为理解长期有机物料与化学氮肥配施对土壤有机碳和全氮的影响,在黄淮海平原开展了长达30年的小麦-玉米轮作田间试验(1990–2019年)。试验包含5个施肥处理:不施肥(control)、单施化肥(NPK)、化肥与秸秆配施(NPKS)、化肥与有机肥配施(NPKM)和1.5倍化肥与有机肥配施(1.5NPKM),NPK、NPKS和NPKM处理氮投入总量相同。测定试验期间作物产量,采集土壤表层(0–10 and 10–20 cm)和下层(20–40 cm)样品,进行土壤团聚体分级并测定团聚体碳氮含量。有机无机配合处理(NPKS, NPKM和1.5NPKM)与NPK处理相比,30年平均作物产量无显著差异,土壤表层和下层有机碳和全氮均显著提高,表层土壤有机碳和全氮分别提高24.1–44.4%和22.8–47.7%,下层土壤有机碳和全氮分别提高22.0–47.9%和19.8–41.8%%。与NPK处理相比,NPKS处理0-10cm土层和NPKM处理20-40cm土层具有显著较高的大团聚体组分质量比例,提高幅度分别为19.8和27.0%;然而,1.5NPKM处理在0-10cm和20-40cm土层的土壤大团聚体组分质量比例较对照显著降低,下降幅度分别为-19.2和-29.1%。分析表明有机无机配合处理较NPK处理有显著较高土壤有机碳和全氮主要与自由态微团聚体和大团聚体中的微团聚体等土壤稳定性组分的碳氮增加有关,稳定性组分对土壤碳氮含量增加的贡献率分别达81.1–91.7%和 83.3–94.0%。不同施肥处理0-40cm土层的土壤稳定性碳库和氮库与处理年平均碳投入量均呈显著正相关,回归系数分别为0.74和0.72(P<0.01),表明土壤氮对碳贮存的重要性。我们研究为长期有机物料与化学氮肥配施措施在保持合理总氮投入下有利于上层和下层土壤碳氮的保蓄提供了证据。
了解磷组分特征和影响因素对提高土壤磷利用效率具有重要的意义。基于黑土、潮土和塿土的长期定位试验,选择了五种施肥方式并将其分为三组:无磷肥处理(CK/NK)、平衡施用无机肥处理(NPK/NPKS)和有机无机配施处理(NPKM)。对土壤无机磷组分和土壤性质进行了分析,研究了无机磷组分特征及无机磷组分与土壤性质的关系。结果表明,三种土壤中Ca10-P占总无机磷的比例最高,黑土、潮土和塿土分别为33.5%、48.8%、44.8%。长期施肥导致了土壤无机磷累积或耗竭的周期性变化。NPK/NPKS和NPKM处理下,黑土和潮土在施肥后期(10-20年)的磷累积量高于施肥早期(0-10年),而塿土正好相反。黑土中无机磷的累积发生在全部磷组分中,而潮土主要为Ca8-P、Fe-P和Ca10-P,塿土主要为Ca2-P、Ca8-P和O-P。CK/NK处理下,三种土壤的无机磷耗竭主要发生在施肥早期;除活性无机磷(Ca2-P)和中活性无机磷(Ca8-P、Fe-P、Al-P)外,黑土和潮土中的Ca10-P,塿土中的O-P也可被作物利用。冗余分析表明,土壤性质解释了每种土壤90%以上无机磷组分的变化,其中,土壤有机质的解释百分比在黑土、潮土和塿土中分别为43.6%、74.6%、38.2%。总之,在非酸性土壤中施用磷肥时,应考虑磷的累积速率和土壤性质驱动的无机磷组分的变化。