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Effects of Combined Application of Different Organic Materials and Clay Minerals on Accumulation of Organic Carbon in Newly Cultivated Paddy Soils
YINXianyuan, ZHANGXin, XUQiutong, ZHANGMingkui
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Effects of Combined Application of Different Organic Materials and Clay Minerals on Accumulation of Organic Carbon in Newly Cultivated Paddy Soils
To understand the effects of combined application of organic materials with different sources and clay minerals on the improvement of soil organic matter in newly reclaimed paddy fields, two newly reclaimed red soil paddy fields with different textures, including paddy fields on red sandstone soil and paddy field on yellowish red soil in Zhejiang Province, were selected to explore the mineralization characteristics of different organic materials in newly reclaimed red soil paddy fields by indoor simulation cultivation. The effects of different organic material combination application on soil organic carbon accumulation and composition, as well as the effects of organic materials-clay mineral combination application on organic carbon accumulation in the soils were analyzed. The results showed that the mineralization rate of different organic materials in the soils was different. The application of biochar, weathered coal humic acid, peat and branch compost was conducive to the accumulation of soil organic carbon, and the application of biological manure was conducive to improving soil microbial biomass. The combination of biochar-weathered coal-biological manure, biochar-branch compost-biological manure or peat-straw-biological manure was better for improvement of soil organic carbon. The study on the effects of organic material combinations in different proportions on the accumulation of organic carbon in the soils showed that three proportioning schemes, namely, biochar (2/5)+weathered coal humic acid (1/5)+biological manure (2/5), biochar (2/5)+ branch compost (1/5)+biological manure (2/5), and peat (2/5)+straw (1/5)+biological manure (2/5), were more appropriate for the overall improvement of soil organic carbon quality in new paddy fields. At the same time of applying organic materials, the application of montmorillonite in new sandy loamy paddy field was conducive to the improvement of soil water stability aggregates, and could promote the joint improvement of organic carbon and microbial biomass carbon, and increase the stability of soil organic carbon.
newly cultivated paddy fields / quantity and quality of organic carbon / improvement / organic materials / clay minerals / soil aggregates / stability / microbial biomass {{custom_keyword}} /
表1 试验土壤 |
| 性状 | 砂壤质新造水田（红砂田） | 粘壤质新造水田（黄泥田） |
|---|---|---|
| pH | 5.14 | 5.32 |
| 有机碳/(g/kg) | 6.24 | 9.59 |
| 总N/(g/kg) | 0.58 | 1.02 |
| 砂粒/(g/kg) | 658.60 | 394.20 |
| 粉砂/(g/kg) | 254.20 | 352.40 |
| 粘粒/(g/kg) | 88.20 | 253.40 |
| 有效磷/(mg/kg) | 9.24 | 12.54 |
| 速效钾/(mg/kg) | 58.78 | 85.24 |
| C/N | 10.76 | 9.40 |
表2 试验有机物料性状 |
| 有机物料 | pH | 有机碳/(g/kg) | 总N/(g/kg) | C/N |
|---|---|---|---|---|
| 风化煤腐殖酸 | 6.04 | 448.9 | 38.57 | 11.64 |
| 泥炭 | 7.03 | 312.5 | 31.47 | 14.56 |
| 水稻秸秆 | 7.14 | 402.8 | 9.52 | 42.31 |
| 生物质炭 | 9.56 | 574.3 | 5.26 | 109.18 |
| 生物有机肥 | 6.24 | 355.2 | 22.87 | 15.53 |
| 树枝堆肥 | 7.13 | 448.24 | 8.47 | 52.92 |
| 注：测定结果以干物质为基础。 |
表3 试验处理 |
| 红砂田 | 黄泥田 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 处理编号 | 蒙脱石/% | 有机物料组合 | 处理编号 | 沸石/% | 有机物料组合 |
| 1 | 0 | A | 1 | 0 | A |
| 2 | 0 | B | 2 | 0 | B |
| 3 | 0 | C | 3 | 0 | C |
| 4 | 5 | A | 4 | 5 | A |
| 5 | 5 | B | 5 | 5 | B |
| 6 | 5 | C | 6 | 5 | C |
| 7 | 10 | A | 7 | 10 | A |
| 8 | 10 | B | 8 | 10 | B |
| 9 | 10 | C | 9 | 10 | C |
表4 施用不同有机物料对土壤有机碳积累的影响 g/kg |
| 有机物料种类 | 红砂田 | 黄泥田 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 4个月 | 8个月 | 4个月 | 8个月 | ||
| 对照 | 6.22f | 6.25f | 9.55e | 9.29g | |
| 风化煤腐殖酸 | 14.72b | 12.55c | 18.45a | 15.99c | |
| 泥炭 | 14.32c | 12.35c | 17.95b | 15.59d | |
| 水稻秸秆 | 13.22e | 10.95e | 16.75d | 14.29f | |
| 生物质炭 | 15.12a | 14.65a | 18.65a | 17.99a | |
| 生物有机肥 | 13.62d | 11.55d | 17.25c | 14.89e | |
| 树枝堆肥 | 14.32c | 13.25b | 17.95b | 16.49b | |
表5 不同有机物料在土壤中的腐殖化系数 |
| 有机物料种类 | 红砂田 | 黄泥田 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 4个月 | 8个月 | 4个月 | 8个月 | ||
| 对照 | — | — | — | — | |
| 风化煤腐殖酸 | 0.85b | 0.63c | 0.89a | 0.67bc | |
| 泥炭 | 0.81c | 0.61c | 0.84b | 0.63c | |
| 水稻秸秆 | 0.70d | 0.47e | 0.72d | 0.50d | |
| 生物质炭 | 0.89a | 0.84a | 0.91a | 0.87a | |
| 生物有机肥 | 0.74d | 0.53d | 0.77c | 0.56d | |
| 树枝堆肥 | 0.81c | 0.70b | 0.84b | 0.72b | |
表6 施用不同有机物料对土壤微生物生物量碳的影响 mg/kg |
| 有机物料种类 | 红砂田 | 黄泥田 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 4个月 | 8个月 | 4个月 | 8个月 | ||
| 对照 | 59e | 62e | 71e | 76f | |
| 风化煤腐殖酸 | 73d | 89d | 84d | 92de | |
| 泥炭 | 71d | 89d | 73e | 97d | |
| 水稻秸秆 | 124b | 133b | 137b | 145b | |
| 生物质炭 | 67d | 74e | 75e | 87e | |
| 生物有机肥 | 148a | 152a | 168a | 174a | |
| 树枝堆肥 | 98c | 117c | 109c | 128c | |
| 注：同一列数字后英文字母不同者差异显著(P<0.05)。下同。 |
表7 不同有机物料组合对土壤有机碳积累和微生物生物量碳的影响 |
| 处理 | 红砂田 | 黄泥田 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 有机碳/(g/kg) | 微生物生物量碳/(mg/kg) | 有机碳/(g/kg) | 微生物生物量碳/(mg/kg) | ||
| 生物质炭、风化煤和生物有机肥的配比试验 | |||||
| 生物质炭(3/5)+风化煤腐殖酸(1/5)+生物有机肥(1/5) | 13.64a | 89d | 17.05a | 98d | |
| 生物质炭(2/5)+风化煤腐殖酸(2/5)+生物有机肥(15) | 13.22ab | 97c | 17.03a | 97d | |
| 生物质炭(1/5)+风化煤腐殖酸(3/5)+生物有机肥(1/5) | 12.75cd | 108b | 16.22b | 122c | |
| 生物质炭(2/5)+风化煤腐殖酸(1/5)+生物有机肥(2/5) | 13.02bc | 113b | 16.39b | 136b | |
| 生物质炭(1/5)+风化煤腐殖酸(2/5)+生物有机肥(2/5) | 12.55d | 124a | 15.92c | 143a | |
| 生物质炭(1/5)+风化煤腐殖酸(1/5)+生物有机肥(3/5) | 12.41d | 127a | 15.71d | 149a | |
| 生物质炭、树枝堆肥和生物有机肥的配比试验 | |||||
| 生物质炭(3/5)+树枝堆肥(1/5)+生物有机肥(1/5) | 13.78a | 99e | 17.12a | 109d | |
| 生物质炭(2/5)+树枝堆肥(2/5)+生物有机肥(1/5) | 13.49ab | 114d | 16.79b | 121c | |
| 生物质炭(1/5)+树枝堆肥(3/5)+生物有机肥(1/5) | 13.22bc | 128c | 16.54c | 139b | |
| 生物质炭(2/5)+树枝堆肥(1/5)+生物有机肥(2/5) | 13.11cd | 132b | 16.42cd | 153a | |
| 生物质炭(1/5)+树枝堆肥(2/5)+生物有机肥(2/5) | 12.89d | 139b | 16.12d | 148a | |
| 生物质炭(1/5)+树枝堆肥(1/5)+生物有机肥(3/5) | 12.54e | 151a | 15.81e | 149a | |
| 泥炭、秸秆和生物有机肥的配比试验 | |||||
| 泥炭(3/5)+秸秆(1/5)+生物有机肥(1/5) | 11.87a | 91d | 15.22a | 103e | |
| 泥炭(2/5)+秸秆(2/5)+生物有机肥(1/5) | 11.69ab | 102c | 14.98b | 115d | |
| 泥炭(1/5)+秸秆(3/5)+生物有机肥(1/5) | 11.42c | 117b | 14.71c | 135c | |
| 泥炭(2/5)+秸秆(1/5)+生物有机肥(2/5) | 11.82a | 139a | 15.09ab | 145b | |
| 泥炭(1/5)+秸秆(2/5)+生物有机肥(2/5) | 11.43c | 139a | 14.72c | 141b | |
| 泥炭(1/5)+秸秆(1/5)+生物有机肥(3/5) | 11.64b | 142a | 14.85bc | 165a | |
表8 矿物材料与有机物料配合施用对土壤水稳定性团聚体、有机碳和微生物生物量碳的影响 |
| 红砂田 | 黄泥田 | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 蒙脱石/% | 有机物料组合 | >0.25 mm水稳定性团聚体/% | 有机碳/(g/kg) | 微生物生物量碳/(mg/kg) | 蒙脱石/% | 有机物料组合 | >0.25 mm水稳定性团聚体/% | 有机碳/(g/kg) | 微生物生物量碳/(mg/kg) |
| 0 | A | 38.14d | 13.02c | 113c | 0 | A | 67.98d | 16.39c | 136f |
| 0 | B | 38.41d | 13.11c | 132b | 0 | B | 67.54d | 15.98d | 153bc |
| 0 | C | 41.26d | 11.82e | 139a | 0 | C | 70.24c | 15.09f | 145de |
| 5 | A | 51.23c | 13.54a | 142a | 5 | A | 79.25b | 17.01a | 142e |
| 5 | B | 49.52c | 13.34b | 142a | 5 | B | 79.14b | 16.21c | 155ab |
| 5 | C | 50.24c | 12.28d | 141a | 5 | C | 80.25b | 15.65e | 149cd |
| 10 | A | 57.36ab | 13.65a | 129b | 10 | A | 82.14a | 16.53b | 140ef |
| 10 | B | 55.98b | 13.62a | 138a | 10 | B | 82.11a | 16.61b | 156a |
| 10 | C | 62.14a | 12.14d | 142a | 10 | C | 83.25a | 15.24f | 159a |
表9 矿物材料与有机物料配合施用对土壤有机碳组分的影响 % |
| 红砂田 | 黄泥田 | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 蒙脱石 | 有机物料 组合 | 高活性 有机碳 | 中活性 有机碳 | 低活性 有机碳 | 惰性 有机碳 | 沸石 | 有机物料 组合 | 高活性 有机碳 | 中活性 有机碳 | 低活性 有机碳 | 惰性 有机碳 |
| 0 | A | 41.87ab | 18.30b | 11.69d | 28.14c | 0 | A | 37.63c | 12.70cd | 15.69e | 33.98a |
| 0 | B | 42.66a | 18.52a | 10.69f | 28.13c | 0 | B | 37.99c | 14.59a | 14.98f | 32.44ab |
| 0 | C | 43.19a | 18.19b | 12.04c | 26.58d | 0 | C | 39.24a | 14.15b | 16.33d | 30.28c |
| 5 | A | 38.59bc | 18.58a | 12.14c | 30.69b | 5 | A | 35.42d | 13.46c | 16.98c | 34.14a |
| 5 | B | 40.13b | 17.05d | 11.38e | 31.44b | 5 | B | 38.12b | 12.90cd | 15.33e | 33.65a |
| 5 | C | 41.14b | 17.89b | 12.99a | 27.98cd | 5 | C | 37.14c | 14.89a | 17.11bc | 30.86c |
| 10 | A | 37.25c | 17.31cd | 11.96c | 33.48a | 10 | A | 34.66d | 12.15e | 18.24ab | 34.95a |
| 10 | B | 39.69b | 13.19f | 12.43b | 34.69a | 10 | B | 37.56c | 12.38e | 16.08d | 33.98a |
| 10 | C | 39.41b | 17.62c | 12.48b | 30.49b | 10 | C | 35.26d | 13.60c | 19.03a | 32.11b |
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陈惠英, 王峰, 王强, 等. 新垦耕地土壤肥力提升路径探析——以浙江省为例[J]. 中国农学通报, 2023, 39(18):75-80.
耕地是人类赖以生存的物质基础，对保障粮食安全、国民经济发展和社会稳定起着重要的作用。随着中国经济快速发展，城市建设活动占用的土地面积逐渐增加，从而造成耕地面积减少，土地资源紧缺与用地需求增长的矛盾日益加剧。依靠新垦造耕地实现“耕地占补平衡”是保证耕地数量的主要途径。本文介绍了目前新垦耕地的主要障碍因子和培肥现状的基本概况，重点综述了土壤肥力综合评价技术与方法和新垦耕地土壤有机质快速提升技术现状与问题，并从新垦耕地土壤的肥力状况、障碍因子及评价体系研究，综合提升新垦土壤生产与生态功能的高效绿色培肥新产品的研发和加强新垦土壤关键障碍因子消减与肥力协同提升关键技术研究3个方面提出了具体的对策和建议。
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刘晓霞. 浙江省新垦耕地质量问题及提升对策研究[J]. 中国农技推广, 2022, 38(3):76-77.
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王道泽, 杨琼瑶, 丁志峰, 等. 整地方式对亚热带低山新垦耕地土壤性状的影响[J]. 浙江农业科学, 2021, 62(12):2516-2518.
山地红黄壤是亚热带地区耕地的重要来源,目前,这一地区土地开垦主要采用机械平整和人工平整方式。为了解整地方式对新造梯田耕地质量的影响,在浙江省选择酸性火山岩和泥页岩2类母质发育的红黄壤,采用多地采样分析的方法,比较机械平整和人工平整对新造梯田耕地土壤性状的影响。结果表明,与开垦前的土壤比较,无论是机械平整还是人工平整,都明显增加了表层土壤(020 cm)中砾石和砂粒含量,降低了土壤有机质、有效养分的含量。人工平整的新造梯田耕地质量好于机械平整,前者土壤黏粒、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别是后者的1.251.27、1.421.57、1.351.39、1.261.37和1.131.14倍,土壤中>0.25 mm水稳定性团聚体含量前者是后者的1.441.59倍。人工平整的新造梯田耕地土壤保蓄性和保水性高于机械平整。
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土壤熟化是新垦耕地培肥的重要过程,是土壤肥力和生产力逐渐提高的表现,但如何设定指标来判断土壤是否熟化至今还存在较大的分歧。为此,在对耕地土壤熟化的本质、土壤熟化与土壤质量的关系、熟土与生土的区别、熟化指标的选择进行分析的基础上,以浙江省为例,探讨了水田与旱地土壤的熟化指标与熟化标准。提出设立初步熟化和高度熟化二级熟化标准,分别对应土壤熟化的“下限”与“上限”的观点。认为熟化指标应针对土地利用中存在的问题而设计,可考虑用耕作层厚度、土壤有机质、pH、容重和盐分作为鉴别指标。土壤熟化的“上限”值可参照当前耕地质量评价中的高等级耕地评价标准作为鉴定依据;土壤熟化的“下限”值的制定应平衡农作物生长需求与区域培肥现实2个方面的关系。最后,基于浙江省典型耕地熟化前后土壤肥力性状的变化,结合国内土壤定量分类中的某些标准,分别提出了浙江省旱地和水田土壤熟化的鉴定指标和标准。
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耿瑞霖, 郁红艳, 丁维新, 等. 有机无机肥长期施用对潮土团聚体及其有机碳含量的影响[J]. 土壤, 2010, 42(6):908-914.
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为了探索渭北旱塬春玉米田保护性轮耕模式的土壤培肥效果和增产增收效应,于2007—2014年在陕西合阳实施了秸秆覆盖或还田条件下免耕/深松(NT/ST)、深松/翻耕(ST/CT)、翻耕/免耕(CT/NT)、连续免耕(NT)、连续深松(ST)和连续翻耕(CT)等6种耕作处理田间定位试验,测定并分析了2010—2014年玉米收获期各耕作处理下0～60 cm土壤有机碳、氮储量,0～200 cm土层土壤含水量变化及春玉米产量差异.结果表明: 6种耕作处理中以NT/ST处理增加土壤有机碳和全氮储量最为明显.与2007年试验前相比,6种耕作处理均增加了0～60 cm土层土壤有机碳储量,5年平均值增幅为12.3%～28.3%,5种保护性耕作处理土壤有机碳储量5年平均值较CT对照处理显著增加7.1%～13.2%.NT/ST、ST/CT、CT/NT等3种轮耕处理和NT处理0～60 cm土层土壤氮储量5年平均值较试验前增加2.5%～7.3%.NT/ST、ST/CT、CT/NT、NT和ST处理土壤氮储量5年平均值比连续翻耕增加3.6%～11.1%.5种保护性耕作处理土壤含水量较CT处理依次增加5.7%、2.3%、2.0%、5.5%和4.4%,以NT/ST处理土壤含水量最高.6种耕作处理春玉米平均产量表现为NT/ST>ST/CT>ST >NT>CT/NT>CT,以NT/ST处理最高,分别较其他5种处理显著增产4.2%、13.0%、11.3%、4.7%和13.8%;经济效益平均表现为NT/ST>ST/CT>ST>NT>CT/NT>CT.在6种耕作处理中,免耕/深松轮耕处理在改善土壤环境质量、提升土壤肥力和增产增收方面都表现出优越性,为旱作春玉米田较适宜的土壤轮耕模式.
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低丘新垦耕地基础肥力低下,如何提升土壤有机质是其培肥的核心。为了解低丘新垦耕地土壤有机质的积累特点,通过系列模拟试验,探讨了土壤性状、有机物料类别、施石灰和水分管理等对施入低丘新垦耕地土壤中有机物料分解特点及其腐殖化系数的影响。结果表明,低丘新垦耕地中有机物料的腐殖化系数随土壤初始有机碳含量、pH值的增加而下降,黏质土壤的腐殖化系数高于壤质土壤。新垦耕地土壤中有机物料的腐殖化系数高于周边多年培肥的熟土。有机物料的腐殖化系数与土壤初始微生物生物量碳呈负相关。在新垦耕地中施用石灰石粉可促进土壤中有机物料的分解,降低有机物料的腐殖化系数。缺水和过多水条件下有机物料在土壤中的腐殖化系数均高于正常水分条件下。有机物料来源可明显影响其在低丘新垦耕地土壤中的腐殖化系数:堆肥大于秸秆、绿肥;作物地下部分高于地上部分。施用生物质炭虽然能明显增加土壤有机碳的积累,但单施生物质炭不利于土壤腐殖质的形成,在新垦耕地上生物质炭应与其他有机物料配合施用。
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表1 试验土壤表2 试验有机物料性状表3 试验处理表4 施用不同有机物料对土壤有机碳积累的影响 g/kg表5 不同有机物料在土壤中的腐殖化系数表6 施用不同有机物料对土壤微生物生物量碳的影响 mg/kg表7 不同有机物料组合对土壤有机碳积累和微生物生物量碳的影响表8 矿物材料与有机物料配合施用对土壤水稳定性团聚体、有机碳和微生物生物量碳的影响表9 矿物材料与有机物料配合施用对土壤有机碳组分的影响 %/
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