长期施肥对双季稻种植下土壤有机碳库和固碳量的影响

研究了长期施用化肥和猪粪(PM)、稻草(RS)对双季稻集约化种植下30年期间(1981-2010年)土壤有机碳(SOC)及其组分的影响.结果表明：化肥平衡施用处理(NPK)的SOC、颗粒有机C(POC)和KMnO₄氧化C(KMnO₄C)组分高于化肥非平衡施用处理(NP和NK);猪粪、稻草与化肥(NK+PM、NP+RS和NPK+RS)长期配合施用处理的SOC、POC和KMnO₄ C组分显著增加.连续种植30年60季水稻后,猪粪与NK配施处理0～45 cm土层的SOC(84.71 t C·hm^-2)、POC(8.94 t C·hm^-2)和KMnO₄ C(21.09 t C·hm^-2)数量最高,其次是NPK+RS处理;NK+PM处理(485 kg C·hm^-2·a^-1)的固C量最高,其次是NPK+RS处理(375 kg C·hm^-2·a^-1).化肥与猪粪、稻草配施处理SOC的固C效率(CSE)明显高于单施化肥处理;施肥处理POC的固C效率(0.4%～1.2%)低于KMnO₄C(3.0%～8.3%).采用腐殖化常数值(h)和Jenkinson方程的衰减常数(k)可以预测不同处理2010年的SOC储量,通过Jenkinson方程可以计算维持1981年的SOC储量水平所需要的C投入量(A_E).双季稻种植下,长期连续施用NK+PM、NP+RS和NPK+RS处理的SOC含量增加是由于年C输入量高于A_E所致.在南方亚热带双季稻种植区,化肥与猪粪、稻草长期配施将促进水稻土有机碳的固定.     

长期施用化肥、猪粪和稻草对红壤水稻土化学和生物化学性质的影响

2005年和2007年分别从望城县已建立27年的肥力定位试验田内采集土壤样品,测定土壤有机碳（TOC）、全N、速效N、速效P、微生物生物量碳、氮（C_mic、N_mic）及土壤呼吸和酶活性,研究长期施用化肥、猪粪和稻草对土壤化学和生物化学性质的影响.结果表明：长期施用化肥、猪粪和稻草处理的土壤pH值与试验前相比均有所下降,电导率（EC）变化不大.化肥与猪粪、稻草配施处理的TOC、全N、速效N、速效P、土壤呼吸、C_mic、N_mic和酶活性均高于不施肥（CK）和单施化肥处理;化肥与猪粪、稻草配施处理的水稻产量也高于单施化肥处理.在研究期间,NK化肥与猪粪、NPK化肥与稻草配施处理 的C_mic/TOC大于相应的单施化肥处理.各处理土壤生物化学性质与TOC和养分含量呈正相关(P<0.01).猪粪、稻草与化肥长期配合施用能显著改善土壤化学和生物化学性质,提高土壤质量和土壤肥力.     

控释氮肥对洞庭湖区双季稻田表面水氮素动态及其径流损失的影响

用渗漏池模拟洞庭湖区2种主要稻田土壤(河沙泥和紫潮泥),研究了施用尿素(CF)和控释氮肥(CRNF)对双季稻田表面水pH、电导率(EC)、全氮（TN）、铵态氮（NH₄⁺-N）和硝态氮（NO₃^--N）浓度变化规律及TN径流损失的影响.结果表明,双季稻田施用尿素后,表面水TN、NH₄⁺-N浓度分别在第1、3天达到高峰,然后迅速下降;NO₃^--N浓度普遍很低;早稻表面水pH在施用尿素后15 d内(晚稻3 d)逐渐升高;EC与NH₄⁺动态变化一致.与尿素相比,施用CRNF能显著降低双季稻田表面水pH、EC、TN和NH₄⁺-N浓度,70% N控释氮肥的控制效果最显著;但后期NO₃^--N浓度略有升高.径流监测结果表明,洞庭湖区种植双季稻期间施用尿素的TN径流损失为7.70 kg·hm^-2,占施氮量的2.57%;施肥后20 d内发生的径流事件对双季稻田TN径流损失的贡献极为显著;与施用尿素相比,施用控释氮肥显著降低了施肥后10 d内发生的第1次径流液中的TN浓度,施用CRNF和70%N CRNF的氮素径流损失分别降低24.5%和27.2%.     

脱甲河水系CH_4关键产生途径及其稳定碳同位素特征

为明确脱甲河溶存CH_4关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH_4排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH_4浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S_1~S_4)水体CH_4通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH_4关键产生途径,分析了溶解CH_4、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ¹³C分布特征.结果表明:水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43~13.99 mg·L^-1内变化,S_1河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34~8.32 mg·L^-1,由S_1至S_4河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17~436μS·cm^-1和-52.30~674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH_4^+-N)、硝态氮(NO_3^--N)浓度分别在0.30~1.35(平均0.90±0.10)mg·L^-1和0.82~2.45(平均1.62±0.16)mg·L^-1内变化.溶存CH_4浓度和传输通量变化范围分别是0~5.28(平均0.46±0.06)μmol·L^-1和-0.34~619.72(平均53.88±7.15)μg C·m^-2·h^-1;均存在时空变化且变异规律相似,为春季>冬季>夏季>秋季,S_2>S_3>S_4>S_1.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH_4贡献率以S_1河段最高(87%),其次为S_4(81%),S_2、S_3分别达到78%和76%.溶存CH_4、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ¹³C均值分别为-41.64‰±1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ¹³C与沉积物有机质的δ¹³C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.     

脱甲河水系CH4关键产生途径及其稳定碳同位素特征

为明确脱甲河溶存CH₄关键产生途径,明晰水系碳同位素组成及其分布特征,为小流域CH₄排放估算和减排提供数据支撑.利用双层扩散模型法估算了CH₄浓度和传输通量,研究了周年内脱甲河4级河段(S₁～S₄)水体CH₄通量的时空分布及其主控环境因子;运用稳定同位素方法探究了溶存CH₄关键产生途径,分析了溶解CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质δ¹³C分布特征.结果表明: 水体pH均值为(7.27±0.03),各河段四季差异均显著;溶解氧(DO)在0.43～13.99 mg·L^-1内变化,S₁河段DO浓度最高且夏、秋季差异显著,其他河段均为冬与春、夏、秋季差异显著;可溶性有机碳(DOC)变化范围是0.34～8.32 mg·L^-1,由S₁至S₄河段总体呈递增趋势;水体电导率(EC)和氧化还原电位(ORP)变化范围分别是17～436 μS·cm^-1和-52.30～674.10 mV,各河段差异明显;铵态氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)浓度分别在0.30～1.35(平均0.90±0.10) mg·L^-1和0.82～2.45 (平均1.62±0.16) mg·L^-1内变化.溶存CH₄浓度和传输通量变化范围分别是0～5.28 (平均0.46±0.06) μmol·L^-1和-0.34～619.72 (平均53.88±7.15) μg C·m^-2·h^-1;均存在时空变化且变异规律相似,为春季>冬季>夏季>秋季,S₂>S₃>S₄>S₁.通量与水体铵态氮和DOC浓度均呈显著正相关.各级河段均以乙酸发酵产甲烷途径为主导,但不同河段差异明显,乙酸发酵途径产CH₄贡献率以S₁河段最高(87%),其次为S₄(81%),S₂、S₃分别达到78%和76%.溶存CH₄、悬浮颗粒物和沉积物有机质的δ¹³C均值分别为-41.64‰±1.91‰、-14.07‰±1.06‰和-26.20‰±1.02‰,溶存甲烷δ¹³C与沉积物有机质的δ¹³C呈显著正相关,与其传输通量呈极显著负相关.     

污染稻田水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理

Cd污染稻田通过长期淹水灌溉能显著降低稻米中Cd含量。利用Cd污染水稻土的盆栽试验,结合水稻根表氧化铁膜特征的分析,研究了不同水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理。结果表明,随着稻田淹水程度(时间和水量)的提高,水稻根表氧化铁膜所吸附的还原态Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)显著增加,潮泥田和黄泥田长期淹水灌溉处理的水稻根膜中的Fe(Ⅱ)分别比湿润灌溉处理增加了12.6倍(p<0.01)和8.5倍(p<0.01);不同水分管理的水稻根膜氧化铁(Fe(Ⅲ))含量的变化与根膜Fe(Ⅱ)表现极显著的相关性,但两者均与水稻根膜Cd呈极显著的负相关,其中,2种土壤长期淹水的水稻根膜Fe(Ⅲ)分别比湿润灌溉增加了1.5倍(p<0.01)和1.0倍(p<0.01),根膜吸附的Cd含量分别较湿润灌溉降低了77.9%(p<0.01)和50.3%(p<0.01);长期淹水处理导致水稻根系、茎叶、糙米中的Cd含量均极显著低于相应的湿润灌溉处理,2种土壤长期淹水的糙米平均Cd含量比间歇灌溉的下降了41.3%,比湿润灌溉的下降了70.7%(p<0.01);不同水分管理的水稻糙米Cd含量与根膜Cd含量呈极显著正相关,与根膜Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)呈极显著负相关。综合分析认为,Cd污染酸性稻田在长期淹水的还原条件下Fe2 等金属离子与Cd2 的竞争吸附作用以及S2-和Cd2 的共沉淀作用加强,因而使得土壤中Cd的生物有效性明显降低。