长期施肥棕壤有机硫矿化特征及其驱动力

摘要

[目的]探究长期不同施肥对土壤有机硫矿化量、动力学特征和酶活性的影响,揭示玉米–大豆轮作体系中棕壤有机硫矿化特征及其主要驱动因子.[方法]沈阳农业大学长期定位试验于1979年建立,为玉米–玉米–大豆(一年一熟)轮作模式.试验设置15个处理,本研究选取了其中7个处理,分别为:CK(不施肥)、N1(低量化学氮肥)、N2(高量化学氮肥)、N1P(低量化学氮肥+磷肥)、N1PK(低量化学氮肥+磷钾肥)、M1(低量有机肥)和M1N1PK(低量有机肥配施化学氮磷钾肥).不同作物有机肥投入量相同,氮磷钾化肥投入量不同.选取2014和2015年的耕层(0—20 cm)土壤样品,测定土壤基本理化指标(pH、有机碳和全氮含量)、有机硫矿化量、土壤中性蛋白酶及土壤芳基硫酸酯酶活性.同时,进行矿化培养试验,分析不同温度下有机硫矿化特征.于玉米、大豆收获后测定产量.[结果]长期施肥处理均提高了土壤有机硫的矿化量,7个处理总体表现为M1N1PK>M1>N1PK、N1、N2>N1P>CK.单施化肥条件下,增加氮肥用量对有机硫矿化作用无显著影响;单施有机肥或有机肥与化肥配施均可明显促进土壤有机硫矿化.与CK相比,M1N1PK处理有机硫矿化量提升幅度最大,提高了57.30％.利用一级动力学方程进行拟合,长期施肥均提高了有机硫矿化势,无机肥处理(N1、N2、N1P和N1PK)的提升幅度均较低,提升效果最优的是M1处理,比CK提高了45.27％.环境温度和作物种类均显著影响有机硫矿化量和矿化势,随着环境温度的升高,有机硫的矿化量和矿化势均明显增加;玉米种植季有机硫矿化量和矿化势均高于大豆种植季.土壤中性蛋白酶活性和芳基硫酸酯酶活性均以M1N1PK处理最高,与单施化肥相比分别提高了96％～220％、264％～986％.有机硫累积总矿化量在种植玉米的年份与土壤有机碳(r=0.7693)含量和全氮(r=0.7554)含量呈显著正相关(P<0.05).[结论]土壤的有机碳和全氮含量是棕壤有机硫矿化的主要驱动力.只施用无机肥对土壤有机硫的矿化没有显著影响,而有机无机肥配合施用可显著提高土壤芳基硫酸酯酶、中性蛋白酶活性,进而提高有机硫矿化势和矿化量.玉米因其较高的生物量也成为有机硫矿化的主要驱动力.