长期施肥下南方黄泥田有机碳变化及碳组成差异

发布时间：2020-06-06 01:21

【摘要】：土壤有机碳(SOC)是土壤肥力和农业生产力的基础。近年来,农田土壤有机碳含量储量、组分特征及影响因素取得了一定的进展,但受气候生态影响,农田有机碳变化是一个长期性的过程,区域性土壤需要更长时间序列才可完整掌握动态变化规律;有机碳具有高度异质性,其组分的转化和累积因分组方法的不同而有所差异,当前分组方法多采用某个物理或化学分组,但不同分组组分间的关联性以及主控因子尚不明确。黄泥田为南方红黄壤区广泛分布的一类中低产田,约占福建中低产水稻田面积的40%,具有瘠瘦粘酸特性。鉴于此,本研究借助黄泥田连续35年长期定位试验,采用四种不同施肥模式(不施肥(CK);单施氮磷钾肥(NPK);氮磷钾肥+牛粪(NPKM);氮磷钾肥+稻草全量还田(NPKS)),借助总有机碳分析、团粒分析、傅里叶红外光谱分析等技术手段,研究长期不同施肥条件下土壤中SOC含量、储量动态变化及与产量的关系,基于物理与化学等分组方法分析长期不同施肥下土壤中SOC组分特征、关联性及其影响因素,旨在揭示亚热带气候背景与长期不同施肥模式下黄泥田土壤SOC动态变化及与生产力的关系,阐明有机碳组分特性及其关联,明确影响SOC组分变化的主控因素,为南方黄泥田培肥模式构建及土壤碳库管理提供科学依据。研究结果表明:(1)各施肥处理水稻历年平均产量(1983~2017)较CK增幅63.7%-84.6%,NPKM与NPKS处理产量分别比NPK提高12.8%与10.7%,均达到极显著差异(P0.01),但NPKM与NPKS间产量无显著差异。各施肥处理的水稻产量与基础地力均呈显著正相关(P0.05),表明良好的基础地力均是高产施肥的基础。(2)经过35年的连续施肥,CK,NPK、NPKM与NPKS历年土壤耕层有机碳平均含量较初始土壤分别提高1.9、3.4、7.6与5.7g·kg~(-1)。施肥土壤耕层有机碳平均含量分别比CK显著增幅10.3%~38.9%,NPKM与NPKS处理也分别较NPK显著提高25.9%与14.2%,差异均达到显著水平(P0.05)。表明长期配施有机物料尤其是牛粪是提高稻田有机碳含量的重要措施。(3)南方黄泥田土壤以大团聚体(2mm)和中团聚体(2~0.25mm)为主,大团聚体所占比例在47.4%~74.8%之间。施肥不同程度提高了中(2~0.25mm)、微团聚体(0.25~0.053mm)和粉粘粒(0.053mm)的比重。施肥提高了各团聚体有机碳的含量,在大、中团聚体中(2mm、2~0.25mm),NPKM最为明显,分别较NPK显著提高30.7%和22.9%(P0.05)。在粉粘粒(0.053mm)中,NPKS最为明显,较NPK显著提高了16.7%(P0.05)。各团聚体中,以大团聚体(2mm)有机碳贡献率最高,占45.3%~72.9%,其次是中团聚体(2~0.25mm),占14.0%~29.9%。(4)长期有机无机肥配施显著增加了大、中团聚体中细颗粒有机碳(FF-C)含量(P0.05),不同程度增加了轻组有机碳(LF-C)、粗颗粒有机碳(CF-C)和矿物结合态有机碳(mSOC)含量,表明长期有机无机肥配施对FF-C固持效果更佳。在大、中团聚体中,各组分有机碳含量总体增幅以NPKM处理最高。(5)在大、中团聚体中,轻组有机碳(LF-C)、粗颗粒有机碳(CF-C)、细颗粒有机碳(FF-C)、矿物结合态有机碳(mSOC)与原土有机碳均呈极显著相关(P0.01),表明这些组分都是土壤大、中团聚体有机碳中的稳定成分。(6)傅里叶红外光谱显示,长期施肥条件下黄泥田不同团聚体粒径的有机碳结构未发生变化,各个团聚体组分中有机碳官能团的含量有相对变化。施肥总体有利于黄泥田土壤中碳水化合物、芳香族碳、脂肪族碳的积累,且以有机无机肥配施较为明显,但不同粒径团聚体有机碳相对含量不同。在大团聚体中,施肥处理增加了碳水化合物含量,降低了芳香族碳含量,有机无机肥配施增加了大团聚体中脂肪族碳含量,且以NPKM最明显。在中团聚体中,施肥处理增加了芳香碳和脂肪族碳含量。在微团聚体中,施肥处理降低了碳水化合物和芳香族碳含量,而有机无机肥配施增加了脂肪族碳含量。在粉粘粒中,施肥处理降低了碳水化合物和脂肪族碳含量。(7)长期不同施肥条件下,土壤有机碳含量及其组分与各理化因子及产量存在明显的关联。pH、容重、游离态氧化铁与土壤有机碳及其组分之间的关系为显著负相关(P0.05),CEC、全氮、微生物量碳、非晶质氧化铁、活化度、粘粒含量与土壤有机碳及其组分之间的关系为显著正相关(P0.05)。大、中团聚体的各组分有机碳均与产量联系密切,且以大团聚体组分更为明显。综上,长期施肥提高了黄泥田耕层有机碳含量与贮量。大团聚体(2mm)和中团聚体(2~0.25mm)有机碳对土壤有机碳贡献率最高,各组分有机碳均与产量关系密切,可作为黄泥田土壤肥力的关键指标,长期施肥尤其是有机无机肥配施深度影响了有机碳的含量与团聚体有机碳组分及化学官能团含量,土壤pH、容重、游离态氧化铁、CEC、全氮等土壤因子与有机碳变化关系密切。
【图文】：

土壤有机碳,产量,含量变化,土壤有机碳库

3 结果与分析3.1.2.2 水稻产量对土壤有机碳库变化的响应为消除气候条件、灌溉、土壤性质及栽培措施对有机碳及产量的影响，将历年施肥处理的产量与有机碳含量分别减去对应年份的 CK，，得到施肥变化产量（净产量）与变化有机碳（净有机碳）。回归分析显示，施肥土壤有机碳变化含量（x）与产量变化（y）可用线性方程拟合（图 3-3），由该模型进一步推断出，该区域耕作水平下施肥土壤有机碳增加 1g·kg-1，产量可增加 198.44kg·hm-2。由于双季稻缺乏容重数据，仅分析单季稻土壤有机碳库储量变化与产量变化的关系，从拟合模型可以得出，施肥土壤有机碳储量每增加 1t·hm-2，产量可增加 103.42t·hm-2,这为黄泥田定向培育提升产量提供了依据。

储量变化,土壤有机碳,产量,土壤有机碳库

3 结果与分析3.1.2.2 水稻产量对土壤有机碳库变化的响应为消除气候条件、灌溉、土壤性质及栽培措施对有机碳及产量的影响，将历年施肥处理的产量与有机碳含量分别减去对应年份的 CK，得到施肥变化产量（净产量）与变化有机碳（净有机碳）。回归分析显示，施肥土壤有机碳变化含量（x）与产量变化（y）可用线性方程拟合（图 3-3），由该模型进一步推断出，该区域耕作水平下施肥土壤有机碳增加 1g·kg-1，产量可增加 198.44kg·hm-2。由于双季稻缺乏容重数据，仅分析单季稻土壤有机碳库储量变化与产量变化的关系，从拟合模型可以得出，施肥土壤有机碳储量每增加 1t·hm-2，产量可增加 103.42t·hm-2,这为黄泥田定向培育提升产量提供了依据。
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S153.6

【参考文献】