前期碳源施入条件下绿肥还田快速培肥效果研究

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以“外源添加+耕地快速生长”的方式短期内向土壤中投入大量有机物料,以抑制土壤激发效应,协同土壤矿质营养元素组成,从而改良土壤理化性质,提高土壤新鲜有机物向腐殖质转化比例,达到快速培肥土壤的目的,最终实现农田土壤地力的有效提升。设置三个外源碳添加处理:不添加外源有机碳(Y1)、蚓粪外源有机碳(Y2)、石灰+蚓粪外源有机碳(Y3);四个耕地快速生长处理:裸地(F1)、黑麦草(F2)、田菁(F3)、三叶草(F4),外源有机碳与绿肥快速生长交互共计12个处理。研究绿肥腐解及养分特征、土壤团聚体组成和稳定性以及有机碳氮分布、土壤酶活性与团聚体有机碳矿化特征。结果表明:(1)TG-DTG曲线表明田菁的稳定性物质含量大于黑麦草和三叶草,三种绿肥半纤维素和纤维素主要失重范围在150-400℃,田菁绿肥还田的积碳转化率最高,最有利于土壤有机质的积累;三种还田绿肥腐解率的变化呈现相似的趋势,均表现出前期(0-60d)快速增加、中期(60-180d)增加速度下降、后期(180-360d)缓慢增加并趋于稳定,三叶草和黑麦草在腐解60天后,腐解率均达到50%以上,腐解末期腐解率达到88.30%-89.10%,碳释放率超过85%,氮释放率超过90%,田菁腐解结束腐解率达到76.73%,碳释放率达到73.40%,氮释放率超过78.57%,三叶草和黑麦草翻压还田后的腐解程度大于田菁,养分释放更为彻底,碳氮比低的绿肥翻压还田腐解效果较好。腐解初期碳的相对释放速率大于氮的相对释放速率,中后期差异较小。OIson指数衰减模型表明三叶草的腐解程度和平均腐解速率最高,黑麦草次之,田菁最低,养分释放量黑麦草>三叶草>田菁。(2)外源有机碳施用在降水,人为机械扰动下并未显著影响土壤团聚体各粒径的分布规律,绿肥翻压还田显著提高了>0.25mm大团聚体占比,显著降低了<0.053mm粉-粘粒团聚体占比,外源有机碳施用与绿肥翻压还田交互处理显著提高了 4.37-16.95个百分点>0.25mm大团聚体占比,显著降低了 3.5-13.19个百分点<0.053mm粉-粘粒团聚体占比,对土壤微团聚体(0.053-0.25mm)含量的影响较小,土壤团聚体组成成分变化主要受绿肥还田影响。土壤团聚体占比大小为大团聚体>微团聚体>粉-粘粒团聚体,蚓粪有机肥与三叶草绿肥翻压还田处理对提高>0.25mm大团聚体占比效果最显著。相比对照处理,其余处理均可以提高土壤团聚体稳定性,不同处理下,大团聚体有机碳含量高于<0.25mm团聚体有机碳含量,>0.25mm和0.053-0.25mm团聚体有机碳含量差异较小,外源有机碳与绿肥翻压还田条件下>0.25mm团聚体对土壤全土有机碳贡献率高达50%以上。(3)在本研究中,外源碳施用与绿肥还田交互作用下,土壤过氧化物酶、多酚氧化酶、脲酶和蔗糖酶的活性均有不同程度的增强。土壤β-葡萄糖苷酶活性各处理均低于对照处理。外源碳的施入和绿肥翻压还田提高了土壤团聚体有机碳矿化速率和有机碳累计矿化量,矿化速率在第8-11天出现碳释放速率峰值,随后逐渐减小趋于稳定,土壤团聚体有机碳矿化速率和累计矿化量总体上均表现为大团聚体>粉粘粒团聚体,外源碳施用与绿肥还田交互作用的有机碳累计矿化量高于其他单一条件处理。外源碳的施入和绿肥翻压还田降低了团聚体有机碳矿化率,表明其对土壤有机碳的固持起到积极作用,有利于土壤有机碳的积累,交互作用影响更为显著。>0.25mm团聚体固持了最多的输入有机碳,0.053-0.25mm团聚体有机碳矿化率下降幅度最大,对外源有机碳固持效率最高,但其本身含量占比较低,整体效果不如大团聚体优秀。
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