施加秸秆和蚯蚓活动对麦田N2O排放的影响

蚯蚓是农田生态系统的重要组成部分,对土壤的碳氮循环和N2O排放起着重要作用。为了研究接种蚯蚓（威廉腔环蚓,Metaphire guillelmi）对农田土壤特性及N2O排放通量的影响,分析蚯蚓在土壤N2O排放中的作用,于2007-2008年冬小麦生长季采用静态箱-气相色谱法,对施用秸秆（表施和混施）并接种蚯蚓后土壤N2O排放通量的变化进行了监测,结果显示接种蚯蚓增加了土壤N2O的排放量。在秸秆表施的情况下,接种蚯蚓处理N2O的排放量最大,全生育期达14.26 kg?hm-2,显著高于未接种蚯蚓处理11.59 kg?hm-2（p<0.05）。在秸秆混施时,接种蚯蚓与未接种蚯蚓的两个处理间N2O排放量在栽培后期差异不显著。接种蚯蚓处理土壤N的矿化作用加强,矿质N含量提高,铵态氮含量比较稳定,硝态氮含量显著提高,表施秸秆接种蚯蚓处理硝态氮含量比未接种处理提高了20.1% （p<0.05）,达到21.13 mg?kg-1,而混施秸秆后接种蚯蚓的硝态氮含量为21.21 mg?kg-1,较未接种处理提高了11.7%。分析表明,硝态氮含量与N2O排放密切相关,接种蚯蚓后N2O排放潜力的提高与蚯蚓活动促进土壤氮素矿化特别是硝态氮含量的增加有关,农田生态系统中蚯蚓对N2O排放的贡献主要体现在促进秸秆混入土壤,从而改变秸秆分解的微域环境,促进反硝化作用并增加N2O的排放。     

太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统碳交换及影响因素

利用涡度相关技术观测太湖流域典型稻麦轮作农田生态系统2a净生态系统碳交换(NEE)变化过程,分析其碳交换特征及影响机理,结果表明:太湖流域典型稻麦轮作农田年NEE为-749.49—-785.38 g C m-2a-1,考虑作物籽粒碳和秸秆还田后净吸收88.12 g C m-2a-1,为弱碳汇;稻/麦季日均NEE和白天NEE季节变化直接受作物植被生长影响;麦季夜间NEE与10 cm土壤温度呈显著指数关系,2012/2013年温度敏感系数(Q10)分别为3.03和2.67;当土壤水分低于田间持水量时,麦季夜间NEE主要受土壤温度影响,反之,夜间NEE受土壤温度和水分双重影响;降水对麦季夜间NEE有短时的激发效应;稻季淹水对土壤呼吸产生较明显的阻滞效应,降低了夜间NEE对土壤温度的敏感性,2012和2013年分别为1.88和1.39,稻季淹水与烤田交替变化对土壤呼吸产生明显的抑制或激发的短时效应。     

覆盖旱作方式和施氮水平对稻-麦轮作体系生产力和氮素利用的影响

在成都平原通过 3a的田间试验研究了水稻覆盖 (地膜和麦秸 )旱作和施氮水平对稻麦轮作体系生产力和氮素利用的影响。结果表明 :在施氮量为水稻季 15 0 kg/hm2 ,小麦季 12 0 kg/hm2 的条件下 ,覆盖旱作和传统淹水体系均能达到较高的产量水平。再增加施氮量对产量的影响不大 ,但使氮盈余急剧增加。不施氮或低量施氮会造成作物产量的显著下降和土壤氮素亏缺。水稻覆膜旱作对稻麦轮作的系统生产力 (水稻 小麦 )没有显著影响 ;但水稻覆麦秸旱作条件下系统的生产力有降低的趋势 ,主要由于水稻覆麦秸旱作条件下 ,水稻产量下降 ,而麦秸覆盖在小麦季的后效作用不足以弥补水稻产量的下降程度。水稻、小麦的氮素吸收表现出与作物产量类似的规律。水稻季土壤很难累积无机氮 ,而且与施肥和覆盖旱作与否没有关系。小麦季土壤中积累了较多的无机氮 ,而且随施氮水平的增加而明显增加     

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.     

不同施肥处理对玉米秸秆碳氮比及其矿化特性的影响

以两个长期定位试验不同施肥处理玉米秸秆为对象,采用室内培养试验研究了其碳、氮养分在土壤中的矿化特性.结果表明：与未施肥处理相比,施用化肥（NPK）或化肥与有机肥配施（MNPK）处理明显增加了玉米秸秆的氮素含量,降低了其C/N.不同处理秸秆碳、氮矿化量和被微生物固持的碳、氮量因培养时期不同而异,NPK、MNPK和240 kg N·hm^-2处理秸秆在培养期间碳的矿化率显著高于相应不施肥处理;60 d培养期结束后,NPK处理秸秆的有机碳矿化量最大,占加入总有机碳的13.24%.各施肥处理玉米秸秆施入土壤后引起的土壤矿质氮固持量均较不施肥秸秆低,其中MNPK处理最低.施用秸秆增加了土壤微生物的代谢熵（qCO₂）,但不同处理间qCO₂的差异较小;各处理土壤微生物生物量碳、氮含量因培养时期不同而异.因此,生产中利用秸秆时应考虑不同施肥处理秸秆养分含量的差异.     

冬季作物对稻田土壤微生物量碳、氮和微生物熵的短期影响

研究不同的冬季作物马铃薯、黑麦草、紫云英、油菜在"冬季作物-双季稻"轮作种植制度下短期内对稻田土壤微生物碳、氮和微生物熵的影响,在湖南省土壤肥料研究所的实验网室内设置了小区试验.试验结果表明:几种冬季作物均提高了稻田土壤微生物碳、氮含量,黑麦草明显提高了土壤微生物量碳和微生物熵,紫云英明显提高了土壤微生物量氮.冬季作物对土壤微生物量碳和土壤微生物量氮的季节性影响变化趋势基本一致,紫云英、马铃薯处理的土壤微生物量C、N含量均在水稻生育期间8月中旬达到最大值.     

大气CO2浓度升高对稻季土壤中麦秸降解及氮素分趋的影响

利用中国唯一的稻麦轮作FACE(free-air carbon dioxide enrichment,开放式空气CO2浓度增高)试验平台,研究大气CO2浓度升高对稻季土壤中小麦秸秆降解速率及其氮素分趋的影响.试验设置Ambient(目前空气对照)和FACE(Ambient+200 μmol·mol-1)两个CO2浓度以及低氮处理(LN,150 kg·hm-2)和高氮处理(HN,250 kg·hm-2)两个氮肥水平,在稻季之初按标记麦秸/土壤重量比0.3%添加15N标记小麦秸秆,根据水稻生长时期依次采样测定秸秆降解速率,并通过分析土壤全氮、植株全氮及其15N丰度来观察已降解秸秆的氮素分趋情况.结果发现,大气CO2浓度升高对高氮处理土壤中小麦秸秆降解速率没有显著影响,但显著促进了低氮处理土壤中小麦秸秆的降解(p < 0.05),使其提高到与高氮处理土壤相当水平;大气CO2浓度升高显著增加了已降解秸秆中氮素的流失,在高氮处理土壤中尤为严重,而对植物吸收已降解秸秆中的氮素没有显著影响.结果表明,大气CO2浓度升高在土壤氮素相对不足时会加速土壤中小麦秸秆的降解,而在土壤氮素相对充足时又会加大降解秸秆中氮素的流失.     

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.     

机械作业下土壤理化性质和生态因子的变化

通过 3年对黄淮海农业机械化推广的研究 ,探讨了机械综合作业对旱作农业的影响 .结果表明 ,机械化秸秆还田、化肥深施、土壤深松和免耕覆盖等综合技术的合理配套实施 ,可以改善土壤理化性状 ,具有明显的生物学效应 .与传统作业相比 ,机械综合作业使土壤容重减少 0 .0 8g·cm-3 ,有机质含量增加12 % ,水分利用率提高 10 .1%～ 13.6 % ,小麦玉米产量增加 12 18kg·hm-2 .     

直播旱作水稻的吸氮特征与土壤氮素表观盈亏

水稻旱作是水稻节水栽培中最有效的方式。通过田间试验研究旱作直播条件下水稻对氮素的吸收利用特征以及土壤矿质氮的动态变化 ,并对土壤氮素的表观盈亏量进行了估算。结果表明 ,直播旱作水稻较水作水稻更注重中后期对氮素养分的吸收 ,尤其是对土壤氮素的吸收 ;幼穗分化后水稻的土壤吸氮量占阶段吸氮总量的 6 9.5 % ,比水作水稻多 17.8%。对 0～ 4 0 cm土层土壤矿质氮含量时空变化的研究表明 ,直播旱作水稻生育前期土壤表层矿质态氮大量累积 ,在灌水和降雨的影响下 ,向下层的迁移增加 ,基肥施用后裸地处理 2 0～ 4 0 cm土层的矿质氮高达 10 4 kg N/hm2 。对水稻各生育期土壤氮素盈亏的计算结果表明 ,自分蘖盛期后旱作各处理都表现出土壤氮素不同程度上的表观亏缺 ,然而就全生育期土壤氮素盈余量而言 ,旱作处理平均高达 12 7kg N/hm2 ,生育前期氮肥的大量投入是氮素盈余的主要原因。本试验结果表明 ,直播旱作水稻生育前期对施用的肥料氮吸收很少 ,提高直播旱作水稻氮肥利用效率的关键在于减少生育前期肥料氮的投入     

Carbon availability controls the growth of detritivores (Lumbricidae) and their effect on nitrogen mineralization

Activity of soil decomposer microorganisms is generally limited by carbon availability, but factors controlling saprophagous soil animals remain largely unknown. In contrast to microorganisms, animals are unable to exploit mineral nutrient pools. Therefore, it has been suggested that soil animals, and earthworms in particular, are limited by the availability of nitrogen. In contrast to this view, a strong increase in density and biomass of endogeic earthworms in response to labile organic carbon addition has been documented in field experiments. The hypothesis that the growth of endogeic earthworms is primarily limited by carbon availability was tested in a laboratory experiment lasting for 10 weeks. In addition, it was investigated whether the effects of earthworms on microbial activity and nutrient mineralization depend on the availability of carbon resources. We manipulated food availability to the endogeic earthworm species Octolasion tyrtaeum by using two soils with different organic matter content, providing access to different amounts of soil, and adding labile organic carbon (glucose) enriched in ¹³C.Glucose addition strongly increased the growth of O. tyrtaeum. From 8 to 17% of the total C in earthworm tissue was assimilated from the glucose added. Soil microbial biomass was not strongly affected by the addition of glucose, though basal respiration was significantly increased and up to 50% of the carbon added as glucose was incorporated into soil organic matter. The impact of earthworms on the mineralization and leaching of nitrogen depended on C availability. As expected, in C-limited soil, the presence of earthworms strongly increased nitrogen leaching. However, when C availability was increased by the addition of glucose, this pattern was reversed, i.e. the presence of O. tyrtaeum decreased nitrogen leaching and its availability to soil microflora. We conclude that irrespective of the total carbon content of soils, O. tyrtaeum was primarily limited by carbon, and that increased carbon availability allowed earthworms to be more effective in mobilizing N. The presence of earthworms increases C limitation of soil microorganisms, due to increased availability of N and P in earthworm casts or a direct depletion of easily available carbon resources by earthworms.     

施用玉米秸秆和接种蚯蚓后几种土壤活性有机碳的动态变化

通过室内培养试验,研究在施用玉米秸秆和接种蚯蚓后,土壤微生物生物量碳(SMBC),水提取碳(WEOC),碳水化合物(CHOC)和酚类物质(PEOC)等活性有机碳组分的动态变化。研究结果表明,在不施秸秆或表施秸秆的情况下,接种蚯蚓对四种活性有机碳组分含量都有一定的促进作用,且在表施秸秆的情况下达到显著水平,其SMBC、WEOC、CHOC和PEOC的含量与不接种蚯蚓相比,分别增加了33.50%、43.13%、68.21%和30.28%。接种蚯蚓在混施秸秆的处理中只有WEOC的含量增加,而SMBC和CHOC含量分别降低了11.04%和16.63%,PEOC的变化不明显。不论接种蚯蚓与否,秸秆的施用对4种组分都有显著的促进作用,其中秸秆混施处理的作用最显著。接种蚯蚓和秸秆施用都能提高土壤WEOC的质量(CHOC/PEOC的比值)。方差分析表明,蚯蚓、秸秆和时间对活性碳组分含量都有显著影响,并且因子间存在强烈的交互作用。土壤活性有机碳各组分除SMBC以外,WEOC、CHOC和PEOC的含量变化受秸秆因子的影响最大,方差解释比例v分别达到82.35%、62.53%和75.82%。试验结果也表现出较一致的随时间的波动性。相关性分析表明,所测定项目SMBC、WEOC、CHOC和PEOC之间有显著的相关性。     

蚯蚓对土壤微生物残留物的影响研究评述与展望

蚯蚓如何影响土壤有机碳的固持是土壤生态学的关键科学问题之一。蚯蚓能同时促进土壤有机碳分解和稳定，这种两面作用带来的不确定性被研究者称为"蚯蚓困境"。研究证据和新兴的"土壤微生物碳泵"概念模型表明土壤微生物残留物是土壤有机质的主要贡献者。为系统了解蚯蚓对土壤微生物残留物的影响与可能的机制，研究分析和总结了已有的国内外蚯蚓与微生物残留物（氨基糖）的相关研究成果，表明：（1）过往的研究忽略了蚯蚓对微生物残留物的影响，导致这一方向的研究严重滞后；（2）蚯蚓对土壤微生物残留物影响的方向和大小仍有很大的不确定性，可供量化分析其驱动机制的研究还很缺乏。研究尝试将蚯蚓整合到"土壤微生物碳泵"概念框架中，分析蚯蚓影响土壤微生物残留物3个方面的可能机制，即：（1）改变土壤微生物量、群落结构，（2）改变微生物生理特性，（3）改变土壤团聚体结构等，影响土壤有机碳的积累。同时，本文提出了未来相关研究的6个重点方向，包括：（1）蚯蚓对微生物的选择性取食，（2）肠道介导的微生物"涨落"现象，（3）蚯蚓对矿质结合有机物的"破坏"与"重组"，（4）蚯蚓引起的"激发"和"续埋"效应，（5）多生态型相互作用，（6）全球变化背景下的蚯蚓生态学等，以期为进一步揭示蚯蚓-微生物相互作用影响土壤有机碳累积与稳定性的机制提供参考。     

Effects of European Earthworm Invasion on Soil Characteristics in Northern Hardwood Forests of Minnesota, USA

European earthworms are colonizing worm-free hardwood forests across North America. Leading edges of earthworm invasion in forests of northern Minnesota provide a rare opportunity to document changes in soil characteristics as earthworm invasions are occurring. Across leading edges of earthworm invasion in four northern hardwood stands, increasing total earthworm biomass was associated with rapid disappearance of the O horizon. Concurrently, the thickness, bulk density and total soil organic matter content of the A horizon increased, and it’s percent organic matter and fine root density decreased. Different earthworm species assemblages influenced the magnitude and type of change in these soil parameters. Soil N and P availability were lower in plots with high earthworm biomass compared to plots with low worm biomass. Decreases in soil nitrogen availability associated with high earthworm biomass were reflected in decreased foliar nitrogen content for Carex pensylvanica, Acer saccharum and Asarum canadense but increased foliar N for Athyrium felix-femina. Overall, high earthworm biomass resulted in increased foliar carbon to nitrogen ratios. The effects of earthworm species assemblages on forest soil properties are related to their feeding and burrowing habits in addition to effects related to total biomass. The potential for large ecosystem consequences following exotic earthworm invasion has only recently been recognized by forest ecologists. In the face of rapid change and multiple pressures on native forest ecosystems, the impacts of earthworm invasion on forest soil structure and function must be considered.     

两种代表性蚯蚓对设施菜地土壤微生物群落结构及理化性质的影响

不同生态型蚯蚓的取食偏好和生境有所差异,因此蚯蚓的生态型差异可能关乎其对土壤性质的不同影响;有关不同生态型蚯蚓对土壤性质尤其是微生物学性质影响的研究有助于了解蚯蚓生态功能的作用机制。在野外调控试验的第4年采集土壤,研究了牛粪混施和表施处理下内层种威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)和表层种赤子爱胜蚓(Eisenia foetida)对设施菜地土壤微生物群落结构和主要理化性质的影响。结果表明,土壤微生物群落结构同时受到蚯蚓种类和牛粪施用方式的影响。牛粪表施时,两种蚯蚓均显著降低了菌根真菌、真菌生物量和原生动物生物量(P0.05);牛粪混施时,不同蚯蚓的影响有所差异,威廉腔环蚓明显增加了菌根真菌、真菌生物量和放线菌生物量,而赤子爱胜蚓的作用不明显。此外,两种蚯蚓均提高了土壤孔隙度、团聚体稳定性和土壤p H、矿质氮以及微生物生物量碳氮水平,但提高幅度取决于蚯蚓种类和牛粪施用方式。冗余分析表明蚯蚓影响下土壤微生物群落结构的变化与团聚体稳定性、p H、速效磷、矿质氮呈正相关,而与土壤容重呈负相关。     

稻麦轮作体系下有机肥施用对作物产量和土壤性质影响的整合分析

为明确稻麦轮作系统有机肥施用对作物产量和土壤性质的影响,本研究搜集已公开发表的文献数据,利用meta分析法定量分析了有机肥类型(普通有机肥、生物质炭、秸秆)、施用策略(单施有机肥、有机肥配施部分化肥、有机肥配施全量化肥)、施用年限(短期、中期、长期)对稻麦产量和土壤性质的影响及其对不同土壤条件(酸性、中性、碱性)的响应。结果表明: 与单施化肥相比,有机肥施用对水稻和小麦的增产效应相近,分别为3.1%和3.0%。有机肥施用对土壤性质的提升效果更明显,显著降低了土壤容重(5.7%),显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量,以及微生物生物量碳、氮,增幅在11.7%～38.4%。不同类型有机肥中,生物质炭和普通有机肥对土壤性质的改良效果优于秸秆;与单施有机肥相比,有机肥配施化肥的作物增产效果更好,而土壤性质改良效果较差;随着有机肥施用年限增加,作物增产和土壤肥力提升效应逐渐增强;在酸性土壤条件下有机肥施用对作物的增产效果最显著。土壤容重与稻麦周年产量呈显著负相关,而土壤全氮、速效磷、速效钾含量和微生物生物量氮与稻麦周年产量呈显著正相关关系。     

长期施肥对玉米生育期土壤微生物量碳氮及酶活性的影响

以小麦-玉米轮作长期肥料定位试验为平台,探讨不同养分管理对玉米生育期塿土微生物量碳、氮和酶活性动态变化的影响。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配合(NP)、氮磷钾配合(NPK)、NPK+秸秆(SNPK)以及有机肥+NPK(MNPK)。结果表明玉米生育期土壤微生物量碳、氮变化显著。不同施肥管理下土壤微生物量碳、氮的高低显著性分别为MNPK>SNPK、NP、NPK>N、CK。玉米生育期内土壤酶活性也变化显著,蔗糖酶、脲酶和纤维素酶在玉米抽雄期达到活性高峰,而磷酸酶在玉米拔节期出现活性高峰。不同施肥管理对土壤酶活性的影响总体表现为MNPK处理最高,其次为SNPK处理,再次为NPK和NP处理,N和CK处理最低。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮以及酶活性与土壤有机碳、全氮、速效磷水平密切相关。塿土长期施用氮磷或氮磷钾化肥可以提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性。一季作物秸秆还田配合氮磷钾化肥与氮磷钾相比有提高土壤微生物量碳、氮以及酶活性的趋势。在等氮量下,有机肥配合化肥与其他施肥模式相比,均显著提升土壤化学肥力因素、微生物量碳氮和酶活性。因此,塿土上建议进行有机无机肥配合以提高土壤肥力,保持土壤生物健康。     

26年长期施肥对土壤微生物量碳、氮及土壤呼吸的影响

研究长期小麦连作施肥条件下土壤微生物量碳、氮,土壤呼吸的变化及其与土壤养分的相关性。以陕西长武长期定位试验为平台,应用氯仿熏蒸-K2SO4提取法、碱液吸收法和化学分析法分析了长达26a不同施肥处理农田土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤呼吸之间的差异及其调控土壤肥力的作用。长期施肥及种植作物,均能提高土壤微生物量碳、氮含量,尤其是施用有机肥,土壤微生物量碳、氮含量高于单施无机肥的处理,土壤呼吸量也提高15.91%—75.73%,而施用无机肥对于土壤呼吸无促进作用。土壤微生物生物量碳氮、土壤呼吸与土壤有机质、全氮呈极显著相关。长期有机无机肥配施可以提高土壤微生物量碳氮、土壤呼吸,氮磷肥与厩肥配施对提高土壤肥力效果最好。微生物量碳氮及土壤呼吸可以反映土壤质量的变化,作为评价土壤肥力的生物学指标。     

The Impact of Invasive Earthworms on Soil Respiration and Soil Carbon Within Temperate Hardwood Forests

Improving current understanding of the factors that control soil carbon (C) dynamics in forest ecosystems remains an important topic of research as it plays an integral role in the fertility of forest soils and the global C cycle. Invasive earthworms have the potential to alter soil C dynamics, though mechanisms and effects remain poorly understood. To investigate potential effects of invasive earthworms on forest C, the forest floor, mineral soil, fine root biomass, litterfall and microbial litter decay rates, and total soil respiration (TSR) over a full year were measured at an invaded and uninvaded deciduous forest site in southern Ontario. The uninvaded site was approximately 300 m from the invaded site and a distinct invasion front between sites was present. Along the invasion front, the biomass of the forest floor was negatively correlated with earthworm abundance and biomass. There was no significant difference between litterfall, microbial litter decay, and TSR between the invaded and uninvaded sites, but fine root biomass was approximately 30% lower at the invaded site. There was no significant difference in total soil C pools (0–30 cm) between the invaded and uninvaded sites. Despite profound impacts on forest floor soil C pools, earthworm invasion does not significantly increase TSR, most likely because increased heterotrophic respiration associated with earthworms is largely offset by a decrease in autotrophic respiration caused by lower fine root biomass.