有机肥氮素矿化及有机无机配施对复垦土壤氮素利用的研究

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chunya88
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山西省因煤炭开采造成了大面积的土地塌陷,导致耕地面积减少、原有土壤结构破坏、养分匮乏,尤其是氮素有效性极低。为有效培肥采煤塌陷复垦土壤,了解有机肥氮素矿化特征,探究如何快速提高复垦土壤氮素含量及氮肥利用率是采煤塌陷矿区亟待解决的问题之一。为此,本研究以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法研究三种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥的氮素矿化特征及相关酶活性的动态变化,并通过连续三年大田试验,分析不同用量有机无机配施对复垦土壤氮素利用及土壤氮素形态的影响,确定快速培肥该矿区土壤的有机肥用量,从而为低产农田尤其是矿区新复垦土壤的高效培肥提供科学依据。主要研究结果如下:(1)通过室内好气培养法研究三种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)和化肥的氮素矿化特征及相关酶活性的动态变化。结果表明:各处理铵态氮含量随培养时间的延长均呈“下降—波动—逐渐平稳”趋势,培养0-14天铵态氮含量与培养时间均呈极显著负相关关系(P<0.01);各处理的硝态氮含量随培养时间的延长呈“上升—平稳波动—稳定”趋势,其变化符合Sigmoid的3 Parameter指数模型(R2=0.6396~0.9174);纵观整个培养过程,土壤铵态氮和硝态氮含量在不同施肥处理间均表现为化肥>鸡粪>猪粪>牛粪>对照。就土壤酶活性而言,整体上施入有机肥显著提高了土壤氮转化相关酶活性,但增长幅度因有机肥的种类和培养时间的不同而异,培养后期(98天)以猪粪处理脲酶活性(2.17 mg/g/24h)和鸡粪处理的蛋白酶活性最高(0.02 mg/g/24h),牛粪处理的天冬酰胺酶变幅最小而谷氨酰胺酶变幅最大。(2)通过大田试验研究连续三年施入不同用量化学氮肥(全氮量0,100,150,200 kg/hm2表示为IF0、IF100、IF150、IF200)与不同用量有机无机配施(鸡粪与化肥1:1配施全氮量100,150,200 kg/hm2,表示为MF100、MF150、MF200)对复垦土壤玉米产量、植株吸氮量及氮肥利用率的影响。结果表明:与不施氮处理相比,连续三年各施氮处理均显著提高了采煤塌陷区玉米籽粒产量(25.37%~104.93%)和吸氮量(68.19%~239.03%)。与单施化肥相比,鸡粪和化肥配施均能使玉米产量和吸氮量基本持平或有所提高,针对玉米地上部吸氮量,150 kg/hm2氮量处理与更高氮量(200 kg/hm2)处理间差异不显著(P>0.05),可作为该矿区复垦土壤的推荐施肥量。就氮肥利用率而言,等施氮水平下,连续三年鸡粪和化肥配施较单施化肥均能提高氮素回收率;氮肥偏生产力则表现为随施氮量的增加而下降;施氮量为150 kg/hm2时,有机无机配施能提高氮素农学效率。(3)通过大田试验研究连续施肥三年不同用量有机无机配施对复垦土壤氮素形态的影响。结果表明:连续三年不同施肥处理(单施化肥全氮量0,100,150,200 kg/hm2;鸡粪与化肥1:1配施全氮量100,150,200 kg/hm2)土壤矿质氮含量在0-60 cm土层间均表现为随土层深度增加而增加的趋势;与单施化肥处理相比,配施处理土壤耕层(0-20cm)矿质氮含量平均增加了7.98%,而深层(40-60 cm)矿质氮残留量平均降低了8.48%,以鸡粪和化肥配施150 kg/hm2氮量处理最为明显;随施肥年限的延长和各年份生育期降雨量的减少,各处理土壤中矿质氮的淋溶风险均有所降低。连续施肥三年后,有机无机配施增加了耕层(0-20 cm)土壤氨基酸态氮、氨态氮、氨基糖态氮及非酸解氮的含量,增幅分别为2.32%~12.54%,8.67%~17.60%,8.83%~16.47%,13.95%~20.03%,各处理土壤酸解未知氮的含量显著低于不施肥空白处理,耕层(0-20 cm)有机氮各组分的含量状况表现为:氨基酸态氮>非酸解氮>酸解未知氮>氨态氮>氨基糖态氮;配施较单施处理能降低耕层(0-20 cm)土壤中难以转化和利用的非酸解氮和酸解未知氮占土壤全氮的比例,占比降幅为2.23%~3.72%;在0-60 cm土壤剖面上,不同处理土壤氨基酸态氮和非酸解氮含量随深度增加的变化趋势表现为先减少后增加,而酸解未知氮、氨态氮和氨基糖态氮含量则表现为不断增加,各土层易于矿化的土壤氨基酸态氮和氨态氮含量均表现为等施氮量下配施处理>单施化肥各处理。综上所述,连续三年鸡粪和化肥配施能提高复垦土壤玉米籽粒产量和吸氮量,同时增加耕层土壤矿质氮和各土层易矿化的有机氮含量,其中以150 kg/hm2氮量效果最优。
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