長期施肥條件下紅壤性水稻土氮素肥力分異特征.pdf

1、在江西省紅壤研究所紅壤性水稻土肥料長期定位試驗中，采集不同施肥處理(CK、N、NP、NPK、NPKM、OM)耕層土壤，研究了不同施肥處理土壤各有機(jī)形態(tài)碳、氮含量及其關(guān)系，探討了各施肥處理對土壤團(tuán)聚體、生物活性等的影響；并通過室內(nèi)恒溫淹水培養(yǎng)實驗，研究了不同施肥處理土壤氮素礦化作用對外源物的響應(yīng)特點；同時，結(jié)合不同施肥處理對水稻土基礎(chǔ)肥力及作物產(chǎn)量的影響，進(jìn)一步分析了水稻年產(chǎn)量與土壤物理、化學(xué)、生物學(xué)若干測試指標(biāo)的關(guān)系。研究結(jié)果如下：

2、 土壤團(tuán)聚體干篩分析結(jié)果表明，與CK相比，在連續(xù)施肥23a后，施用有機(jī)肥(NPKM、OM)可顯著提高粒徑3-5mm土壤團(tuán)聚體含量(25.4％～24.6％)、降低粒徑0.05～0.25 mm、<0.05 mm的團(tuán)聚體含量(70.6％～71.1％和113.6％～121.7％)；而單施化肥處理(N、NP、NPK)，各粒徑土壤團(tuán)聚體含量無明顯差異。表明施肥對紅壤性水稻土團(tuán)聚體的影響主要受有機(jī)肥的控制，與化肥關(guān)系不大。紅壤性水稻土團(tuán)聚體的MW

3、D、GMD和分形維數(shù)值與粒徑1～2 mm、0.5～1 mm、0.25～0.5 mm、0.05～0.25mm、<0.05mm團(tuán)聚體含量存在顯著或極顯著的線性關(guān)系，從而認(rèn)為土壤團(tuán)聚體的MWD、GMD和分形維數(shù)值可較客觀地反映土壤肥力的狀態(tài)。 紅壤性水稻土在連續(xù)施肥23a后，化肥配施處理(NPK)耕層土壤有機(jī)碳和全氮與CK處理相比無顯明變化。有機(jī)肥處理(NPKM、OM)耕層土壤有機(jī)碳和全氮含量較CK處理分別提高31.5％～34.3％和

4、26.5％～33.7％(P<0.01)，比NPK處理分別增加19.3％～21.8％和14.3％～20.7％(P<0.05)。單施有機(jī)肥處理與有機(jī)肥化肥配施處理間無顯明差異，表明有機(jī)肥是提高紅壤性水稻土有機(jī)質(zhì)和全氮的根本途徑。NPK處理耕層土壤閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳的含量及其構(gòu)成(占土壤有機(jī)碳的比例)較CK處理分別提高66.0％和47.8％(P<0.05)。施用有機(jī)肥(NPKM，OM)耕層土壤各組分有機(jī)碳含量較CK處理、NPK處理均有顯著的提高

5、；有機(jī)肥處理(NPKM，OM)與CK相比，其游離態(tài)顆粒有機(jī)碳和閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳構(gòu)成分別增加82.0％～270.0％和97.3％～97.7％(p<0.01)，而耕層土壤礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳構(gòu)成卻減少了18.9％～21.3％(p<0.05)；與化配施肥(NPK)相比，有機(jī)肥處理(NPKM，OM)可顯著地提高耕層土壤有機(jī)碳中游離態(tài)和閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳的構(gòu)成，但對礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳的構(gòu)成影響不明顯。NPKM處理與OM處理相比，除游離態(tài)顆粒有機(jī)碳外，均無

6、明顯差異。表明施用有機(jī)肥(NPKM，OM)可提高耕層土壤各形態(tài)碳素的含量，改變各形態(tài)碳素在有機(jī)碳中的構(gòu)成，化肥配施對耕層土壤閉蓄態(tài)有機(jī)碳含量扣構(gòu)成也有明顯的促進(jìn)作用。連續(xù)施用有機(jī)肥(OM，NPKM)耕層土壤積累碳在各形態(tài)有機(jī)碳的分配率表現(xiàn)為閉蓄態(tài)顆粒有機(jī)碳(72.8％～76.8％)>礦物結(jié)合態(tài)有機(jī)碳(13.1％～16.7％)>游離態(tài)顆粒有機(jī)碳(2.6％～6.1％)，且各形態(tài)有機(jī)碳間的分配率達(dá)顯著性差異；積累氮在各形態(tài)氮中的分配受有機(jī)肥的

7、影響，總體表現(xiàn)出氨基酸態(tài)氮(26.6％～38.0％)>非酸解氮(27，6％～32.0％)>未知態(tài)氮(17.1％～28.5％)>氨態(tài)氮(7.00％～9.9％)>氨基糖態(tài)氮(5.9％～7.4％)的趨勢。NPKM處理與OM間積累碳、氮的分配無明顯差異，表明紅壤性水稻土積累碳、氮分別在各形態(tài)碳、氮中的分配基本保持穩(wěn)定。 耕層土壤N素養(yǎng)分主要受有機(jī)肥的控制，施有機(jī)肥(OM、NPKM)能顯著提高土壤全氮、酸解性總氮的含量。在酸解性總氮組分中

8、，有機(jī)肥(OM)或有機(jī)無機(jī)肥配合(NPKM)施用可顯著提高各形態(tài)酸解性氮的含量，化肥配施(NPK)則顯著提高了氨基酸態(tài)氮含量，而氮肥單施(N)或偏施(NP)對土壤各酸解性氮影響不明顯。與不施肥(CK)相比，長期施有機(jī)肥(OM、NPKM)顯著增加耕層土壤各團(tuán)聚體中酸解性總氮、氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮含量。同時，有機(jī)肥也顯著提高粒徑3～5mm、>5mm團(tuán)聚體對土壤全氮、酸解性總氮、氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮的貢獻(xiàn)率，這也說明長期施有機(jī)肥(OM、NPKM)

9、可提高土壤大團(tuán)聚體N素養(yǎng)分供應(yīng)能力。 長期施有機(jī)肥(OM、NPKM)，耕層土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮較純化肥區(qū)(NPK、NP、N)和無肥區(qū)(CK)均有顯著或極顯著的提高。與CK相比，長期單施化肥(N、NP、NPK)微生物生物量碳、氮增加幅度較小。同時，施有機(jī)肥(OM、NPKM)有激活和提高土壤酶活性的作用，表現(xiàn)在耕層土壤蔗糖酶活性、纖維素酶活性、脲酶活性、天(門)冬酰胺酶活性、谷氨酰胺酶活性、組氨酸脫氨酶活性等均明顯高于

10、純化肥區(qū)(NPK、NP、N)和無肥區(qū)(CK)。除NPK處理明顯增加耕層土壤纖維素酶活性、脲酶活性、組氨酸脫氨酶活性外，純化肥區(qū)(NPK、NP、N)僅略高于無肥區(qū)(CK)，沒有明顯的促進(jìn)作用。相關(guān)分析結(jié)果表明，紅壤性水稻土微生物生物量碳、氮及各種酶活性與土壤有機(jī)碳和全氮間均呈顯著或極顯著正相關(guān)。 長期施有機(jī)肥(OM、NPKM)的土壤不管是否添加外源物(碳源或磷源)，室內(nèi)淹水恒溫(30℃)培養(yǎng)32d后，其氮素凈礦化量均明顯(p<0.

11、05)高于純化肥區(qū)(N、NP、NPK)和無肥區(qū)(CK)；化肥區(qū)表現(xiàn)出NPK>NP>N>CK的趨勢(p>0.05)，說明紅壤性水稻土長期施用有機(jī)肥可顯著提高耕層土壤供氮能力。加入葡萄糖后，各施肥(CK、N、NP、NPK、NPKM、OM)土壤氮素的相對礦化量均為負(fù)值，其值大小表現(xiàn)出OM0.05)，意味著其礦質(zhì)氮的生物固持作用均大于有機(jī)氮的礦化作用。這種生物固持作用在低有機(jī)質(zhì)的土壤(CK、N、NP

12、、NPK)上更強(qiáng)；而加入K2HPO4后，各供試土壤氮素相對礦化量均為正值，表明磷素可促進(jìn)紅壤性水稻土的有機(jī)氮礦化，特別在高有機(jī)質(zhì)土壤(OM、NPKM)上尤為明顯；當(dāng)同時添加碳源、磷源時，各供試土壤氮素相對礦化量與單加葡萄糖時相似，表明即使是肥力較高的紅壤性水稻土上，在添加磷的同時再添加碳源也會對土壤氮素的礦化有抑制作用。淹水培養(yǎng)32d后的土壤氮素凈礦化量與土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、酸解性總氮、微生物量碳、微生物量氮均呈極顯著正相關(guān)(p<0.01

13、)，與氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、酸解未知態(tài)氮間呈顯著正相關(guān)(p<0.05)，與氨基糖態(tài)氮、非酸解性氮無顯著性相關(guān)(p>0.05)。這對于深入了解紅壤性水稻土有機(jī)氮狀況及作物的氮需求等都有非常重要的意義。 紅壤性水稻土基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率為46.3％～72.0％。隨著施肥結(jié)構(gòu)完善，對基礎(chǔ)地力的依賴性表現(xiàn)出NPKM

14、K肥配施，隨時間的延長，增產(chǎn)效率均呈線性下降，至18～21 a后，產(chǎn)量水平相當(dāng)或者低于無肥區(qū)(CK)。N肥與PK肥配施，具有明顯的增產(chǎn)優(yōu)勢，再配施有機(jī)肥，水稻產(chǎn)量及稻田生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)穩(wěn)定性明顯提高。相關(guān)分析結(jié)果表明，水稻年產(chǎn)量與土壤有機(jī)碳、土壤全氮、微生物生物量碳、微生物生物量氮、脲酶、天(門)冬酰胺酶、組氨酸脫氨酶、蔗糖酶、纖維素酶、精氨酸脫氨酶、酸解性總氮、氨態(tài)氮、氨基酸態(tài)氮、氨基糖態(tài)氮、非酸解性氮、32天的氮凈礦化量、以及粒徑3～5