不同用量有机酸土壤调理剂对土壤养分和作物生长的影响

针对西北地区土壤肥力下降、保水保肥能力差的问题,选用黄绵土和灌漠土两种土壤类型,以玉米和箭筈豌豆为指示作物,通过盆栽试验,研究施用0、20、40、60 g·kg^-1有机酸土壤调理剂对土壤养分和作物生长的影响。结果表明: 施用有机酸土壤调理剂可以降低作物生育期土壤水分蒸发散失;显著提高土壤中有效养分含量,对磷素的提升效果尤为明显,较未施用有机酸土壤调理剂处理速效磷含量和占比最高,分别提高256.5%和227.4%。在黄绵土上,随着调理剂施用量的提高,玉米和箭筈豌豆的地上部干重均表现出先上升后下降的趋势,用量为20 g·kg^-1时达到最大值;当土壤调理剂用量超过20 g·kg^-1时,土壤全盐含量显著上升,箭筈豌豆出苗率显著下降。在灌漠土上,调理剂施用量对玉米土壤全盐含量的影响不显著,当调理剂用量为60 g·kg^-1时,箭筈豌豆土壤全盐含量显著提高;箭筈豌豆和玉米地上部干重分别在调理剂用量为40和60 g·kg^-1时最大。因此,在黄绵土上种植箭筈豌豆和玉米时调理剂的最佳施用量均为20 g·kg^-1,在灌漠土上的最佳施用量分别为40和60 g·kg^-1。     

我国北方几种玉米和设施菜地土壤的N2O和N2排放特征

为了探究旱地土壤施入氮肥后的气态氮(N₂O和N₂)损失规律,本研究通过室内好氧培养试验(60 d,25 ℃,80%孔隙含水量),运用¹⁵N同位素示踪技术,研究了4个玉米地土壤(哈尔滨、沈阳、栾城、寿光)和2个设施菜地土壤(沈阳、寿光)在施入尿素后的氮转化、N₂O和N₂排放动态。试验中尿素添加量为167 mg N·kg^-1,以模拟田间氮肥施用量200 kg N·hm^-2。结果表明: 在4个玉米地土壤中,尿素施用60 d内N₂O累积排放量为寿光(20 mg N·kg^-1)>栾城(14 mg N·kg^-1)>沈阳(5 mg N·kg^-1)>哈尔滨(0.5 mg N·kg^-1),N₂累积排放量为栾城(176 mg N·kg^-1)>沈阳(106 mg N·kg^-1)>寿光(75 mg N·kg^-1)>哈尔滨(12 mg N·kg^-1);在2个设施菜地土壤中,寿光土壤N₂O累积排放量(21 mg N·kg^-1)是沈阳(2 mg N·kg^-1)的10倍,而两个站点N₂累积排放量分别为28和24 mg N·kg^-1。不同土壤N₂O排放占两种气体排放总量的5%～40%,其中寿光土壤(30%～40%)显著高于其他样地土壤(1%～10%)。在土壤排放的N₂O和N₂中,土壤氮库分别贡献了56%和61%,高于添加当季氮肥的贡献率。相关分析表明,N₂O累积排放量与本底土壤pH呈正相关,说明土壤本底pH可能是调控不同旱地土壤N₂O和N₂排放的重要环境因子。在华北碱性土壤区,采用能降低土壤pH值的措施可能具有较好的气态氮减排效果。     

肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。     

不同海拔云南松林土壤养分及其生态化学计量特征

以云南东北部不同海拔云南松天然次生林为研究对象,比较不同海拔土壤有机碳(C)、全氮(N)、全磷(P)、全钾(K)、碱解氮(AN)、有效磷(AP)、速效钾(AK)及其化学计量特征。结果表明:海拔间土壤C、N、P、K、AN、AP、AK的值分别为7.85~31.61 g·kg^-1、1.08~2.11 g·kg^-1、0.19~1.41 g·kg^-1、3.65~15.10 g·kg^-1、51.33~144.35 mg·kg^-1、0.56~2.42 mg·kg^-1、0.03~0.35 g·kg^-1;随海拔的升高,土壤C、N、P、P∶K、C∶N均主要呈现先升高后降低的趋势,而C∶P、N∶P呈现的趋势与C∶N相反;土壤C与N、AN、AP、AK、C∶N、C∶P、C∶K、N∶K、P∶K均呈显著正相关,而与K含量呈显著负相关。研究表明,该地区云南松林土壤主要养分及其化学计量特征随海拔变异明显,总体上表现为少氮低磷。土壤养分在中海拔处偏高,这与中海拔地段云南松较好的生长表现相符。这些结果可为解析云南松的生长和分布提供一定的基础。     

柴达木盆地尕海湖区白刺灌丛沙堆剖面土壤养分的分布和富集特征

白刺沙堆作为柴达木沙漠地区一种特殊的生物地貌景观,在固定流沙、改良土壤和维持区域生态环境稳定等方面发挥着极为重要的作用。本研究以柴达木盆地尕海湖区的白刺沙堆为对象,选取了盖度分别约15%、25%、45%和60%的白刺沙堆分析其剖面及堆间地的土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、全磷(TP)、全钾(TK)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)含量,探究白刺灌丛沙堆土壤养分垂直分布规律和富集特征。结果表明: 研究区SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK含量在4个沙堆中变化范围分别为1.67～10.22 g·kg^-1、0.05～0.42 g·kg^-1、0.31～0.54 g·kg^-1、15.87～18.84 g·kg^-1、2.26～11.68 mg·kg^-1、0.80～15.00 mg·kg^-1、45～161 mg·kg^-1。垂直方向上,在盖度15%的白刺沙堆中,除TP无明显变化外,其余土壤养分指标均随土层深度的增加呈先减少后增加再减少趋势;在盖度25%、45%和60%的白刺沙堆中,SOM、TN、AN、TP、AP均表现为随土层深度的增加整体呈减少趋势,而TK、AK随土层变化不明显。在沙堆地平面以上,除TP未表现出富集效应外,SOM、TN、TK、AN、AP、AK均有富集,且基本在表层富集程度最大,其中AN富集率达5.19;在沙堆地平面以下,TN、TK、AN、AK、AP也均表现出富集效应。Pearson相关性分析和逐步回归分析表明,SOM、TN、AN、TP、AP、TK、AK均与土壤含水量呈显著正相关,与海拔呈极显著负相关;其中除TP外,其余养分指标均主要受海拔的影响。综上,白刺沙堆剖面土壤养分含量在表层最高,其富集效应不仅体现在沙堆内部,在沙堆地平面以下也有所体现。本研究结果可为柴达木盆地地区白刺沙堆科学利用和环境保护提供参考。     

施肥对板栗林土壤CO2通量的影响

2011年6月—2012年6月,在浙江省临安市典型板栗林样地布置施肥试验,研究板栗林土壤CO₂通量与环境因子的关系.试验设置不施肥(对照)、施无机肥、有机肥及有机无机混合肥(1/2无机肥 + 1/2有机肥)4个处理.利用静态箱法测定土壤CO₂排放速率,以及土壤温度、含水量和水溶性有机碳(WSOC)含量.结果表明: 板栗林中土壤CO₂排放呈现显著的季节性变化特征,最小值均出现在2月,最大值均出现在7、8月.施用无机肥、有机肥和有机无机混合肥的土壤年累积CO₂通量比对照分别增加29.5%、47.0% 和50.7%.施用无机肥的土壤WSOC含量(105.1 mg·kg^-1)显著高于对照(76.6 mg·kg^-1),但明显低于有机肥(133.0 mg·kg^-1)和混合肥处理(121.17 mg·kg^-1).无机肥、有机肥和混合肥处理的土壤呼吸Q₁₀值(1.75、1.49和1.57)均高于对照(1.47).土壤CO₂排放速率与土壤5 cm温度、WSOC含量之间呈极显著正相关,但与土壤含水量没有明显的相关性.施肥导致土壤WSOC含量增加可能是板栗林地土壤CO₂排放速率增加的原因之一.     

施肥对板栗林土壤CO2通量的影响

2011年6月-2012年6月,在浙江省临安市典型板栗林样地布置施肥试验,研究板栗林土壤CO₂通量与环境因子的关系.试验设置不施肥(对照)、施无机肥、有机肥及有机无机混合肥(1/2无机肥 + 1/2有机肥)4个处理.利用静态箱法测定土壤CO₂排放速率,以及土壤温度、含水量和水溶性有机碳(WSOC)含量.结果表明: 板栗林中土壤CO₂排放呈现显著的季节性变化特征,最小值均出现在2月,最大值均出现在7、8月.施用无机肥、有机肥和有机无机混合肥的土壤年累积CO₂通量比对照分别增加29.5%、47.0% 和50.7%.施用无机肥的土壤WSOC含量(105.1 mg·kg^-1)显著高于对照(76.6 mg·kg^-1),但明显低于有机肥(133.0 mg·kg^-1)和混合肥处理(121.17 mg·kg^-1).无机肥、有机肥和混合肥处理的土壤呼吸Q₁₀值(1.75、1.49和1.57)均高于对照(1.47).土壤CO₂排放速率与土壤5 cm温度、WSOC含量之间呈极显著正相关,但与土壤含水量没有明显的相关性.施肥导致土壤WSOC含量增加可能是板栗林地土壤CO₂排放速率增加的原因之一.     

活性焦对晋北盐碱地土壤性质和两种植物生长的影响

固废基改良剂是盐碱地改良的有效手段之一。活性焦作为一种多孔废弃物,应用于盐碱地预期可以起到改善土壤性质、减缓植物盐碱胁迫的作用。为了阐明活性焦对晋北盐碱地的改良效应,本研究设置不同用量活性焦(CK, 0 g·kg^-1;A₁₀, 10 g·kg^-1;A₂₀, 20 g·kg^-1;A₅₀, 50 g·kg^-1),分析其对盐碱地土壤性质和植物生长的影响。结果表明: 施用活性焦能显著提高土壤的水稳性团聚体含量,并降低土壤盐分含量、pH值和电导率。与CK相比,种植碱茅和玉米土壤的团聚体平均重量直径增加5.1%～32.2%,pH值降低0.4%～4.1%,钠吸附比(SAR)降低4.8%～18.7%,电导率降低7.4%～8.2%。施用适量活性焦能够降低植物细胞的质膜损伤,提高叶片叶绿素和Ca²⁺含量,从而有效促进植物生长,碱茅和玉米的生物量均在A₂₀处理达到最大。表明盐碱土施用20 g·kg^-1活性焦(A₂₀)可改善根际土壤环境,提高植物对Ca²⁺等的选择性吸收,从而降低盐分对植物细胞的损伤,促进盐碱生境中植物的生长。     

不同土壤含水量下侧柏幼树叶片水分利用效率

对植物水分利用效率的研究,可以揭示植物的内在耗水机制,为区域森林生态系统经营与维护提供依据.本研究以侧柏幼树为研究对象,通过室内控制试验设置不同的土壤水分梯度,分别用气体交换法和稳定同位素法对其不同土壤含水量条件下的瞬时水分利用效率(WUE_gs)和短期水分利用效率(WUE_cp)进行研究.结果表明:受气孔导度(g_s)的影响,叶片净光合速率(P_n)和蒸腾速率(T_r)随土壤含水量的增加呈现相同的变化趋势,均在土壤含水量为70%～80%田间持水量(FC)时达到最大值;叶片WUE_gs则在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).叶片可溶性糖、枝条韧皮部渗出液的δ¹³C都在土壤含水量最低(35%～45% FC)条件下达到最大值,且叶片可溶性糖的δ¹³C明显高于枝条韧皮部渗出液的δ¹³C,未产生明显分馏;而叶片WUE_cp也在土壤含水量最低(35%～45% FC)时达到最大值(7.26 mmol·m^-2·s^-1).相同条件下,叶片WUE_gs和WUE_cp存在一定差异(平均相差0.52 mmol·m^-2·s^-1),WUE_gs时空变异性较大,而WUE_cp更具有代表性.侧柏幼树通过降低生理生态活动和提高水分利用效率来适应干旱的土壤条件.     

滴灌条件下秸秆还田配施氮肥对宁夏扬黄灌区春玉米产量和土壤理化性质的影响

围绕宁夏扬黄灌区土壤质地黏重、养分匮乏等导致作物产量低的问题,于2017、2018年在秸秆全量粉碎还田(12000 kg·hm^-2)的同时配施4个氮肥施用水平(0、150、300、450 kg N·hm^-2),以秸秆不还田常规施氮(225 kg N·hm^-2)为对照,研究秸秆还田配施不同量氮肥对滴灌玉米田土壤理化性状和产量的影响.结果表明: 与秸秆不还田处理相比,秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2处理0~20 cm土层平均土壤容重分别降低3.3%和5.4%,土壤孔隙度分别增加3.7%和7.1%;秸秆还田配施氮肥对土壤养分和玉米产量的提升效果显著,其中以秸秆还田配施氮肥300和450 kg·hm^-2表现最佳;秸秆还田配施氮肥可显著增加土壤贮水量和产量,秸秆还田配施氮肥300 kg·hm^-2处理在2017和2018年土壤贮水量最高可分别增加13.6%和22.1%,产量分别增加31.1%和46.0%.分析产量构成因素发现,秸秆还田配施氮肥处理主要是通过增加穗粒数和百粒重而达到高产.对玉米产量-配施纯氮量关系进行曲线拟合发现,该地区秸秆全量还田配施氮肥的最佳用量为260 kg·hm^-2.研究结果可为该地区土壤培肥和滴灌玉米生产提供重要依据.     

丹江口库区覆膜耕作土壤净氮矿化随夏玉米生长期的变化

农田土壤净氮矿化对土壤氮素流失和农业非点源污染有重要影响.以丹江口库区五龙池小流域夏玉米黄棕壤为例,进行原位矿化试验,通过与无覆膜耕作土壤相比较,研究覆膜耕作条件下土壤净氮矿化在夏玉米生长期内的变化.结果表明: 夏玉米整个生长期内,覆膜耕作土壤净氨化量、净硝化量和净氮矿化量均明显高于无覆膜土壤,分别高6.63、12.96和19.59 mg·kg^-1;覆膜耕作土壤净氨化速率表现为在苗期较高、抽穗期最低、成熟期增至最高的变化特征,而土壤净硝化和净氮矿化速率均呈现苗期较高、拔节期最低、成熟期升至最高的变化过程;覆膜耕作土壤净氮矿化速率均与土壤全氮和NO₃^--N含量、土壤含水量之间呈显著线性关系.覆膜可有效调节土壤水热条件,促进土壤净氮矿化.     

长期施肥条件下黄土高原黑垆土作物产量与土壤碳氮的关系

通过设置在黄土高原黑垆土区的长期定位试验系统,研究了长期施肥条件下作物产量与土壤碳氮的互馈关系.试验设不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、秸秆与氮磷配施(SNP)、施有机肥(M)和有机肥与氮磷配施(MNP)6个处理.结果表明: 与对照相比,长期平衡施用化肥、单施有机肥、化肥与有机肥配合施用和秸秆还田配施化肥显著增加了作物产量及其稳定性, NP、SNP、M、MNP处理玉米和小麦产量分别增加92%、97%、93%、141%和147%、164%、139%、214%.NP处理玉米和小麦年均产量与当地常规施肥作物产量相当且稳定,小麦-玉米轮作体系施肥量为N 90 kg·hm^-2、P₂O₅ 75 kg·hm^-2能够满足作物需要.秸秆还田与隔年施磷相配合的SNP处理与NP处理作物产量相似,且可减少磷肥施用量50%.平衡施用化肥、有机肥、化肥与有机肥配施和秸秆还田配施化肥均可显著增加土壤有机碳含量,而施用化肥对土壤全氮含量影响不明显,综合所有处理,土壤有机碳和全氮含量呈显著正相关.不同处理土壤有机碳固存率在15%～41%.SNP处理土壤有机碳累积投入量增加1 t·hm^-2,土壤有机碳含量增加0.06 g·kg^-1,而CK、N、NP、M和MNP处理的增幅在0.12～0.15 g·kg^-1.玉米和小麦产量都与土壤全氮含量呈显著正相关,玉米产量随土壤有机碳含量的增加而增加,但小麦产量随土壤有机碳含量的增加先快速增加后趋于平稳,拐点出现在6.8 g·kg^-1.长期平衡施用化肥、有机肥、有机肥与化肥配合施用及秸秆还田配施化肥可显著增加黄土高原黑垆土土壤有机碳和全氮含量、作物产量和根茬还田量,根茬还田量的增加又进一步增加了土壤有机碳和全氮含量,形成了相互促进的互馈关系.     

掺混氮肥配施抑制剂对土壤氮库的调控作用

采用冬小麦盆栽试验,探讨掺混氮肥(缓释肥N∶普通尿素N=1∶1)配施氮肥抑制剂NAM对冬小麦土壤铵态氮、硝态氮、微生物生物量氮和固定态铵含量及小麦产量、氮肥利用率的影响,分析不同处理土壤矿质氮库、微生物生物量氮库和固定态铵库的动态变化特征.试验共设6个处理,不施氮肥(CK)、普通尿素(U)、掺混氮肥(MU)、MU+2.5‰NAM(MUN₁)、MU+5‰NAM(MUN₂)和MU+7.5‰NAM(MUN₃).结果表明:与MU处理相比,MUN₂和MUN₃处理推迟了NH₄⁺-N峰值出现的时间;小麦整个生长季,添加NAM处理的土壤矿质氮平均含量比MU处理下降了5.3%～11.7%;分蘖期至抽穗期,MU处理的微生物生物量氮矿化量和矿化率分别为38.96 mg·kg^-1和91.5%,均高于U处理,而MUN₁、MUN₂和MUN₃处理分别为58.73 mg·kg^-1和83.3%、94.20 mg·kg^-1和94.6%、104.46 mg·kg^-1和96.3%,添加NAM处理固定态铵的释放量比MU处理提高了2.83~9.19 mg·kg^-1.通径分析结果显示,与MU处理相比,添加NAM减弱了土壤NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的直接影响,增强了固定态铵库通过影响NH₄⁺-N库对NO₃^--N库的间接作用.同时,MUN₁、MUN₂和MUN₃处理的小麦籽粒产量较MU处理分别提高了31.6%、21.5%和22.9%,氮肥利用率分别提高了8.1%、13.5%和3.1%.综上,配施NAM通过对氮素释放及在土壤中转化的双重调控,延迟土壤NH₄⁺-N峰值出现的时间及后续向NO₃^--N的转化,提高微生物生物量氮和固定态铵的供氮作用,从而提高了作物产量和氮肥利用率.     

灌溉方法与施氮对土壤水分、硝态氮和小麦生长发育的调控效应

为探明玉米秸秆还田下小麦的合理灌溉与施肥方法,于田间研究了漫灌(FI)、微喷灌(SI)、滴灌(DI)和灌水施氮模式(N₁, 基施纯N 157.5 kg·hm^-2+拔节期施纯N 67.5 kg·hm^-2; N₂, 基施纯N 157.5 kg·hm^-2+拔节期施纯N 45.0 kg·hm^-2+灌浆期施N 22.5 kg·hm^-2)对土壤水分、硝态氮(NO₃^--N)含量和小麦生长发育的影响.结果表明: 灌溉方法和灌水施氮模式共同影响土壤含水量和贮水量的变化.其中,灌溉方法对越冬期和返青期0～60 cm、孕穗期和灌浆期0～160 cm、成熟期100～160 cm土层含水量影响相对较小,对越冬期和返青期80～160 cm、成熟期0～80 cm土层含水量影响大;FI对含水量和贮水量影响最大,DI次之,SI最小;SI和DI的灌水施氮模式中灌水量多,则土层含水量高、贮水量多,变化大.NO₃^--N含量受灌溉方法和施氮的影响,施氮对0～20 cm土层影响大,SI生育期NO₃^--N含量变化大,DI越冬期至孕穗期NO₃^--N含量变化小,此后变化大,FI与DI相反;生育前中期灌水量对NO₃^--N含量影响大,后期施氮对NO₃^--N含量影响大;SI和DI的2种灌水施氮模式中冬前灌水量多的NO₃^--N含量变化大.灌溉方法中SI越冬期总茎数和单株分蘖高,成穗率高,成穗数多,产量、水分利用效率(WUE)和氮素利用效率最高,滴灌次之,漫灌最低;SI和DI中N₁生育期总茎数、成穗数多,但穗粒数和千粒重低,产量、WUE和氮素利用效率低于N₂.因此,玉米秸秆还田后播种小麦,微喷灌代替漫灌生育期灌4水,施足基肥,拔节期和灌浆期分次追氮,是山西南部小麦-玉米一年两熟区小麦节水高产高效栽培模式.