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.     

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.     

长期施肥农田黑土微生物量碳、氮季节性变化

研究长期不同施肥处理农田黑土微生物量碳、氮(MBC、MBN)季节性特征,于不同月份采集单施化肥(NPK)、单倍有机肥(M)、双倍有机肥(M2)、单倍有机肥与化肥配施(MNPK)和对照(CK)处理土样。结果表明:与其它处理相比,M2处理MBC、MBN季节性变化较小。MBC季节性变化规律为:4月(春耕前)各处理较高,其它月份较低,CK、NPK、MNPK的最低值出现在5月(出苗期),M和M2的最低值出现在7月(拔节期),8、9月(灌浆期和收获后)各处理略有回升。MBN变化规律为:4月NPK、M、MNPK较低,其它月份较高,4、8月CK较低,其它月份较高。所有月份各处理均值方差分析结果表明:与CK相比,NPK、M、MNPK、M2均能提高MBC和MBN,其中M、MNPK、M2对MBC的提高达到显著水平(p<0.01),M对MBN的提高达到显著水平(p<0.01),其它处理未达到显著水平。另外,长期适量施用有机肥可以提高土壤微生物对有机碳及全氮的利用率。微生物量碳与土壤基本理化指标相关性显著,能够较好地反映出土壤质量变化情况。     

不同状态样品培养下太湖地区黄泥土好气呼吸与CO2产生潜力

土壤呼吸的CO2释放是陆地生态系统快速而活跃的土气交换途径,培养试验常用来讨论土壤的有机碳矿化及其温室气体产生潜力.对太湖地区一个代表性水稻土在水稻收割后采集土壤, 分别进行常规(磨碎土的培养瓶法)和原状土恒温好气培养,测定分析土壤呼吸的CO2释放量,讨论其有机碳矿化与CO2释放潜力.结果表明,该水稻土常规培养CO2呼吸释放速率在CO2-C 12.85 ～ 15.17 mg·kg-1·d-1范围, 而原状土培养CO2呼吸释放速率在CO2-C 2.15 ～ 4.47 mg·kg-1·d-1范围,虽然两者均显著低于文献报道的培养研究结果,但原状土培养下土壤呼吸及CO2产生潜力看起来较大幅度地低于磨碎土常规培养结果,前者与同地区田间监测结果计算的值相当.不但如此,培养中土壤呼吸作用与CO2释放动态格式也发生变化,原状土条件下存在一个较为稳定的低呼吸速率阶段,不同施肥处理下这一阶段的差异十分明显.计算表明,原状土培养下存在微生物潜在可矿化碳的土壤保护作用,这种保护性碳约占土壤有机碳总量的2%左右,较大于Pulleman & Marinissen (2004) 对于草地土壤团聚体有机碳矿化的研究结果.采用磨碎样品的常规培养实验可能会高估水稻土有机碳矿化与CO2释放潜力.     

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.     

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.     

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。     

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.