【摘 要】
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氮素是作物生长发育所必需的大量营养元素。在农业生产中,人们常常施用大量的化学氮肥来促进作物的增产和高产,然而过量的氮肥投入不仅会大幅提高生产成本,同时也对环境造成严重影响,如土壤酸化、水体富营养化及温室气体排放增加等等。另一方面,我国每年产生大量的秸秆、畜禽粪便及农业加工副产物等有机废弃物资源,是一个巨大的养分库,但由于目前缺乏有效利用,不仅浪费资源,更是成为当前环境污染的一大隐患。我国西南喀斯特
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氮素是作物生长发育所必需的大量营养元素。在农业生产中,人们常常施用大量的化学氮肥来促进作物的增产和高产,然而过量的氮肥投入不仅会大幅提高生产成本,同时也对环境造成严重影响,如土壤酸化、水体富营养化及温室气体排放增加等等。另一方面,我国每年产生大量的秸秆、畜禽粪便及农业加工副产物等有机废弃物资源,是一个巨大的养分库,但由于目前缺乏有效利用,不仅浪费资源,更是成为当前环境污染的一大隐患。我国西南喀斯特地区由于其独特的岩溶地质背景,土层发育浅薄,长期以来在不合理的人为干扰下流失和退化现象严重,因而在该地区探讨充分利用丰富的有机物资源,实现农业提质增效与农业生态环境安全,更具有现实和长远的意义。为此,本研究依托中国科学院环江喀斯特农业生态试验站长期定位试验小区,探讨不同施肥模式下喀斯特农田土壤氮形态、酶活性与氮素转化过程特征,以期为指导科学施肥提供依据。试验共设置6个处理:设置不施肥(CK)、化肥(NPK)、50%NPK+50%玉米秸秆(STNPK)、50%NPK+50%牛粪(MNPK)、50%NPK+50%滤泥(SLNPK)及50%NPK+50%甘蔗灰(BANPK),每处理四个重复。主要结果如下:(1)不同施肥对根际和非根际土壤氮含量的影响,施用有机肥处理能显著改善根际土壤养分状况。不同有机肥配施处理下,根际和非根际土壤养分含量变化模式不同;其中秸秆处理、甘蔗灰和滤泥处理能显著提升根际NH4+-N含量(P<0.05),而单施氮肥、牛粪处理和甘蔗灰处理能减缓根际和非根际全氮养分含量之间差异。与对照组处理(CK)相比,牛粪处理能显著提高非根际土壤NO3--N、TN和DOC含量;相关分析表明,地上生物量、玉米籽粒和秸秆产量与土壤有效态碳含量具有显著的正相关关系(P<0.05)。(2)不同施肥对根际和非根际土壤氮转化过程的影响,施肥和土壤部位对净矿化(NMR)和净硝化(NNR)有显著交互作用(P<0.05),而土壤部位对硝化潜势(NP)、反硝化潜力(PDA)和氨氧化古菌产生N2O速率(ARaoa)有主效应(P<0.05),其中,根际反硝化潜力和氨氧化古菌生成N2O速率显著高于非根际区域,而非根际硝化潜势高于根际区域(P<0.05)。与单施化肥相比,不同施肥处理之间根际土壤净硝化速率无明显差异(P>0.05)。与对照组(CK)相比,甘蔗灰处理和滤泥处理显著提高了非根际土壤净硝化速率(NNR)。相关分析的结果表明:地上生物量、玉米籽粒和秸秆产量与土壤净矿化速率有极显著的正相关关系(P<0.01)。(3)不同施肥对根际和非根际土壤微生物养分限制的影响,土壤微生物不受氮限制,但是六种不同处理下根际和非根际土壤微生物主要受碳和磷共同限制。施肥能减缓微生物磷限制;非根际相比根际土壤微生物明显受碳限制,同时秸秆化肥配施处理加剧微生物碳限制(P<0.05),但是其余施肥处理对微生物碳限制无明显影响。不同施肥处理对根际和非根际土壤LAP、NAG、BX、BG和AP无明显差异,而土壤水解酶效果不一致;与对照组相比,秸秆配施处理显著提高了BG酶活性(P<0.05),甘蔗灰处理显著降低了LAP酶活性(P<0.05);相关分析的结果表明,酶活性与土壤养分、氮转化速率和酶化学计量学关系密切。(4)不同施肥均能显著提高玉米籽粒产量和秸秆生物量(P<0.05),其中秸秆化肥配施处理玉米籽粒产量最高,相比对照组增加了495%,增产效果最明显。
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