施肥对黑土有机碳组分及碳收支的影响

摘要

土壤有机碳能够调节土壤理化及生物学性状,影响土壤肥力的保持与提高,与作物的产量与质量有密切的关系。土壤有机碳的排放,与全球碳循环紧密相连。可见,土壤有机碳的动态不但影响农业生态系统的可持续发展,也影响到大气圈和生物圈的可持续发展。对土壤有机碳开展研究能够帮助我们正确评价土壤质量状况和全球的碳循环,预测土壤演变趋势及其引起的气候变化,从而指引我们合理调控有机碳并积极地制定应对气候变化的策略。
　　 本试验以中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站的长期定位试验为平台,在玉米生长条件下,研究土壤有机碳的变化,得到以下主要结论:
　　 1)各施肥处理的土壤呼吸速率变化趋势较为一致,为不对称单峰型曲线,变化范围是43.86～359.32mgCO2-Cm-2h-1。化肥有机肥配施(NPKOM)处理的土壤呼吸速率以及累积呼吸量明显大于其它施肥处理。均衡施用氮磷钾处理(NPK)下的土壤呼吸速率、土壤累积呼吸量、土体累积呼吸量和根际累积呼吸量高于不均衡施用化肥的处理。本试验中Q10的值在1.06～2.67之间,对照处理(CK)Q10最大,表明施肥降低了土壤呼吸对温度的敏感性。用二次方曲线来拟合土壤呼吸与土壤水分的关系时,R2里不施肥处理(CK)＞不均衡施肥处理(PK、NP、NK)＞均衡施肥处理(NPK、NPKOM),说明合理施肥可以缓解土壤水分对土壤呼吸的影响。
　　 2)氮肥对土壤有机碳和全氮含量有增加作用,但不如NPKOM效果明显。土壤有机碳和土壤全氮呈显著正相关。土壤中各组分有机碳含量的变化趋势为:重组＞游离态轻组＞闭蓄态轻组,三者之间差异达极显著水平(p＜0.01),重组有机碳的含量最大值为23.72gkg-1,而闭蓄态轻组有机碳的平均值仅为0.69gkg-1;重组中全氮的含量显著大于闭蓄态轻组和游离态轻组(p＜0.01),后两者之间无明显差异。不同组分中有机碳浓度和全氮浓度的变化规律一致,为:游离态轻组＞闭蓄态轻组＞重组。NPKOM处理的闭蓄态轻组和重组组分中的有机碳浓度和全氮浓度大于其它施肥处理。碳氮比的变化趋势为:游离态轻组＞闭蓄态轻组＞土壤＞重组,重组和土壤中,NPKOM处理的碳氮比最低,CK处理的碳氮比最大。
　　 3)不同施肥处理微生物量碳的变化规律为:NPKOM＞NPK＞NP＞PK＞NK＞CK。CK处理微生物量碳的含量仅为103.6gkg-1,与CK处理比较而言,NPKOM处理的增幅最大,达到了108,02％,差异显著(p＜0.05)。有机肥和氮肥的施用能提高微生物熵,其中,有机肥的效果更加明显。水溶性有机碳与微生物量碳的变化趋势相似,但PK处理大于其它施用化肥的处理,可见氮肥的施用会减少水溶性有机碳的含量。施用有机肥的土壤水溶性有机碳的含量最大,为81.84mgkg-1。微生物量碳和水溶性有机碳都与土壤呼吸有良好的相关性。
　　 4)不同施肥处理下,地下生物量的变化趋势大致为:NPKOM＞NPK＞NP＞NK＞PK＞CK。地下生物量的变化为:NPKOM＞NPK＞NK＞NP＞CK＞PK,可见氮肥和有机肥在玉米地下根系的生长中有重要的作用.玉米籽粒和秸秆生物量的变化都呈:有机肥与化肥配施＞施用氮肥＞不施用氮肥。NPKOM处理能够显著提高籽粒的产量,与其它处理的差异显著(p＜0.05)。NPK和NPKOM处理的经济系数高于其它处理,CK处理的经济系数最低,仅为0.22。不均衡施用化肥的处理中,每获取1kg籽粒向大气中释放的碳量要高于均衡施肥处理和不施肥处理,对环境影响较大。
　　 5)土壤有机碳的收支变化趋势为:NPKOM＞NPK＞NP＞NK＞O＞CK＞PK。NPKOM能够显著提高土壤有机碳的含量,有利于土壤有机碳的积累。NPK、NP和NK处理因有N肥的施入,对植物的生长有促进作用使得每年通过植物残体输入的碳量较大,因此土壤有机碳收支呈现增加趋势。PK处理和CK处理长期不使用氮肥,使得土壤氮素含量下降,加速了有机碳的矿化,且生物量较小,还田的有机碳少,因此土壤有机碳收支都呈亏缺状态。
　　 6)综合土壤碳排放和生物量两个因素之后,确定有机肥与化肥配施和均衡施用化肥能够在保证经济产量的同时,还能减缓温室效应,可用于指导实际生产。