长期有机培肥对红壤有机碳组分及水稻产量的影响

　　摘要：【目的】以40年紅壤长期有机培肥试验为研究平台，探究长期施用紫云英、猪粪及秸秆还田对稻田土壤有机碳组分、土壤微生物量及水稻产量的影响。

　　【方法】设置6个处理：小施肥处理( CK)、化肥处理(NPK)、早稻施绿肥紫云英处理(MI)、早稻施绿肥紫云英和早稻施猪粪处理(M2)、早稻施绿肥紫云英和晚稻施猪粪处理( M3)、早稻施绿肥紫云英和晚稻秸秆还田处理(M4)。于2020年晚稻收获前采集耕作层(0～20 cm)土壤样品，测定土壤有机碳组分、微生物量碳氮等肥力指标。

　　【结果】(l)长期有机培肥处理提高了水稻产量，较小施肥处理CK相比，绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量，分别提高1.4、1.25倍，晚稻产量则分别提高0.59、0.65倍;绿肥紫云英添加猪粪的M2、M3处理早稻产量，较化肥NPK处理分别提升18.1%、10.6%，晚稻产量分别提升15 .7%、20.0%。(2)长期有机培肥处理提高了各形态土壤有机碳组分含量，早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理较小施肥CK处理显著提高易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳、可溶性有机碳含量(P<0.05)，且有机碳各组分含量均高于化肥NPK处理，其中游离态颗粒有机碳含量M2处理(0.97 g·kg-l)显著高于NPK处理(0.68g·kg-l)(P<0.05);化肥NPK处理和有机培肥处理(M1、M2、M3、M4)土壤微生物量碳较小施肥CK处理相比提高了22.1%- 58.9%，早稻绿肥紫云英+猪粪的M2处理土壤微生物量碳含量(231.2 mg·kg-1)最高且提升最为明显(P<0 05)。(3)长期有机培肥提高了游离态颗粒有机碳和可溶性有机碳的分配比例，且早稻施绿肥紫云英+猪粪M2处理效果明显;易氧化性有机碳是红壤有机碳的主要存在形式;土壤有机碳与易氧化性有机碳、游离态颗粒有机碳及可溶性有机碳呈极显著止相关关系(P<0.01)。(4)长期有机培肥提高了全氮、碱解氮等养分指标，产量与速效磷、有机碳、全氮、速效氮、可溶性有机碳极显著相关(P<0.01)，与全磷、游离态颗粒有机碳、易氧化性有机碳显著相关(P<0 05)。【结论】长期有机培肥通过提升红壤肥力水平，调增可溶性有机碳含量，促进水稻稳产增产，尤其是紫云英添加猪粪处理模式具有较好的应用潜力。

　　关键词：红壤;长期有机培肥;有机碳组分;微生物量碳氮;产量

　　引言

　　【研究意义】红壤性水稻土是我国进行水稻种植的重要土壤类型[1]，但因其氧化势高、淋溶作用强，可供生物利用的有机质和养分含量相對较低[2]，易对水稻生长构成胁迫[3]。加之农业生产中长期大量施用化肥，尤其是氮肥，一方面会造成土壤酸化，土壤团粒结构遭到破坏，土壤板结、透气性差等，导致土壤质量严重下降，制约农田生态可持续发展[4-5];另一方面，化肥施用也导致土壤中的有益微生物减少，微生物活性降低[6]。有机培肥是改良和提升红壤肥力水平、提高耕地内在质量、保障粮食安全的主要举措。土壤肥力与土壤有机碳密切相关[7]，土壤肥力可通过土壤有机碳组分、微生物量碳氮来表征。有机物质施入土壤后对原有土壤有机质产生激发效应，土壤有机质矿化速率发生改变，释放营养元素供植物吸收利用，矿化过程受有机碳输入量、土壤呼吸与淋溶等综合环境条件制约，矿化的快慢势必会影响到作物产量[8]。有机物料投入土壤相当于向土壤添加大量碳源，会改变土壤有机碳及其组分活性，而土壤有机碳组分间因存在高度异质性，较土壤有机碳能更灵敏地显示土地利用方式的变化[9]。同时，土壤微生物学特性可表征土壤健康状况[10]。土壤微生物生物量周转快，较其他环境因子能更快速响应土壤耕作制度和土壤肥力的差异[11]。土壤微生物量碳的消长反映了微生物利用土壤碳源进行自身细胞繁殖代谢和微生物解体有机碳矿化的过程[12]。土壤微生物量氮消长水平反映了土壤微生物利用土壤碳氮源合成自身物质并大量繁殖的程度[13]。【前人研究进展】研究表明，向土壤中添加有机物料(猪粪、紫云英、秸秆等)能够培肥红壤，提升地力，促进作物对养分的吸收，增强农作物抗逆性、增产提质[14-15]。郑亮等[12]研究表明猪粪化肥配施可以提高土壤微生物量碳氮，培肥土壤，提升作物产量。陈贵等[16]通过5年田间定位试验研究发现，较化肥处理，添加猪粪处理可以使土壤有机质、全氮等养分指标均有不同程度增加。王晓娇等[17]研究表明添加有机物料能显著提升土壤活性有机碳组分，增加土壤碳库稳定性。臧逸飞等[l8]经26年长期定位试验结果表明长期有机肥、有机无机肥合理配施能够提升土壤养分含量，增加土壤微生物量碳氮含量。徐一兰等[19]研究也表明长期有机无机配施可以提高土壤微生物生物量碳、氮及其衍生指数，发现有机肥配施化肥对提高土壤肥力效果最好。【本研究切入点】长期定位试验能够反映有机碳组分、土壤微生物数量、活性及土壤肥力的稳定变化，对土壤合理施肥极具参考价值。但关于长期有机培肥条件下有机碳组分、微生物量碳氮与产量间的关系还有待进一步开展。【拟解决的关键问题】本研究拟通过长达40年的红壤长期有机培肥试验，分析不同施肥下水稻产量、有机碳组分含量及微生物量碳氮含量，探讨提升红壤肥力水平及水稻产量的有机培肥模式，为科学施肥及培肥地力提供科学依据。

　　1材料与方法

　　1.1试验地概况

　　长期有机培肥定位试验开始于1981年，地点位于江西省红壤研究所红壤生态站( 28°21'N，116°10'E)。该地区属于亚热带季风气候，夏热冬温，四季分明，季风发达，年平均降水量为1727 mm，海拔为25—30 m;土壤为潴育型红壤水稻土。初始耕层( 0～20 cm)土壤理化指标[20]：pH 6.90、有机碳( Organic carbon. SOC) 16.30 g·kg-l、全氮( Totalnitrogen， TN) 1.49 g·kg-l、 全磷( Total phosphorus.TP) 0.48 g·kg-l、 全钾 (Total potassium， TK) 10.40g·kg-l、碱解氮( Available nitrogen，AN) 144 mg·kg-l、有效磷( Available phosphorus，AP) 4.15 mg·kg-l和速效钾( Available potassium， AK) 80.50 mg·kg-l。

　　1.2试验设计

　　试验共设6个施肥处理(表1)，每个处理3个重复;试验小区采用随机区组排列，每个小区面积64 m2;为防止不同小区之间养分流动，各小区间筑水泥梗。试验水稻为当地主栽品种，5年更换1次。绿肥为紫云英，品种为江西地方品种余江大叶籽。此外，为满足水稻正常生长的需要，在施用有机肥的基础上，有机处理(M1、M2、M3和M4)每季额外施用化肥尿素(N 69 kg·hm-2)、钙镁磷肥( P20530 kg·hm-2)和氯化钾( K2067.5 kg·hm-2)。

　　1.3土壤样品采集

　　于2020年10月在晚稻收获前，采用“五点法”采集新鲜土壤样品，剔除土壤中石砾及植物残茬等杂物后将土壤混合均匀分为两部分：一部分储存于4℃冰箱，作为测定土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸样品;另一部分土壤经自然风干混匀后过I mm及0.15 mm筛用于测定土壤理化性质。

　　1.4理化性状测定方法

　　土壤基础理化指标参考鲍士旦土壤农化分析[21];土壤易氧化有机碳(Permanganate oxidative organic carbon，POXC)采用333 mmol·L-l高锰酸钾氧化法;游离态颗粒有机碳( Free particulate organic carbon，FPOC)和闭蓄态颗粒有机碳( OPOC)采用碘化钠(Nal)溶液浸提法[22];土壤可溶性有机碳( Dissolved organiccarbon，DOC)采用TOC 3100分析仪测定[22];土壤微生物量碳( Soilmicrobialbiomass carbon，SMBC)、氮( Soil microbial biomass nitrogen，SMBN)采用氯仿熏蒸浸提法[20]。

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文章名称： 长期有机培肥对红壤有机碳组分及水稻产量的影响

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