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作者简介:

张瑞(1997-),硕士研究生,主要从事设施土壤肥力研究。E-mail:1971925243@qq.com。

通讯作者:

张玉玲,E-mail:zhangyuling@syau.edu.cn。

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目录contents

    摘要

    为探究设施栽培条件下化肥与有机肥配施对 0 ~ 20 cm 土层土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量的影响。以设施栽培连续 7 年定位施肥田间试验为依托,选择 4 个施用化肥处理(N0PK、N1PK、N2PK 和 N3PK)和 4 个化肥与有机肥配施处理(N0PKM、N1PKM、N2PKM 和 N3PKM),其中,N0、N1、N2 和 N3 氮用量分别为 0、187.5、 375.0 和 562.5 kg·hm-2,磷(P2O5) 和钾(K2O)用量分别为 225.0 和 450.0 kg·hm-2,有机肥(M) 为 75000 kg·hm-2,研究单施化肥及化肥与有机肥配施土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量。结果显示,与单施化肥相比,化肥与有机肥配施显著提高了土壤有机碳和全氮含量(P<0.05),提高幅度分别为 93.21% ~ 119.13% 和 106.69% ~ 139.42%,均以 N2PKM 处理提高幅度最大,但单施化肥和化肥与有机肥配施的有机碳、全氮含量受施用化学氮量的影响均不显著。化肥与有机肥配施可使土壤大团聚体(>0.25 mm)的比例上升,微团聚体(<0.25 mm) 的比例下降,提高了土壤团聚体平均重量直径及其稳定性,其中 N1PKM、N2PKM、N3PKM 处理土壤团聚体稳定性提高显著(P<0.05)。化肥与有机肥配施提高了大和微团聚体的有机碳和全氮含量,其含量的增幅以 >2 mm 团聚体为最大(285.30% 和 470.83%),其次为 0.25 ~ 2 mm 团聚体(235.32% 和 267.25%)和 0.053 ~ 0.25 mm 团聚体 (113.69% 和 130.54%),<0.053 mm 团聚体为最小(35.13% 和 34.10%);土壤有机碳(全氮)含量与各粒级团聚体有机碳(全氮)含量关系密切(P<0.05),但 0.25 ~ 2 和 0.053 ~ 0.25 mm 团聚体是赋存有机碳(全氮)的主要粒级,也是土壤有机碳(全氮)提升的关键。设施栽培田间试验条件下,连续 7 年化肥与有机肥配施促进了土壤大、微团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性,同时也显著增加了大团聚体(>0.25 mm)有机碳和全氮含量,提高了土壤有机碳(氮)库。

    Abstract

    To evaluate the effects of combined application of chemical fertilizer with manure on soil aggregate stability and its organic carbon and total nitrogen contents in 0 ~ 20 cm soil layer in greenhouse,a field experiment was carried out for seven consecutive years.There were four chemical fertilizer treatments(N0PK,N1PK,N2PK and N3PK)and four combined applications of chemical fertilizer with manure(N0PKM,N1PKM,N2PKM and N3PKM).Rate of nitrogen of N0,N1,N2 and N3 were 0,187.5,375.0 and 562.5 kg·hm-2,respectively,rate of phosphorus(P2O5)and potassium (K2O)were 225.0 and 450.0 kg·hm-2,respectively,and rate of manure was 75000 kg·hm-2.Wet-sieving was applied to extract different aggregate size fractions for studying the aggregate stability,and its organic carbon and total nitrogen contents.Compared with the application of chemical fertilizer,combined application of chemical fertilizer with manure significantly increased the soil organic carbon and total nitrogen contents(P<0.05),by 93.21% ~ 119.13% and 106.69% ~ 139.42%,respectively,while N2PKM had the largest increase range,but their contents of application of chemical fertilizer and combined applications of chemical fertilizer with manure were not significantly affected by nitrogen application rate.Combined application of chemical fertilizer with manure increased the proportion of macro aggregates (>0.25 mm)and decreased that of micro aggregates(<0.25 mm),and the mean weight diameter and stability of soil aggregates for N1PKM,N2PKM and N3PKM significantly improved(P<0.05).Combined application of chemical fertilizer with manure increased the contents of organic carbon and total nitrogen of macro- and micro-aggregate size fractions, the >2 mm aggregates were the largest increase range(285.30% and 470.83%,respectively),and then 0.25 ~ 2 mm aggregates(235.32% and 267.25%,respectively)and 0.053 ~ 0.25 mm aggregates(113.69% and 130.54%, respectively),and <0.053 mm aggregates were the smallest(35.13% and 34.10%,respectively).The content of soil organic carbon(total nitrogen)correlated significantly with the content of organic carbon(total nitrogen)in different aggregate size fractions(P<0.05).The 0.25 ~ 2 and 0.053 ~ 0.25 mm aggregates were the main carrier of organic carbon and total nitrogen sequestration,which were the key contributor for the improvement of soil organic carbon and total nitrogen. The combined addition of chemical fertilizer with manure in the greenhouse for seven consecutive years not only promotes the formation of macro aggregates and micro aggregates and consequently improves soil aggregate stability,but also increases the organic carbon and total nitrogen contents of soil aggregates(>0.25 mm)and therefore improves the soil organic carbon (nitrogen)pool.

  • 近年来,我国设施蔬菜生产快速发展,至 2017 年设施蔬菜栽培面积已达 370 万 hm2[1]。设施蔬菜栽培作为一种高强度、集约化的生产方式,具有高肥料投入、高复种指数和高温高湿环境等特点[2]。当前,设施蔬菜生产中盲目过量施肥现象较为普遍,施肥量过大、施肥结构不合理问题尤为突出[3],使设施土壤问题日益加剧,在一定程度上造成土壤质量下降,制约了设施蔬菜的可持续发展[4]。化肥与有机肥合理配施,可以减少化肥用量和氮素损失,同时也可以保证蔬菜产量[5]。因此,设施栽培合理施肥对于改善设施土壤结构状况和提高设施土壤质量具有重要意义。

  • 土壤团聚体是土壤结构的基本单元,水稳性团聚体是土壤肥力的基础,土壤团聚体的组成及其稳定性决定着土壤肥力水平[6]。土壤有机质作为土壤团聚体形成的重要胶结物质,不仅影响水稳定性团聚体的数量,而且也影响水稳性团聚体的稳定性[7]。有机肥料含有较高含量的有机物质,同时有机肥料也可作为微生物生长的基质,增强土壤微生物数量、活性及微生物群落结构,促进土壤矿质土粒的胶结,进而影响土壤水稳性团聚体的形成[8]。土壤中不同粒级团聚体具有不同的孔隙度特征,可导致土壤有机碳存储及有机碳与矿物质土粒之间的结合方式等存在一定差异,进而对土壤微生物表现出不同的活性,造成不同粒级团聚体中有机碳矿化与固定的差异[9-11]。研究表明,5 年定位氮肥与有机肥配施不仅显著提高 0~20 cm 土层设施土壤有机碳的数量,而且也有利于富里酸向胡敏酸转化,进而改善设施土壤有机碳的品质[3]。有机肥施用对表层土壤水稳性大团聚体的组成有增加作用[12],但有机肥施用量增加并未对土壤团聚体稳定性产生显著影响[13]。不同种植年限设施土壤团聚体稳定性呈逐年增加趋势,>0.25 mm 团聚体数量随种植年限增加而增加,而 <0.25 mm 团聚体数量随种植年限增加而减少[14]。长期(19 年)施肥显著提高 0.25~2 mm 大团聚体组成,使 <0.053 mm 团聚体向微团聚体和大团聚体转化,有利于团聚体内颗粒有机碳富集[15]。设施菜田 7 年定位有机肥 / 秸秆替代化肥模式可提高土壤大团聚体比例及其有机碳和全氮含量[16]。目前,关于在设施土壤中连续定位化肥有机肥配施对土壤有机碳和全氮含量的影响尚缺乏深入系统的研究和探讨,尤其在团聚体水平下研究其稳定性并分析其有机碳、全氮含量与土壤有机碳、全氮含量的关系鲜有报道。本研究以设施栽培连续 7 年定位施肥田间试验为依托,研究单施化肥及化肥与有机肥配施处理土壤团聚体组成与稳定性、团聚体有机碳和全氮含量的变化,探讨化肥与有机肥配施对土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量的影响,研究结果为设施蔬菜生产中的合理施肥提供科学依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地基本情况

  • 试验在沈阳农业大学设施蔬菜生产试验基地进行。试验地于 2012 和 2013 年进行基础地力培肥,即在春季整地时均施入腐熟牛粪(22500 kg·hm-2,鲜重;以干基计,有机碳 189.6 g·kg-1、全氮 18.4 g·kg-1,C/N 为 10.3)和腐熟鸡粪(37500 kg·hm-2,鲜重;以干基计,有机碳为 125.9 g·kg-1、全氮为 31.0 g·kg-1,C/N 为 7.0)。试验地土壤类型为棕壤,试验前土壤基本理化性质见表1。

  • 表1 土壤基本理化性质

  • 1.2 试验设计

  • 设施番茄栽培定位施肥田间试验于 2013 年开始连续实施,番茄目标产量以 6000~8000 kg·hm-2 计,结合当地生产的肥料用量调查结果和本课题的前期研究结果,确定氮、磷和钾及有机肥用量。本研究选择 8 个处理,包括 4 个单施化肥(N0PK、N1PK、N2PK 和 N3PK)处理和 4 个化肥与有机肥(M)配施(N0PKM、N1PKM、N2PKM 和 N3PKM)处理;其中,N0、N1、N2 和 N3 氮用量分别为 0、187.5、375.0 和 562.5 kg·hm-2,磷和钾用量分别为P2O5 225.0 和 K2O 450.0 kg·hm-2,有机肥(鸡粪)用量为 75000 kg·hm-2(折合纯氮 2347.5 kg·hm-2,有机碳 16252.5 kg·hm-2)。氮肥为尿素(N 46%),磷肥为过磷酸钙(P2O5 12%),钾肥为硫酸钾(K2O 60%)。有机肥作为基肥均匀撒施地表,随耕翻与 0~20 cm 土壤混合,全部磷肥、1/3 氮肥和 1/3 钾肥作为底肥施入,2/3 氮肥和 2/3 钾肥分别于第一穗果和第二(三)穗果膨大期分 2 次进行滴灌追施,每次追施量相同。各处理随机排列,每个处理重复 3 次。每个小区面积 3.8 m2,各小区间用 60 cm 深塑料薄膜隔开。

  • 番茄于每年 4 月中下旬定植,8 月上旬采收结束(其它时间为土壤休闲)。每个处理共定植 24 株番茄(2013~2014 年,每株番茄留 3 穗花,每穗花留 4 个果;2015~2019 年,每株番茄留 4 穗花,每穗花留 4 个果)。各处理在番茄移栽时灌缓苗水,缓苗后采用滴灌系统进行灌溉,灌水间隔为 3~5 d;各施肥处理灌水定额相同,平均约 94 m3 ·hm-2。番茄生长期地表覆膜,田间其它管理大致相同。

  • 1.3 土壤样品采集

  • 本研究采用连续 7 年定位施肥田间试验土壤样品。土壤样品于 2019 年 9 月上旬进行采集,各小区随机布设 5 点,同一土层 5 点取样混合为一个样品,取样深度为 0~10 和 10~20 cm。

  • 1.4 测定项目及方法

  • 采用湿筛法[17],利用团粒分析仪(DIK2012,日本)对土壤团聚体进行筛分,依次获得 >2、0.25~2、0.053~0.25 和 <0.053 mm 水稳性团聚体。各粒级团聚体样本研磨,过 0.25 mm 筛,样本中有机碳、全氮含量及原土壤有机碳、全氮含量均采用元素分析仪进行测定。

  • 1.5 计算

  • 土壤团聚体平均重量直径(MWD,mm)[18]

  • MWD=in d-i×Mi
    (1)
  • 式中,d-iMi 分别为第i 级团聚体的平均重量直径(mm)和质量百分比(%)。

  • 某粒级团聚体有机碳( 全氮) 含量(Ci , g·kg-1[18]

  • Ci=Ccon-i×Mi
    (2)
  • 式中,Ccon-i 为某粒级团聚体中有机碳(全氮)测试浓度(g·kg-1),Mi 同式(1)。

  • 某粒级团聚体有机碳(全氮)对土壤有机碳 (全氮)的贡献率(P,%)[19]

  • P=cicsoil ×100
    (3)
  • 式中,Csoil 为土壤有机碳(全氮)含量(g·kg−1), Ci 同式(2)。

  • 1.6 统计分析

  • 利用 Excel2020 进行数据计算与整理,Origin 2021 进行绘图,SPSS 23.0 进行单因素方差分析、邓肯法多重比较、Pearson 法相关性分析。试验数据均为 3 次重复的平均值。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同施肥处理土壤有机碳和全氮含量

  • 在 0~20 cm 土层,与单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理显著提高了土壤有机碳和全氮含量(P<0.05)(图1)。单施化肥处理土壤有机碳含量为 10.11~11.56 g·kg-1,表现为 N1PK>N3PK>N2PK>N0PK,化肥与有机肥配施处理土壤有机碳含量为 21.94~23.48 g·kg-1,其含量大小为 N2PKM>N3PKM>N1PKM>N0PKM,较相同单施化肥处理增幅为 93.21%~119.13%(图1A)。单施化肥处理土壤全氮含量为 1.04~1.31 g·kg-1,表现为 N3PK>N1PK>N2PK>N0PK,化肥与有机肥配施处理土壤全氮含量为 2.49~2.84 g·kg-1,表现为 N3PKM>N2PKM>N1PKM>N0PKM,较相同单施化肥处理增幅为 106.69%~139.42%(图1B)。施用化肥氮量对单施化肥及化肥与有机肥配施处理土壤有机碳和全氮含量的影响均不显著(图1),说明有机肥施用是影响土壤有机碳和全氮含量的重要因素。相关分析表明,0~10 和 10~20 cm 土层土壤全氮与有机碳之间均具有显著线性正相关(r = 0.996,P<0.01 和 r = 0.997,P<0.01),2 个土层的拟合直线几乎重合,可用同一线性方程来拟合 (y 全氮 =0.125x 有机碳-0.17),说明设施内 0~20 cm 土层土壤全氮含量的变化与有机碳含量的变化密切相关。

  • 图1 不同施肥处理土壤有机碳和全氮含量

  • 注:柱上不同小写字母表示相同土层不同处理间差异显著(P<0.05)。

  • 2.2 不同施肥处理土壤团聚体组成与稳定性

  • 在 0~10 cm 土层,单施化肥处理土壤中 >2、 0.25~2、0.053~0.25 和 <0.053 mm 团聚体组成的范围值分别为 1.43%~2.62%、16.82%~22.33%、 31.26%~39.48% 和 35.75%~50.49%,化肥与有机肥配施处理(N0PKM、N1PKM、N2PKM 和 N3PKM)土壤 4 个粒级团聚体组成范围值分别为 1.98%~2.93%、21.74%~35.10%、33.60%~42.12% 和 28.08%~34.16%(图2A)。与相同单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理分别使 >2 和 0.25~2 mm 团聚体组成增幅 1.16%~87.82% 和 58.17%~70.38%,其中 N3PKM 处理使 >2 mm 团聚体组成的增幅最大,N1PKM 处理使 0.25~2 mm 团聚体组成的增幅最大;N1PKM 处理使 0.053~0.25 mm 团聚体组成增加 29.94%(P<0.05),N2PKM 和 N3PKM 处理分别使 0.053~0.25 mm 团聚体组成降幅 13.34% 和 8.14%;化肥与有机肥配施处理使 <0.053 mm 团聚体组成降幅 21.02%~43.45%,其中 N1PKM 处理降幅最大(P<0.05)。

  • 在 10~20 cm 土层,单施化肥处理土壤中 >2、 0.25~2、0.053~0.25 和 <0.053 mm 团聚体组成分别为 1.20%~1.50%、17.90%~25.48%、37.33%~42.03% 和 33.82%~38.57%,化肥与有机肥处理的 4 个粒级团聚体组成范围值分别为 1.35%~3.28%、 22.82%~37.57%、34.73%~44.04% 和 24.40%~31.79%(图2B)。与相同单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理分别使 >2 和 0.25~2 mm 团聚体组成增幅 7.10%~156.25% 和 5.55%~97.15%,其中 N1PKM 处理 >2 mm 团聚体增加显著(P<0.05), N2PKM 和 N3PKM 处理 0.25~2 mm 团聚体增加显著(P<0.05);N0PKM 和 N1PKM 处理分别使 0.053~0.25 mm 团聚体组成增幅 8.33% 和 4.24%,N2PKM 和 N3PKM 处理分别使 0.053~0.25 mm 团聚体组成显著降低 17.37% 和 11.45%(P<0.05); 化肥与有机肥配施处理使 <0.053 mm 团聚体组成降幅 12.83%~29.35%,其中 N2PKM 处理使 <0.053 mm 团聚体组成的降幅最大。

  • 总体上,不同施肥处理土壤团聚体主要以≤ 2 mm 的 3 个粒级团聚体为优势粒级,而 >2 mm 团聚体均处于较低水平。与相同单施化肥处理相比, N0PKM、N1PKM 处理提高了大团聚体(>0.25 mm) 和微团聚体(0.053~0.25 mm)的组成,降低了 <0.053 mm 团聚体的组成,而 N2PKM、N3PKM 处理提高了大团聚体(>0.25 mm)的组成,降低了微团聚体(0.053~0.25 mm)和 <0.053 mm 团聚体的组成,化肥与有机肥配施促进了土壤中 <0.053 mm 团聚体向微团聚体和大团聚体转化,其中 N2PKM 处理向 0.25~2 mm 团聚体转化最为明显。

  • 图2 不同施肥处理土壤团聚体组成

  • 注:不同小写字母表示相同土层、相同粒级不同处理间差异显著(P<0.05)。

  • 土壤团聚体 MWD 是用来表征土壤团聚体稳定性的指标,其数值越大,土壤团聚体稳定性越强。在 0~10 cm 土层,不同施肥处理土壤团聚体 MWD 为 0.33~0.56 mm,与 N0PK 处理相比,N1PK、N2PK、N3PK、N0PKM 处理土壤团聚体 MWD 均有所下降,N1PKM、N2PKM、N3PKM 处理土壤团聚体 MWD 均有所增加,以 N3PKM 处理增幅最大(49.95%),但单施化肥处理土壤团聚体 MWD 受施用化学氮量的影响不显著(P>0.05)(图3)。在 10~20 cm 土层,不同施肥处理土壤团聚体 MWD 为 0.31~0.56 mm,与 N0PK 处理相比,除 N2PK 处理外,其它处理均使土壤团聚体 MWD 有所增加,其中 N1PKM、N2PKM、N3PKM 处理增加显著(P<0.05),以 N2PKM 增幅最大(61.67%)( 图3)。相关分析显示,在 0~10 cm 土层,土壤团聚体 MWD 分别与 >2、0.25~2 mm 团聚体组成呈显著线性正相关,与 <0.053 mm 团聚体组成呈显著线性负相关 (图4A);在 10~20 cm 土层,土壤团聚体 MWD 分别与 >2、0.25~2 mm 团聚体组成也呈显著线性正相关,与 0.053~0.25、<0.053 mm 团聚体组成呈显著线性负相关(图4B)。由此可见,化肥与有机肥配施促进了 <0.053 mm 团聚体向微团聚体和大团聚体的转化,这是提升土壤团聚体稳定性的关键因素。

  • 图3 不同施肥处理土壤团聚体平均重量直径

  • 注:不同小写字母表示相同土层不同处理间差异显著(P<0.05)。

  • 图4 土壤团聚体的平均重量直径与团聚体组成的关系

  • 2.3 不同施肥处理土壤团聚体有机碳和全氮含量

  • 由表2 可见,在 0~20 cm 土层,与相同单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理显著提高了土壤中 >2、0.25~2 和 0.053~0.25mm 粒级团聚体有机碳和全氮含量(P<0.05),其中单施化肥处理的含量受施氮量的影响不显著(P>0.05)。单施化肥处理 >2、0.25~2、0.053~0.25 和 <0.053 mm 粒级团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率依次为 1.40%~5.74%、19.32%~31.12%、31.84%~44.01% 和 21.27%~38.43%,4 个粒级团聚体全氮对土壤全氮的贡献率依次为 0.73%~3.22%、 14.69%~22.79%、29.25%~42.74% 和 22.82%~42.02%;化肥与有机肥配施处理土壤中 4 个粒级团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率依次为3.03 %~5.22%、31.67%~42.75%、32.36%~45.26% 和 13.37%~15.90%,4 个粒级团聚体全氮对土壤全氮的贡献率依次为 2.21%~3.81%、 25.20%~36.22%、29.33%~45.80% 和 15.04%~19.33%。总体上,化肥与有机肥配施处理 0.25~2 和 0.053~0.25 mm 团聚体有机碳(全氮)对土壤有机碳(全氮)的贡献率增加最为明显,是赋存有机碳(全氮)的主要粒级。相关性分析表明(图5),在 0~20 cm 土层,除 0~10 cm 土层 <0.053 mm 团聚体外,土壤有机碳与其它 3 个粒级团聚体有机碳、土壤全氮与其它 3 个粒级团聚体全氮之间均呈极显著线性正相关(P<0.01)。由此可见,大团聚体和微团聚体对土壤有机碳(全氮)的富集与固定是提升土壤有机碳(全氮)含量的关键。

  • 表2 不同施肥处理土壤团聚体有机碳和全氮含量

  • 注:同列不同小写字母表示相同土层、相同粒级不同处理间差异显著(P<0.05)。

  • 图5 土壤有机碳(全氮)与团聚体有机碳(全氮)的关系

  • 3 讨论

  • 3.1 化肥与有机肥配施对设施土壤团聚体组成与稳定性的影响

  • 土壤团聚体的组成及其水稳性作为表征土壤物理特性的重要指标,可以保证和协调土壤的水肥气热状况,影响土壤酶的种类和活性,保护和维持土壤的疏松熟化层,直接影响土壤肥力水平[20-21]。有机肥施用可使有机肥中的有机物质与矿物质颗粒胶结,促进土壤矿物质颗粒的团聚作用,不仅显著地改善了土壤的团聚体状况,而且可以提高土壤团聚体的水稳性[22-23]。相关研究表明,有机肥替代化肥模式提高了土壤大团聚体的比例,特别是 0.25~1 mm 团聚体和 >2 mm 团聚体的比例[16]。本研究中连续 7 年定位施肥试验也得出相似的结果,与单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理 >2 和 0.25~2 mm 粒级的大团聚体呈上升趋势(图2),这说明设施土壤中水稳性大团聚体(>0.25 mm)比例的提升有利于土壤水肥气热的调节,更有利于协调设施土壤养分的供应能力,同时促进作物生长发育。

  • 土壤团聚体 MWD 是评价土壤团聚体稳定性的重要指标,MWD 越大说明土壤团聚体越稳定[24]。土壤团聚结构受有机肥施用量、农田管理措施(施肥和耕作等)及施肥年限的影响[25-27]。有研究表明,施用有机肥可提高表层土壤团聚体的水稳性[12],但有机肥施用量增加并未对土壤团聚体稳定性产生显著影响[13]。本研究中,与单施化肥处理相比,化肥与有机肥配施处理提高了土壤团聚体 MWD,但受施用化学氮量的影响不显著(图3); 土壤团聚体 MWD 分别与 >2、0.25~2 mm 团聚体组成均呈显著线性正相关,与 <0.053 mm 团聚体组成呈显著线性负相关(图4),这说明设施栽培条件下,连续化肥与有机肥配施可以改善设施土壤团聚结构,促进土壤粉黏粒(<0.053 mm)向微团聚体(0.053~0.25 mm)和大团聚体(>0.25 mm)转化,进而提高设施土壤团聚体稳定性。

  • 3.2 化肥与有机肥配施对设施土壤团聚体有机碳、全氮含量的影响

  • 土壤有机碳(全氮)含量及形态影响作物生长、土壤理化性质和生物学特征,是表征土壤肥力水平的核心指标[28]。土壤团聚体是赋存土壤有机碳(全氮)的重要场所,不同粒级团聚体的孔隙特性不同,致使有机碳(全氮)与矿物质颗粒的胶结作用存在一定差异,进而影响土壤有机碳(全氮)在不同粒级团聚体中的赋存与固定[9-11]。研究表明,土壤有机碳含量与土壤团聚体组成之间存在正相关关系,土壤有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加[29],化肥与有机肥配施使 >2 mm 团聚体有机碳含量的增加幅度最为显著[30]。设施栽培中生物质炭与常规有机肥料配合施用后 >0.5 和 <0.053 mm 团聚体有机碳含量要明显高于施用有机肥料[31]。本研究中,连续 7 年化肥与有机肥配施后 >2 mm 团聚体有机碳(全氮)含量提升幅度最大,但 0.25~2 和 0.053~0.25 mm 团聚体有机碳(全氮)则对土壤有机碳(全氮)的贡献率增加最为明显,是赋存土壤有机碳(全氮)的主要粒级 (表2),也是土壤有机碳、全氮含量提升的关键 (图5)。另外,本研究显示,土壤全氮与有机碳含量呈显著线性正相关关系(P<0.01),这与前人对农田土壤的研究结果相一致[32-33];化肥与有机肥配施则显著提高了土壤有机碳和全氮含量,但施用化学氮量对单施化肥及化肥与有机肥配施土壤有机碳和全氮含量的影响并不显著(图1),这说明在设施栽培条件下,连续多年有机肥施用是土壤有机碳(全氮)累积的重要措施,这主要是由于连续多年有机肥施用不仅向土壤直接输入了有机碳源,而且也提高了微团聚体和大团聚体赋存有机碳(全氮)的能力,同时也增强了土壤酶的活性和生物多样性,进而极大地提升了土壤有机碳(全氮)的水平[34-36]

  • 4 结论

  • 设施番茄栽培条件下,连续 7 年化肥与有机肥配施显著提高了 0~20 cm 土层土壤有机碳和全氮含量,土壤全氮与有机碳含量呈显著线性正相关关系(P<0.01)。化肥与有机肥配施促进了粉黏粒 (<0.053 mm)向微团聚体(0.053~0.25 mm)和大团聚体(>0.25 mm)转化,进而提高了 0~20 cm 土层土壤团聚体稳定性。化肥与有机肥配施显著提高了大团聚体(>0.25 mm)和微团聚体(0.053~0.25 mm) 有机碳和全氮含量,但 0.25~2 和 0.053~0.25 mm 团聚体是赋存有机碳(全氮)的主要粒级,也是土壤有机碳(全氮)提升的关键。

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