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1、分类号： 密级： S 1 5 3 单位代码： 学号： ! Q Q 墨鱼 2 Q l Q 三Z 三 长期施肥下黑土和红壤碳氮关系研究 D i s t r i b u t i o no f N i t r o g e na n dC a r b o ni nB l a c k S o i la n d R e dS o i lu n d e r L o n g - - T e r mF e r t i l i z a t i o n 学位申请人：刘震 指导教师：张丽娟教授 张毅功教授 学科专业：土壤学 学位类别：农学硕士 授予单位：河北农业大学 答辩日期：二。一三年五月二十三日 独创性声明 本人声
2、明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塑! 垦壅些盘茔或其他教育机构的学 位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名刮发签字嗍妇，弓年 月帅 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解塑兰垦盔些盘堂有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权塑! 堡垒些盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库
3、进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位敝储主缸刮农新繇劢彬 签字日期：山I 弓年箩月，岳日签字日期：如I 弓年箩月p 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 电话： 邮编： 摘要 土壤肥力的核心是土壤中有机碳和氮素，它们不仅影响着全球的气候变化，同时 也是农业可持续发展的基础。因此，研究长期施肥对土壤碳素及氮素的影响，以及二 者之间的相互关系有着重要意义。施肥是土壤营养成分积累的一个重要措施，在长期 施肥条件下土壤碳氮之间相互作用的机理现在尚不明确。针对这一问题，本研究以东 北地区黑土和南方红壤两个旱地长
4、期定位试验为基础，探讨长期施肥下，不同土壤中 碳氮及其组分的变化，并阐明碳氮积累的机理。主要结果如下： ( 1 ) 同不旌肥( C K ) 相比，长期施用化肥( N P K ) 、化肥配施有机肥( N P K M ) 和化肥配施秸秆( N P K S ) 可以增加作物产量，提高土壤中碳含量和氮素积累量，其 中，N P K M 处理增加幅度最大，差异性显著。有机肥的施入可以降低土壤中氮素流 失，使氮存在土壤中停留的时间更长。 ( 2 ) 同不施肥( C K ) 处理相比，长期施肥可以改变土壤中可溶性碳与全碳，可 溶性氮与全氮的比值，在黑土中化肥配施有机肥( N P I ) 处理和化肥配施秸秆 (
5、 N P K S ) 处理可溶性碳与全碳值无显著差异，高于不施肥( C K ) 、化肥( N P K ) 处 理，且差异性显著。在黑土O 2 0c m 表层土壤中，可溶性氮占全氮比例为 1 0 7 1 8 6 ，红壤中0 2 0c m 表层中可溶性氮占全氮比例为1 0 9 1 7 2 。同C K 相 比，黑土化肥配施有机肥处理可溶性氮占全氮比例提高了0 3 8 。同N P K 相比，黑 土和红壤可溶性氮占全氮比例分别提高了0 2 4 和0 2 6 。而黑土中微生物碳氮含量 也随着有机肥的施用产生了变化，表现为：化肥配旌有机肥处理 化肥配施秸秆处理 化肥处理 不施肥处理，红壤中化肥配施有机肥处理
6、的微生物量碳氮含量也处于较 高水平，说明有机肥的施用可以提高不同土壤中微生物的数量。而微生物数量的增加 有助于加快土壤中矿质氮的分解。因此，有机肥的施用可以使得土壤中的氮素更容易 被植物吸收和利用。 ( 3 ) 黑土中碳主要存在于2 5 3g m 微团聚体中，红壤则主要存在于 N P K C K T h eN P K Mt r e a t m e n to fr e ds o i la l S Oh a dah i g h e rl e v e lo f M B Ca n dM B N ，w h i c hi m p l i e dt h a tt h ea p p l i c a t i o
7、 no fo r g a n i cm a n u r ec a ni n c r e a s e m i c r o o r g a n i s m si nd i f f e r e n tk i n d so fs o i l T h er e s u l t sd e d u c e dt h a tn i t r o g e nw a sm o r e e a s i l ya b s o r b e db yt h ep l a n ta su s i n go r g a n i cf e r t i i z e r ( 3 ) T h eo r g a n i cc a r b
8、 o nW a sm a i n l yp r e s e r v e di nt h em i c r o a g g r e g a t e sw i t ht h es i z e so f 2 - 5 3p mf o rb l a c ks o i lw h i l ei nt h o s eo f 9 9 5 。标记的有机肥含氮量是0 5 8 ，普通鲜猪粪含氮量是3 7 5 。 2 3 样品采集 2 3 1 长期试验 土样于2 0 1 1 年9 月2 0 日玉米收获后采集，采样深度O 2 0c m ，采用蛇形法S 型 取点，然后将土样混合，每小区重复3 次。土壤采集后在室阴凉通风处风
9、干、磨碎， 过2r f f f n 筛备用。在研磨过程中去掉直径大于2m i l l 的根系和砂砾等。 2 3 。2 盆栽试验 分别在施肥后7 天( 2 0 1 2 年2 月2 0 日) 、小麦拔节期( 2 0 1 2 年4 月2 3 日) 、灌 浆期( 2 0 1 2 年5 月7 曰) 、收获期( 2 0 1 2 年5 月1 4 日) 采集土壤样品以及植株样品。 土壤鲜样在4 下保存，供用来测微生碳氮，剩余土样风干处理用来测定其他指标； 植株样品杀青后，6 0 经过1 2h 烘干后称重，记录数据为地上部分生物量。 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 2 4 分析项目与方法 ( 1 ) 土壤
10、有机质 重铬酸钾外加热法 ( 2 ) 土壤可溶性碳氮 测定：称取1 0 0 0g 过2i r l r n 筛的鲜土于塑料瓶中，加入4 0m l0 5m o l L K 2 S 0 4 溶液振荡3 0 分钟后过滤，吸取滤液用M u l t iN C3 1 0 0 测定可溶性碳氮的含量，同时 用烘干法测定土壤含水量，测定的碳氮值即为可溶性碳氮的数值。 ( 3 ) 土壤微生物碳氮 微生物量碳氮的测定方法：将新鲜土样过2m l T l 筛子后混匀，用去离子水将土壤 充分润湿，调节土壤中含水量至约为田间持水量的4 0 左右，然后将土壤置于透明塑 料杯中，并放置于2 5 0 C 的恒温培养箱中预培养一周，
11、以恢复土壤微生物活性。待培 养时间过后，取出预先培养的土样称取两份1 0 9 土壤分别置于5 0m l 的烧杯中，一份 置于装有去乙醇氯仿的干燥器之中，干燥器底部需要放置一小杯N a O H 溶液用于吸收 C 0 2 ，用抽气泵将干燥器抽至真空状态，氯仿由于气压原因会发生沸腾现象，使氯仿 持续5 分钟左右，然后关闭抽气泵和干燥器阀门，放置在2 5 。C 的暗室2 4 小时，另外 一份置于无氯仿的干燥器中，底部同样放有一小杯N a O H 溶液。在相同条件下放置 2 4 小时。熏蒸后将土壤无损的转移至塑料瓶中，加入4 0m l0 5m o l L K 2 S 0 4 溶液， 振荡3 0 分钟后过
12、滤，吸取滤液用德国耶拿公司生产的M u l t iN C3 1 0 0 分析仪测定其 中的氮含量，同时需要用烘干法测定土壤的含水量，熏蒸土壤的微生物量碳氮值减去 未熏蒸土壤微生物量碳氮值的差值即为所测土壤的微生物量碳氮值。 ( 4 ) 土壤全氮 凯氏定氮法 ( 5 ) 团聚体碳氮 湿筛分离法：称取5 0g 风干土壤样品，放入1 4c m 的培养皿之中，然后从培养 皿边用胶头滴管缘缓慢加入约比田间持水量高出约百分之五的水分，使得土壤慢慢吸 水，待土壤全部湿润后放置1 5 分钟。然后将处理好的土样放入一套三个粒径的筛 ( 2 0 0 0 肛m ，2 5 0g m 和5 3 肛m ) 进行湿筛( 套
13、筛) 过程，注意过程中土样不可露出水 面，在桶中加水时液面不能高过最高处筛子的边缘。将之放在加好去离子水的桶内放 置5 分钟，使水分充分浸入到土壤之中，然后启动团粒仪振荡仪，筛动2 0 分钟，套筛 振动幅度以3c m 垂直上下为宜。分离出2 0 0 0 2 5 0l a m ，2 5 0 5 3I x m 的土壤团聚体。5 3 2 肛1 和 N P K C K ，红 壤中N P K M 处理的微生物碳氮含量也处于较高水平，说明有机肥的施用可以提高不 同土壤中微生物量。 ( 5 ) 黑土中有机碳主要存在与2 5 3g m 微团聚体中，红壤则主要存在与 2p m 的 微团聚体中。化肥、有机肥和秸秆
14、的使用，可以显著提高土壤中各个粒级有机碳的累 积量。化肥进入黑土中，主要使5 3 - 2 5 0t a m 的微团聚体有机碳含量增加幅度最高， N P K 处理以及N P K S 处理对于5 3 2 5 0t a m 微团聚体以及2 5 0 2 0 0 0l a m 的大团聚体影 响相差不大，除N P K M 处理外，其余处理对 2t a m 微团聚体有机碳含量影响并不显 著。 ( 6 ) 土壤氮素在黑土上主要累积在2 5 3t a m 微团聚体中，而在红壤上主要累积在 2l a m 微团聚体中。有机肥的使用，将主要的氮素保存在小于2 5 0 微米的微团聚体 中，使氮素不会轻易流失，持续发挥作
15、用。长期施肥显著减低了黑土2 5 3t a m 微团聚 体中氮的贡献率，增加了 2g m 微团聚体和5 3 2 5 0l a m 微团聚体中氮的贡献率。对 红壤来说，长期施肥显著降低了5 3 2 5 0l a m 微团聚体中氮的贡献率，是氮素进入到更 小的粒级之中。 河北农业大学硕士学位( 毕业) 论文 ( 7 ) l e - J 3 ；施肥相比，施用肥料能提高地上部生物量。黑土上施用化肥能显著提高 地上部生物量，同时也能提高作物籽粒产量，并且增长幅度均为最高。而在红壤中， 施用有机肥才能使作物地上部生物量以及籽粒产量达到最高。黑土中除N P K 处理外， 其余处理吸氮量差异不显著，红壤中N
16、P K 和N P K S 吸氮量差异不显著。 4 2 讨论 多年来，有大量的研究学者投身于我国农田土壤有机碳氮的研究当中，研究表明 我国土壤表层有机碳含量整体呈上升趋势。长期施用有机肥N P K M 处理所提升的有 机碳含量要高于普通施用化肥所提高的含量【97 1 ，这与本试验研究结果相同。尽管长期 施用化肥也能提高土壤中有机碳的含量，但是施用化肥会使土壤中富里酸含量增加， 胡敏酸含量相对降低，土壤中有机质含量变低【9 8 ，不利于土壤长远开发利用。同时也 有大量的研究结果表明，土壤中碳氮元素关系密切，氮素含量的变化在一定程度上受 到有机碳含量的影响。多项研究己证明，在不施肥条件下，土壤中氮素呈现下降趋势， 而单施化肥、化肥配施有机肥、化肥配施秸秆三种不同施肥方式都可以提高土壤中全 氮的含量，其中单施化肥，化肥配施秸秆对土壤全氮提高的量相差不大，均远小于化 肥配施有机肥所提高的土壤全氮含量。一般情况下来说，土壤中碳氮呈现耦合现象， 长期施肥后，有机肥配施化
