长期施肥下红壤旱地碳氮的相互作用

论文摘要

农田土壤有机质是土壤肥力的核心,而土壤氮素主要以有机氮的形式存在于土壤有机质中。土壤碳氮是农业可持续发展的基础,与全球碳氮循环和气候变化密切相关。施肥是影响农田土壤碳氮累积的重要措施之一。但在长期施肥下,土壤碳氮累积出现了不同步的情况,而他们之间的相互作用机理尚不确定。针对这一科学问题,本研究以红壤旱地长期定位试验为基础,采取15N标记有机无机外源氮肥的手段,通过分析不同施肥措施土壤碳氮组分变化,明确不同施肥方式（平衡施化肥、有机无机配施和单施有机肥）外源氮素在土壤中的分配与去向,阐明红壤旱地碳氮的累积的机理。主要结果如下:（1）长期施肥二十年后,土壤表层0-20cm有机碳氮含量显著高于亚表层20-40 cm, 0-20cm的有机碳含量是20-40 cm的1.9-3.5倍,0-20 cm的全氮含量是20-40 cm的1.6-2.7倍;施化肥、化肥配施有机肥能显著提高土壤有机碳氮含量,但是秸秆配施化肥与CK没有显著差异;在20-40 cm土壤亚表层,有机碳含量在3.53-7.51 g/kg之间,只有NPKM（R）和M能显著提高有机碳含量。20-40 cm全氮含量在0.59-0.84 g/kg之间,NPKM、NPKM（R）和M全氮含量显著高于CK;与表层相比,长期施肥对亚表层碳氮含量的影响较小。不同处理土壤表层0-20 cm C/N值高于20-40 cm C/N值,0-20 cm C/N值的范围在7.42-8.56,20-40 cm C/N值在5.65-6.93之间。与土壤初始碳氮水平相比,施肥二十年后,土壤不施肥表层机碳含量降低了11.64%,NPK和NPKS处理的有机碳增幅显著高于CK,而施用有机肥的处理有机碳增幅较大在60-70%之间,显著高于NPK和NPKS;全氮的变化与有机碳的变化存在着很大差异,不施肥（CK）处理的全氮增幅最低为-7.24%,NPK和NPKS处理的全氮增幅与CK没有显著差别分别为2.35%和-1.70%。配施有机肥处理的全氮增幅显著高于不施肥处理的增幅。（2）不同施肥措施下,表层0-20 cm的微生物碳、氮含量都明显的高于20-40 cm,土壤表层有机无机肥配施和单施有机肥微生物碳氮显著高于CK,而单施化肥和化肥配施秸秆与CK没有显著差别;在表层0-20 cm可溶性碳氮占全碳氮的比例在化肥配施（NPK）处理中最高,而20-40 cm土层则是化肥配施秸秆（NPKS）处理最高。在0-20 cm土层施用有机肥对与砂粒、粉粒和粘粒碳氮含量有显著提高。在20-40 cm土层有机肥的施用（M、NPKM、1.5NPKM和NPKM（R））使砂粒和粘粒有机碳氮含量增加,而使粗粉粒有机碳氮含量减少,细粉粒有机碳氮含量没有显著变化;CK、NPK、NPKS处理的土壤碳氮主要固存在粗粉粒中,而有机肥处理的土壤碳氮主要与粘粒相结合。长期施肥后0-20 cm与20-40 cm红壤不同颗粒上结合的C/N比值多表现出砂粒>粗粉粒>细粉粒>粘粒。（3）有机无机肥配施可以显著提高脲酶、过氧化氢酶和微生物活性,有利于土壤氮的转化。有机无机肥配施（NPKM）和单施无机肥（NPK）的氮肥利用率在15% - 20%,显著高于单施有机肥（M）,单施有机肥（M）当季氮肥利用率只有7-9%。有机无机配施（NPKM）可以显著提高氮肥的残留,减少损失。单施化肥（NPK）和有机无机肥配施（NPKM）在土壤中氮的残留主要以水溶氮形态存在,而单施有机肥（M）处理残留在土壤中的氮主要保留在土壤团聚体中,而残留在土壤团聚体中的氮主要进入到大团聚中,在大团聚体中的残留能够达到施氮量的25%左右。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 选题的目的和意义
• 1.2 选题的依据
• 1.3 国内外研究概况
• 1.3.1 土壤中碳、氮的形态
• 1.3.2 土壤中碳氮的相互作用
• 1.3.3 土壤碳氮的转化过程
• 1.4 本文的研究思路
• 第二章 材料和方法
• 2.1 供试土壤
• 2.2 试验处理
• 2.2.1 大田长期定位试验
• 2.2.2 盆栽试验
• 2.3 样品采集
• 2.3.1 大田长期定位试验
• 2.3.2 盆栽试验
• 2.4 分析项目与方法
• 2.5 数据分析
• 第三章 红壤碳、氮及相互关系对长期施肥的响应
• 3.1 土壤碳、氮对不同施肥的响应
• 3.1.1 土壤不同层次碳对不同施肥的响应
• 3.1.2 土壤不同层次氮对不同施肥的响应
• 3.1.3 土壤不同层次C/N 值对不同施肥的响应
• 3.2 长期施肥下土壤表层碳、氮关系的演变
• 3.3 讨论
• 3.4 小结
• 第四章 红壤碳、氮组分对长期施肥的响应
• 4.1 土壤可溶性和微生物碳、氮对长期施肥的响应
• 4.1.1 土壤可溶性碳氮对长期施肥的响应
• 4.1.2 土壤微生物碳氮对长期施肥的响应
• 4.2 不同土壤颗粒中碳、氮含量对长期施肥的响应
• 4.2.1 不同土壤颗粒中碳含量对长期施肥的响应
• 4.2.2 不同土壤颗粒中氮含量对长期施肥的响应
• 4.2.3 不同土壤颗粒中C/N 对长期施肥的响应
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 不同施氮条件下土壤氮的利用与转化
• 5.1 外源氮在土壤中的转化
• 3-N，NH₄-N 的动态变化'>5.1.1 N0₃-N，NH₄-N 的动态变化
• 5.1.2 微生物量动态变化
• 5.1.3 土壤酶活性动态变化
• 5.2 外源氮在土壤中的去向
• 5.2.1 小麦的吸氮量、秸秆生物量和产量
• 5.2.2 外源氮在作物和土壤中的去向
• 5.2.3 外源氮在土壤团聚体中的残留与分配
• 5.3 讨论
• 5.4 小结
• 第六章 主要结论
• 6.1 主要结果与结论
• 6.2 主要创新点
• 6.3 存在的问题及进一步研究方向
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介