长期施肥条件下黑土有机碳库和氮库变化研究

研究长期施肥条件下农田黑土有机碳库与氮库的变化动态,对我国黑土区的生态保护和合理开发利用具有重要意义。本研究以“国家黑土肥力和肥料效益长期定位监测基地”为平台（1989—2004年）,系统分析了长期施肥对黑土有机碳库、氮库以及玉米产量的影响。主要结果及结论如下: 1.对土壤总有机碳的影响。有机肥配施NPK化肥可以显著增加土壤总有机碳库容。有机肥配施NPK化肥2004年土壤总有机碳较1989年的分别增加27.8%～71.5%,年递增率达到0.6g/kg～1.32g/kg;撂荒和秸秆配合NPK土壤总有机碳增加5.4%和1.6%,年递增率为0.4g/kg和0.075g/kg;单施氮肥和不施肥土壤总有机碳有所下降,降幅为8.3%和11.2%。不同施肥土壤总有机碳差异均达到了显著或极显著水平,长期施肥15年后土壤总有机碳库大小顺序为M2+NPK>1.5（M1+NPK）>M1+NPK>撂荒、秸秆+NPK>PK、NPK>N、CK。 2.对土壤腐殖酸碳的影响。有机肥配施NPK化肥土壤腐殖酸碳比试验初增加了22.7%、55.0%和62.6%,其中胡敏酸碳年递增率为0.22g/kg～0.53g/kg;撂荒和秸秆配施NPK增加8.2%和5.2%;单施化肥和无肥区增幅为5.83%～7.17%。 3.对土壤胡敏素碳的影响。有机肥配合NPK化肥土壤胡敏素碳较不施肥增加31.2%～90.3%,其中1.5（M1+NPK）和M2+NPK的年递增率为0.80g/kg和1.21g/kg;单施化肥、秸秆+NPK及撂荒区,胡敏素碳随时间先降后升,长期施肥15年后土壤胡敏素碳库大小顺序为M2+NPK>M1+NPK>1.5（M1+NPK）>PK、NPK>撂荒、秸秆+NPK、CK>N。 4.对土壤有机碳组成的影响。有机肥配施NPK、磷钾及氮磷钾化肥和撂荒土壤:胡敏酸碳/腐殖酸碳比值上升,富里酸碳/腐殖酸碳比值下降;秸秆配合NPK、单施氮和无肥区土壤,胡敏酸碳/腐殖酸碳比值下降,富里酸碳/腐殖酸碳的比值上升,胡敏素碳/腐殖酸碳比值有升有降。 5.对土壤全氮和有效氮的影响。有机肥配合NPK化肥,土壤全氮和有效氮（2004年）较试验初增加15.7%～42.6%和18.1%～41.1%,其中M1+NPK处理土壤全氮年递增0.15g/kg;单施化肥和秸秆配合NPK化肥,土壤全氮含量年际间有所降低,2004年各处理间由高到低的顺序为:M2+NPK、1.5（M1+NPK）>M1+NPK、撂荒>秸秆+NPK、NPK、PK、CK、N;土壤有效氮（2004年）均效试验初有所增加,处理间由高到低的顺序为:1.5（M1+NPK）>M1+NPK>M2+NPK>NPK、秸秆+NPK>PK、N、撂荒、CK。 6.对玉米产量及产量构成因子的影响。有机肥配施NPK和秸秆配合NPK玉米产量（2004年）是无肥区（CK）的3.5倍多、百粒重和穗粒数分别较无肥区增加47.5%～54.8%和23.5%～34.6%;单施N肥产量（1990-2004平均值）是无肥区1倍多;NPK化肥配施优于单施氮肥,增产18%。2004年产量由高到低的顺序为:1.5（M1+NPK）>M2+NPK>M1+NPK>秸秆+NPK>NPK>N>CK、PK。 综合以上研究结果认为,黑土15年长期不同施肥条件下,不均衡施肥（N、PK等）既不利于高产,也不利于土有机碳库及氮库的累积,培肥效果差;均衡施用化肥（NPK）,能够维持较高的作物产量,土壤有机碳库和氮库与试验初相比变化不大;有机肥配施NPK,不仅作物稳产高产,而且土壤总有机碳库、腐殖酸碳库及氮库持续上升,是黑土持续利用的最佳施肥模式。