冬种绿肥和秸秆还田对双季稻区土壤团聚体和有机质官能团的影响

为探讨外源有机物料在提升土壤有机碳和改良土壤肥力中的作用机理,依托中国农业科学院衡阳红壤实验站的长期定位试验,研究了冬种绿肥和秸秆还田模式(CK,冬闲;MV,冬种紫云英;S,早稻秸秆全量还田;DS,早、晚稻秸秆全量还田;SMV,冬种紫云英+早稻秸秆全量还田;DSMV,冬种紫云英+早、晚稻秸秆全量还田)对土壤团聚体和有机质官能团的影响。结果表明: 双季稻土壤超大团聚体(>2 mm)和大团聚体(0.25～2 mm)含量最多,为72.1%～81.8%,且两者中有机碳含量高达12.1～20.7 g·kg^-1,占总有机碳的22.7%～59.0%。水稻土中有机物官能团以多糖为主,其次为脂肪碳和芳香碳,各官能团的丰度受紫云英种植和秸秆还田的影响。与其他处理相比,DSMV显著增加了水稻土中超大团聚体(>2 mm)和大团聚体(0.25～2 mm)的含量,并促进了两种团聚体内芳香碳等惰性碳的积累。因此,DSMV更有利于土壤团聚体和有机质稳定性的提升,在实际农业生产中具有较大的应用潜力。     

稻田不同种植模式对土壤养分表观平衡和氮素生产效率的影响

通过在湖南长沙双季稻田开展的冬闲-双季稻(CK)、黑麦草-双季稻(Ry-R-R)、紫云英-双季稻(Mv-R-R)和油菜-双季稻(Ra-R-R)4个种植模式的长期定位试验,分析不同种植模式对土壤养分含量、水稻产量、氮素生产效率和土壤养分表观平衡的影响.结果表明:Ry-R-R、Mv-R-R和Ra-R-R的土壤全氮和碱解氮含量显著高于CK,而土壤速效钾含量显著低于CK.与CK相比,Ry-R-R、Mv-R-R和Ra-R-R的晚稻氮肥偏生产力显著提升.Ry-R-R、Mv-R-R和Ra-R-R晚稻穗部的氮积累量显著高于CK;Ry-R-R、Mv-R-R和Ra-R-R茎叶的氮积累量均高于CK.Ry-R-R、Mv-R-R的水稻产量显著高于CK;水稻产量与土壤氮含量呈显著正相关.Ry-R-R、Mv-R-R的氮、磷盈余量显著高于CK;Ry-R-R、Ra-R-R的钾素盈余量显著高于CK.冬作物-双季稻模式提高了土壤养分含量和氮素生产效率,改善了土壤缺钾的状况,有利于维持稻田养分平衡,但土壤氮素盈余较多,还需减少氮肥的过量施用.     

不同施肥处理对土壤水稳定性团聚体及有机碳分布的影响

以国家褐潮土16 a的长期肥料试验为平台(北京昌平),研究长期不同施肥对耕层土壤水稳定性团聚体及其有机碳的影响。主要研究结果:与耕种农田土壤相比,长期撂荒(CK0)可以提高水稳定性大团聚体的含量及其有机碳含量和储量。而农田耕作后,破坏了水稳性大团聚体,相应地增加水稳性微团聚体的含量。与长期不施肥种植作物(CK)相比,长期施氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾配施有机肥(NPKM)和氮磷钾秸秆还田(NPKS)处理对水稳性团聚体数量分布和平均重量直径(MWD)有显著影响,其中对2mm和0.25 2mm水稳性大团聚体的促进作用最明显,说明施肥处理增加的新碳主要向0.25 2mm和2mm团聚体富集。在不同水平水稳性团聚体中,2mm和0.25 2mm两个级别的水稳性大团聚体有机碳的含量显著高于0.0530.25mm和0.053mm水稳性微团聚体。化肥与有机肥配施(NPKM)处理可提高水稳性大团聚体含量,改善土壤团聚体的结构。长期小麦-玉米→小麦-大豆复种轮作并施氮磷钾化肥的处理(NPKF)各级团聚体中有机碳的含量高于长期小麦-玉米轮作并施氮磷钾化肥的处理(NPK)。     

长期秸秆还田对水稻土团聚体及氮磷钾分配的影响

为了探究秸秆还田配施化肥条件下水稻土团聚体组成及其稳定性,以及土壤团聚体氮、磷、钾养分特征,本研究进行了34年定位试验,设置无肥(CK)、化肥(NPK)、秸秆还田+化肥(NPKS)3个处理。采用湿筛法测定0～20、20～40 cm土层水稳性团聚体组成,量化分析氮、磷、钾养分分配特征、贡献率和活化度。结果表明: 水稻土水稳性团聚体以>2 mm和0.25～1 mm粒级为主,<0.053 mm粒级含量最低。与CK相比,在0～20 cm和20～40 cm土层,NPKS处理增加了>2 mm和1～2 mm团聚体含量,降低了0.053～0.25 mm和<0.053 mm团聚体含量;NPK处理在0～20 cm土层也表现出与NPKS类似的规律。NPKS较NPK处理0～20 cm和20～40 cm土层团聚体平均重量直径(MWD)提高3.9%～15.5%,几何平均直径(GMD)提高6.3%～41.7%,不稳定团粒指数(E_LT)降低5.7%～28.7%。NPKS处理显著提高了团聚体全氮、有效磷和速效钾含量,尤其是直径>0.25 mm部分,但对碱解氮和全钾的提升效果与NPK处理差异不显著。水稻土团聚体养分贡献率受到其团聚体组成的影响,NPKS处理明显增大了>1 mm团聚体氮、磷、钾养分贡献率。秸秆还田配施化肥可提高0～20 cm和20～40 cm土层团聚体稳定性,并增加团聚体氮、磷、钾养分含量,尤其是大团聚体(>1 mm)。该研究结果为调节土壤碳氮比来保障稻田土壤质量和资源可持续发展提供了科学依据。     

人为干扰对喀斯特土壤团聚体及其有机碳稳定性的影响

以桂西北喀斯特原生林地、自然恢复地、放牧+火烧草地和玉米-红薯轮作地为对象,研究了不同人为干扰方式下4种生态系统中土壤团聚体含量及其有机碳的稳定性.结果表明:除玉米.红薯轮作地土壤的水稳性团聚体(>0.25 mm)含量为37.7%外,其余样地土壤水稳性团聚体(>0.25 mm)含量均大于70%;土壤团聚体结构破坏率为玉米-红薯轮作地(54.9%)>放牧+火烧草地(23.2%)>自然恢复地(9.8%)和原生林地(9.6%),差异显著.随培养时间的延长,团聚体有机碳的矿化速率先增加后减小,20 d后趋于平稳,而且随团聚体粒级的减小逐渐增大;相同粒级团聚体中有机碳的矿化速率为原生林地>放牧+火烧草地和自然恢复地>玉米-红薯轮作地;原生林地有机碳矿化率在1.7%～3.8%,显著高于自然恢复地、放牧火烧草地和玉米-红薯轮作地;有机碳的累积矿化量与矿化速率变化规律一致.土壤有机碳和团聚体中有机碳含量分别与矿化速率和累积矿化量呈极显著正相关,与矿化率极显著负相关.     

长期双季稻绿肥轮作对水稻产量及稻田土壤有机质的影响

以中国农业科学院红壤实验站1982年布置的长期定位试验为研究对象,分析了长期双季稻绿肥轮作体系下水稻产量变化趋势、稻田土壤有机质变化特征及土壤活性有机质组成。结果表明,绿肥作物与双季稻轮作种植后,水稻产量显著高于冬闲对照,绿肥作物紫云英、油菜和黑麦草处理年平均水稻产量（1982-2008）分别为10.8 t?hm-2?a-1,10.2 t?hm-2?a-1和10.0 t?hm-2?a-1,较冬闲对照分别提高27.2%,20.5%和18.1%。试验前期（1982-1993）种植绿肥作物各处理之间水稻产量无显著差异,试验开展11年后（1994-2008）种植紫云英处理水稻产量显著高于油菜和黑麦草处理。长期双季稻绿肥轮作土壤有机质随年份显著增加,双季稻紫云英轮作土壤有机质积累速度最快,年增加0.31 g?kg-1,双季稻黑麦草次之,土壤有机质年增加0.28g?kg-1,双季稻油菜轮作土壤有机质年增加0.26g?kg-1。种植绿肥作物紫云英稻田土壤活性有机质显著高于其它处理。种植绿肥作物各处理土壤有机碳、全氮、土壤微生物量碳和土壤微生物量氮含量均显著高于冬闲对照。其中黑麦草和紫云英处理土壤微生物量碳含量及微生物熵显著高于油菜和冬闲对照处理。在湘南红壤丘陵双季稻区,种植绿肥作物对提高水稻产量、增加土壤有机质、提高土壤有机质活性具有重要意义,绿肥选择上以紫云英对水稻产量和稻田土壤培肥综合效果最好。     

种植模式对喀斯特山地农田土壤可溶性氮含量、组分及迁移的影响

以贵州喀斯特山地6种不同种植模式农田土壤为对象,研究种植模式对农田土壤可溶性氮含量、组分及迁移的影响。结果表明:6种不同种植模式农田土壤可溶性无机氮(SIN)、可溶性有机氮(SON)和可溶性总氮(TSN)含量分别为3.75～95.15、21.17～155.91和28.76～188.95 mg·kg-1,平均含量分别为26.49、59.76和86.25 mg·kg-1;不同种植模式中SIN含量表现为葱-姜轮作葱-玉米轮作葱-水淹休耕葱-葱连作葱-休耕葱-水稻轮作,SON含量表现为葱-葱连作葱-姜轮作葱-玉米轮作葱-水淹休耕葱-休耕葱-水稻轮作,TSN含量表现为葱-姜轮作葱-葱连作葱-玉米轮作葱-水淹休耕葱-休耕葱-水稻轮作;土壤SON/TSN的比例占60%以上,最高可达82.4%,为农田土壤可溶性氮的主要组分; 6种不同种植模式农田土壤SIN和SON含量在0～60 cm土层中,表现为随着土层的增加而下降;种植模式对农田土壤可溶性氮含量和组分有着显著影响,SON为农田土壤氮流失的主要形态,应引起重视。     

集约化生产对农田土壤碳氮含量及δ13C和δ15N同位素丰度的影响

集约化生产下农田土壤碳、氮含量变化是衡量土壤肥力持久性的重要指标.对常规水稻-蚕豆轮作地、露地蔬菜地、3年塑料大棚地和10年以上塑料大棚地的土壤pH、电导率(EC)、土壤有机碳(SOC)和总氮(TN)含量及δ13C和δ15N同位素丰度进行测定,研究了集约化生产程度对土壤特性的影响.结果表明:与水稻-蚕豆轮作地相比,露地蔬菜地、3年塑料大棚地和10年以上塑料大棚地0 ～20 cm耕层土壤pH分别降低1.1、0.8和0.7,而土壤EC分别是水稻-蚕豆轮作地的4.2、4.9和5.2倍;土壤碳、氮含量随塑料大棚地生产年限的增加总体上呈先增大后减小的趋势.与水稻-蚕豆轮作地相比,10年以上塑料大棚地0～20、20～40、40 ～60、60 ～ 80、80 ～ 100 cm土层的土壤SOC含量分别下降了54％、46％、60％、63％和59％,土壤TN含量分别下降了53％、53％、71％、82％和85％.农田集约化生产程度显著影响土壤SOC、TN含量和δ13C、δ15N丰度,土壤δ13C丰度与SOC含量呈显著负相关.土壤δ13C丰度可作为评价农田土壤碳循环受人为干扰强度的指标.     

不同冬季覆盖作物对双季稻田土壤有机碳的影响

以冬闲-双季稻种植模式为对照(CK),分析了黑麦草-双季稻(Ry)、紫云英-双季稻(Mv)、马铃薯-双季稻(Po)和油菜-双季稻(Ra)5种不同种植模式下冬季覆盖作物秸秆还田后对0～5、5～10、10～20 cm土壤有机碳、活性有机碳、碳库管理指数和有机碳储量的影响.结果表明:与CK处理相比,黑麦草、紫云英、马铃薯和油菜秸秆还田处理均提高了稻田0～5、5～10、10～20 cm土壤总有机碳和活性有机碳含量,其中Po处理最高.冬季覆盖作物秸秆还田均提高了稻田不同层次土壤的碳库活度、碳库活度指数、碳库指数和土壤碳库管理指数,其大小顺序均表现为Po>Mv>Ry>Ra>CK.不同冬季覆盖作物秸秆还田处理与CK处理相比均有利于提高稻田不同层次土壤有机碳储量,其中以紫云英秸秆还田的效果最好,黑麦草和马铃薯次之;各处理稻田土壤有机碳储量均随土壤深度的增加而递增.     

水旱轮作对滩涂绿花椰菜根际土壤真菌群落结构的影响

本研究比较轮作和连作下滨海滩涂地绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的变化特征,以探索不同轮作方式减缓绿花椰菜连作田连作障碍的效果。采用Illumina Miseq高通量测序技术,分析单季稻-绿花椰菜水旱轮作、南瓜-绿花椰菜旱旱轮作和绿花椰菜连作3种耕作方式对绿花椰菜根际土壤真菌群落结构和多样性的影响。结果表明,在浙江省台州湾滨海滩涂地绿花椰菜种植区,水旱轮作、旱旱轮作和连作绿花椰菜根际土壤共获得11门、27纲、52目、94科、155属真菌。在门水平上相对丰度较高的为子囊菌门Ascomycota、油壶菌门Olpidiomycota、担子菌门Basidiomycota、接合菌门Zygomycota、壶菌门Chytridiomycota。与连作相比,轮作显著提高了绿花椰菜根际土壤中子囊菌门、壶菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对其相对丰度的提高幅度更大。轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌门、接合菌门菌群的相对丰度,而以水旱轮作对这2门菌群相对丰度的降低幅度更大。在属水平上轮作显著降低了绿花椰菜根际土壤中油壶菌属Olpidium、镰刀菌属Fusarium等的相对丰度,显著提高了绿花椰菜根际土壤中格孢腔菌属Pleospora的相对丰度,而水旱轮作更提高了格孢腔菌属的相对丰度,降低了油壶菌属、镰刀菌属的相对丰度。因此,轮作能改善台州湾滨海滩涂地上绿花椰菜根际土壤真菌群落结构,但水旱轮作更能增加绿花椰菜根际土壤真菌有益菌丰度,减少绿花椰菜根际土壤真菌有害菌群丰度,提高根际土壤真菌多样性指数,改良绿花椰菜根际土壤生态环境。     

Variations in the microalgal structure in paddy soil in Osaka, Japan: comparison between surface and subsurface soils

Seasonal variations in microalgal communities were compared between surface and subsurface paddy soils in Osaka, Japan. Soil samples were collected from depths of 0–1 (surface), 8–9, and 17–18 cm. Diatom cells were counted directly, and the numbers of other microalgae were estimated using a culture method. The microalgal community as well as the soil properties changed drastically in the surface soil as a consequence of alternate flooding and drainage. In the soil collected at a depth of 0–1 cm, the cell density of diatoms and the viable count of other microalgae markedly increased, and Chlorella spp., Nitzschia spp., and Navicula spp. were predominant during the flooding period, whereas Scenedesmus spp. and Hantzschia spp. were predominant during the drainage period. In contrast, in the soils collected at depths of 8–9 and 17–18 cm, the cell density of diatoms and the viable count of other microalgae remained constant. Despite the unavailability of light, a large number of microalgae were present in these subsurface soils throughout the annual cultivation cycle, and Scenedesmus spp. and Nitzschia spp. were always dominant. Cyanophytes were also present at all the depths but had low relative frequencies. These results suggest that the algae that are predominant in paddy soil can survive not only drastic changes in water content but also complete darkness.     

亚热带不同稻田土壤溶解性有机碳的剖面分布特征

通过选取亚热带5种不同母质发育的稻田土壤(黄泥田Ⅰ、黄泥田Ⅱ、麻砂泥、红黄泥、河沙泥),按土壤发生层次采集剖面样品,研究土壤溶解性有机碳(DOC)的剖面分布特征及其与土壤有机碳(SOC)的关系,并探讨DOC的剖面迁移规律及影响因素.结果表明:稻田土壤剖面DOC含量介于13.61 ～90.34 mg · kg-1,以耕作层(A/Aa和Ap)最高,平均达到69.40 mg·kg-1,耕作层以下相对较低.除河沙泥外,其余4种稻田土壤剖面DOC含量并未随土层深度的增加而逐渐降低,而是在渗育层(P)及以下的某些土层(如We/W2层、C层)出现DOC含量较上一层次升高的现象.这可能与稻田土壤剖面特殊的DOC淋溶和淀积、生物降解、矿物相吸附和氧化还原状况有关.DOC/SOC的比例介于0.21％～1.31％,以耕作层土壤最低,表下层土壤相对较高,反映稻田表下层土壤SOC的活性较耕作层明显增强,在人为干扰(如翻耕)下,表下层土壤SOC可能更容易损失.相关分析表明,DOC与SOC呈显著正相关,剖面SOC含量对DOC的剖面分布具有决定作用.从维持土壤质量和固碳减排的角度看,应针对不同类型稻田土壤采取不同的耕作和管理措施.     

西双版纳地区稻田CO2排放通量

采用静态暗箱-气相色谱法对云南西双版纳地区单季稻田CO2排放及氮肥、水热因子对CO2排放的影响进行田间原位观测研究.试验设3个氮肥水平处理:N0(0 kg N hm-2)、N150(150 kg N hm-2)和N300(300 kg N hm-2).结果表明,受一天温度变化的影响,西双版纳地区稻田生态系统呼吸日变化为单峰型,其最大值出现在11:00～13:00之间,最小值出现在凌晨.稻田土壤呼吸呈明显的季节变化趋势,土壤呼吸平均速率为水稻收获后休闲季节>种植前休闲季节>水稻生长季节,差异达到1%显著水平.不同季节影响土壤呼吸的环境因子不同.土壤水分含量低于34%时,土壤呼吸速率与土壤含水量呈正相关,达5%显著水平;地面淹水时,土壤呼吸速率与淹水深度呈1%极显著负相关;水分含量高于38%时,土壤呼吸速率与温度呈极显著指数相关.长期考虑(整个生长季节),氮肥的施用对稻田土壤呼吸和生态系统呼吸无影响;N300处理抑制植株呼吸作用,单位生物量呼吸速率下降.氮肥的施用对土壤呼吸有短期影响,氮肥用量增加,土壤呼吸速率增加.计算得出N0、N150和N300处理年土壤呼吸量分别为6.27、6.31 t C hm-2 a-1和5.89 t C hm-2 a-1;年净固定大气中CO2-C分别为1.41、2.22 t C hm-2 a-1和1 11 t C hm-2 a-1,表明西双版纳稻田生态系统是碳汇.     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰度分别降低12.15%和12.58%。由此可见,生物质炭不仅改变土壤团聚体组成和分布,同时伴随着土壤微生物群落结构的改变。     

施用生物炭6年后对稻田土壤酶活性及肥力的影响

利用田间定位试验,研究0(BC₀)、7.5(BC₁)、15(BC₂)和22.5(BC₃)t·hm^-2水稻秸秆生物炭及3.75 t·hm^-2水稻秸秆(STR)一次性施加6年后对稻田土壤肥力及酶活性的影响.结果表明: 施用生物炭6年后土壤有机碳、有效磷和速效钾含量显著增加,增幅分别为34.6%、12.4%和26.2%,土壤pH值和容重显著降低,但对土壤全氮含量无显著影响.土壤脲酶和酸性磷酸酶的活性显著增加,土壤荧光素二乙酸酯酶(FDA水解酶)和芳基硫酸酯酶的活性受到不同程度的抑制,其中,BC₂处理的土壤脲酶活性增加量最大,增幅为36.5%.土壤酸性磷酸酶活性随着生物炭施加量的增加而增加,与土壤速效磷含量呈显著正相关关系;土壤FDA水解酶和脲酶主要与土壤速效钾含量有关;酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶与土壤容重呈显著正相关.施用生物炭6年后土壤脱氢酶和多酚氧化酶活性明显升高,增幅分别为48.8%和27.5%,而过氧化氢酶活性逐渐下降,且显著低于对照BC₀.STR处理显著增加了土壤脲酶、FDA水解酶、脱氢酶、酸性磷酸酶和芳基硫酸酯酶的活性,降低了过氧化氢酶和多酚氧化酶的活性,降幅分别为23.4%和15.9%.     

不同施肥处理对红壤性水稻土微团聚体有机碳汇的影响

在田间定位试验区 ,研究了不同施肥处理对表层红壤性水稻土微团聚体组成以及土壤有机碳在各级微团聚体中分布和赋存的影响。结果表明 ,红壤性水稻土中 0 .0 2～ 0 .0 5 mm微团聚体所占比例最大 ,达 4 0 % ;其次是 0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm和 0 .0 5～0 .1mm的微团聚体 ;>0 .2 mm微团聚体占的比例最小。长期施用无机肥 (NPK)、有机肥 (猪粪 紫云英绿肥 ) (OM)、无机肥与有机肥配施 (NPKM) ,能显著增加 0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm微团聚体的含量而降低 <0 .0 0 2 m m微团聚体的含量。土壤有机碳含量与0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm微团聚体含量之间呈显著正相关关系 ;而与 <0 .0 0 2 mm微团聚体含量呈显著负相关关系。各级微团聚体有机碳含量从高到低顺序为 :>0 .2 mm,0 .1～ 0 .2 mm,<0 .0 0 2 m m,0 .0 5～ 0 .1m m,0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm,0 .0 2～ 0 .0 5 m m。 OM、NPKM处理能显著增加 >0 .0 0 2 mm各级微团聚体有机碳的赋存量 ,新增加的有机碳主要向微团聚体 0 .1～ 0 .0 5 m m,0 .0 5～ 0 .0 2 mm和 0 .0 2～ 0 .0 0 2 mm富集 ,它们是土壤有机碳的主要载体。 3种施肥处理对提高土壤有机碳赋存效果高低顺序为 :NPKM>OM>NPK。     

生物质炭添加对红壤性水稻土重金属有效性及土壤质量的影响

通过田间定位试验探讨了不同生物质炭添加量对红壤性水稻土理化性质、重金属有效性和土壤质量的影响。生物质炭于2017年水稻种植前一次性添加于耕作层(0~17cm),分别设置5个不同处理:CK:0 t·hm^-2,A10:10 t·hm^-2,A20:20 t·hm^-2,A30:30t·hm^-2和A40:40 t·hm^-2,经种植两季水稻后于2018年9月采集耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm)土壤,计算土壤质量指数(SQI),评价土壤质量。结果表明:在耕作层(0~17 cm)和犁底层(17~29 cm),随着生物质炭添加量的增加,土壤容重逐渐降低;土壤孔隙度、pH值、有机质和可溶性有机碳含量增加,铵态氮和有效磷分别在添加量为20和30 t·hm^-2时达到最大值;土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性降低;生物质炭能够降低有效态Cd、As和Pb的含量,在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时最低;在土壤耕作层(0~17cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、土壤pH值和蔗糖酶呈显著线性相关;在土壤犁底层(17~29 cm),有效态Cd、As和Pb含量分别与脲酶、过氧化氢酶和有效磷含量呈显著线性相关;各处理的SQI由高到低依次为A40>A30>A20>A10>CK,对应的指数值分别为0.641、0.638、0.579、0.533和0.464。这表明,红壤性水稻土的土壤质量在生物质炭添加量为40 t·hm^-2时,达到最佳。综上所述,生物质炭在添加第二年后,能够显著降低红壤性水稻土的有效态重金属含量,提高土壤质量。     

稻田冬闲期间覆盖稻草的生态效应

冬季覆盖和裸田休闲作为两种主要的冬闲方式,在我国南方地区广泛存在,且有扩大趋势.研究其生态效应,具有良好的理论及实践意义.以湖南亚热带双季稻作区为典型研究区域,以耕层土壤温湿度、田间植被生长、温室气体排放为主要指标,研究早晚稻稻草覆盖还田与无覆盖还田两种冬闲方式生态效应的不同.试验结果表明,稻草覆盖还田对冬闲稻田的生态效应主要包括4个方面:保温、保水、抑制田间杂草生长以及增加了指向大气的CO2排放.覆盖对土温的影响主要在地下5cm层,试验期内,温度较无覆盖平均高出1.0～3.2℃;覆盖对耕层水分的影响主要在0～15cm层,覆盖与无覆盖之间差异达到极显著水平;另外覆盖显著改变了冬闲稻田生态系统的CO2与大气的交换情况,试验期内,由无覆盖的固定了CO2气体4.13 tCO2·hm-2转为覆盖处理的净排放3.06 tCO2·hm-2,致使冬闲稻田由大气的碳汇变为碳源.     

平衡施肥对缺磷红壤性水稻土的生态效应

为了研究平衡施肥对缺磷水稻土的生态效应,对长期缺施磷肥水稻土进行了3.5年平衡施肥试验。试验采取盆栽水稻的方式,在长期缺施磷肥的红壤性水稻土上比较不施磷肥（NK）、平衡施用氮磷钾无机肥（NPK）、无机氮磷钾肥配施硅肥（NPKSi）、无机氮磷钾肥配施有机肥（无机肥占3/5）、NPK基础上增施磷肥（NKhP）、NPKM基础上增施磷肥（NKhPM）处理的土壤肥力、土壤微生物特性、土壤磷的渗漏量以及地上部水稻产量、养分利用率、磷肥利用率的变化。试验表明,平衡施肥处理NPK、NPKSi、NPKM、NKhPM显著提高水稻产量,比不施磷肥（NK）平均增产147%,其中NPKM提高152%;能提高土壤肥力,比不施磷肥土壤有机质含量平均提高18.5%,其中NPKM提高30.1%;显著提高土壤微生物生物量,比不施磷肥土壤微生物生物量碳（MBC）平均提高57.2%,其中NPKM提高87.1%;提高氮素、钾素养分利用率,比不施磷肥平均分别提高120.3%、33.6%,其中NPKM分别提高152%、43%。而长期重施无机磷肥处理（NKhP）虽然水稻产量比不施磷肥处理提高125.1%,但因土壤中磷酸根离子含量过高影响土壤微生物正常生长,土壤微生物活度比不施磷处理降低9.4%,土壤微生物量碳（MBC）降低2.4%,稻田土壤微生物生态系统质量劣化。此外,重施磷肥处理（包括NKhP、NKhPM）易导致稻田水体的磷污染。各处理比较,NPKM综合生态效应最佳,以下依次是NKhPM、NPKSi、NPK,NKhP,NKhP对稻田土壤微生物生态系统产生负效应。根据试验结果,平衡施肥是恢复缺磷水稻土的有效措施,其中在平衡施用氮磷钾化肥的基础上增施有机肥或硅肥效果较好。     

土壤有机碳和外源添加碳对水稻土土体呼吸的影响

土体呼吸输出碳来源于土壤固有有机碳和外源添加碳,而以往关于不同施肥措施对水稻土碳排放的研究少有区分碳的来源。本试验利用一个长达30年的水稻土定位试验,在保证原有定位试验继续正常开展的前提下变更部分施肥处理,得到继续施用高量有机肥(HOM)、施用常量有机肥30年后改施高量有机肥(N-H)、继续施用常量有机肥(NOM)、施用化肥30年后改施常量有机肥(C-N)、施用高量有机肥30年后改施化肥(H-C)、施用常量有机肥30年后改施化肥(N-C)、继续施用化肥(CF)等7种施肥处理。通过观测早稻生长期间原有施肥和改施肥处理土体CO2排放通量(FCO2),研究不同后续施肥对水稻土FCO2的影响,以期探讨土壤原始有机碳和外源添加碳对土壤FCO2的影响。结果表明:7种不同施肥处理土体CO2平均排放通量(F珔CO2)分别为85.34、69.10、51.27、49.15、14.89、12.92和11.59 mg C.m-2.h-1;对施用无机肥料和常量有机肥料的土体而言,土壤本身有机碳含量对F珔CO2无显著影响,但对施用高量有机肥的土体而言,土壤本身的高有机碳含量会增强F珔CO2;CO2排放通量(Y)与添加外源碳量(x)之间符合指数方程:Y=13.33e1.719 x(R2=0.967,n=21),施入的外源有机碳对土体FCO2产生极显著影响;当季外源添加碳以CO2-C矿化分解释放的碳占其总碳量的14%左右,且该分解率受土壤有机碳含量和有机物料添加量的影响较小。