崔全紅，孫本華①，吳得峰，郭　蕓，皮小敏，高明霞

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌　712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌　712100)

?

有機無機肥配施對旱地塿土碳氮的影響

崔全紅1，孫本華1①，吳得峰1，郭蕓1，皮小敏1，高明霞2

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，陜西 楊凌712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌712100)

摘要：在陜西關(guān)中塿土區(qū)，通過田間試驗研究旱地小麥-玉米輪作條件下有機無機肥配施對表層土壤有機碳(SOC)、全氮(TN)和土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)以及土壤剖面硝態(tài)氮(NO3--N)分布和累積的影響。結(jié)果表明，與單施化肥處理(NP)相比，化肥配施有機肥處理(M1)土壤剖面NO3--N累積量差異不顯著，化肥配施生物炭處理(M3)顯著降低35.2%，而化肥配施秸稈處理(M2)則顯著增加32.1%。與NP和CK處理相比，各有機無機肥配施處理(M1、M2和M3)表層SOC和SMBC、SMBN含量均顯著提高(P<0.05)，土壤TN含量和C/N比增加(P>0.05)。與NP處理相比，M3處理SOC含量增加26%，TN含量增加14%；M2處理SMBC和SMBN含量分別增加32%和23%。與CK處理相比，NP、M1和M2處理表層土壤pH值顯著降低，而M3處理則無顯著差別。在塿土區(qū)旱地小麥-玉米輪作條件下，M3處理既可以降低土壤剖面NO3--N累積量和淋溶風(fēng)險，又可以提高SOC、TN和SMBC、SMBN含量，是一種值得推廣的施肥方式。

關(guān)鍵詞：有機物料；有機碳；全氮；土壤硝態(tài)氮；土壤微生物量

土壤碳庫是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主要碳庫,對碳循環(huán)有重要作用。土壤有機碳(SOC)是評價土壤肥力的重要指標,增加耕地SOC的固定是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)土壤管理的重要目標之一,這不僅可提高土壤肥力和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力,還可降低大氣中二氧化碳濃度[1]。提高土壤SOC含量的措施有多種,其中施用有機肥和秸稈還田是增加土壤碳投入、提高農(nóng)田土壤肥力的直接手段[2]。有機肥的施用對培肥土壤、保證我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用[3]。有機肥礦化過程中,大量微生物的活動使土壤礦質(zhì)氮被生物固持,從而緩解了土壤剖面深層NO3--N的累積,有效控制NO3--N向下淋溶[4]。薛峰等[5]研究表明長期配施有機肥能顯著調(diào)節(jié)土壤營養(yǎng)環(huán)境,提高土壤微生物量碳(SMBC)和氮(SMBN)含量,降低代謝呼吸商值并提高多種土壤酶活力和土壤生物多樣性。李娟等[6]研究表明,化肥與豬廄肥或秸稈還田配合施用可提高SMBC、SMBN、TN和SOC等養(yǎng)分含量。潘劍玲等[7]研究表明秸稈還田能刺激微生物活性,提高土壤肥力,同時礦化的秸稈組分能促進土壤氮循環(huán)和礦化,提高氮有效性。李世清等[8]研究結(jié)果表明有機物料對礦化過程和微生物體氮的影響與有機物料本身性質(zhì)和組成、土壤肥力水平和施氮與否有關(guān),加入C/N比高的有機物料后微生物對礦質(zhì)氮的凈固定持續(xù)時間更長。近年來,生物質(zhì)炭作為一種土壤改良劑和固碳物質(zhì)受到國內(nèi)外的廣泛關(guān)注[9]。施用生物質(zhì)炭可提高SOC、SMBC和SMBN含量,增加土壤保肥性和保水性,提高土壤養(yǎng)分有效性,降低土壤酸度，增加作物產(chǎn)量[10-14]。但目前在相同的土壤類型和作物體系下,不同有機物料(有機肥、秸稈和生物炭)投入效應(yīng)的比較研究相對較少,尤其是在塿土區(qū)旱作條件下不同有機物料投入對土壤碳氮的影響研究更少。筆者利用田間試驗探討了不同有機物料投入對土壤碳氮的影響,為選擇更好的旱區(qū)土壤培肥方式提供科學(xué)理論和實踐依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地設(shè)在陜西省楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)教育部旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程重點實驗室灌溉試驗站(34°20′ N，108°24′ E),海拔521 m,屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū),全年無霜期221 d,降水多集中在7—10月,年降水量600～680 mm。供試土壤為土墊旱耕人為土,中壤質(zhì)。耕層土壤養(yǎng)分含量:w(有機碳)為8.14 g·kg-1,w(全氮)為0.95 g·kg-1,w(全磷)為0.83 g·kg-1,w(全鉀)為20.42 g·kg-1,w(速效磷)為20.91 mg·kg-1,w(速效鉀)為134 mg·kg-1,土壤pH 值為8.20,土壤容重為1.37 g·cm-3。

1.2試驗設(shè)計

試驗于2013年10月開始,設(shè)5個處理:(1)對照不施肥(CK);(2)單施氮磷化肥(NP);(3)氮磷+有機肥(M1);(4)氮磷+秸稈(M2);(5)氮磷+生物炭(M3)。每個處理3次重復(fù),隨機排列,一共15個小區(qū),每個小區(qū)面積為10 m2。作物體系為冬小麥(小偃22)和夏玉米(秦龍11)輪作,一年兩熟。冬小麥在2013年10月9日播種,翌年6月5日收獲;夏玉米在2014年6月19日播種,10月11日收獲。冬小麥行距30 cm,夏玉米行距60 cm,株距40 cm。冬小麥季施肥量(氮肥為尿素,磷肥為過磷酸鈣):基肥120 kg·hm-2N和100 kg·hm-2P2O5,拔節(jié)期追肥30 kg·hm-2N;夏玉米季施肥量(氮肥為尿素,磷肥為磷酸二銨):基肥225 kg·hm-2N 和90 kg·hm-2P2O5。供試有機肥為西安紫瑞生物科技有限公司生產(chǎn)的佳禾家旺生物有機肥,主要技術(shù)指標:有效活菌數(shù)(CFU)≥0.2億·g-1;w(有機質(zhì))≥40%(以干基計);含水量w≤30%。秸稈為粉碎小麥秸稈(粒徑為5 mm)。生物炭由河南三利新能源有限公司提供,由小麥秸稈550 ℃下無氧熱解產(chǎn)生,主要成分:w(灰分)為46.7%,pH值為10.25,過5 mm孔徑篩備用。經(jīng)測定有機肥、秸稈、生物炭的w(TC)分別為18.8%、37.8%和49.0%,w(TN)分別為1.60%、0.76%和1.07%,C/N比分別為11.7、50.0和46.0。各有機物料的施用量均為4 t·hm-2。

1.3測定項目與方法

1.3.1樣品采集及測定項目

于試驗開始前和夏玉米收獲后采集土壤樣品。耕層土壤樣品分成2份,其中1份鮮樣供SMBC、SMBN和可溶性有機氮(DON)測定用;另1份風(fēng)干、去雜質(zhì)、過篩后用于SOC和TN含量測定。0～200 cm土壤剖面分為20 cm一層,采樣后測定土壤NO3--N、NH4+-N含量和含水量。

1.3.2樣品測定方法

有機肥、秸稈和生物炭的組成采用意大利Costech公司生產(chǎn)的ECS4024型元素分析儀(elemental combustion system)測定。SOC含量采用K2Cr2O4容量法[15]30分析測定;TN含量采用凱氏定氮法[15]42測定;SMBC和SMBN含量采用氯仿熏蒸浸提法[16]測定,其中土壤浸提液中的可溶性有機碳含量用TOC-VCPH(日本島津)分析儀測定,土壤浸提液中的可溶性全氮(TDN)含量采用堿性過硫酸鉀氧化-紫外比色法測定;土壤NO3--N和NH4+-N含量用1 mol·L-1KCl浸提,連續(xù)流動分析儀測定;土壤含水量采用烘干法測定;土壤pH值采用Sartorius PB-10 pH計測定。

1.4計算方法與數(shù)據(jù)分析

土壤NO3--N累積量[17]、SMBC和SMBN含量計算方法如下：

ANO3--N=T×D×CNO3--N/10,

(1)

CSMBC=DEC/KEC,

(2)

CSMBN=DEN/KEN。

(3)

式(1)～(3)中,ANO3--N為土壤NO3--N累積量,kg·hm-2;T為土層厚度,cm;D為土壤容重,g·cm-3;CNO3--N為土壤NO3--N含量,mg·kg-1;CSMBC和CSMBN分別為土壤SMBC和SMBN 含量,mg·kg-1;DEC和DEN分別為熏蒸和未熏蒸土壤的可溶性有機碳和可溶性全氮含量的差值,mg·kg-1;KEC和KEN為轉(zhuǎn)化系數(shù),其中KEC=0.45[18],KEN=0.45[19]。

采用Sigmaplot 10.0軟件繪圖,Microsoft Excel 2007和 SPSS 22.0軟件進行數(shù)據(jù)計算和統(tǒng)計分析。

2結(jié)果與分析

2.1有機無機肥配施對土壤NO3--N剖面分布和累積量的影響

不同施肥處理下夏玉米收獲后土壤NO3--N含量的剖面分布見圖1。

同一組直方柱上方英文小寫字母不同表示同一土層不同

在0～200 cm范圍內(nèi),CK處理土壤NO3--N含量隨土層深度的增加而降低,NP、M1、M2和M3處理則均呈先減后增再減的變化趨勢。有機無機肥配施處理(M1、M2、M3)0～20 cm土層土壤NO3--N含量均顯著大于CK處理(P<0.05),其中M2和M3處理比NP處理分別增加58%和37%;在>80～100 cm土層出現(xiàn)1個較高累積峰,累積峰處土壤w(NO3--N)為M2(29.09 mg·kg-1)>M1(21.74 mg·kg-1)≈NP(21.01 mg·kg-1)>M3(13.32 mg·kg-1)>CK(1.36 mg·kg-1),其中M2處理比NP處理顯著增加38%,而M3處理比NP處理顯著降低37%(P<0.05)。在>80～140 cm土層,M2處理NO3--N含量顯著大于其余處理(P<0.05);>180～200 cm土層M1、M2和M3處理間NO3--N含量差異不顯著,這表明夏玉米收獲后土壤NO3--N隨水分向下淋溶到180 cm處。

有機物料投入對土壤剖面NO3--N累積量有顯著影響(表1)。夏玉米收獲后0～40、>40～160和>160～200 cm土壤剖面NO3--N累積量分別為13.33～19.74、17.96～247.99和2.43～11.81 kg·hm-2。M1、M2和M3處理0～40 cm土層土壤NO3--N 累積量差異不顯著,但均顯著大于NP處理(P<0.05),增幅為28%～42%。>40～160 cm土層土壤NO3--N累積量占0～200 cm剖面土壤總累積量的比例為53%～91%,并呈現(xiàn)M2>M1≈NP>M3>CK的趨勢。0～200 cm土層土壤NO3--N總累積量的變化趨勢與>40～160 cm土層一致,其中與NP處理相比,M1處理差異不顯著,M3處理顯著降低35.2%(P<0.05),M2處理顯著增加32.1%(P<0.05),表明生物炭能減少土壤NO3--N的累積量,降低土壤NO3--N的淋溶風(fēng)險。

表1不同處理土壤剖面NO3--N累積量

Table 1Accumulation of NO3--N in soil profile relative to fertilization treatment

處理不同土層深度(cm)NO3--N累積量/(kg·hm-2)0～40>40～160>160～2000～200CK13.33±1.08b17.96±4.00d2.43±0.78c33.71±5.52dNP13.86±2.86b180.02±12.93b11.81±1.62a205.69±11.70bM118.67±1.05a195.34±11.64b11.77±2.06a225.78±11.25bM217.70±2.14a247.99±10.14a6.05±1.94b271.74±6.95aM319.74±0.64a104.68±22.88c8.89±5.01ab133.31±20.94c

CK為對照不施肥,NP為單施氮磷化肥,M1為氮磷+有機肥,M2為氮磷+秸稈,M3為氮磷+生物炭。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示相同土層不同處理間NO3--N累積量差異顯著(P<0.05)。

2.2有機無機肥配施對土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

不同施肥處理對土壤碳氮養(yǎng)分含量的影響見表2,各處理w(SOC)為8.84～12.60 g·kg-1,其中NP、M1、M2和M3處理分別較CK處理增加13%、27%、26%和43%。各有機無機肥配施處理土壤w(TN)較CK處理增加0.07～0.12 g·kg-1,但差異均未達顯著水平。土壤SOC/TN比為9.20～11.67,其中M3處理較CK處理顯著提高27%(P<0.05),其余處理間則差異不顯著。各處理間土壤可溶性有機氮(DON)含量均顯著大于CK處理,M2處理較NP處理顯著提高31%(P<0.05)。除M3處理外,其余處理土壤pH值均顯著低于CK處理(P<0.05)。

表2不同處理土壤碳氮養(yǎng)分含量和pH值

Table 2Soil carbon and nitrogen content and soil pH relative to fertilization treatment

處理w(有機碳)/(g·kg-1)w(全氮)/(g·kg-1)有機碳/全氮比值w(可溶性有機氮)/(mg·kg-1)pH值CK8.84±0.12c0.96±0.06a9.20±0.55b11.06±0.70c8.20±0.02aNP10.01±1.05bc0.95±0.15a10.58±0.91ab18.50±2.02b8.12±0.03cM111.22±0.98ab1.03±0.09a10.97±1.10ab21.59±4.21ab8.13±0.03bcM211.12±1.00ab1.04±0.18a10.87±1.79ab24.32±3.53a8.12±0.03cM312.60±0.31a1.08±0.04a11.67±0.39a19.57±1.27ab8.17±0.02ab

CK為對照不施肥,NP為單施氮磷化肥,M1為氮磷+有機肥,M2為氮磷+秸稈,M3為氮磷+生物炭。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示各處理間某指標差異顯著(P<0.05)。

2.3有機無機肥配施對土壤微生物特性的影響

土壤微生物量反映土壤同化和礦化能力,是土壤肥力的重要生物學(xué)指標[20]。由表3可知,各處理w(SMBC)為214.0～503.3 mg·kg-1,表現(xiàn)為M2>M1≈M3>NP>CK;其中NP、M1、M2和M3處理較CK處理分別增加46%、99%、135%和93%。w(SMBN)為30.3～49.8 mg·kg-1,其變化趨勢與SMBC含量基本一致。SMBC/SMBN比為7.10～10.14,其中M2處理顯著大于CK處理(P<0.05),其他處理間差異不顯著。SMBC含量占土壤SOC含量的百分比為微生物商(qMB)。所有有機無機肥配施處理土壤qMB均顯著大于CK處理,其中M2處理最大且顯著高于M3和NP處理(P<0.05)。SMBN占土壤TN含量的比例與qMB的變化趨勢基本一致。

表3不同施肥處理SMBC和SMBN含量

Table 3Contents of SMBC and SMBN relative to fertilization treatment

處理w(SMBC)/(mg·kg-1)w(SMBN)/(mg·kg-1)SMBC/SMBN比值qMB/%SMBN占TN比例/%CK214.0±25.6d30.3±3.0d7.10±1.06b2.42±0.32c3.15±0.17cNP313.2±56.3c36.4±2.2c8.60±1.53ab3.11±0.27bc3.90±0.71bcM1425.1±14.6b47.1±1.9ab9.03±0.12ab3.81±0.46ab4.62±0.54abM2503.3±49.5a49.8±2.7a10.14±1.75a4.53±0.55a4.86±0.60aM3413.8±49.6b44.8±2.3b9.24±1.13ab3.29±0.48b4.15±0.13ab

CK為對照不施肥,NP為單施氮磷化肥,M1為氮磷+有機肥,M2為氮磷+秸稈,M3為氮磷+生物炭。SMBC為土壤微生物量碳含量,SMBN為土壤微生物量氮含量,qMB為SMBC含量占土壤SOC含量的比例,TN為土壤全氮含量。同一列數(shù)據(jù)后英文小寫字母不同表示各處理間某指標差異顯著(P<0.05)。

3討論

不同有機物料處理(M1、M2和M3)對旱作土壤NO3--N含量分布和累積量產(chǎn)生顯著的影響,其土壤表層NO3--N含量顯著大于CK處理,>80～100 cm土層出現(xiàn)累積峰。M2處理土壤NO3--N累積量顯著高于其余處理,其主要原因可能是秸稈的C/N比(50.0)最大,在冬小麥季未能完全腐解,并導(dǎo)致部分土壤礦質(zhì)氮被生物固持,在后茬玉米播種后,隨著秸稈的進一步腐解,部分生物固持氮被釋放,從而提高了玉米季土壤無機氮累積量,這與劉杏認等[21]和張靜等[22]的研究結(jié)果一致。冬小麥收獲后M2處理SMBN含量顯著大于其余處理,但0～1 m剖面處土壤NO3--N累積量卻顯著小于M1處理;夏玉米收獲后M2處理土壤NO3--N含量在>80～140 cm土層范圍內(nèi)顯著大于其余處理,且表層SMBN含量亦高于其余處理均說明了這點。M1處理總施氮量最高,但其土壤NO3--N累積量與NP處理差異不顯著,可能是因為M1處理的作物產(chǎn)量(4 707.0 kg·hm-2)和吸氮量(143.4 kg·hm-2)最大,從而減少了土壤NO3--N的累積。盡管M3處理總施氮量(268 kg·hm-2)也較高,但土壤NO3--N的累積峰含量和0～2 m剖面處總累積量顯著低于NP、M1和M2處理,說明生物炭的施用能夠減少土壤中NO3--N 的淋失量,這與GüEREA等[23]、KNOWLES等[24]和周志紅等[25]研究結(jié)果相一致。一方面可能是生物炭獨特的表面特性能吸附土壤水溶液中的NO3--N,通過減少溶解遷移避免淋失[26-27];另一方面有可能是生物炭處理土壤中部分NO3--N被微生物所固持而減少,GüEREA等[23]的研究發(fā)現(xiàn),施用生物炭使SMBN含量增加。筆者的研究結(jié)果也表明,相對于NP處理,M3處理顯著增加表層土壤SMBN含量。添加生物炭可降低土壤NO3--N含量和累積量,從而降低土壤NO3--N的淋溶風(fēng)險,而秸稈還田則增加土壤NO3--N的淋溶風(fēng)險。

相對于NP處理,M1、M2和M3處理w(SOC)分別提高12%、11%和26%,這與隨有機物料而投入的有機碳多少有關(guān),但M2處理表層土壤SOC含量與M1處理無顯著差異,這可能是由于秸稈的C/N比(50.0)大,不易被腐解。馬永良等[28]研究表明,旱地土壤1 a后秸稈分解率為81.44%～86.8%;張曉雨[29]的研究表明小麥秸稈翻埋還田分解率在第16周達33%～35%,第36周達80%以上。相對于NP和CK處理,施有機物料可提高土壤TN含量,但差異并不顯著,這與前人的研究結(jié)果[6,11,30-31]一致。與CK處理相比,NP處理TN含量略低，但差異不顯著,這可能是由于NP處理籽粒產(chǎn)量(4 440.67 kg·hm-2)及地上部吸氮量(137.42 kg·hm-2)均顯著大于CK處理籽粒產(chǎn)量(3 688.34 kg·hm-2)和地上部吸氮量(82.87 kg·hm-2)。各處理土壤C/N比為9.2～11.67,其中M3處理土壤C/N比顯著高于CK處理,這與M3處理有機碳投入量最多相一致。各有機無機肥配施處理均能顯著提高土壤DON含量,其中M2處理效果最好,這可能是有機物料能提高土壤的碳源,促進可溶性碳、氮的生成,為微生物的生長繁殖及活性的提高創(chuàng)造有益條件[32]。與CK處理相比,M3處理土壤pH值無顯著變化,而NP、M1和M2處理pH值均顯著降低,這與李娟等[6]和VAN ZWIETEN等[33]的研究結(jié)果一致。

土壤微生物是土壤中養(yǎng)分循環(huán)和物質(zhì)轉(zhuǎn)化的驅(qū)動者,SMBC和SMBN被認為是土壤活性養(yǎng)分的儲存庫和植物生長可利用養(yǎng)分的重要來源,是土壤生物活性大小的標志[34]。筆者研究結(jié)果表明,SMBC和SMBN含量均表現(xiàn)為有機無機肥配施處理顯著高于NP和CK處理,說明大量碳源的輸入刺激了微生物的增殖,許多研究也表明施用有機肥、秸稈和生物炭可以提高SMBC和SMBN含量[6,12,35]。不同有機物料處理中,M2處理SMBC含量顯著高于M1和M3處理,這與李世清等[8]和張平究等[36]研究結(jié)果一致,而李娟等[6]研究結(jié)果表明有機肥處理SMBC和SMBN含量大于秸稈還田處理,這可能是由于有機物料用量不同引起的。M3處理土壤微生物量在3種有機物料處理中最低,可能是生物炭的添加明顯抑制土壤微生物活性,改變土壤微生物群落結(jié)構(gòu)組成[37-38],該研究結(jié)果也表明各有機無機肥配施處理均提高了土壤SMBC/SMBN比,其中M2與CK處理間差異顯著,這表明施用有機物料增加了C/N比較大的處理的土壤微生物量。

4結(jié)論

塿土旱作條件下,相對于NP處理,M3處理可顯著降低土壤NO3--N累積量和淋溶風(fēng)險,M2處理則加劇了NO3--N的淋溶風(fēng)險。施用不同有機物料均可提高土壤SOC、TN SMBC和SMBN含量,其中M3處理對提高土壤SOC和TN含量的影響最大,而M2處理則對提高土壤SMBC和SMBN含量的影響最大。在塿土旱作條件下,施用生物炭既可降低土壤剖面NO3--N的累積量和淋溶風(fēng)險,又可提高土壤SOC、TN、SMBC和SMBN含量,對于促進塿土農(nóng)田碳截留和供氮能力,減緩溫室效應(yīng)具有重要作用。

參考文獻：

[1]李海波,韓曉增,王風(fēng).長期施肥條件下土壤碳氮循環(huán)過程研究進展[J].土壤通報,2007,38(2):384-388.

[2]黃耀,孫文娟.近20年來中國大陸農(nóng)田表土有機碳含量的變化趨勢[J].科學(xué)通報,2006,51(7):750-763.

[3]朱兆良.中國土壤氮素研究[J].土壤學(xué)報,2008,45(5):778-783.

[4]趙聰,曹瑩菲,劉克,等.長期不同施肥對塿土氮素分布的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,32(7):1375-1381.

[5]薛峰,顏廷梅,楊林章,等.施用有機肥對土壤生物性狀影響的研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,18(6):1372-1377.

[6]李娟,趙秉強,李秀英,等.長期有機無機肥料配施對土壤微生物學(xué)特性及土壤肥力的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41(1):144-152.

[7]潘劍玲,代萬安,尚占環(huán),等.秸稈還田對土壤有機質(zhì)和氮素有效性影響及機制研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2013,21(5):526-535.

[8]李世清,李生秀.有機物料在維持土壤微生物體氮庫中的作用[J].生態(tài)學(xué)報,2001,21(1):136-142.

[9]陳溫福,張偉明,孟軍.農(nóng)用生物炭研究進展與前景[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,46(16):3324-3333.

[10]BARROW C.Biochar:Potential for Countering Land Degradation and for Improving Agriculture[J].Applied Geography,2012,34:21-28.

[11]陳紅霞,杜章留,郭偉,等.施用生物炭對華北平原農(nóng)田土壤容重、陽離子交換量和顆粒有機質(zhì)含量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2011,22(11):2930-2934.

[12]匡崇婷,江春玉,李忠佩,等.添加生物質(zhì)炭對紅壤水稻土有機碳礦化和微生物生物量的影響[J].土壤,2012,44(4):570-575.

[13]李力,劉婭,陸宇超,等.生物炭的環(huán)境效應(yīng)及其應(yīng)用的研究進展[J].環(huán)境化學(xué),2011,30(8):1411-1421.

[14]張斌,劉曉雨,潘根興,等.施用生物質(zhì)炭后稻田土壤性質(zhì)、水稻產(chǎn)量和痕量溫室氣體排放的變化[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(23):4844-4853.

[15]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[16]梁斌,周建斌,楊學(xué)云.長期施肥對土壤微生物生物量碳、氮及礦質(zhì)態(tài)氮含量動態(tài)變化的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2010,16(2):321-326.

[17] 石德楊,張海艷,董樹亭.土壤高殘留氮條件下施氮對夏玉米氮素平衡、利用及產(chǎn)量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2013,19(1):37-44.

[18]VANCE E,BROOKES P,JENKINSON D.An Extraction Method for Measuring Soil Microbial Biomass C[J].Soil Biology and Biochemistry,1987,19(6):703-707.

[19]JENKINSON D.Determination of Microbial Biomass Carbon and Nitrogen in Soil[M]∥WILSON J.R.Advances in Nitrogen Cycling in Agricultural Ecosystems.Oxford，United Kindom:C. A. B. International,1988:368-386.

[20]吳金水,林啟美,黃巧云,等.土壤微生物生物量測定方法及其應(yīng)用[M].北京:氣象出版社,2006:54-78.

[21]劉杏認,任建強,劉建玲.不同氮水平下有機肥碳氮比對土壤硝態(tài)氮殘留量的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2006,24(4):30-32.

[22]張靜,溫曉霞,廖允成,等.不同玉米秸稈還田量對土壤肥力及冬小麥產(chǎn)量的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2010,16(3):612-619.

[24]KNOWLES O,ROBINSON B,CONTANGELO A,etal.Biochar for the Mitigation of Nitrate Leaching From Soil Amended With Biosolids[J].Science of the Total Environment,2011,409(17):3206-3210.

[25]周志紅,李心清,邢英,等.生物炭對土壤氮素淋失的抑制作用[J].地球與環(huán)境,2011,39(2):278-284.

[26]LEHMANN J,DA SILVA JR J P,STEINER C,etal.Nutrient Availability and Leaching in an Archaeological Anthrosol and a Ferralsol of the Central Amazon Basin:Fertilizer,Manure and Charcoal Amendments[J].Plant and Soil,2003,249(2):343-357

[27]褚軍,薛建輝,金梅娟,等.生物炭對農(nóng)業(yè)面源污染氮、磷流失的影響研究進展[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報,2014,30(4):409-415.

[28]馬永良,宇振榮,江永紅,等.兩種還田模式下玉米秸稈分解速率的比較[J].生態(tài)學(xué)雜志,2002,21(6):68-70.

[29]張曉雨.秸稈還田腐解特征及其對土壤環(huán)境和小麥生長的影響[D].重慶:西南大學(xué),2014.

[30]黃晶,高菊生,張楊珠,等.長期不同施肥下水稻產(chǎn)量及土壤有機質(zhì)和氮素養(yǎng)分的變化特征[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2013,24(7):1889-1894.

[31]郭偉,陳紅霞,張慶忠,等.華北高產(chǎn)農(nóng)田施用生物質(zhì)炭對耕層土壤總氮和堿解氮含量的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2011,20(3):425-428.

[32]張亞麗,張娟,沈其榮,等.秸稈生物有機肥的施用對土壤供氮能力的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002,13(12):1575-1578.

[33]VAN ZWIETEN L,KIMBER S,MORRIS S,etal.Effects of Biochar From Slow Pyrolysis of Papermill Waste on Agronomic Performance and Soil Fertility[J].Plant and Soil,2010,327(1/2):235-246.

[34]劉滿強,胡鋒,何園球,等.退化紅壤不同植被恢復(fù)下土壤微生物量季節(jié)動態(tài)及其指示意義[J].土壤學(xué)報,2003,40(6):937-944.

[35]賈偉,周懷平,解文艷,等.長期有機無機肥配施對褐土微生物生物量碳、氮及酶活性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報,2008,14(4):700-705.

[36]張平究,李戀卿,潘根興,等.長期不同施肥下太湖地區(qū)黃泥土表土微生物碳氮量及基因多樣性變化[J].生態(tài)學(xué)報,2005,24(12):2818-2824.

[37]AMELOOT N,DE NEVE S,JEGAJEEVAGAN K,etal.Short-Term CO2and N2O Emissions and Microbial Properties of Biochar Amended Sandy Loam Soils[J].Soil Biology and Biochemistry,2013,57:401-410.

[38]LEHMANN J,RILLIG M C,THIES J,etal.Biochar Effects on Soil Biota：A Review[J].Soil Biology and Biochemistry,2011,43(9):1812-1836.

(責(zé)任編輯： 陳昕)

Effects of Combined Application of Organic Manure and Chemical Fertilizer on Soil Organic Carbon and Nitrogen in Dryland of Lou Soil.

CUIQuan-hong1，SUNBen-hua1,WUDe-feng1,GUOYun1,PIXiao-min1,GAOMing-xia2

(1.College of Natural Resources and Environment, Northwest A & F University, Yangling 712100, China;2.College of Water Resources and Architectural Engineering, Northwest A & F University, Yangling 712100, China)

Abstract:A field experiment was carried out to explore effects of combined application of organic manure and chemical fertilizations on soil organic carbon, soil total nitrogen and soil microbial biomass C and N in the topsoil layer, and distribution and accumulation of NO3--N in the soil profile of farmlands under wheat-maize rotation on Lou soil in the Guanzhong region, Shaanxi Province. Results show that compared with Treatment NP (application of chemical fertilizers alone), Treatment M1 (combined application of chemical fertilizers and farmyard manure) had no significant effects on accumulation of soil NO3--N in the soil profile (0-200 cm), while Treatment M3 (combined application of chemical fertilizers and biochar) lowered the accumulation by 35.2%, and Treatment M2 (combined application of chemical fertilizers with straw incorporation) increased it by 32.1%. Compared with Treatments NP and CK, Treatments M1, M2 and M3 increased the contents of soil organic carbon (SOC), soil total nitrogen (TN), and soil microbial biomass C (SMBC) & N (SMBN) and C/N ratio in the topsoil layer. Compared with Treatment NP, Treatment M3 increased SOC by 26% and TN by 14%, while Treatment M2 increased SMBC by 32% and SMBN by 23%. And compared with CK, all the treatments significantly lowered soil pH in the topsoil layer, except for Treatment M3, which did not have much effect. Obviously in the upland fields of Lou soil under wheat-maize rotation, Treatment M3 can not only decrease NO3--N accumulation and leaching risk, but also increase the contents of SOC, TN, SMBC and SMBN, therefore, it is a fertilization pattern worth extending.

Key words:organic materials;soil organic carbon;total nitrogen;NO3--N;soil microbial biomass

作者簡介：崔全紅(1990—),女,甘肅敦煌人,碩士生,研究方向為土壤碳氮循環(huán)。E-mail: cuiqh212@163.com

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.018

中圖分類號：X82

文獻標志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)02-0289-06

通信作者①E-mail: sunbenhua@126.com

基金項目：國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(2013AA1029);高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計劃(B12007)

收稿日期：2015-06-29