施磷和玉米/苜蓿间作对东北农牧交错带土壤有机碳和全氮储量的影响

来源 :东北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangShunsheng2000
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土壤碳和氮是土壤的关键质量参数,是土壤肥力的重要指标,传统土地耕作使土壤肥力下降,严重限制了农业的可持续发展。而通过施肥和间作的耕作方式来提高土壤肥力逐渐成为当今农业生态系统的研究热点之一。目前研究多关注于禾本科占主导地位的间作系统对土壤碳、氮储量的影响,而对以多年生豆科为优势种的间作系统中土壤碳、氮储量特征变化的研究还十分薄弱。此外,磷肥在农业生产中也起着至关重要的作用,在土壤碳、氮固存方面也扮演着重要的角色。在不同磷水平下,间作系统对土壤碳、氮储量影响的研究更是未见报道。因此,本试验以玉米(Zea mays L.)/紫花苜蓿(Medicago sativa L.)间作系统为研究对象,采用随机裂区区组试验设计,主区为两个施磷水平:不施磷(P0)和施磷(P1)。副区为五种种植模式:玉米单作(MM);苜蓿单作(MA);2行玉米与6行苜蓿间隔30 cm间作(IMA23);4行玉米与6行苜蓿间隔20 cm间作(IMA42);4行玉米与6行苜蓿间隔30 cm间作(IMA43)。所有处理设置4个重复。从2015到2018年,研究不同磷水平下多种种植模式的生物量以及不同土层土壤pH、EC、土壤有机碳(SOC)和总氮(TN),并分析土壤有机碳和总氮储量的影响因素,得出以下主要结果:(1)从2015到2018年,与不施磷相比,施磷显著提高MM、MA、IMA23、IMA42和IMA43的根系生物量。五种模式的根系生物量在65-799 g m-2之间,总体呈现IMA43>MA>IMA42>IMA23>MM的趋势,与MM相比,IMA43使根系生物量显著提高2-4.6倍,说明间作IMA43模式在根系生物量方面具备明显优势。(2)在2015-2018年间,施磷条件下,与原始储量相比,IMA42、IMA43和MA能显著提高SOC和TN储量,其中IMA43提高SOC和TN储量达5-8.9%和5.6-15.9%,固存速率分别为685 kg C ha-1yr-1和96 kg N ha-1yr-1,与MM相比,IMA43使SOC和TN储量显著增加,分别为3.49-6.59 Mg C ha-1和489-680kg N ha-1,提高了9.8-20.3%和14.4-21.9%。在不施磷条件下,IMA42和IMA43模式能显著提高SOC和TN储量,其中IMA43提高SOC和TN储量达1.9-5.7%和5.3-12.8%,固存速率为分别202 kg C ha-1yr-1和64 kg N ha-1yr-1,与MM相比,IMA43使SOC和TN储量显著增加,分别为4.39-5.97 Mg C ha-1和293-655kg N ha-1,提高了13.2-18.1%和8.5-19.5%。(3)在40-80 cm土层中,在P1条件下,IMA43的SOC和TN储量最高,在15.3-17.4 Mg C ha-1和1.48-1.70 Mg N ha-1之间,而在P0条件下,MA的SOC和TN储量高于间作模式,在14.1-15.4 Mg C ha-1和1.35-1.48 Mg N ha-1之间。说明在施磷土壤中间作IMA43模式在深层土中更具优势,在低磷土壤中单作苜蓿在土壤碳、氮固存方面扮演着重要角色。(4)作物的地上和根系生物量与生长旺季降雨量呈显著正相关关系,同时,根系生物量与土壤碳、氮储量呈显著正相关关系。因此,根系生物量的积累促进了土壤碳、氮固存。同时,降雨量引起根系生物量的年际间变化导致土壤碳、氮储量年际间的差异。综上所述,最优的玉米/紫花苜蓿间作模式为IMA43模式,该模式随种植年限增加可以通过增加根系生物量,提高土壤碳、氮储量。在低磷盐碱退化的土壤中,IMA43间作模式可在不施磷肥的情况下增加对土壤碳、氮的固存,但施加磷肥后其改善效果更好。因此,选择最优的间作模式对提高松嫩退化草地的土壤肥力及可持续发展具有重要意义。本研究结果为探索施磷和间作对东北农牧交错区土壤有机碳和总氮储量的长期影响提供了理论依据。
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