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地膜覆盖与施肥对秸秆碳氮在土壤中固存的影响

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中国农业科学 2021年第2期54卷 345-356页

作者：王淑颖李小红程娜付时丰李双异孙良杰安婷婷汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院/农业农村部东北耕地保育重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室

【目的】作物秸秆不仅含有较高的有机碳,而且含有丰富的矿质营养元素。秸秆还田是东北黑土地区培肥土壤和农业可持续发展的重要技术措施。然而不同地膜覆盖(简称"覆膜")及施肥方式下秸秆碳(C)和氮(N)在土壤中的固持特征还不是很明确。... 详细信息

【目的】作物秸秆不仅含有较高的有机碳,而且含有丰富的矿质营养元素。秸秆还田是东北黑土地区培肥土壤和农业可持续发展的重要技术措施。然而不同地膜覆盖(简称"覆膜")及施肥方式下秸秆碳(C)和氮(N)在土壤中的固持特征还不是很明确。本研究通过定量分析秸秆碳对土壤有机碳(SOC)和秸秆氮对土壤全氮(TN)的贡献,探讨不同覆膜和施肥条件下秸秆碳和氮在土壤中固定的差异,以期为土壤肥力提升和东北黑土地保护提供依据。【方法】基于覆膜与施肥的长期定位试验,选择覆膜和不覆膜(裸地)栽培条件下不施肥(CK)、单施氮肥(N)和有机肥配施氮肥(MN)处理,在表层(0—20 cm)土壤添加CN双标记秸秆后在田间原位培养150 d,测定SOC含量及其δC值、TN含量及其δN值,分析SOC中秸秆来源C(C-SOC)、TN中秸秆来源N(15N-TN)和土壤碳氮比随时间的动态变化特征。【结果】施肥、覆膜及其它们的交互作用显著影响(P<0.05)C-SOC和N-TN含量。整个培养期间,MN处理秸秆碳对SOC的贡献率(C-SOC/SOC)和秸秆氮对TN贡献率(15N-TN/TN)平均分别为10.48%和3.18%;施肥(N和MN)处理C-SOC/SOC和秸秆碳残留率在覆膜方式下平均分别为12.65%和37.14%,不覆膜方式下分别为12.08%和34.50%。同一栽培方式培养第150天,N处理C-SOC/SOC和秸秆碳残留率平均分别为14.33%和39.40%,其他施肥处理平均分别为11.77%和33.21%;CK处理15N-TN/TN平均为4.56%,分别比N和MN处理高26.00%和44.53%。培养第150天,秸秆氮残留率在覆膜和不覆膜条件下CK处理最高,平均为10.03%;不覆膜N处理最低,为7.87%。无论覆膜与否,N处理~(13M2N2C-SOC与15N-TN比值为32—39,其他施肥处理均<30。【结论】秸秆碳氮在土壤中的固存对覆膜与施肥的响应敏感。单施氮肥有利于秸秆碳在土壤中的积累和有机碳的更新,不施肥处理秸秆氮对土壤氮库的固定起正反馈效应,而有机肥配施氮肥土壤碳氮的更新相对滞后。

关键词： 13C15N双标记秸秆碳秸秆氮地膜覆盖施肥

添加玉米秸秆和根茬对不同肥力黑土微生物残体碳氮的影响

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中国农业科学 2023年第4期56卷 686-696页

作者：马南安婷婷张久明汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院/土肥高效利用国家工程研究中心/农业农村部东北耕地保育重点实验室黑龙江省农业科学院土壤肥料与环境资源研究所

【目的】作物秸秆和根茬是农田土壤有机质的重要来源之一，经微生物作用以微生物残体形式累积在土壤中，是稳定土壤有机质的重要组成部分。明确不同肥力土壤作物秸秆和根茬还田后微生物残体在土壤中的累积及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(... 详细信息

【目的】作物秸秆和根茬是农田土壤有机质的重要来源之一，经微生物作用以微生物残体形式累积在土壤中，是稳定土壤有机质的重要组成部分。明确不同肥力土壤作物秸秆和根茬还田后微生物残体在土壤中的累积及其对土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)的贡献，以期为增加土壤碳氮的库容和稳定性提供依据。【方法】基于黑土长期定位试验站不同肥力水平土壤，利用13C15N双标记方法和氨基糖生物标识物技术，土壤中分别添加玉米秸秆和根茬后进行室内培养，在培养第30天和第180天采样，分析土壤中外源碳(秸秆碳和根茬碳)的残留率、外源氮(秸秆氮和根茬氮)的残留率、微生物残体碳氮的含量及其对土壤有机碳(SOC)和土壤全氮(TN)的贡献率。【结果】培养第180天，秸秆碳和根茬碳在土壤中的平均残留率分别为36.3%和31.7%，秸秆氮和根茬氮的残留率平均分别为95.8%和79.3%。添加秸秆和根茬处理SOC中外源碳含量与TN中外源氮含量的比值(13C-SOC/15N-TN)在培养第180天平均分别为17.6和28.5，与培养第30天相比平均分别下降了47.9%和28.2%。培养期间，高肥土壤真菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.17倍左右，细菌残体碳氮含量是低肥土壤的1.31倍。第180天，添加秸秆处理土壤微生物残体(真菌和细菌)碳和氮含量平均比添加根茬处理增加了8.5%左右。培养结束后(第180天)，真菌残体碳对高肥和低肥土壤SOC的贡献率平均分别为37.0%和33.8%，细菌残体碳的贡献率平均分别为11.2%和9.2%；添加秸秆和根茬的处理真菌残体碳对SOC的贡献率平均分别为36.0%和34.7%，细菌残体碳的贡献率平均分别为10.8%和9.6%。第30天，真菌残体氮和细菌残体氮对TN的贡献率平均分别为55.2%和16.3%；培养第180天，真菌残体氮对低肥和高肥土壤TN的贡献率平均分别为63.5%和60.5%，细菌残体氮的贡献率平均分别为16.4%和17.5%。培养180天与初始土壤相比，细菌残体碳和氮对高肥土壤SOC和TN的贡献率平均分别增加了4.8%和7.4%，对低肥土壤平均分别增加了20.3%和32.5%。【结论】真菌残体对土壤有机碳库的稳定和氮库的扩容起着重要的作用。添加玉米秸秆较根茬更有利于微生物残体碳氮在土壤中的累积。低肥土壤添加秸秆和根茬有利于细菌残体碳和氮向土壤有机碳库和氮库的转化。

关键词：玉米秸秆玉米根茬土壤微生物残体氨基糖土壤有机碳土壤全氮黑土

土壤微生物群落对玉米根茬和茎叶残体碳的利用特征

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中国环境科学 2020年第10期40卷 4504-4513页

作者：徐英德孙良杰王阳高晓丹李双异汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院农业部东北耕地保育重点实验室辽宁沈阳110866

以沈阳农业大学连续29a棕壤长期定位施肥试验为基础,以13C标记的玉米植株为试验试材,采用田间原位培养方法和磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用(PLFA-SIP)技术,研究土壤不同粒级团聚体中微生物群落对残体碳的同化状况,及土壤有机碳的固定... 详细信息

以沈阳农业大学连续29a棕壤长期定位施肥试验为基础,以13C标记的玉米植株为试验试材,采用田间原位培养方法和磷脂脂肪酸-稳定同位素示踪联用(PLFA-SIP)技术,研究土壤不同粒级团聚体中微生物群落对残体碳的同化状况,及土壤有机碳的固定这一关键生物地球化学过程.结果表明:植物残体添加显著增加了全土及各粒级团聚体中各微生物群落PLFAs含量,其中以真菌PLFAs含量增幅最高,细菌中以革兰氏阴性菌含量增幅最高;但不同残体类型并未对全土中各群落PLFAs含量产生显著影响.茎叶碳与根茬碳的矿化率无显著差异;根茬碳对总PLFAs碳库的贡献是茎叶碳的3.9倍,说明根茬碳更有利于通过微生物合成的方式贡献于土壤有机碳库.残体碳占不同微生物群落PLFAs碳库的比例以真菌最高,表明真菌对植物残体碳具有最强的同化能力;而残体碳对PLFAs的贡献在革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌之间却差异不大.残体碳含量、PLFAs含量和残体碳占微生物PLFAs碳库的比例均在较小粒级的团聚体中(0.25~1mm和2mm和1~2mm)中更高,说明较小粒级团聚体已经成为微生物对残体进行同化固定的主要位点.植物残体在土壤中的腐解过程与残体类型、土壤团聚体组成和微生物群落密切相关.

关键词：土壤有机碳玉米残体土壤团聚体微生物群落 PLFA-SIP 残体质量

玉米不同残体添加对棕壤团聚体中氨基糖分配的影响

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植物营养与肥料学报 2022年第3期28卷 392-401页

作者：薛萍落马南裴久渤汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院/土肥资源高效利用国家工程实验室/农业农村部东北耕地保育重点实验室辽宁沈阳110866

【目的】秸秆残体还田能引起土壤微生物残留物氨基糖的变化,然而不同部位秸秆残体因含碳氮化学组分差异,还田到不同肥力土壤后对氨基糖在团聚体中分配的影响尚不明析。因此,研究添加玉米不同残体对不同肥力棕壤团聚体中氨基糖分配的影响... 详细信息

【目的】秸秆残体还田能引起土壤微生物残留物氨基糖的变化,然而不同部位秸秆残体因含碳氮化学组分差异,还田到不同肥力土壤后对氨基糖在团聚体中分配的影响尚不明析。因此,研究添加玉米不同残体对不同肥力棕壤团聚体中氨基糖分配的影响,并利用微生物标识物氨基葡萄糖与胞壁酸比值变化指示棕壤团聚体真菌和细菌群落组成动态变化,对深入阐明秸秆还田后土壤微生物在碳氮养分循环和分配过程中的作用具有重要意义。【方法】试验基于沈阳农业大学棕壤长期定位试验站,分别向高低肥力棕壤中添加玉米根茬(R)、玉米茎叶(S),同时以不添加玉米残体的两种肥力棕壤作为对照,进行了为期360天的室内培养,在第0、30、60、180和360天随机取样。采用干筛法将土样分为大团聚体(粒径≥250μm)和微团聚体(粒径低肥力棕壤;提升效果为茎叶>根茬。氨基葡萄糖与胞壁酸比值方面,低肥力棕壤>高肥力棕壤,大团聚体中根茬>茎叶,微团聚体中茎叶>根茬。【结论】玉米秸秆残体添加有利于氨基糖在团聚体中的累积,高肥力土壤更有助于团聚体中氨基糖的积累,且茎叶处理的积累程度高于根茬处理。此外,高肥力土壤有利于细菌生存,而低肥力土壤有利于真菌生存。根茬和茎叶分别提高了大团聚体和微团聚体中真菌残留物对土壤碳氮的贡献。

关键词：玉米残体氨基糖土壤团聚体土壤肥力

不同肥力棕壤玉米根茬和茎叶残体碳氮的固定特征

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中国农业科学 2022年第23期55卷 4664-4677页

作者：李佳燕孙良杰马南王丰汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院/农业农村部东北耕地保育重点实验室

【目的】秸秆还田是增加土壤碳固定和改善土壤养分状况的重要措施之一。研究玉米不同部位残体碳、氮在土壤中的固定特征，明确秸秆还田的土壤增碳培肥机制。【方法】以沈阳农业大学棕壤长期定位试验站为平台，采集不施肥和有机肥配施化... 详细信息

【目的】秸秆还田是增加土壤碳固定和改善土壤养分状况的重要措施之一。研究玉米不同部位残体碳、氮在土壤中的固定特征，明确秸秆还田的土壤增碳培肥机制。【方法】以沈阳农业大学棕壤长期定位试验站为平台，采集不施肥和有机肥配施化肥处理的土壤分别作为低肥力(LF)和高肥力(HF)土壤，并分别与13C和15N双标记的玉米茎叶(S)、玉米根茬(R)混合，在25℃条件下进行室内培养试验。试验于第1、30、60、180和360天取样并测定土壤总有机碳(SOC)、全氮(TN)含量及其同位素丰度，分析玉米不同部位残体碳、氮在不同肥力水平土壤中的固定特征。【结果】添加玉米残体显著提高土壤SOC，一年后仍能提高14.0%。添加玉米残体后，土壤系统中有一小部分氮素可能以反硝化方式流失，且外源玉米残体氮和土壤原有老氮均有损失。与添加根茬相比，添加茎叶更有利于外源新碳、氮的增加，而且具有更强的激发老碳、氮分解/损失的效应，不利于土壤老碳、氮的固持；根茬残体则更趋向于被分解，使土壤老碳、氮得到相对的保护和固定。外源残体碳虽然在低肥力土壤中的固定较少，但是对低肥力土壤碳库的提升具有更大的贡献。添加残体后低肥力土壤的C/N和13C/15N(代表土壤中来自于外源残体的C/N)显著高于高肥力土壤。但本研究结果表明13C/15N并不是限制低肥力土壤中残体分解和固定的主要因素，其主要原因可能在于底物长期选择条件下的特异性土著土壤微生物群落较为稳定，对于外源有机质加入的干扰具有抵抗力造成的。【结论】土壤中添加玉米不同部位残体均可显著提高土壤碳、氮水平，但其内在的残体新碳/氮和土壤老碳/氮的固定策略相异。低肥力土壤较高肥力土壤对外源碳的固定少，其对不同部位残体的固定在本研究中并不受到来自于外源残留残体C/N的影响。

关键词：玉米残体土壤肥力水平土壤碳氮固定稳定同位素标记

覆膜栽培与施肥对秸秆碳氮在土壤团聚体中固持特征的影响

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土壤通报 2022年第4期53卷 839-846页

作者：贾瑞琴李小红王淑颖徐香茹梅秀文安婷婷汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院农业农村部东北耕地保育重点实验室/土肥高效利用国家工程研究中心辽宁沈阳110866 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

【目的】土壤中秸秆碳氮的分解与固定受栽培方式(包括覆膜)和施肥的影响。关于不同覆膜与施肥下秸秆碳氮在团聚体中固持特征仍不很明确。【方法】将表层土壤(0-20 cm)与^(13)C^(15)N双标记秸秆混合后在田间进行原位培养150 d,分析土壤... 详细信息

【目的】土壤中秸秆碳氮的分解与固定受栽培方式(包括覆膜)和施肥的影响。关于不同覆膜与施肥下秸秆碳氮在团聚体中固持特征仍不很明确。【方法】将表层土壤(0-20 cm)与^(13)C^(15)N双标记秸秆混合后在田间进行原位培养150 d,分析土壤团聚体有机碳中秸秆来源碳(^(13)C-SOC)和氮中秸秆来源氮(^(15)N-TN)的含量。【结果】施肥、栽培方式及二者交互作用显著影响(P 0.25 mm团聚体中有机碳含量和 0.25 mm团聚体中^(13)CSOC含量分别增加了36.36%和20.69%。覆膜栽培下,N_(4)与其他处理(M2N2和CK)相比,各级团聚体中^(13)C-SOC含量增加了22.87%-53.37%。不覆膜CK与覆膜CK处理相比,0.25-0.053 mm和 0.25 mm团聚体比例平均分别为22.22%和42.14%。【结论】土壤添加秸秆后秸秆碳氮主要固定于> 0.25mm团聚体,且单施氮肥促进了秸秆碳在各级团聚体中固存,不覆膜有利于<0.053 mm团聚体中碳氮的更新。

关键词： ~(13)C~(15)N双标记秸秆碳氮土壤团聚体地膜覆盖施肥

不同施肥条件下秸秆碳在表层和深层土壤团聚体中的分配与固存

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应用生态学报 2022年第6期33卷 1475-1481页

作者：段佳茹王淑颖李小红徐香茹梅秀文安婷婷汪景宽沈阳农业大学土地与环境学院/农业部东北耕地保育重点实验室/土肥资源高效利用国家工程实验室沈阳110866 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

长期施肥引起表层和深层土壤水、热、养分和微生物活性的分异,进而影响秸秆碳在土壤中的分解和周转过程。本研究基于沈阳农业大学长期定位实验站,分别将不同施肥处理表层(0~20 cm)和深层(40~60 cm)土壤与;C标记秸秆混合进行田间试验,通... 详细信息

长期施肥引起表层和深层土壤水、热、养分和微生物活性的分异,进而影响秸秆碳在土壤中的分解和周转过程。本研究基于沈阳农业大学长期定位实验站,分别将不同施肥处理表层(0~20 cm)和深层(40~60 cm)土壤与;C标记秸秆混合进行田间试验,通过分析团聚体中有机碳含量和δ^(13)C值,对比秸秆碳在表层和深层土壤团聚体中分配的差异,探讨施肥对秸秆碳在土壤团聚体中固定的影响。结果表明:与施肥(包括单施氮肥和有机肥配施氮肥)处理相比,不施肥处理分别使表层土壤0.25 mm团聚体中秸秆碳含量增加了106.7%和34.2%;秸秆碳对深层土壤>0.053 mm团聚体有机碳的贡献率约为表层土壤的2.0倍;秸秆碳分配到表层土壤>0.25 mm和<0.25 mm团聚体的比例平均分别为22.6%和11.4%,分配到深层土壤的相应比例分别为29.4%和8.8%。总之,秸秆添加促进了深层土壤大团聚体碳源的更新和固存,提高了深层土壤的固碳潜力。

关键词：团聚体秸秆碳深层土壤 C标记施肥

东北黑土地区耕地质量现状与面临的机遇和挑战

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土壤通报 2021年第3期52卷 695-701页

作者：汪景宽徐香茹裴久渤李双异沈阳农业大学土地与环境学院/农业农村部东北耕地保育重点实验室辽宁沈阳110161 江苏大学农业工程学院江苏镇江212013

东北黑土地区是世界四大黑土区之一,耕地总面积3584万hm^(2),粮食产量占全国粮食总产量的1/4、商品粮的1/3,为保障国家粮食安全做出了重要贡献。由于土壤侵蚀和长期高强度重用轻养等原因,黑土地区土壤耕层变薄、有机质含量降低、土壤酸... 详细信息

东北黑土地区是世界四大黑土区之一,耕地总面积3584万hm^(2),粮食产量占全国粮食总产量的1/4、商品粮的1/3,为保障国家粮食安全做出了重要贡献。由于土壤侵蚀和长期高强度重用轻养等原因,黑土地区土壤耕层变薄、有机质含量降低、土壤酸化、结构变差、功能退化,导致黑土"变薄、变瘦、变硬"。通过分析明确了该地区耕地后备资源较少、中低产田比例偏高、农田基础设施不足等问题,指出保证国家粮食安全是黑土地区面临的最大机遇,提升黑土地区耕地质量是面临的最大挑战。进一步明确了提升黑土地区耕地质量主要对策,包括加强水土流失治理,确保黑土地耕层不变薄;加强有机物料投入,确保黑土地有机质不下降;重视平衡施肥和酸化土壤改良,遏制土壤酸化;加强高标准农田建设,确保黑土地质量不降低;完善耕地质量建设管理制度,确保黑土地保护有法可依。

关键词：东北黑土地耕地质量提升对策