接种蚯蚓对秸秆还田土壤碳、氮动态和作物产量的影响

通过为期 2年的小区 (2 .8m× 1.0m)试验 ,研究了旱作水稻 小麦轮作条件下接种蚯蚓对施用玉米秸秆 (第一季用量 15 0 0g·m-2 ,以后各季为 75 0g·m-2 )农田土壤碳、氮动态和作物产量的影响 .结果表明 ,接种 10条·m-2 或 2 0条·m-2 环毛蚓 (Pheretimasp .)对土壤有机碳和全氮含量无显著影响 ,蚯蚓活动未造成土壤C库的衰减 ,土壤碳、氮基本维持平衡 .接种蚯蚓处理土壤N的矿化作用增强 ,矿质N含量提高 ,NO3 - N含量增加 ,而且稻季比麦季增加更为明显 .接种蚯蚓在稻、麦季均能提高微生物量碳、氮含量 ,蚯蚓具有扩大土壤微生物量N库和促进有机N矿化的双重作用 .这种作用在有效C源供应丰富的作物生长发育旺盛期更为明显 .接种蚯蚓对旱作水稻和小麦有一定的增产作用 ,其中水稻的增产幅度达 9.3% ,小麦为 5 .1% .接种蚯蚓后土壤容重明显降低 ,孔隙度显著增加 .蚯蚓在保持土壤C库平衡的同时 ,对于促进秸秆有机肥N素养分的再循环和作物生产力的提高具有重要的生态学意义 .     

施氮量对不同肥力水平下夏玉米碳氮代谢及氮素利用率的影响

以郑单958为材料,在高产田和中产田两种地力水平下,利用15N标记法研究了施氮量对夏玉米氮素分配率、利用率和碳氮代谢的影响.结果表明:高产田适量施氮可以提高玉米产量,过量施氮没有表现出进一步增产效果,其氮肥利用率较低(29 04%).中产田随施氮量的增加产量提高,但氮素利用率却降低.各个器官15N积累量依次为籽粒>叶片>茎>根>叶鞘>穗轴.在高产田,当施氮量超过300kg·hm-2时,玉米籽粒和叶片中积累15N有所下降,而茎和根中积累15N的量随施N量的增加而增加;在中产田,随着施N量的增加,籽粒和穗轴积累15N量均相应增加.高产田叶片的硝酸还原酶活性、谷氨酰胺合成酶活性和蔗糖磷酸合成酶活性以及籽粒中蔗糖合成酶活性和酸性转化酶活性均是施氮300kg·hm-2时最大,施氮450 kg·hm-2则抑制了其活性的增强,而中产田的各个酶活性则随着施氮量的增加而增加.     

玉米与蚕豆秸秆配施对秸秆分解及土壤养分含量的影响

采用室内培养试验研究了禾本科作物玉米秸秆和豆科作物蚕豆秸秆单施及其不同比例配施后的秸秆分解及土壤养分含量.结果表明：单施玉米秸秆,土壤有机碳的矿化量和秸秆有机碳的矿化速率都较低,土壤矿质态氮被固持的时间也最长;玉米秸秆与蚕豆秸秆配合施用促进了秸秆有机碳和土壤固持矿质态氮的矿化.两种秸秆单施和配施均显著增加土壤微生物生物量碳、氮含量.禾本科作物秸秆与豆科作物秸秆配合施用,可以加快秸秆的分解,协调养分供应.     

关中平原麦玉轮作体系作物秸秆不同还田模式下土壤有机碳和无机碳库变化特征

为探究不同秸秆还田模式对土壤碳库的影响,以陕西关中平原连续11年麦玉秸秆还田定位试验为基础,选择5种还田模式,即秸秆均不还田(CK)、小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田(WH-MC)、小麦玉米秸秆均粉碎还田(WC-MC)、小麦高留茬-玉米秸秆不还田(WH-MN)和小麦秸秆粉碎还田-玉米秸秆不还田(WC-MN),测定不同模式土壤有机碳(SOC)、活性碳组分和无机碳(SIC)在0～40 cm土层的分布。结果表明: 与CK相比,WH-MC和WC-MC的SOC储量分别增加28.1%和22.2%,SIC储量分别增加20.4%和17.3%;与试验初始土壤碳储量相比,各还田模式SOC固持量变化为-0.84～6.55 t·hm^-2,SIC固持量为-0.26～8.61 t·hm^-2;土壤总固碳效率为7.5%,维持土壤初始碳储量水平的最小碳投入量为4.65 t·hm^-2·a^-1;与CK相比,WH-MC和WC-MC显著提升0～20 cm土层活性碳组分含量。主成分分析表明,不同还田模式下土壤碳库变化主要受秸秆投入量的影响。来源于灌溉水和植物残体的Ca²⁺、Mg²⁺与SOC矿化产生的CO₂可共沉淀形成CaCO₃,可能是本研究SIC增加的主要机制。从提高土壤碳固持角度来看,小麦高留茬-玉米秸秆粉碎还田模式为最佳还田模式。     

玉米和大豆秸秆还田初期对黑土CO2排放的影响

通过恒温培养试验,研究了不同类型秸秆还田后的土壤CO₂排放特征及其与秸秆C、N含量的关系,以明晰黑土区不同类型秸秆还田后的分解特征,探明还田秸秆的C、N含量对固碳效果的影响.结果表明： 在61 d的培养试验中,土壤CO₂排放速率随时间呈现出“下降 稳定 增大(出现‘较高值’) 下降”的过程.不同类型秸秆还田后土壤CO2排放速率随时间变化的特征存在明显差异,主要体现在“较高值”出现和持续的时间不同.秸秆类型对土壤CO₂累积排放量具有显著影响,前21 d和前61 d的土壤CO2累积排放量对秸秆添加的响应不同.在前21 d,玉米根、玉米茎下部、玉米叶、大豆叶的CO₂累积排放量(约160 μmol·g^-1)显著大于其他秸秆;而除大豆叶外,大豆秸秆61 d的CO₂累积排放量均比玉米秸秆大.前21 d CO₂累积排放量与秸秆含碳量的比值(CR)和秸秆的C/N、含氮量之间均呈显著的线性相关;而61 d的CO₂累积排放量与秸秆的C、N含量之间不存在线性关系.综上,在还田条件下,秸秆类型对土壤CO₂的排放有明显影响;大豆秸秆比玉米秸秆容易分解,但与长时间分解不同,大豆秸秆还田最初阶段的分解速率小于玉米秸秆;秸秆的C/N、含氮量只对还田最初阶段的土壤CO₂排放有较大影响.     

不同施氮处理玉米根茬在土壤中矿化分解特性

以黄土高原南部地区7a定位试验不同氮肥处理玉米根茬为研究对象,通过室内培养试验研究了施氮量分别为0、120和240 kg N/hm2处理玉米根茬(分别用R0、R120、R240表示)在15-20 cm和45-50 cm土层土壤中有机碳矿化及其对土壤微生物量碳、可溶性有机碳和矿质态氮含量的影响.结果表明,不同处理玉米根茬C/N为R0＞R240 ＞R120.培养条件下,R120和R240根茬的碳矿化速率高于R0根茬,R120与R240根茬之间差异不显著.不同处理根茬C/N与其培养过程中碳素累积表观矿化量呈极显著负相关关系.3种施氮量处理的玉米根茬在培养过程中有机碳矿化率、潜在碳矿化量、土壤微生物量碳、可溶性有机碳含量均为添加R120根茬的处理最高,R240次之,R0最低.添加R120和R240根茬显著提高了培养起始时土壤矿质态氮含量.R0、R120和R240根茬在15-20 cm土层土壤中的碳矿化率分别比其在45-50 cm土层土壤中高51.70％、26.41％和27.84％.在评价根茬还田对农田生态系统碳、氮等养分循环的作用时,应同时考虑施肥对根茬分解和转化的影响.     

蚯蚓对麦秸分解速率的影响及其对氮矿化的贡献

蚯蚓在有机物分解和土壤的碳氮循环中起着重要作用.研究采用室内微宇宙模拟试验,研究接种不同密度的蚯蚓对秸秆分解和土壤氮素矿化的贡献.设置3个处理,HDT为接种6条蚯蚓,LDT为接种2条(相当于田间蚯蚓密度水平),ZDT为不接种作为对照.结果表明:整个分解过程中,蚯蚓的引入加速了秸秆的分解,尤其在分解前期,处理ZDT与HDT、LDT处理之间无论是分解率还是分解速率差异显著(P < 0.05),随着蚯蚓密度的增加,蚯蚓在分解过程中的作用比例增大.秸秆分解的整个过程中,蚯蚓对氮的矿化速率,HDT、LDT两个处理都递减,并且到后期两个处理趋于一致(HDT处理为24.2～14.0 kg · hm-2 · a-1,LDT处理为20.3～10.7 kg · hm-2 · a-1),说明从长期来看,在田间蚯蚓密度水平上增大蚯蚓的密度并不能增大基于地下食物网的蚯蚓对氮的矿化速率.     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT₅₀和DT₉₀值. 结果表明: Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低. 收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段. 秸秆还田7 d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8%和88.6%;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白. 3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DT₉₀值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

转Bt基因玉米根际土壤及秸秆残体中Cry1Ab蛋白含量动态

采用ELISA法研究了田间种植条件下转Bt基因玉米MON810生育期根际土壤及还田秸秆中Cry1Ab蛋白的田间残留降解动态,并分别用移动对数模型、指数模型和双指数模型对秸秆分解释放Cry1Ab蛋白的田间降解动态进行拟合,估算了DT5o和DT90值.结果表明:Bt玉米不同生育期根际土壤中Cry1 Ab蛋白含量差异较大,但总体随生育期的延长而显著降低.收获后地表覆盖和埋入土壤两种秸秆还田方式下,秸秆中Cry1Ab蛋白在土壤中的降解规律基本一致,均呈现前期大量快速降解,中后期极少量稳定降解两个阶段.秸秆还田7d内,地表覆盖处理的Cry1Ab蛋白降解率均极显著高于埋入土壤处理;10 d时两处理的降解率基本一致,分别为88.8％和88.6％;20 d后,两处理秸秆中Cry1Ab蛋白的降解日趋缓慢;至180 d时仍能检测到少量的Cry1Ab蛋白.3种模型均能较好地反映秸秆中Cry1Ab蛋白的田间降解规律,从相关系数(R)及DTgo值与实测值的吻合程度来看,双指数模型最优.     

氮肥对玉米生长季土壤呼吸的影响

在玉米生长季,采用温室盆栽试验,利用分根箱法和根去除法,研究了氮肥对土壤呼吸、土壤基础呼吸、根系呼吸和根际微生物呼吸的影响.试验设4个处理:不种植玉米不施氮肥(CKO)、不种植玉米施氮肥(CKN)、种植玉米不施氮肥(MO)和种植玉米施氮肥(MN).结果表明:不种植玉米处理(CKN和CKO)土壤呼吸速率(土壤基础呼吸)为13.41～77.27 mg C·m-2·h-1,施用氮肥对土壤基础呼吸没有显著影响;种植玉米条件下,施氮处理(MN)的平均土壤呼吸速率为138.54 mg C·m-2·h-1,显著高于不施氮处理(MO),增幅达17.7%,尤其在玉米的抽穗期和开花期增幅明显.施氮肥处理土壤基础呼吸、根系呼吸和根际微生物呼吸对土壤呼吸的贡献率分别为36.2%、45.9%和17.9%,而不施氮肥处理分别为35.5%、36.9%和37.6%.     

Degradation and resilience of soils

Debate on global soil degradation, its extent and agronomic impact, can only be resolved through understanding of the processes and factors leading to establishment of the cause-effect relationships for major soils, ecoregions, and land uses. Systematic evaluation through long-term experimentation is needed for establishing quantitative criteria of (i) soil quality in relation to specific functions; (ii) soil degradation in relation to critical limits of key soil properties and processes; and (iii) soil resilience in relation to the ease of restoration through judicious management and discriminate use of essential input. Quantitative assessment of soil degradation can be obtained by evaluating its impact on productivity for different land uses and management systems. Interdisciplinary research is needed to quantify soil degradation effects on decrease in productivity, reduction in biomass, and decline in environment quality throught pollution and eutrophication of natural waters and emission of radiatively-active gases from terrestrial ecosystems to the atmosphere. Data from long-term field experiments in principal ecoregions are specifically needed to (i) establish relationships between soil quality versus soil degradation and soil quality versus soil resilience; (ii) identify indicators of soil quality and soil resilience; and (iii) establish critical limits of important properties for soil degradation and soil resilience. There is a need to develop and standardize techniques for measuring soil resilience. <br>     

Impacts of litter and understory removal on soil properties in a subtropical Acacia mangium plantation in China

In forest ecosystems, the effects of litter or understory on soil properties are far from being fully understood. We conducted a study in a pure Acacia mangium Willd. plantation in southern China, by removing litter or understory or both components and then comparing these treatments with a control (undisturbed), to evaluate their respective effects on soil physical, chemical and biological properties. In addition, a litter decomposition experiment was conducted to understand the effects of understory on litter decomposition. Our data showed that the presence of understory favored litter decomposition to a large extent. In 1 year, 75.2 and 37.2% of litter were decomposed in the control and understory removal treatment (UR), respectively. Litter had a profound significance in retaining soil water and contributing to soil fertility, including organic matter (OM), available phosphorus (P) and alkali-hydrolyzable nitrogen (N), but understory exerted less influence than litter on soil physical and chemical properties. Both litter and understory played an important role in soil biological activity as indicated by microbial biomass carbon (MBC), while there were no significant impacts on soil exchangeable potassium (K) after either or both were removed. Contrary to our hypothesis, the effects of understory or litter removal were not always negative. A significant soil pH increase with litter removal was a positive factor for acid soil in the studied site. Except for soil moisture, significant effects, caused by removal of litter or/and understory, on measured soil chemical characteristics were only observed in the top 10 cm soil layer, but not in the 10–20 cm layer. Soil available P and exchangeable K contents were significantly higher in the rainy season than in the dry season, however, for the other soil properties, not substantially affected by season.     

发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类中的归属特征

利用最新建立的1∶100万中国土壤数据库,研究了我国发生分类半淋溶土在中国土壤系统分类的归属及其在中国土壤系统分类下的空间和数量特征.结果表明,我国发生分类半淋溶土总面积为427 843.1 km²,可参比归属于中国土壤系统分类中的4个土纲,即淋溶土、雏形土、均腐土、人为土,分别占发生分类半淋溶土总面积的51.3%、35.2%、10.7%和2.8%,其中包含了系统分类的22个土类和38个亚类.对发生分类某一类型土壤分属于系统分类不同类型的面积比例及其标准偏差的分析表明,土壤参比归属的单元级别越低,越易于参比和把握.研究结果对于土壤类型的正确参比、中国土壤系统分类的应用具有很好的参考价值.     

土壤温度和湿度对长白松林土壤呼吸速率的影响

2003年6月17日、8月日和10月10日,研究了长白山长白松林地内土壤呼吸速率和断根土壤呼吸速率日变化,并于2004年5～9月对其季节变化进行了测定.结果表明,土壤总呼吸速率和断根土壤呼吸速率的日变化均呈单峰型,峰值一般出现在12:00～14:00,8月份土壤呼吸速率的日变化幅度小于6月份和10月份.土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率具有明显的季节变化,6～8月份较高,5月份和9月份较低.2004年5～9月份,土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率的平均值分别为3.12、1.94和1.18 μmolCO₂·m^-2·s^-1,根系呼吸对土壤总呼吸的贡献为26.5%～52.6%.土壤呼吸速率与土壤温度之间呈显著的指数相关,与土壤湿度之间呈线性相关.土壤总呼吸速率、断根土壤呼吸速率和根系呼吸速率的Q10值分别为2.44、2.55和2.27,断根土壤呼吸速率对温度的敏感程度大于土壤总呼吸速率和根系呼吸速率.土壤总呼吸速率对土壤湿度的敏感程度大于根系呼吸,断根土壤呼吸速率对土壤湿度的敏感程度最差.     

非饱和土壤水力参数的模型及确定方法

土壤水力参数的选取和确定是土壤中水分运动和污染物迁移预测的基础,本文在国内外研究成果的基础上,综述了土壤水力参数的模型(土壤水分特征曲线模型、土壤导水率模型)及其直接测定法和间接推求法,并比较了土壤水力参数的模型及确定方法的适用性与局限性,以便为生态环境建设和农业可持续发展研究中土壤水力参数的选取提供依据。     

长期施肥对土壤微生物的影响及其在养分调控中的作用

为揭示长期施肥条件下土壤微生物类群及其与土壤养分的关系,对北京褐潮土定位试验田第12年的土壤微生物以及土壤养分因子进行了测定和分析．结果表明,NPK与有机肥长期配合施用能明显提高土壤各养分含量,增加土壤微生物的数量．猪粪比玉米秸秆能更好地培肥地力,创造有利于土壤微生物生长繁育的土壤生态化学环境．土壤微生物与土壤养分之间具有很好的相关性．其中,细菌、固氮菌数量与有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷含量呈显著正相关;本研究未观察到真菌、放线菌数量与土壤养分因子之间有明显的相关性．     

土壤有机质概念和分组技术研究进展

土壤有机质一直是土壤学研究领域的重点,在过去的50年里,对土壤质量可持续性观念的增强和寻找快速判断人为因素对土壤质量影响方向指标的强烈愿望导致了土壤有机质的研究重点发生了急剧变化：对农业措施反映慢的土壤腐殖质类物质的研究正在退出土壤有机质研究领域,而侧重点逐渐转向了土壤中未受微生物作用或正在受微生物降解的有机残体;也出现了新的土壤有机质研究概念和对应测试手段：土壤有机质的比重分组、与有机质结合的土壤颗粒大小分组、土壤团聚体中的POM和iPOM以及土壤水溶性有机质和微生物体C等概念和测试手段被相继提了出来,土壤有机质的研究重点正在从土壤微生物的作用产物(腐殖质)向土壤微生物作用前的、具有部分生物活性的有机质(轻组有机质、砂粒组和粗粉砂粒组中的有机质、POM和iPOM)和完全具有生物活性的有机质(微生物体C和水溶性有机质)转移,这一过程与土壤有机质概念的拓展密不可分。     

Soil physical properties and carbon/nitrogen relationships in stable aggregates under legume and grass fallow

Short-season fallow with legumes and/or grasses can restore the soil organic C and nitrogen (N) and improve soil structure. In this study, we accessed the effects of 2-season legume and grass fallow on structural properties and C/N relationships in aggregates of a sandy loam soil. Two legumes (Calopogonium mucunoides and Centrosema pubescens), and two grasses (Guinea grass (Panicum maximum) and goose grass (Eleusine indica) were used. Results showed that Calopogonium and Centrosema increased soil total porosity and reduced soil bulk densities, while goose grass increased bulk density and reduced total porosity of the soils at 0–15 and 15–30?cm depths. Guinea grass significantly increased the saturated hydraulic conductivity (50.4?cm?h^?1) and water holding capacity of the soils. Aggregates, 4.75 to 0.5?mm were greater in Guinea grass and least in goose grass fallowed soils. Calopogonium increased macro-aggregates at 0–15?cm soils by 48%, and mean weight diameter (MWD) by 44%. Organic carbon in 0.5–0.25?mm and <0.25?mm aggregate sizes was higher in Guinea grass soils. Generally, grasses had 4-fold increases of C:N contents in dry aggregates. In conclusion, short-season fallow with Guinea grass, Calopogonium and Centrosema, increased soil C and N and protected them from losses in stable aggregates.     

沈阳样区土壤与景观关系的研究

土壤是连续分布在地球陆地表面的自然客体,其发生发展与景观密不可分.在野外调查的基础上,对辽宁沈阳样区100个土壤剖面形态特征、颗粒组成、化学特征等进行对比研究,按照《中国土壤系统分类(修订三稿)》的标准,共划分出淋溶土、雏形土与新成土3个土纲和续分的5个亚纲、7个土类、9个亚类、9个土族、14个土系.土壤性质和类型与景观特征有很好的对应关系,土壤性质是地形部位、母质基础、水分状况等景观要素的综合体现,也是长期气候等环境变化与人为活动影响的综合结果.     

淹水培养条件下土壤微生物生物量碳、氮和可溶性有机碳、氦的动态

以洞庭湖区2个典型水稻土（红黄泥和紫潮泥）为对象,研究了25℃、淹水培养条件下稻草-硫铵配施和单施硫铵处理土壤微生物生物量碳、氮（SMBC、SMBN）和可溶性有机碳、氦（SDOC、SDON）的动态变化．结果表明,SMBC、SMBN和SDOC、SDON在培养前期达到峰值,之后降低,并趋于稳定．添加底物后,2种土壤不同处理土壤微生物生物量碳与有机碳（SMBC／TC）和土壤微生物生物量氮与全氮（SMBN／TN）的平均值都在2％-3％之间变化;可溶性碳与全碳（SDOC／TC）的平均值为1％左右,可溶性氮与全氮（SDON／TN）平均值为5％-6％．2种土壤中SMBC峰值单施硫铵处理最大,但与稻草-硫铵配施处理差异均不显著;SMBN、SDOC和SDON峰值稻草-硫铵配施最大．稻草．硫铵配施与单施硫铵处理中,低肥力红黄泥的SMBN、SDOC和SDON峰值差异显著;而高肥力紫潮泥SMBN和SDOC峰值差异不显著．前7d,SMBC／SMBN〈10;14d后,同一时刻单施硫铵处理SMBC／SMBN〉稻草．硫铵配施．不同处理的SDOC!SDON3d时最大．28d时最小．