有机肥部分替代化肥对河套灌区土壤有机碳和向日葵产量的影响.pdf

北方农业学报2 0 2 4,5 2(1）：46-5 4JOURNALOFNORTHERNAGRICULTURE苗运彩，何铁虎，袁俊吉，等.有机肥部分替代化肥对河套灌区土壤有机碳和向日葵产量的影响 J.北方农业学报，2 0 2 4,5 2（1）：46-5 4.D0I:10.12190/j.issn.2096-1197.2024.01.06有机肥部分替代化肥对河套灌区土壤有机碳和向日葵产量的影响苗运彩1-2,何铁虎12,袁俊吉1,2,刘德燕1-2,姚荣江12,丁维新1,2（1.中国科学院南京土壤研究所，江苏南京2 10 0 0 8；2.土壤与农业可持续发展国家重点实验室，江苏南京2 10 0 0 8）摘要：【目的】揭示河套灌区不同种类和比例有机肥替代化肥对土壤肥力和向日葵产量的影响，筛选土壤有机碳与向日葵产量协同提升的有机无机肥配施模式。【方法设置不施肥（CK）常规施化肥氮（MN）、2 0%羊粪有机肥氮+8 0%化肥氮（SN1）40%羊粪有机肥氮+6 0%化肥氮（SN2）2 0%牛粪有机肥氮+8 0%化肥氮（CN1）40%牛粪有机肥氮+6 0%化肥氮（CN2）2 0%猪粪有机肥氮+8 0%化肥氮(PN1）40%猪粪有机肥氮+6 0%化肥氮（PN2)8个处理，分析不同种类和比例有机肥替代化肥对土壤有机碳含量、全氮含量、铵态氮浓度、硝态氮浓度、无机氮浓度、团聚体组成以及向日葵植株性状、地上部生物量、产量、氮肥利用率的影响。【结果】与MN处理相比，施用羊粪有机肥氮对土壤有机碳含量无显著影响(P0.05),牛粪或猪粪有机肥氮可显著提高土壤有机碳含量（P0.05，且提升效应随有机肥用量的增加而增加；CN1处理土壤铵态氮、硝态氮和总无机氮浓度分别显著增加9.7%、6.0%和7.6%(P0.05);PN2处理土壤大团聚体质量比例显著提高2 9.3%(P0.05)。与MN处理相比,CN1和PN1处理向日葵盘径和千粒重显著提高5.8%和4.0%(P0.05)；向日葵地上部生物量显著增加4.6%和12.8%(P0.05);产量和氮肥利用率显著提高（P0.05)on soilorganic carbon content.Application of cow and pig manure organic fertilizer nitrogen significantly increased soil organiccarbon content(P0.05),and the improvement effect increased with the increase of organic fertilizer application rates;CN1treatment significantly increased(P0.05)soil ammonium nitrogen,nitrate nitrogen,and total inorganic nitrogen concentrations by9.7%,6.0%,and 7.6%,respectively;PN2 treatment significantly increased(P0.05)the mass proportion of soil macroaggregatesby 29.3%.Compared with MN treatment,CN1 and PN1 treatments significantly increased(P0.05)sunflower disc diameterand thousand grain weight by 5.8%and 4.0%;the aboveground biomass of sunflowers significantly increased(P0.05)by4.6%and 12.8%;the yield and nitrogen use efficiency were significantly improved(P 2 5 0 m为大团聚体、5 3 2 5 0 m为微团聚体、0.05);CN1、CN2和PN1、PN2 土壤有机碳含量显著增加(P0.05）,分别提高5.9%8.9%和6.4%12.4%，其提升效应随有机肥含量的增加而升高;PN2处理下土壤有机碳含量最高，但与CN1、CN2、PN1处理相比差异不显121.406aab1.05a60.7030.350CK MN SN1 SN2 CN1CN2 PN1PN2Treatment小写字母不同表示差异显著（P0.05）。下同。Different lowercase letters indicate significant difference(P0.05)。与MN处理相比,除 SN1外,其他处理土壤全氮含量显著增加(P0.05)。2.2有机肥部分替代化肥对土壤速效氮浓度的影响由图 2 可知,与 CK相比,各处理均能显著提高土壤铵态氮、硝态氮和无机氮浓度，分别增幅13 6%219%、141%19 4%和 13 9%2 10%(P0.05)。与 MN 处理相比,CN1和PN1处理土壤铵态氮浓度显著增加9.7%和5.1%（P0.05）,SN2 和PN2处理土壤铵态氮浓度显著降低13.3%和2 2.0%（P0.05）,SN1和4030ownruoy20100Figure 2 Partial replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer on soil inorganic nitrogen concentration2.3PN2处理对土壤团聚体质量比例的影响施用猪粪有机肥促进了微团聚体形成大团聚体,但对粉黏粒组分影响不大。由图3 可知,与MN处理相比,PN2处理土壤大团聚体质量比例显著提高29.3%(P0.05);与MN处理相比,CN1处理土壤硝态氮浓度显著增加6.0%(P0.05）,SN2、CN2 和PN2处理土壤硝态氮浓度显著降低13.1%、13.5%和13.1%(P0.05);与MN处理相比,CN1处理土壤无机氮浓度显著增加7.6%(P0.05）,SN2、CN2 和PN2处理土壤无机氮浓度显著降低13.2%、10.1%、16.9%(P0.05)。5040(8/)/babdCKMN SN1 SN2 CN1 CN2 PN1 PN2处理Treatment80(8/)/146040200CKMNSN1SN2CN1CN2PN1处理Treatment图2 有机肥部分替代化肥对土壤速效氮浓度的影响SN1、SN2、CN1和CN2处理向日葵株高显著增加2.0%、2.1%、3.3%和2.9%(P0.05);与MN处理相比，有机肥与化肥配施对向日葵茎粗无显著影响(P0.05)；与 MN处理相比,SN1、CN1、CN2、PN1和PN2处理向日葵盘径显著提高4.6%、5.8%、3.0%、4.0%和3.8%(P0.05);与MN处理相比,SN1、CN1、CN2 和PN1 处理增加了向日葵千粒重,其中CN1处理千粒重最高（2 19.10 g）SN2 和PN2处理向日葵abcCdabbC3020d100b工bCKMNSN1 SN2 CN1 CN2 PN1 PN2处理TreatmentCCbCCCPN21期苗运彩等：有机肥部分替代化肥对河套灌区土壤有机碳和向日葵产量的影响5180厂72%641680大团聚体Large macroaggregates Microaggregatessoil aggregates图3 PN2处理对土壤团聚体质量比例的影响Figure 3Effect of PN2 treatment on the mass proportionof soil aggregatesTable 3 Partial replacement of chemical fertilizer with organic fertilizer on sunflower plant characteristics处理TreatmentCKMNSN1SN2CN1CN2PN1PN2注：同列小写字母不同表示差异显著（P0.05）。Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant differences(P0.05).MN处理相比,SN1、C N1和PN1处理氮肥利用率显著提高（P0.05）。3讨论3.1有机肥部分替代化肥对土壤有机碳含量的影响不同种类的有机肥对土壤有机碳含量的提升效果不尽相同。本试验中,与常规施化肥氮相比,牛粪千粒重降低1.1%和2.4%。MNPN2b株高/cmHeight248.541.59 c253.152.13 b258.202.28 a258.392.38 a261.432.52a260.512.51 a250.592.21b253.192.34 b由图4可知，与MN处理相比,SN1、CN1和PN1处理向日葵地上部生物量显著增加5.5%、4.6%和12.8%(P0.05)。2.5有机肥部分替代化肥对向日葵产量和氮肥利用率的影响由图5 可知,与CK相比,各处理均显著提高向微团聚体粉黏粒Silt+Clay团聚体表3 有机肥部分替代化肥对向日葵植株性状的影响茎粗/cm盘径/cmStem diameterDisc diameter3.780.12 b25.440.47 b4.080.23 a25.700.38 b4.01 0.11 a26.880.45 a3.960.22 a25.700.38 b4.040.13 a27.200.47.a4.060.15 a26.460.32 a4.080.24 a26.730.54 a3.930.12 a26.680.54 a或猪粪有机肥氮与化肥氮配施土壤有机碳含量显著提高，而羊粪有机肥氮与化肥氮配施对土壤有机碳含量无影响。张英等 16 研究发现,施用羊粪有机肥对土壤有机碳含量无显著提升效果，该结果与本试验结果相一致。一方面,土壤中的有机碳通常与有机肥中碳组分的化学结构有关，羊粪有机肥主要以植物来源的纤维素和半纤维素为主，包括烷基碳和烷氧基碳,其矿化速率快、不易在土壤中存留 17-18;猪粪和牛粪有机肥中含有比例更高的芳香基碳，主要包括日葵产量（P0.05)。与MN处理相比,SN1、CN1和PN1处理向日葵产量显著增加（P0.05）。由图6 可知，MN处理氮肥利用率为43.9%。与Thousand seeds weight205.881.98 d215.511.37 bc216.831.48 ab213.142.05 c219.101.81 a215.771.17 b216.981.82 ab210.242.04 c千粒重/g52北方农业学报52卷0.75 0.60/)王温日0.450.300.150CK MN SN1 SN2 CN1 CN2 PN1 PN2图4有机肥部分替代化肥对向日葵地上部生物量的影响Figure 4Partial replacement of chemical fertilizer withorganic fertilizer on the aboveground biomass of sunflower8r(cu/)/鲁彝日回6420CKMNSN1SN2CN1CN2PN1PN2处理Treatment图5 有机肥部分替代化肥对向日葵产量的影响Figure 5 Partial replacement of chemical fertilizer withorganic fertilizer on sunflower yield80ab60bc%率由唑H40200MNSN1SN2CN1CN2PN1PN2处理Treatment图6 有机肥部分替代化肥对氮肥利用率的影响Figure 6 Partial replacement of chemical fertilizer withorganic fertilizer on nitrogen use efficiency难降解、疏水的有机化合物,如木质素来源的酚类有a机物和微生物来源的糖类化合物 19-2 0 1。与羊粪有机肥ababbdbC相比，猪粪和牛粪有机肥中的碳组分更难被分解利用,这有利于土壤有机碳的累积;另一方面,YU等 2 1研究发现，酚类碳和二氧烷碳更易与粉黏粒结合形成微团聚体和大团聚体，提高了土壤对有机碳的保护能力,加速土壤中有机碳的累积。有机肥的不同替代比例对土壤有机碳含量的提升效果也存在很大差异。本试验中，随着牛粪和猪粪有机肥氮替代化肥氮处理比例的增加，土壤有机碳提升效果更为明显。土壤有Treatment机碳水平主要取决于土壤有机碳输人和输出的平衡，未达到碳饱和水平前，土壤中有机碳含量随碳输人量的增加而增加 2 。因此,施用有机肥要综合考虑其输人量和种类因素。3.2有机肥部分替代化肥对向日葵产量的影响b向日葵产量与有机肥替代比例有关。本试验中，b与常规施化肥氮处理相比,2 0%有机肥氮+8 0%化肥氮处理向日葵产量显著提高，40%有机肥氮+6 0%化肥氮处理则对产量无显著影响。段玉等 2 3 利用回归分析研究发现，向日葵产量随有机肥替代化肥比例的增加呈先升高后降低的变化趋势，19%的有机肥替代化肥时，向日葵产量最高，本试验结果与其研究结果一致。化学氮肥能够为作物及时提供速效养分,但易以气态氮和硝态氮淋溶等途径损失，有机肥富含各种复杂有机物质，在微生物及其分泌酶的分解作用下缓慢释放养分供作物吸收利用。适宜比例的有机肥与化肥配施能够减少土壤氮素损失，化肥的速效养分与有机肥的缓释养分供应互补，能够满足作物a全生育期的养分需求。毛伟滔等 2 4研究有机肥氮替代化肥氮对旱地冬小麦产量的影响时发现，15%有机肥H氮替代化肥氮处理小麦产量显著提高6.2%，3 0%和45%有机肥氮替代化肥氮处理小麦产量分别降低2.9%和10.4%；高飞等8 和谢丽华等 9 研究发现，与常规施氮处理相比，40%6 0%有机肥氮替代化肥氮处理没有明显的增产效应。高比例有机肥替代化肥无法满足作物生长初期对养分的需求，从而限制了作物产量提升。于跃跃等 2 5 在黏壤质褐土试验发现,相比常规施氮，5 0%有机肥氮替代化肥氮处理玉米产量提高11.8%;张昆等 2 6 在江西茶园研究有机肥化肥配1期苗运彩等：有机肥部分替代化肥对河套灌区土壤有机碳和向日葵产量的影响53施对茶叶产量的影响发现，7 0%有机肥氮替代化肥氮对茶叶的增产效果最佳；也有研究发现，在黄河故道低肥力土壤，不同比例有机肥替代化肥对作物产量无明显提升效应8。这说明有机肥替代化肥的最优比例与土壤肥力、土壤质地和作物品种紧密相关。不同种类有机肥对向日葵产量的提升效果也不尽相同。本试验中,2 0%牛粪或猪粪有机肥氮替代化肥氮处理对向日葵产量的提升效果较好。第一,，施用牛粪或猪粪有机肥氮可以增加土壤速效氮浓度，提高向日葵的氮肥利用率,从而实现向日葵产量提升。第二，施用牛粪和猪粪有机肥氮能够促进土壤形成更多的大团聚体,改善土壤物理结构，提高土壤保水保肥能力和土壤氮素供应能力2 7。第三,施用牛粪和猪粪有机肥氮可能会促使土壤微生物向以腐生微生物为主的群落结构演替,提高氮素转化酶活性,土壤中释放更多氮素以满足作物生长需要2 8。此外,向日葵是喜钾作物 2 9 ,2 0%牛粪或猪粪有机肥氮替代化肥氮处理提高了向日葵地上生物量，促进根系生长、释放更多分泌物,降低土壤对钾素的吸附,提高活性钾的含量,进而促进作物生长、提高向日葵产量。然而,杜鑫宇等 3 0研究发现,不同比例猪粪有机肥替代化肥提高了土壤养分含量，却降低了冬小麦产量；陈贵等 13 通过连续5年田间定位试验研究发现，猪粪有机肥与无机肥配施对水稻产量的提升效应优于牛粪有机肥。不同种类有机肥与无机肥配施对作物产量的影响存在较大差异,另外,也可能受试验时间、气候状况等因素的影响。4结论与常规施化肥氮相比，2 0%牛粪有机肥氮+8 0%化肥氮处理和2 0%猪粪有机肥氮+8 0%化肥氮处理可以显著提高土壤有机碳含量、增加向日葵盘径和千粒重，提高向日葵产量和氮肥利用率，实现土壤有机碳含量和作物产量的同步提升，为适宜河套灌区低肥力耕地有机无机肥配施模式。参考文献：1 ZHANG X,DAVIDSON E A,MAUZERALL D L,et al.Managing nitrogen for sustainable development J.Nature,2015,528:51-59.2刘新宇，巨晓棠，张丽娟，等.不同施氮水平对冬小麦季化肥氮去向及土壤氮素平衡的影响 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