-179.2 kg C.hm-2,表明华北农田在现有耕作方式下是大气温室气体的一种重要汇.     

长期施肥对红壤性水稻土活性碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了不同施肥对红壤性水稻土活性碳的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪 紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量均随土层深度的增加而降低;不同施肥处理土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量从高到低顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK,长期施用肥料,特别是施有机肥与无机肥配施能提高土壤微生物量碳、潜在可矿化碳和可溶性有机碳含量,从而保持和提高土壤碳库质量。同施肥处理A层的土壤活性碳占土壤有机碳的比率显著大于P层;同施肥处理同发生层各土壤活性碳占土壤有机碳比率从高到低的顺序为:潜在可矿化碳的比率(R2)>微生物量碳的比率(R1)>可溶性有机碳的比率(R3);同施肥处理同发生层土壤活性碳占土壤有机碳比率R1、R2、R3大小顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK。除P层微生物量碳和可溶性有机碳之间外,土壤有机碳总量与各活性碳之间以及各类活性碳之间相关性均达到极显著水平。