中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (9): 1766-1778.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.011
韩潇杰1(), 任志杰2, 李双静1, 田培培1, 卢素豪1, 马耕1, 王丽芳1, 马冬云1, 赵亚南2, 王晨阳1()
收稿日期:
2024-01-05
接受日期:
2024-02-29
出版日期:
2024-05-01
发布日期:
2024-05-09
通信作者:
联系方式:
韩潇杰,E-mail:xiaojiehan523@163.com。
基金资助:
HAN XiaoJie1(), REN ZhiJie2, LI ShuangJing1, TIAN PeiPei1, LU SuHao1, MA Geng1, WANG LiFang1, MA DongYun1, ZHAO YaNan2, WANG ChenYang1()
Received:
2024-01-05
Accepted:
2024-02-29
Published:
2024-05-01
Online:
2024-05-09
摘要:
【目的】探究长期不同施氮量对土壤团聚体碳氮含量及小麦产量的影响,为合理施氮提供理论依据。【方法】基于设置在河南省许昌市张潘镇4个不同施氮水平11年定位试验,施氮量分别为0(N0)、180 kg·hm-2(N1)、240 kg·hm-2(N2)及300 kg·hm-2(N3),分析不同处理土壤碳氮含量、团聚体分布及其碳氮含量的变化,并探寻长期施氮对小麦产量及其构成的调控路径。【结果】随着施氮量增加,各土层土壤团聚体分布呈现大团聚体(>0.25 mm)向微团聚体(0.053—0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)转化的趋势,显著降低了团聚体平均重量直径(MWD)。土壤碳、氮含量在0—20 cm土层随施氮量增加而逐渐上升,20—40 cm土层呈先升高后降低趋势。与N0相比,0—20 cm土层各施氮处理土壤有机碳和全氮含量的平均增幅分别为13.1%—37.2%和19.4%—29.4%;20—40 cm土层的平均增幅分别为15.3%—32.2%和6.1%—29.3%。长期施氮处理显著提高了各粒级团聚体有机碳含量,与N0相比,施氮处理大团聚体有机碳平均含量提高31.6%—62.0%,微团聚体提高8.7%—61.2%,粉黏粒提高14.0%—81.7%。在0—20 cm土层,各粒级团聚体全氮含量亦随施氮量增加而增加,各施氮处理大团聚体、微团聚体和粉黏粒中全氮含量平均增幅分别为32.6%—51.0%、25.7%—35.9%和3.2%—9.7%,且均以N3处理最高。在20—40 cm土层,各粒级团聚体全氮含量随施氮量增加呈先升高后降低趋势,各施氮处理大团聚体、微团聚体和粉黏粒全氮含量平均增幅分别为17.6%—35.2%、11.7%—24.0%和1.1%—12.9%,且均以N1处理最高。研究结果还表明,长期施氮显著增加了小麦成穗数和穗粒数,进而提高了产量。与N0相比,N1、N2和N3处理分别提高小麦产量188.1%、177.3%和173.2%。相关分析与结构方程模型分析表明,小麦产量与土壤碳、氮含量及团聚体中碳、氮含量均呈显著正相关,长期施氮通过改变土壤及团聚体中碳、氮含量进而影响小麦产量。【结论】综上,长期合理施氮提高了土壤及团聚体中碳、氮含量,提升了土壤肥力,促进小麦增产。在本试验条件下以施氮量180 kg·hm-2时最优。
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表1
2021年土壤养分状况"
处理 Treatment | 有机质 Organic matter (g·kg-1) | 全氮 Total nitrogen (g·kg-1) | 碱解氮 Alkaline hydrolysis nitrogen (mg·kg-1) | 速效磷 Available phosphorus (mg·kg-1) | 速效钾 Available potassium (mg·kg-1) |
---|---|---|---|---|---|
N0 | 16.43 | 0.66 | 27.88 | 21.53 | 157.45 |
N1 | 18.58 | 0.79 | 37.48 | 23.69 | 168.73 |
N2 | 18.90 | 0.80 | 34.18 | 23.51 | 166.63 |
N3 | 22.54 | 0.86 | 35.20 | 22.94 | 164.80 |
表2
长期不同施氮量下土壤团聚体质量百分比和平均重量直径"
土壤深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 土壤团聚体质量百分比Mass percentage of soil aggregates (%) | 平均重量直径 MWD (mm) | ||
---|---|---|---|---|---|
>0.25 mm | 0.053-0.25 mm | <0.053 mm | |||
0-20 | N0 | 23.89±0.85a | 48.63±0.40a | 27.48±1.15b | 1.31±0.04a |
N1 | 16.48±1.45b | 50.85±2.96a | 32.67±2.49a | 0.94±0.07b | |
N2 | 16.30±0.19b | 49.89±1.43a | 33.81±1.39a | 0.93±0.01b | |
N3 | 15.62±1.12b | 48.27±1.29a | 36.11±1.77a | 0.89±0.06b | |
20-40 | N0 | 13.69±1.24a | 58.52±1.58a | 27.79±0.37d | 0.81±0.06a |
N1 | 9.62±0.61b | 58.24±2.16a | 32.14±1.57c | 0.60±0.03b | |
N2 | 7.61±1.14c | 57.11±1.70a | 35.28±2.84b | 0.50±0.06c | |
N3 | 5.02±0.18d | 55.68±0.15a | 39.30±0.33a | 0.36±0.01d |
表3
长期不同施氮量下土壤各粒级团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率"
土壤深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 贡献率 Contribution rate (%) | ||
---|---|---|---|---|
>0.25 mm | 0.053-0.25 mm | <0.053 mm | ||
0-20 | N0 | 32.57±1.22a | 44.94±0.37c | 22.49±1.34b |
N1 | 24.08±0.13b | 52.43±1.50a | 23.49±1.37ab | |
N2 | 25.77±0.60b | 52.46±1.50a | 22.58±0.93b | |
N3 | 25.56±1.77b | 48.57±0.96b | 25.88±1.04a | |
20-40 | N0 | 23.15±0.92a | 60.15±0.98a | 16.70±0.62b |
N1 | 16.69±1.61b | 56.02±4.65a | 27.29±3.18a | |
N2 | 15.43±2.69b | 57.36±2.04a | 27.21±4.14a | |
N3 | 11.26±0.88c | 60.49±0.67a | 28.25±1.54a |
表4
长期不同施氮量下各粒级团聚体全氮对土壤全氮的贡献率"
土壤深度 Soil depth (cm) | 处理 Treatment | 贡献率 Contribution rate (%) | ||
---|---|---|---|---|
>0.25 mm | 0.053-0.25 mm | <0.053 mm | ||
0-20 | N0 | 27.23±1.52a | 48.54±2.74a | 24.23±2.44a |
N1 | 21.04±2.34b | 53.99±3.82a | 24.96±1.48a | |
N2 | 21.49±0.39b | 52.17±2.56a | 26.34±2.82a | |
N3 | 21.12±1.78b | 51.55±1.84a | 27.33±0.72a | |
20-40 | N0 | 19.24±0.59a | 58.51±1.44a | 22.25±1.34c |
N1 | 15.29±0.93b | 60.41±1.90a | 24.30±1.82bc | |
N2 | 11.78±1.25c | 60.04±2.36a | 28.18±3.46ab | |
N3 | 8.73±0.43d | 60.85±0.31a | 30.42±0.74a |
表5
长期不同施氮量对小麦产量及产量构成因素的影响"
处理 Treatment | 穗数 Spike number (×104·hm-2) | 穗粒数 Grain per spike | 千粒重 1000-grain weight (g) | 产量 Grain yield (kg·hm-2) |
---|---|---|---|---|
N0 | 238.89±5.09c | 30.17±0.93b | 48.00±0.72a | 3869.60±118.72c |
N1 | 664.38±5.54a | 36.30±0.56a | 44.33±0.32bc | 11149.91±173.55a |
N2 | 655.63±11.43a | 35.83±0.15a | 44.93±0.38b | 10731.06±110.54b |
N3 | 631.88±8.51b | 35.60±1.15a | 43.70±0.56c | 10571.96±56.33b |
图6
施氮量影响土壤碳氮及产量的结构方程模型 箭头旁的数字表示标准化路径系数,表示该变量所解释的方差,虚线表示不显著。*P<0.05,**P<0.01,***P<0.001 N rate:施氮量Nitrogen application rate;Mic-SOC:微团聚体有机碳含量Organic carbon content of micro-aggregates;Mic-TN:微团聚体全氮含量Total nitrogen content of micro-aggregates;SOC:土壤有机碳含量Soil organic carbon content;STN:土壤全氮含量Soil total nitrogen content;Yield:小麦产量Wheat yield"
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