PDF(1499 KB)
Impact of Long-term Fertilization Based on Meta-analysis on Stability of Soil Aggregates in Chinese Farmland
TANGYingying, TANGXian, ZHAOJianrong
Chin Agric Sci Bull ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (9) : 117-126.
PDF(1499 KB)
Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
PDF(1499 KB)
Impact of Long-term Fertilization Based on Meta-analysis on Stability of Soil Aggregates in Chinese Farmland
Soil aggregates are essential indicators of soil structure and fertility, significantly influenced by management practices, including the type of fertilizer used. This study aimed to investigate the effects of long-term fertilization on soil aggregate stability, measured by mean weight diameter (MWD), and to analyze the roles of various fertilization types, cropping systems, and soil types. We collected data from 48 published studies to create a comprehensive database on different fertilization practices and their impact on aggregate stability, including 292 independent paired data sets. Meta-analysis was employed to evaluate the effects of fertilization on soil aggregate stability. The findings revealed that, compared to no fertilization, the application of chemical fertilizers, organic fertilizers, and combined organic-inorganic fertilizers significantly enhanced soil aggregate MWD. Specifically, the impacts of combined organic-inorganic fertilization (an increase of 21.46%) and single organic fertilization (an increase of 17.17%) were 7.9 times and 6.4 times greater than that of single chemical fertilization (an increase of 6.22%), respectively. Additionally, the effect of straw application on MWD (27.79%) was significantly higher than that of manure (14.01%). Furthermore, the duration of fertilization was significantly negatively correlated with MWD, while annual precipitation, evaporation, and temperature were all significantly positively correlated with MWD. The optimal fertilization amounts were determined to be > 0.3 t/hm2 chemical fertilizers, 5-10 t/hm2 organic fertilizers, and 1-10 t/hm2 combination of organic and inorganic fertilizers, all of which significantly enhanced the stability of soil aggregates. Additionally, soil properties and environmental factors, such as pH, total nitrogen, total phosphorus, and total potassium, also influenced these effects. This study highlighted that the type of fertilization played a significant role in determining the stability of soil aggregates, underscoring the importance of organic fertilizers and combined organic-inorganic fertilization for improving soil structure. The results provided vital evidence for optimizing soil management practices.
soil aggregates / Meta-analysis / soil structure / long term fertilization / Chinese farmland
| [1] |
|
| [2] |
范围, 吴景贵, 李建明, 等. 秸秆均匀还田对东北地区黑钙土土壤理化性质及玉米产量的影响[J]. 土壤学报, 2018, 55(4):835-846.
|
| [3] |
马倩, 刁霏霏, 杜鑫, 等. 蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的定量关系分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(22):81-87.
利用现有的数据，分析蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的关系，定量评价蚯蚓对土壤物理性状的影响。通过中国知网和Web of Science，输入关键词（蚯蚓、土壤容重、土壤含水量、土壤质地、土壤孔隙度、土壤水稳定性团聚体）搜索，提取其中相关的数据，将文献提取的数据与调研获得的数据结合，进行Pearson相关性分析。研究发现，蚯蚓密度与砂粒相对含量呈极显著的负指数关系(P<0.001)，与粉粒相对含量呈显著的正指数关系(P<0.05)，而与黏粒相对含量呈极显著的幂函数关系(P<0.001)；与土壤容重呈微弱的负相关关系(P<0.20)，但与土壤孔隙度呈显著的正相关关系(P<0.05)；与水稳定性团聚体含量呈微弱的正相关关系(P<0.5)，但与水分含量呈极显著的正相关关系(P<0.001)。基于蚯蚓密度与砂粒、粉粒、黏粒相对含量，土壤容重、孔隙度，水稳定性团聚体、水分含量关系，可以将蚯蚓密度与土壤物理肥力主要参数之间的定量关系分为5个等级，以用于评价蚯蚓对土壤物理肥力指标的影响。
|
| [4] |
李娅丽, 何国兴, 柳小妮, 等. 陇中黄土高原温性荒漠不同草地型土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征[J]. 环境科学, 2024(9):5431-5440.
|
| [5] |
王仁杰, 强久次仁, 薛彦飞, 等. 长期有机无机肥配施改变了(土娄)土团聚体及其有机和无机碳分布[J]. 中国农业科学, 2015, 48(23):4678-4689.
【目的】研究小麦-玉米轮作体系长期有机无机肥配施对土土壤水稳性团聚体分布及其有机碳、无机碳含量的影响，以了解土碳固存机制对施肥的响应。【方法】依托21年长期肥料定位试验，采集不施肥（CK）和施用有机无机肥（MNPK）处理0—10、10—20和20—30 cm土层土样，利用湿筛法分析不同大小水稳性团聚体的质量百分比、原土和团聚体中有机碳和无机碳含量。【结果】长期有机无机肥配施显著降低各个土层＞1 mm团聚体百分含量，显著增加0—20 cm土层0.25—1 mm团聚体百分含量。长期有机无机肥配施较对照显著降低了所有土层平均重量直径（MWD），3个土层分别降低26.6%、38.3%和62.4%。显著降低了20—30 cm土层几何平均直径（GMD），但对0—20 cm土层GMD值没有影响。有机无机肥配施较不施肥显著增加原土所有土层有机碳含量，3个土层有机碳含量分别增加150%、97%和42%；也增加了0—10 cm和10—20 cm土层所有级别团聚体有机碳的含量，其中0—10 cm土层＞2、1—2、0.5—1、0.25—0.5以及＜0.25 mm土壤团聚体有机碳含量增加幅度分别为163%、160%、111%、86%和61%，10—20 cm的增加幅度分别为97%、109%、118%、39%和45%，团聚体有机碳含量随团聚体增大而增加。长期有机无机肥配施显著增加20—30 cm土层无机碳含量，增加幅度为28.2%。另外，0—10 cm土层有机无机肥配施土壤大团聚体无机碳含量较对照有降低的趋势，其中＞2 mm和0.25—0.5 mm团聚体无机碳含量显著降低；10—20 cm土层影响不显著；而20—30 cm土层有机无机肥配施均显著增加了各团聚体无机碳含量，增幅为22.1%—36.6%。土大于50%的有机碳储存在＜0.25 mm的微团聚体中，1—2 mm团聚体储存最少（＜10%）。长期有机无机肥配施降低了＞2 mm和＜0.25 mm团聚体有机碳分配比例，其中0—10 cm土层分别降低了4.33%和13.78%，10—20 cm土层分别降低10.24%和7.81%。显著增加了0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的有机碳分配比例，0—10 cm土层分别增加13.8%和5.66%，10—20 cm土层分别增加13.46%和5.41%。长期有机无机肥配施增加0—10 cm和10—20 cm土层0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的无机碳分配比例，0—10 cm和10—20 cm增加量分别为9.03%、4.59%和9.28%、6.96%；显著降低了＞2 mm团聚体无机碳所占比例，分别降低6.95%和12.53%；对于20—30 cm土层，长期有机无机肥配施显著增加＜0.25 mm团聚体的无机碳分配比例，增加量为18.89%；显著降低了＞2 mm和1—2 mm团聚体无机碳分配比例，分别降低16.67%和5.28%。【结论】长期有机无机肥配施通过影响土团聚体分布以及碳在团聚体中的分配比例而增加有机碳固定。另外，GMD作为衡量土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。
|
| [6] |
向艳文, 郑圣先, 廖育林, 等. 双季稻种植制度下长期施肥对红壤性水稻土氮素肥力的影响[J]. 湖南农业大学学报(自然科学版), 2008, 34(6):704-707.
|
| [7] |
韩晓增, 王凤仙, 王凤菊, 等. 长期施用有机肥对黑土肥力及作物产量的影响[J]. 干旱地区农业研究, 2010, 28(1):66-71.
|
| [8] |
霍琳, 武天云, 蔺海明, 等. 长期施肥对黄土高原旱地黑垆土水稳性团聚体的影响[J]. 应用生态学报, 2008(3):545-550.
|
| [9] |
陆峰, 廖超林, 肖志鹏, 等. 烟-稻复种连作对红壤性水稻土团聚体组成及稳定性的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(26):56-61.
红壤性水稻土面临土壤结构退化、土壤养分失衡和酸化等土壤质量问题,制约农业生产和农民增收。本文以南方红壤丘陵区植烟的红壤性水稻土为对象,采用时空替代法、相关及冗余分析等技术方法,研究了烟-稻复种连作(YDLZ)对红壤性水稻土团聚体及其稳定性变化的影响及其关键影响因素。YDLZ后的红壤性水稻土>5 mm团聚体含量、土壤团聚体重量平均直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著降低,<0.25 mm团聚体含量和分形维数(D)则显著升高,土壤团聚体稳定性降低;且以YDLZ 5~10年(YDLZ<sub>5~10</sub>)对土壤团聚体粒径分布及稳定性影响最大。相关及冗余分析表明,土壤有机质和粘粒含量是引起团聚体分布的关键指标;>5 mm和<0.25 mm的团聚体含量是引起团聚体稳定性变化的关键指标。烟-稻复种连作引起红壤性水稻土有机质和粘粒含量变化,主要导致>5 mm团聚体含量的减少,<0.25 mm团聚体含量增加,从而土壤团聚体稳定性降低。针对YDLZ的红壤性水稻土结构培育和土壤质量保育,需关注土壤有机质及粘粒含量的变化。
|
| [10] |
张秀芝. 长期施肥对黑土及团聚体中有机磷形态的影响及转化研究[D]. 长春: 吉林农业大学, 2022.
|
| [11] |
|
| [12] |
中国科学院南京土壤研究所土壤分类课题组, 中国土壤系统分类课题协作组. 中国土壤系统分类(修订方案)[M]. 北京: 中国农业科技出版社, 1995:1-52.
|
| [13] |
|
| [14] |
|
| [15] |
|
| [16] |
冷延慧, 汪景宽, 李双异. 长期施肥对黑土团聚体分布和碳储量变化的影响[J]. 生态学杂志, 2008, 27(12):2171-2177.
|
| [17] |
王威雁, 沈鹏飞, 张侯平, 等. 长期保护性耕作下土壤团聚体全氮与氮功能微生物关系研究[J]. 土壤学报, 202461(6):1653-1667.
|
| [18] |
余洁, 苗淑杰, 乔云发. 不同类型土壤团聚体稳定机制的研究[J]. 中国农学通报, 2022, 38(14):89-95.
土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分,影响着土壤的物理、化学和生物学性质,它的稳定性是受粘结剂和分散剂共同作用的结果。本研究目的在于探讨粘结剂和分散剂对土壤团聚体稳定机制的影响。选取全国10种主要地带性土壤类型（黑土、红壤、黄棕壤、暗棕壤、紫色土、栗钙土、黄绵土、潮土、砖红壤、风沙土）为研究对象,采用湿筛法筛分土壤团聚体并测定分析。结果表明：在10种类型土壤团聚体分布中发现砖红壤>0.25 mm大团聚体含量最高,为86.77%;黑土次之,为76.13%;潮土大团聚体含量最少,仅为42.85%。>2 mm和0.5~1 mm含量对团聚体分布影响最大。各个土壤有机质中黑土有机质含量为46.06 g/kg,显著高于其他土壤,砖红壤次之;粒径<0.053 mm时各土壤有机质差异最显著,粒径>2 mm时与全土有机质趋势一致。栗钙土在10种土壤中交换性钠含量最高,为234.48 mg/kg,其次是潮土177.08 mg/kg。从整体看,有机质含量与土壤团聚体稳定性呈正相关(r=0.615),交换性钠与土壤团聚体呈负相关(r=-0.391),有机质与团聚体稳定性的显著相关性在粒径0.053~0.25 mm最明显。土壤团聚体的稳定由有机质与交换性钠共同作用,增加相同单位的有机质与交换性钠,有机质对团聚体的稳定效果是交换性钠分散效果的10倍。为更好的保护土壤,在农业生产中应施用含钠较低的有机肥,减少人类对土壤结构的破坏。
|
| [19] |
刘哲, 孙增慧, 吕贻忠. 长期不同施肥方式对华北地区温室和农田土壤团聚体形成特征的影响[J]. 中国生态农业学报, 2017, 25(8):1119-1128.
|
| [20] |
邸佳颖, 刘小粉, 杜章留, 等. 长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响[J]. 中国生态农业学报, 2014, 22(10):1129-1138.
|
| [21] |
赵红, 袁培民, 吕贻忠, 等. 施用有机肥对土壤团聚体稳定性的影响[J]. 土壤, 2011, 43(2):306-311.
|
| [22] |
|
| [23] |
苏慧清. 长期施肥对土壤结构与玉米根系分布及养分吸收的影响[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2018.
|
| [24] |
毛霞丽, 陆扣萍, 何丽芝, 等. 长期施肥对浙江稻田土壤团聚体及其有机碳分布的影响[J]. 土壤学报, 2015, 52(4):828-838.
|
| [25] |
彭博. 长期施肥对塿土团聚体分布及其有机碳物理保护的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2018.
|
| [26] |
高洪军, 彭畅, 张秀芝, 等. 不同秸秆还田模式对黑钙土团聚体特征的影响[J]. 水土保持学报, 2019(1):75-79.
|
| [27] |
周艳. 有机无机培肥对宁夏旱作区农田土壤与作物产量的影响[D]. 银川: 宁夏大学, 2020.
|
| [28] |
刘灿. 长期不同施肥模式对紫色水稻土团聚体有机碳、重金属含量及作物重金属吸收的影响[D]. 成都: 西南大学, 2021.
|
| [29] |
李婕. 不同土壤管理措施对塿土团聚体碳、氮分布及碳矿化的影响[D]. 杨凌: 西北农林科技大学, 2014.
|
| [30] |
孙天聪, 李世清, 邵明安. 长期施肥对褐土有机碳和氮素在团聚体中分布的影响[J]. 中国农业科学, 2005(9):1841-1848.
|
| [31] |
黄欠如. 长期施肥条件下红壤性水稻土氮素肥力分异特征[D]. 南京: 南京农业大学, 2013.
|
| [32] |
杨洪波, 史天昊, 徐明岗, 等. 长期不同施肥下肥料氮在黑土不同团聚体有机物中的固持差异[J]. 植物营养与肥料学报, 2018, 24(2):357-364.
|
| [33] |
肖盛杨, 张蓝月, 陈敬忠, 等. 梵净山不同海拔土壤团聚体稳定性及影响因素[J]. 水土保持研究, 2024, 31(3):160.
|
/
| 〈 |
|
〉 |
