





中国农业科学 ›› 2024, Vol. 57 ›› Issue (19): 3835-3847.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2024.19.010
李天娇1,2(
), 张乃于2, 申文艳2, 宋天昊2, 刘红芳2, 刘晓燕2, 张秀芝3, 彭畅3, 杨劲峰1(
), 张淑香2(
)
收稿日期:2024-02-27
接受日期:2024-05-09
出版日期:2024-10-01
发布日期:2024-10-09
通信作者:
联系方式:
李天娇,E-mail:litianjiao2022@163.com。
基金资助:
LI TianJiao1,2(
), ZHANG NaiYu2, SHEN WenYan2, SONG TianHao2, LIU HongFang2, LIU XiaoYan2, ZHANG XiuZhi3, PENG Chang3, YANG JinFeng1(
), ZHANG ShuXiang2(
)
Received:2024-02-27
Accepted:2024-05-09
Published:2024-10-01
Online:2024-10-09
摘要:
【目的】比较长期不同施肥措施对两种典型土壤(黑土和棕壤)团聚体分布和稳定性的影响,探究影响团聚体稳定性的关键因素,为缓解土壤结构退化提供理论支撑。【方法】依托34年黑土和45年棕壤长期定位试验,选取两定位点共有的不施肥(CK)、化肥(NPK)、化肥配施有机肥(NPKM)处理,以及黑土特有的化肥配施秸秆(NPKS)处理、棕壤特有的有机肥——猪厩肥(M)处理,采集0—20 cm土层土壤样品,测定土壤化学性质,采用湿筛法对土壤团聚体进行筛分。【结果】相比于CK,NPK处理下黑土和棕壤大团聚体(>0.25 mm)比例显著降低8.6%和11.3%,团聚体平均重量直径(MWD)分别显著减少18.6%和10.7%,说明单施化肥导致黑土和棕壤团聚体稳定性显著降低;NPKM和M处理下棕壤的MWD分别显著增加44.2%和17.9%,而NPKM处理下黑土MWD未发生显著变化,但NPKS处理下黑土MWD显著提高11.8%,说明在棕壤中施用猪厩肥,黑土中秸秆还田是提高团聚体稳定性的重要措施。土壤团聚体的稳定性主要受土壤化学性质的影响。长期施用化肥(NPK)导致黑土和棕壤的pH和交换性钙、镁离子(Ca2+、Mg2+)降低,阻碍了大团聚体的形成和稳定。施用有机物料(M、NPKM、NPKS)抑制了土壤pH的降低,提高土壤颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MAOC)的含量,促进有机碳与铁铝氧化物、钙镁离子的结合,推动了黑土和棕壤颗粒的团聚过程,进而维持和提高了团聚体的稳定性。综合分析表明,影响黑土团聚体稳定的因素从大到小依次为络合态氧化铝(Alp)、Ca2+、POC、pH、MAOC,其中黑土团聚体稳定性与Alp显著负相关,与其余因素显著正相关。影响棕壤团聚体稳定性的关键因素从大到小依次为POC、络合态氧化铁(Fep)、pH、Mg2+、Ca2+、无定形态氧化铝(Alo)、Alp、无定形态氧化铁(Feo),其中棕壤团聚体稳定性与Alo和Feo显著负相关,与其他因素显著正相关。【结论】化肥配施有机物料(猪厩肥、秸秆)可以抑制土壤酸化,通过增加土壤POC和Ca2+含量,提高黑土和棕壤团聚体的稳定性,是延缓土壤结构退化的重要施肥措施。
李天娇, 张乃于, 申文艳, 宋天昊, 刘红芳, 刘晓燕, 张秀芝, 彭畅, 杨劲峰, 张淑香. 长期施肥对黑土和棕壤团聚体稳定性的影响及驱动因素[J]. 中国农业科学, 2024, 57(19): 3835-3847.
LI TianJiao, ZHANG NaiYu, SHEN WenYan, SONG TianHao, LIU HongFang, LIU XiaoYan, ZHANG XiuZhi, PENG Chang, YANG JinFeng, ZHANG ShuXiang. Effects of Long-Term Fertilization on Soil Aggregate Stability and Its Driving Factors in Black Soil and Brown Soil[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2024, 57(19): 3835-3847.
表1
不同施肥处理下黑土和棕壤化学性质"
| 土壤类型 Soil type | 施肥处理 Fertilization treatments | 指标Indicator | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| pH | POC (g·kg-1) | MAOC (g·kg-1) | Ca2+ (g·kg-1) | Mg2+ (mg·kg-1) | Alo (g·kg-1) | Feo (g·kg-1) | Alp (mg·kg-1) | Fep (mg·kg-1) | ||
| 黑土 Black soil | CK | 7.76Aa | 3.68Ac | 8.26Ac | 3.75Ab | 177.27Bd | 2.01Aa | 2.08Ba | 419.82Bb | 93.32Bc |
| NPK | 6.44Ac | 2.75Ad | 9.64Abc | 2.90Ab | 338.19Ab | 1.84Aa | 2.02Ba | 466.93Ba | 160.15Bb | |
| NPKM | 7.30Ab | 6.26Ba | 10.92Ab | 6.00Aa | 579.35Ba | 1.78Aa | 2.08Aa | 406.65Bbc | 235.91Ba | |
| NPKS | 7.92a | 5.21b | 12.91a | 5.75a | 220.74c | 1.73a | 1.62a | 380.70c | 95.72c | |
| 棕壤 Brown soil | CK | 5.70Bb | 1.98Bc | 8.52Abc | 1.35Bcd | 273.49Ac | 1.42Bb | 2.60Ab | 466.73Ac | 185.21Ad |
| NPK | 5.30Bc | 2.32Bc | 9.29Ab | 1.80Bbc | 218.18Bd | 1.71Aa | 3.26Aa | 568.00Ab | 239.96Ac | |
| NPKM | 6.30Ba | 11.67Aa | 9.41Ab | 4.58Aa | 645.99Ab | 1.01Bc | 1.98Ac | 690.52Aa | 608.13Aa | |
| M | 6.54a | 6.67b | 11.32a | 2.02b | 800.27a | 1.51b | 3.37a | 567.98b | 443.52b | |
| 土壤类型Soil type(S) | ** | ** | ** | ** | * | ** | ** | |||
| 施肥处理 Fertilization treatments(F) | ** | ** | * | ** | ** | * | ** | ** | ||
| 土壤类型×施肥处理S×F | ** | ** | ** | * | ** | ** | ||||
| [1] |
|
| [2] |
|
| [3] |
杨帆, 贾伟, 杨宁, 李文西, 段英华, 胡炎, 崔勇. 近30年我国不同地区农田耕层土壤的pH变化特征. 植物营养与肥料学报, 2023, 29(7): 1213-1227.
|
|
|
|
| [4] |
|
| [5] |
苏慧清, 韩晓日, 杨劲峰, 罗培宇, 戴健, 杨明超, 何蕊. 长期施肥棕壤团聚体分布及其碳氮含量变化. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(4): 924-932.
|
|
|
|
| [6] |
姚俊红, 武俊男, 王呈玉, 崔炎田, 高云航, 孙嘉璐, 刘淑霞. 长期不同施氮量下黑土团聚体稳定性及有机碳含量的变化. 农业环境科学学报, 2024, 43(1): 102-110.
|
|
|
|
| [7] |
|
| [8] |
|
| [9] |
王西和, 杨金钰, 王彦平, 麦尔耶姆·亚森, 黄建, 刘骅. 长期施肥措施下灰漠土有机碳及团聚体稳定性特征. 中国土壤与肥料, 2021(6): 1-8.
|
|
|
|
| [10] |
杨凯, 李延锋, 张西兴, 王明伟, 杜延全, 朱建强. 化肥与不同有机物料配施对土壤有机碳组分及土壤水稳性团聚体的影响. 土壤通报, 2024, 55(3): 707-715.
|
|
|
|
| [11] |
王碧胜, 于维水, 武雪萍, 高丽丽, 李景, 李生平, 宋霄君, 刘彩彩, 李倩, 梁国鹏, 蔡典雄, 张继宗. 添加玉米秸秆对旱作土壤团聚体及其有机碳含量的影响. 中国农业科学, 2019, 52(9): 1553-1563. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.09.007.
|
|
|
|
| [12] |
|
| [13] |
|
| [14] |
张秀芝, 李强, 高洪军, 彭畅, 朱平, 高强. 长期施肥对黑土水稳性团聚体稳定性及有机碳分布的影响. 中国农业科学, 2020, 53(6): 1214-1223. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.06.013.
|
|
|
|
| [15] |
doi: 10.1038/srep14687 pmid: 26423355 |
| [16] |
|
| [17] |
廖超林, 黎丽娜, 谢丽华, 孙钰翔, 邹炎, 戴齐, 尹力初. 增减施有机肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及胶结物的影响. 土壤学报, 2021, 58(4): 978-988.
|
|
|
|
| [18] |
|
| [19] |
李强, 高纪超, 朱平, 高洪军, 张秀芝, 彭畅, 焦云飞, 武俊男, 徐灵颍, 穆佳. 化肥有机替代对黑土土壤肥力的影响: 基于30年长期定位试验. 中国土壤与肥料, 2023(9): 28-33.
|
|
|
|
| [20] |
韩萌, 杨劲峰, 谢芳, 李娜, 戴健, 王月, 鲁豫, 韩晓日. 长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力. 植物营养与肥料学报, 2021, 27(3): 460-469.
|
|
|
|
| [21] |
鲁如坤. 土壤农业化学分析方法. 北京: 中国农业科技出版社, 1999.
|
|
|
|
| [22] |
马忠明, 吕晓东, 刘莉莉. 耕作方式对绿洲灌区农田土壤有机碳及其分布的影响. 应用生态学报, 2015, 26(1): 122-128.
|
|
|
|
| [23] |
周虎, 吕贻忠, 杨志臣, 李保国. 保护性耕作对华北平原土壤团聚体特征的影响. 中国农业科学, 2007, 40(9): 1973-1979. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.at-2006-8385.
|
|
|
|
| [24] |
杨培岭, 罗远培, 石元春. 用粒径的重量分布表征的土壤分形特征. 科学通报, 1993, 38(20): 1896-1899.
|
|
|
|
| [25] |
胡天睿, 蔡泽江, 王伯仁, 张璐, 文石林, 朱建强, 徐明岗. 有机肥替代化学氮肥提升红壤抗酸化能力. 植物营养与肥料学报, 2022, 28(11): 2052-2059.
|
|
|
|
| [26] |
孟红旗, 吕家珑, 徐明岗, 蔡泽江, 王伯仁. 有机肥的碱度及其减缓土壤酸化的机制. 植物营养与肥料学报, 2012, 18(5): 1153-1160.
|
|
|
|
| [27] |
王亮, 李双异, 汪景宽, 顾鑫, 孟凡奎. 长期施肥与地膜覆盖对棕壤交换性钙、镁的影响. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(5): 1200-1206.
|
|
|
|
| [28] |
王擎运, 张佳宝, 赵炳梓, 信秀丽, 陈林, 周云鹏, 郜红建. 长期施肥对典型潮土钙、镁形态转化及其环境行为的影响. 土壤, 2020, 52(3): 476-481.
|
|
|
|
| [29] |
张睿博, 汪金松, 王全成, 胡健, 吴菲, 刘宁, 高章伟, 时蓉喜, 刘梦洁, 周青平, 牛书丽. 土壤颗粒态有机碳与矿物结合态有机碳对气候变暖响应的研究进展. 地理科学进展, 2023, 42(12): 2471-2484.
doi: 10.18306/dlkxjz.2023.12.015 |
|
doi: 10.18306/dlkxjz.2023.12.015 |
|
| [30] |
张维理,
|
|
|
|
| [31] |
蔡岸冬, 张文菊, 杨品品, 韩天富, 徐明岗. 基于Meta-Analysis研究施肥对中国农田土壤有机碳及其组分的影响. 中国农业科学, 2015, 48(15): 2995-3004. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2015.15.009.
|
|
|
|
| [32] |
|
| [33] |
韩晓增, 邹文秀. 东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望. 土壤学报, 2021, 58(6): 1341-1358.
|
|
|
|
| [34] |
马东方, 袁再健, 吴新亮, 廖义善, 黄斌, 郑明国. 华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性. 水土保持学报, 2020, 34(5): 137-144.
|
|
|
|
| [35] |
|
| [36] |
尚应妮, 胡斐南, 赵世伟, 霍娜, 常闻谦. 不同胶结物质对黄绵土团聚体形成的影响. 水土保持学报, 2017, 31(2): 204-208, 239.
|
|
|
|
| [37] |
邱琛. 玉米秸秆还田对黑土团聚体稳定性和结构的影响[D]. 哈尔滨: 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所), 2021.
|
|
|
|
| [38] |
|
| [39] |
邢旭明, 王红梅, 安婷婷, 李双异, 裴久渤, 梁文举, 汪景宽. 长期施肥对棕壤团聚体组成及其主要养分赋存的影响. 水土保持学报, 2015, 29(2): 267-273.
|
|
|
|
| [40] |
谭文峰, 许运, 史志华, 蔡鹏, 黄巧云. 胶结物质驱动的土壤团聚体形成过程与稳定机制. 土壤学报, 2023, 60(5): 1297-1308.
|
|
|
|
| [41] |
doi: 10.1038/s41467-021-24192-8 pmid: 34226560 |
| [42] |
|
| [43] |
|
| [44] |
赵友朋, 孟苗婧, 张金池, 马洁怡, 刘胜龙. 不同林地类型土壤团聚体稳定性与铁铝氧化物的关系. 水土保持通报, 2018, 38(4): 75-81, 86.
|
|
|
|
| [45] |
张琪, 方海兰, 史志华, 李朝霞, 蔡崇法. 侵蚀条件下土壤性质对团聚体稳定性影响的研究进展. 林业科学, 2007, 43(S1): 77-82.
|
|
|
|
| [46] |
|
| [47] |
刘亚龙, 王萍, 汪景宽. 土壤团聚体的形成和稳定机制: 研究进展与展望. 土壤学报, 2023, 60(3): 627-643.
|
|
|
|
| [48] |
|
| [49] |
|
| [50] |
谭文峰, 周素珍, 刘凡, 冯雄汉, 李学垣. 土壤中铁铝氧化物与黏土矿物交互作用的研究进展. 土壤, 2007, 39(5): 726-730.
|
|
|
|
| [51] |
doi: 10.1038/s41467-023-42291-6 pmid: 37857604 |
| [1] | 李星宇, 黄容, 鲜一鸣, 田娇娇, 马晓瑾, 杨乔茜, 李冰, 王昌全. 稻田土壤不同粒级团聚体有机碳组分及CO2排放对长期施肥的响应[J]. 中国农业科学, 2026, 59(6): 1255-1271. |
| [2] | 魏圆慧, 余益辉, 李子钧, 丁文杰, 涂文龙, 毛艳玲. 长期施肥对黄泥田土壤有机碳化学结构与固碳细菌群落结构的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(5): 1020-1033. |
| [3] | 刘梦阳, 刘洁, 陈翔, 王擎运, 罗来超, 齐永波, 田达, 李金才, 柴如山. 长期秸秆还田对砂姜黑土团聚体结构及磷组分分布的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(3): 575-588. |
| [4] | 王仁卓, 李玥颖, 黄绍敏, 姜桂英, 张琦, 刘超麟, 杨锦, 王梦茹, 王贝贝, 刘芳, 郭斗斗, 介晓磊, 宋练, 刘世亮. 长期有机无机肥配施对潮土细菌群落结构、生态网络及关键物种的影响[J]. 中国农业科学, 2026, 59(2): 354-367. |
| [5] | 王冰洁, 秦诗涵, 李德成, 胡文友, 姜军, 迟凤琴, 张超, 张久明, 徐英德, 汪景宽. 黑龙江省嫩江市土壤容重空间分布格局及传递函数构建[J]. 中国农业科学, 2025, 58(9): 1791-1803. |
| [6] | 白雨欣, 刘灵芝, 安婷婷, 李双异, 汪景宽. 长期不同施肥对棕壤细菌群落结构和碳代谢功能的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(8): 1579-1590. |
| [7] | 史帆, 李文广, 易树生, 杨娜, 陈玉萌, 郑伟, 张雪辰, 李紫燕, 翟丙年. 有机无机肥配施下旱地麦田土壤有机碳组分含量的变化特征[J]. 中国农业科学, 2025, 58(4): 719-732. |
| [8] | 王钊, 张冰, 董思奇, 胡雨翕, 齐书宇, 冯国忠, 高强, 周雪. 长期施用氮肥对黑土和风沙土根际微生物群落结构及功能的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 520-536. |
| [9] | 张方方, 宋启龙, 高娜, 白炬, 李阳, 岳善超, 李世清. 长期覆盖对黄土高原春玉米产量、土壤碳氮组分和碳氮库相关指数的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(3): 507-519. |
| [10] | 马鹤逍, 葛国龙, 张向前, 路战远, 王满秀, 戎美仁, 师晶晶, 张德健, 孙雪萍. 不同作物轮作系统对土壤易氧化有机碳和碳库活度差异性的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(24): 5201-5215. |
| [11] | 于茹, 李玉义, 曹巨峰, 马俊, 常芳弟, 宋佳珅, 张宏媛, 李晓彬, 李浩若, 张华, 王婧. 施肥管理对麦后复种绿肥盐碱土碳组分与小麦产量的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(20): 4189-4202. |
| [12] | 袁慧琳, 李雅莹, 顾文杰, 徐培智, 卢钰升, 孙丽丽, 周昌敏, 黎婉玲, 仇荣亮. 长期施用新鲜与腐熟畜禽粪肥土壤溶解性有机质与微生物群落的特征及其关联性[J]. 中国农业科学, 2025, 58(2): 307-325. |
| [13] | 吴勇, 文雪, 王天舒, 黄炎炎, 孟熠黎, 姜红宇, 毕利东, 吴会军, 尧水红. 黑土区坡耕地地形因子和垄作方式对土壤养分和肥力指数的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(18): 3676-3689. |
| [14] | 郭斗斗, 张珂珂, 黄绍敏, 宋晓, 张水清, 岳克, 丁世杰, 郭腾飞. 长期不同施肥对潮土磷吸附解吸特性的影响[J]. 中国农业科学, 2025, 58(14): 2805-2820. |
| [15] | 路鹏, 冯佳, 李莉, 杨莉, 杨雷, 吕德智, 薛彦飞. 长期施肥小麦根际与非根际土壤的磷组分及其有效性[J]. 中国农业科学, 2025, 58(12): 2382-2396. |
|
||