长期施肥对水稻土和旱地红壤的肥力质量、有机碳库与团聚体形成机制的影响

论文摘要

伴随着全球气候的变暖和现代农业的发展,生态环境的破坏和资源的日益稀缺等问题日益凸显,土壤质量的保育与土壤资源的可持续性利用已经成为当今农业科学与生态环境领域的热门研究课题。本研究以设立在江西省进贤红壤研究所内由第四纪红色粘土发育的红壤性水稻土和旱地红壤上的长期定位试验各施肥处理土壤作为研究对象,探讨不同施肥措施对土壤肥力质量、有机碳库的分布与周转和土壤团聚体的形成与稳定的影响,为指导农业生产,加强农田养分管理,实现土壤的可持续利用和农业可持续发展提供科学依据。本文研究结果如下：（1）长期施肥对红壤性水稻土和红壤旱地的肥力性质影响显著。与长期不施肥处理相比,施化学N肥处理的土壤pH值都有所降低,施用化学氮肥是导致红壤pH降低的主要原因之一,旱地红壤比水稻土酸化程度更为明显。有机无机肥配施处理（NPKOM）则较明显地抑制土壤酸化,显著提高了土壤肥力。与试验开始前相比,所有处理的有机C含量都有升高,说明土壤有机质的增加主要是来自作物根茬的返田或施用有机肥。因此,采用有机无机肥配施模式最有利于土壤肥力水平的提高和土壤的可持续利用。（2）应用Fuzzy综合评判法对各处理土壤的肥力质量进行数值化的综合评价表明,红壤性水稻土和旱地红壤的NPKOM处理土壤肥力质量均属于二级,水稻土其他施肥处理的土壤肥力质量均属于三级,旱地的NPK和2NPK处理的土壤肥力质量属于三级,其他处理属于四级。旱地的整体土壤肥力质量比水稻土低。两种土壤均是有机无机配施肥最有利于土壤肥力质量的提升,单施氮肥处理的土壤肥力质量都明显降低。（3）土地利用方式和长期施肥显著改变土壤有机碳库中颗粒有机碳的组成（cPOM、fPOM、iPOMmM）。其中,水稻土微团聚体中的有机碳库占土壤总有机碳库的60%以上,旱地红壤矿物结合态有机C占绝大部分。通过室内59天的好气培养,C02-Ct累积量的高低顺序为微团聚体>原土>粉黏粒。旱地的土壤有机碳的半衰期基本都远远大于水稻土,周转速率比水稻土要慢。施用有机肥能提高土壤有机碳库的周转速率,促进土壤有机碳库的更新。在水田和旱地两个生态系统中,土壤固碳与有机碳投入均呈指数型增长关系,水稻土的固碳效率（ΔSOC/ΔC input）和土壤有机碳储量明显高于旱地。水淹状况下有机质的矿化速率比较低,说明在嫌气条件下,微生物活性比好气条件下要低。（4）对CK、NPK和NPKOM三种施肥模式的土壤团聚体进行不同方式（Water作为对照、Ammonium oxalate、DCB和H202）浸提处理后,通过分析比表面积、铁铝氧化物和有机质的关系,结果表明,水稻土0.053-0.25mm团聚体的胶结物质以游离氧化铁铝为主,其他粒级以有机质为主；早地红壤0.25-2.0mm团聚体的胶结物质以有机质为主,0.053-0.25mm团聚体以游离氧化铁铝胶结为主,铁铝氧化物为<0.053mm团聚体比表面积的主要影响因素。（5）不同施肥模式影响作物的生物产量和养分吸收量。籽粒产量占水稻总生物量的50%以上。与CK相比,一元施肥处理中单施P肥能够提高水稻籽粒产量,除N、K、NK处理低于CK外,其它各处理秸秆和根茬生物量都有所提高。说明磷肥在提高籽粒产量、秸秆和根茬生物量方面发挥了重要作用。NPKOM处理显著增加作物的生物量。玉米的秸秆生物量占50%左右,单施氮肥处理各器官的生物量均最低,说明单施氮肥处理导致了玉米大幅减产。SOC和土壤碱解N对水稻和玉米各器官生物量的影响均达到极显著水平。土壤全P和有效P对地上部生物产量的影响也是极显著的,土壤K养分对玉米生物量影响较小。水稻和玉米吸收的N、P养分都主要分布在籽粒中,而吸收的K主要分布在秸秆中。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 长期不同施肥对土壤基本理化性质的影响
• 1.2.2 土壤肥力质量及其评价方法
• 1.2.3 土壤有机碳库的分布与周转
• 1.2.4 土壤团聚体的形成与稳定机制
• 1.3 科学问题与研究内容
• 1.3.1 科学问题
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 材料与方法
• 2.1 试验地概况
• 2.1.1 红壤性水稻土试验地概况
• 2.1.2 早地红壤试验地概况
• 2.2 样品采集
• 2.2.1 土壤样品采集
• 2.2.2 植株样品采集
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 土壤基本理化性质测定
• 2.3.2 土壤肥力质量的等级评价
• 2.3.3 作物生物量及其养分吸收
• 2.3.4 土壤有机碳的物理分组
• 2.3.5 土壤有机碳库的周转速率
• 2.3.6 土壤团聚体的不同浸提处理及分级
• 2.3.7 土壤比表面积（SSA）的测定
• 2.3.8 土壤铁铝氧化物的测定
• 2.4 数据整理与统计方法
• 2.5 技术路线
• 第三章 长期施肥对土壤理化性质及其肥力质量的影响
• 3.1 长期施肥对土壤理化性质的影响
• 3.1.1 长期施肥下红壤性水稻土的基本理化性质
• 3.1.2 长期施肥下旱地红壤的基本理化性质
• 3.2 长期施肥对土壤肥力质量的影响
• 3.2.1 长期施肥红壤性水稻土的土壤肥力质量
• 3.2.2 长期施肥旱地红壤的土壤肥力质量
• 3.3 本章小结
• 第四章 长期施肥对土壤有机碳库及固碳效率的影响
• 4.1 长期施肥对红壤性水稻土有机碳库及其周转的影响
• 4.1.1 长期施肥对红壤性水稻土有机碳库的影响
• 4.1.2 长期施肥对红壤性水稻土有机碳库周转的影响
• 4.2 长期施肥对旱地红壤有机碳库及其周转的影响
• 4.2.1 长期施肥对旱地红壤有机碳库的影响
• 4.2.2 长期施肥对旱地红壤不同有机碳库周转的影响
• 4.3 长期施肥对红壤性水稻土与旱地红壤固碳效率的影响
• 4.3.1 土壤有机碳的投入和固定的计算方法
• 4.3.2 长期不同施肥对土壤有机碳的固定效率的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 长期施肥下土壤团聚体的形成机制
• 5.1 长期施肥下红壤性水稻土团聚体的形成机制
• 5.1.1 红壤性水稻土的有机碳、铁铝氧化物和比表面积
• 5.1.2 不同浸提处理下土壤团聚体的大小分布
• 5.1.3 不同浸提处理对土壤团聚体有机碳的影响
• 5.1.4 不同浸提处理对土壤团聚体氧化铁的影响
• 5.1.5 不同浸提处理对土壤团聚体氧化铝的影响
• 5.1.6 不同浸提处理对土壤团聚体比表面积的影响
• 5.1.7 土壤比表面积、有机碳与氧化铁铝的关系
• 5.1.8 红壤性水稻土的团聚体形成机制
• 5.2 长期施肥下旱地红壤的团聚体形成机制
• 5.2.1 旱地红壤的有机碳、铁铝氧化物和比表面积
• 5.2.2 不同浸提处理土壤团聚体颗粒的分布
• 5.2.3 不同浸提处理对土壤团聚体有机碳的影响
• 5.2.4 不同浸提处理对土壤团聚体氧化铁的影响
• 5.2.5 不同浸提处理对土壤团聚体氧化铝的影响
• 5.2.6 不同浸提处理对土壤团聚体比表面积的影响
• 5.2.7 土壤比表面积、有机碳与氧化铁铝的关系
• 5.2.8 旱地红壤的团聚体形成机制
• 5.3 本章小结
• 第六章 长期施肥对水稻和玉米生物量及养分吸收的影响
• 6.1 长期施肥对水稻生物量及养分吸收的影响
• 6.1.1 不同施肥模式对水稻各器官生物量的影响
• 6.1.2 水稻生物量与土壤性质的相关性分析
• 6.1.3 不同施肥模式下水稻各器官的养分含量
• 6.1.4 不同施肥模式对水稻各器官养分吸收量分布的影响
• 6.2 长期施肥对玉米生物量及养分吸收的影响
• 6.2.1 不同施肥模式对玉米各器官生物量的影响
• 6.2.2 玉米生物量与土壤性质的相关性分析
• 6.2.3 不同施肥模式下玉米各器官的养分含量
• 6.2.4 不同施肥模式对玉米各器官养分吸收量分布的影响
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 本文研究的创新点
• 7.3 本文研究的不足之处
• 7.4 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历