长期施肥对土壤团聚体中碳水化合物分布特征的影响

碳水化合物是土壤有机质的重要组成部分，根据碳水化合物的稳定性和异源性可以了解植物和微生物以及微生物不同群体在土壤有机质积累过程中的相对贡献。本研究以公主岭黑土和沈阳农业大学棕壤两个长期定位试验基地土壤作为试验材料，分析长期施肥对碳水化合物在黑土和棕壤团聚体中积累和分布特征的影响，并通过对小团聚体二次分级研究碳水化合物在小团聚体内部的分布规律，探讨长期施肥对碳水化合物在小团聚体中分布的影响以及碳水化合物对小团聚体结构组成的贡献。通过上述研究，我们发现： 1. 有机肥有利于两种土壤的团聚化作用，有机肥使黑土小团聚体进一步复合，形成大团聚体，施肥措施引起棕壤微团聚体和粉＋黏粒的进一步复合，形成大粒径的团聚体。化肥对黑土团聚体结构起到一定的破坏作用，不利于大粒径团聚体的形成。 2. 有机肥促进大粒径团聚体以及小团聚体中微团聚体的形成，从而使土壤有机碳、氮和碳水化合物在土壤中截获（积累）。土壤中新增加的有机碳、氮和碳水化合物主要截获在>53µm的团聚体结构中，小团聚体中新增加的有机碳、氮和碳水化合物主要截获在粗砂和微团聚体结构中。 3. C/N和中性糖分布特征表明，无论是土壤团聚体还是团聚体内部结构，大粒径团聚体结构中包含的有机质来源于新添加的有机物料及根系的有机物较多，经历较少的微生物转化作用；粉＋黏粒结合的有机质微生物来源的碳水化合物的含量较高，说明有机质经历了强烈的微生物转化作用，生物稳定性较高。氨基糖分布特征表明，细菌趋向于在小粒径团聚体中积累，而团聚体粒径越大越有利于真菌生长。 4. 有机肥有利于提高土壤中植物来源糖和真菌对土壤有机质积累的贡献所以能够提高土壤及团聚体中有机碳、氮及碳水化合物的含量，但在有机质较高的黑土上有机肥施用存在一个临界值，当有机肥用量超过这个值时，即“过量”施用时，土壤微生物就不能利用全部的植物来源的有机化合物，多余的部分保存在大粒径团聚体结构中，成为微生物可利用的潜在的碳源和能源。

长期施肥对潮棕壤无机磷组分的影响

本研究在潮棕壤上进行长期施肥试验(开始于1990年)，涵盖了中国颇具代表性的8种施肥模式：不施肥(CK)、单施循环猪圈肥(M)、单施氮肥(N)、氮肥+循环猪圈肥(N+M)、氮肥+磷肥(NP)、氮肥+磷肥+循环猪圈肥(NP+M)、氮肥+磷肥+钾肥(NPK)、氮肥+磷肥+钾肥+循环猪圈肥(NPK+M)。 对1990年本底和2004年耕层(0~20cm)土壤样品以及1995年、2001年和2007年耕层(0~20cm)土壤样品进行无机磷分级测定。纵观这18年施肥处理，结果表明：有效或缓效态无机磷(Ca2-P、Ca8-P、Al-P和Fe-P)在无磷肥直接投入的情况下皆有不同幅度的下降，导致土壤无机磷收支赤字，在有磷肥直接投入的情况下，这些形态的无机磷不但能满足当季作物需求还有盈余，丰富了土壤P库；而O-P和Ca10-P这两种形态的无机磷的生物有效性很低，但可由盈余的有效态无机磷缓慢转化而来，长期试验结果表明，盈余有效态无机磷会逐渐转变成无效态，肥效降低；所有的施加循环猪圈肥的处理相对于单施化肥的处理能减缓无机磷素的下降，促进磷素缓慢积累，甚至能逐步建立起小规模的P库，可见循环猪圈肥不但能发挥前期供磷作用，也有较好的后期供磷作用。 各形态无机磷与速效P(Olsen-P)之间存在很好的相关性，对土壤中各形态无机磷与速效进行通径分析及逐步回归分析，在全部引入各因子的情况下得出回归方程：Y=15.127+2.158x1+0.152x2+0.265x3+0.168x4-0.128x5-0.247x6 (R2=0.9997，F=571.78，Pr=0.032；Y、x1、x2、x3、x4、x5和x6分别代表Olsen-P、Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P、O-P和Ca10-P的含量)，这进一步明确了各因子间的关系。无机磷分级与速效含量测定相结合，可以为评价土壤供磷力提供更科学的理论依据。 循环猪圈肥(M)对土壤无机磷形态的影响与矿质磷肥截然不同，对几种有机物料(大豆秸秆粉、玉米秸秆粉、新鲜猪粪和腐熟猪粪)进行无机磷分级测定，研究发现：秸秆粉中各形态无机磷的含量甚微，而新鲜猪粪中含量较高，各种有机物料中Ca2-P、Ca8-P和Al-P的含量明显高于其它组分，新鲜猪粪与秸秆粉混合堆腐，其Ca2-P和Ca8-P含量有所下降，腐熟猪粪中有效态的无机磷组分主要来自新鲜猪粪。循环猪圈肥(M)在施入土壤初期，会提供大量的Ca2-P和Ca8-P，这两部分主要来自新鲜猪粪，并且随着土壤微生物的活动，循环猪圈肥(M)将再次缓慢释放出Ca2-P和Ca8-P，发挥后效作用；循环猪圈肥(M)在施入土壤初期还能提供相当数量的Al-P、Fe-P和O-P，但是，与Ca2-P和Ca8-P不同的是，这三种形态无机磷后期释放较少。 为进一步明确土壤无机磷形态变化除了受施肥影响之外有无其它干扰，对三种茬口(一季玉米茬、大豆茬、连作玉米茬)的无机磷分级与速效P进行相关性分析，发现，一季玉米茬、大豆茬口中二者都表现出良好的相关性，而连作玉米茬口中二者相关性弱于前两者，可以说明不同的茬口对于无机磷组分含量影响是不同的。大豆根茬分解释放出的有效态无机磷素成为翌年植物生长一个重要的速效P库。这为合理地评价土壤供磷力、指导磷肥管理提供了科学的理论依据。 本研究选择8种典型的施肥模式来模拟我国农田土壤供磷力的发展。在早期单施有机肥的条件下，循环猪圈肥(M)能释放部分磷素以供作物生长所需，随着施肥年限的增加，其在土壤中残效累积，能建立起小规模的无机P库，在农业发展中对于提高土壤供磷力极为重要；氮肥的施用，加速了作物对磷素的吸收，使得磷素输出加剧，磷素利用率提高，充分利用土壤磷素，间接地提高土壤供磷力，但是土壤P库仍是入不敷出；氮肥配施循环猪圈肥(N+M)，尽管有循环猪圈肥的投入，还是很难满足作物对磷素的需求，土壤供磷力相对低下；磷肥开始施用以后，大大改善了土壤的供磷状况，每年土壤中残存的各无机磷组分有部分盈余，土壤P库逐步扩大，土壤供磷水平大大提高；钾肥的引入，农田土壤供磷水平开始出现转折，因为钾肥能促进磷素的吸收，使得磷素被大量带出农田系统，作物体内磷素含量数据也证明了这一点。

长期施肥对黑土POM分布及其碳水化合物特性的影响

本文以吉林省公主岭“国家黑土肥力与肥料效益长期定位监测基地”的黑土为材料，研究长期施肥对黑土POM的分布及POM（FPOM和OPOM）中碳水化合物特性的影响，结果表明： 有机肥及有机肥与化肥配施显著提高了土壤中碳水化合物的含量，促进了植物来源的中性糖和真菌来源的氨基糖在土壤中的积累。在有机质含量较高的黑土上长期施用高量有机肥会出现养分过剩的现象。不同施肥处理下黑土有机质中中性糖的相对含量与不施肥相比无显著变化，氨基糖的相对含量则显著增加。随着有机肥施用量的增加，土壤中中性糖的含量也随之显著增加，而氨基糖则没有明显变化。 有机肥及有机肥与化肥配施能显著增加黑土中POM以及POM-C、POM-N和碳水化合物的含量，且均随有机肥施用量的增加而增加。各个处理中OPOM的碳、氮和碳水化合物含量远远高于FPOM。POM中各个单糖对施肥的响应与碳水化合物的总量基本一致。单施高量有机肥及有机肥与化肥配施均能显著提高POM中中性糖和氨基糖占有机质的比例，单施低量有机肥对POM中氨基糖和FPOM中中性糖占有机质的比例作用不明显，而能显著增加OPOM中中性糖占SOM的比例。在POM的中性糖中葡萄糖和木糖对SOM的贡献较大，氨基糖中氨基葡萄糖的贡献较大。OPOM中碳水化合物对SOM的贡献大于FPOM。FPOM中中性糖主要来源于植物，而OPOM中则主要来源于植物和微生物。在短期范围内，施肥并没有引起POM中两种来源氨基糖比例的显著变化，而从长期来看，有机肥处理却使POM中细菌源氨基糖的积累得到了加强。单施化肥对黑土有机质和黑土POM的含量以及二者中的碳、氮和碳水化合物的含量和组成均没有显著的影响。

CO2浓度升高和氮肥管理对土壤线虫群落的影响

大气CO2浓度升高能够对农田生态系统产生一系列的影响。土壤线虫在农田生态系统腐屑食物网中占有重要的地位，能够对外界环境变化作出较迅速的响应。本文利用江苏省江都市小记镇的稻-麦轮作FACE系统研究平台，在2007-2008年小麦生长季，研究了大气CO2浓度升高和不同氮肥处理（高N和低N）对农田土壤线虫群落的影响。 研究结果表明：高氮肥施用情况下, CO2浓度升高显著降低了麦田土壤铵态氮和硝态氮含量。不同氮肥处理中CO2浓度升高条件下土壤可溶性碳的含量显著低于对照，而土壤总有机碳和微生物量碳含量高于对照。 大气CO2浓度升高条件下，麦田土壤线虫群落组成和多样性与对照相比表现出显著差异。CO2浓度升高显著增加了麦田土壤线虫总数、食细菌线虫、食真菌线虫和植物寄生线虫数量。在小麦拔节期和成熟期，低N和高N施用条件下，FACE处理中土壤线虫多样性指数（H’）、成熟度指数（MI和PPI）均低于对照处理，而结构指数（SI）高于对照处理。线虫生态指数的结果表明，大气CO2浓度升高条件下，土壤线虫群落多样性降低，土壤环境受到一定的干扰，食物网趋于结构化。

施肥和海洋微生物调控对桉树人工林土壤质量的影响

本文研究施化肥和海洋微生物制剂对桉树人工林土壤质量的影响。研究结果表明：施用不同的化肥对桉树人工林土壤质量影响具有明显差异；从海洋植物根际分离得到的微生物菌株制成的微生物制剂中的活性微生物菌株能够在桉树人工林土壤中定殖，对桉树生长具有一定促进作用。桉树凋落叶分解过程中是否释放化感物质是桉树人工林发展过程中人们普遍关注的问题之一，本论文也对该部分做了初步研究。 对施用长效尿素、芬兰复合肥、高峰复合肥三种不同化肥对桉树人工林土壤质量的的影响进行了初步研究，研究结果表明长效尿素在保障土壤氮素供应、促进土壤纤维素分离能力提高和增强土壤对磷元素吸收方面具有重要作用；芬兰复合肥在增强土壤呼吸作用和促进土壤酶活性提高方面优于长效尿素和高峰复合肥。 以两株海洋来源的枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis 3512, Bacillus subtilis 3728)和一株海洋木霉(Trichoderma TF4)为研究材料，在实验室条件下对其生防机理进行了研究，研究表明:两株枯草芽孢杆菌通过产生脂肽和蛋白酶对植物病原菌产生抑制作用；海洋木霉TF4则能够产生HCN，IAA类植物生长激素，同时还具有一定的解磷能力，具有很好的应用前途，采用传统分类学方法和分子系统学方法鉴定为棘孢木霉(T.asperellum)。这三株海洋菌株制成微生物菌剂，在原位条件和盆栽条件下考察了其对桉树生物量和土壤质量指标的影响，研究结果表明将三株海洋微生物混合后添加少量三叶草作辅剂，能有效改善桉树人工林土壤质量，并促进桉树树高和胸径的增加，具备进一步研究和开发成产品的价值。 用高效液相色谱(HPLC)对桉树凋落叶中毒性物质进行分离、纯化，以小麦、绿豆、大速生菜为指示植物，对分离到的物质进行毒性跟踪，分离到一个毒性较强的组分，经1H氢谱和NMR鉴定为3–β甲酰基–乌索酸。

长期施肥黑土有机磷组分的31PNMR研究

有机磷是植物和微生物的重要磷源，其各化合物含量组成在一定程度上可反映土壤供磷情况。31P 核磁共振谱仪（31P NMR）通过监测核磁共振频率可以将有机磷不同组分加以区分，是测定土壤有机磷组分的理想工具。本文以吉林省公主岭市不同施肥处理（不施肥处理Control；无机肥处理NPK；有机肥处理M1 、M2；有机无机配施处理M1+NPK、M2+NPK）的长期试验地典型黑土为研究对象，对其有机磷组分应用31P NMR技术进行了研究。结果发现： 1、上机样品的浓度对谱图的影响大，同一批样品需按照同一方法配制，且浓度不是越高越好。冻干前浸提液不中和，试验中未发现磷酸二酯，土壤的NaOH-EDTA浸提液在冷冻干燥前中和，可以减少磷酸二酯的水解；土壤全碳对实验谱图的分辨率有较大的影响。 2、Control处理和NPK处理磷酸单酯含量占浸提液全磷量的比例最高，分别为41%和38%，M2 + NPK处理比例最低为13% 。肌醇六磷酸盐含量占总有机磷量的比例在7% ～ 28%之间，Control处理最高，显著高于NPK处理、M1处理、M1 + NPK处理和M2 + NPK处理。土壤焦磷酸盐含量占浸提液全磷含量比例为0.01% ～ 0.31%，施有机肥处理土壤焦磷酸盐含量显著高于Control处理和NPK处理。 3、土壤浸提液冷冻干燥前中和，测定结果均发现胞壁酸（属磷酸二酯）的峰，中和后的测定磷酸二酯含量占浸提液全磷量的比例在0.53%和3.75%之间；且在Control处理发现-5.28ppm、-26.19ppm和-27.54ppm处发现三个未知峰；Control处理未知化合物占总有机磷的比例为0.35%。

不同施肥制度下土壤磷库动态变化研究

在辽西一缺磷的碳酸盐褐色土上的九年试验结果表明：试验地土壤的年自然供磷能力约为9Kg.P/ha，其中90％自耕层土壤。历史上通过施用农家肥建立起的低水平土壤活性磷库的供磷能力十分有限，在不施磷肥情况下只能提供作物吸磷的12％。每年施用磷肥14Kg.P/ha，九年间作物持续丰产甚至高产，每年小剂量施磷方式的作物增产效果略优于六年一次大剂量施磷方式。土壤中残留肥料磷进入活性磷库的比例均以每年小剂量处理较高。试验地土壤的无机磷库以Ca-P为主，Ca_2-P、Ca_8-P、Fe-P、Al-P均是作物的有效磷源，其中以Ca_2P的活性最高。施磷能普遍提高各有效磷源的含量。有机--无机相结合的施肥处理，九年间获得了最高的作物产量，土壤活性磷、速效磷和各有效磷源的增长也最为显著。

不同施肥制度对辽西褐土理化性状的影响研究

本文通过一组中期肥料试验研究分析了几种施肥制度对辽宁西部半干旱区褐土理化性状的影响，结果表明：通过物质循环再利用是保持土壤肥力的有效措施，它可使土壤有机质、全氮、全磷和速效磷含量显著提高。连续11年的作物产量表明，有机无机相结合施肥制度下该系统不但获得了最高的作物产量，而且产量受外界影响最小，系统稳定性最好。无机农业施肥制度的不同投磷方式对土壤理化性状有一定的影响，其作用是相近的，与无磷处理相比土壤结构和水分特性表现出改善的趋势。综上所述，有机无机相结合施肥制度对辽西半干旱地区建立适合该地农田生态系统良性循环的优化经营模式，不断改善土壤生态环境，促进农业生产持续发展，有重要的理论和实践意义。