秸秆还田对耕作黑土中小型土壤动物群落的影响

为了考察秸秆还田对耕作黑土中土壤动物群落结构的影响,2009年到2011年在黑龙江省海伦市进行了定点实验,调查了样地A(17kg秸秆+含高浓度催腐剂还田)、样地B(8.5kg秸秆+含低浓度催腐剂还田)、样地C(对照样地),样地D(8.5kg秸秆还田),样地E(17kg秸秆还田)的中小型土壤动物群落结构。共获取中小型土壤动物21779只,分别隶属于58个类群。其中,甲螨亚目、姬跳虫科、棘跳虫科与驼跳科4个类群土壤动物在本地区是最适应环境变化的土壤动物类群。土壤动物群落结构分析表明,对照样地C中土壤动物密度最高(46591.67只/m~2),土壤动物类群最多(17.17),土壤动物优势度指数最大(0.37),样地D中土壤动物丰富度指数最多(2.63),样地A中土壤动物多样性指数最高(1.72),样地B中土壤动物均匀性最高(0.64)。同时,各样地土壤动物基本都具有表聚性,样地A中土壤动物更趋于生存于上层土壤。综合比较分析表明,样地A秸秆还田方式相对来说最利于土壤动物生存。主成分分析表明,不同秸秆还田方式对土壤动物密度、甲螨亚目动物类群、节跳虫科类群、前气门亚目类群影响较大,是耕作黑土中对秸秆还田方式反应敏感的土壤动物指标,今后可以作为考察耕作黑土秸秆还田肥力效应的评价指标。另外,CAA分析表明:受土壤环境因子影响较大的土壤动物类群多为研究区域内优势类群与常见类群,土壤动物的密度与土壤中有机质、有机碳、碳氮比与全磷的含量关系最为密切。     

不同施肥对农田黑土微生物群落的影响

以未施肥(CK)和休闲(Fallow)处理为对照,研究黑土肥料定位站NP、NPK、MCK(有机肥)、MNP(有机肥 氮磷)、MNPK(有机肥 氮磷钾)等长期有机、无机肥施用对土壤基本理化性质、磷脂脂肪酸(PLFA)、酸(碱)性磷酸酶、微生物量碳或氮(SMBC或SMBN)等影响.结果表明,有机肥施用有效地提高了土壤有机质、总氮及速效氮、磷、钾等养分含量,显著地增加了SMBC(SMBN)和真菌、细菌的PLFA含量以及磷酸酶活力,极大地提高了土壤真菌/细菌比值;而长期NP或NPK处理不但未明显改善土壤养分状况,甚至抑制了磷酸酶活性及大多数菌群生长.总细菌PLFA与饱和脂肪酸或单烯脂肪酸与环化脂肪酸之间呈极显著正相关(p<0.01).PLFA主成分分析表明,有机肥与化肥处理微生物群落结构显著不同;个别PLFA载荷值分析表明,真菌脂肪酸易受无机肥施用影响,而G-菌或G 菌脂肪酸更易受有机肥影响.休闲处理高水平微生物活性与生物量的主要贡献者是黑土细菌群落而不是真菌.     

长期施肥对东北黑土酶活性的影响

在中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验基础上,研究了长期施用化肥和有机肥对黑土0～20cm和20～40cm土层土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和转化酶活性及土壤全碳和全氮的影响.结果表明：长期施用化肥和有机肥均不同程度地提高了0～20cm和20～40cm土层土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性,特别是化肥和有机肥配合施用显著增加了该3种土壤酶的活性,增幅分别为43.6%～113.2%、25.9%～79.5%、14.7%～134.4%（0～20cm）和56.1%～127.2%、14.5%～113.8%、16.2%～207.2%（20～40cm）,长期施用化肥对土壤过氧化氢酶活性影响不大.随着土层深度的增加,土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性均有所降低;长期施用氮肥对土壤脲酶、施用磷肥对土壤磷酸酶有明显的促进作用;长期施肥对土壤全C、全N含量及C/N也有明显影响.     

长期施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响

为了研究长期不同施肥对农田黑土微生物群落功能多样性的影响,采用Biolog ECO微平板培养法,对已经连续施肥35年的农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站4种处理(CK、NPK、M、MNPK)的两个土层(0～20、20～40 cm)微生物群落功能多样性进行研究.结果表明: 在0～20 cm土层,有机无机肥(MNPK)配施能够显著提高土壤微生物对碳源的利用能力以及群落代谢功能的丰富度、多样性和优势度,而在20～40 cm土层则低于单施化肥(NPK)处理,两个土层单施化肥均降低土壤微生物群落代谢均匀度.不同施肥处理土壤微生物对6种碳源的利用率在0～20和20～40 cm两个土层间存在差异,而在每个土层的处理间差异显著(P<0.05),但各处理间的变化规律在两个土层中不一致.典范对应分析(CCA)结果表明,各处理土壤微生物群落代谢功能在0～20和20～40 cm土层间存在差异,且在两个土层的处理间也存在差异,而土壤养分含量对各处理土壤微生物群落代谢功能的影响规律在两个土层中较为相似.长期不同施肥会对耕层及以下土壤微生物群落功能多样性产生影响,在20～40 cm土层中单施化肥对微生物群落功能多样性的影响较大.     

长期施肥对黑土团聚体分布和碳储量变化的影响

用干筛与湿筛2种方法测定了22年长期田间定位试验地土壤风干及水稳性团聚体含量,研究了施肥对黑土团聚体组成、有机碳含量及有机碳库储量的影响。试验设不施肥（CK）、无机肥（NP、NPK）和无机-有机肥配施（NPK+OM）4个处理。结果表明,黑土团聚体以0.25～1 mm团聚体为主。经过湿筛法土壤各粒级水稳性团聚体含量重新分配,表现为以0.25～1 mm粒级为中心,大团聚体含量减少,微团聚体含量增加。与长期不施肥比较,长期施用化肥及有机-无机肥配施显著增加了>2 mm大团聚体含量和0.05～0.25 mm微团聚体含量,各级团聚体有机碳含量显著增加,总有机碳及各级团聚体储量增加,有机质积累,土壤结构得到改善,固碳潜力增加,有机-无机配施效果更加明显。     

基于Illumina MiSeq测序平台分析长期不同施肥处理对黑土真菌群落的影响

【目的】不合理施肥所引发的土壤环境问题逐渐成为制约我国农业可持续发展的重要因素之一,土壤真菌作为一类重要的土壤微生物,研究长期施肥对土壤真菌多样性及群落分布格局,探讨其理化因子对真菌群落结构的影响具有一定意义。【方法】本研究以东北黑土玉米田长期定位施肥试验(1984–2017)为基础,通过常规分析和Illumina Mi Seq高通量测序技术,分析长期施肥对黑土玉米田土壤养分含量和真菌群落结构变化的影响。【结果】长期施用氮肥明显降低土壤p H,却增加了玉米产量,秸秆与化肥配施可以增加土壤有机质和全氮的含量。稀释曲线结果表明长期施肥降低了土壤真菌序列的丰度和均匀度,并且在秸秆与化肥配施中序列数最低;在优势菌群中,共检测出5个已知真菌门,分别是子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、接合菌门(Zygomycota)、球囊菌门(Glomeromycota)和壶菌门(Chytridiomycota),子囊菌门占总序列平均值的57.0%,并且在氮磷钾配施高量秸秆有机肥(NPK+S0.5)的土壤中,子囊菌门丰度高达70.35%。在土壤真菌属水平的物种丰度分析中,共检测出109个已知真菌属,Humicola、Fusarium、Verticillium、Mortierella这4个菌属为优势菌属;Chaetomium、Trichocladium、Podospora、Preussia 4个菌属在秸秆与化肥配施处理中丰度较高,并同属一个分支聚类。从多样性指数分析得出,秸秆与化肥配施可以增加物种丰度和群落多样性;从热图分析可知,施用氮肥和不施用氮肥处理间真菌群落组成存在明显差异。RDA分析中,土壤理化性质影响着土壤真菌群落结构,尤其是土壤的p H、全量氮磷钾(T-N、T-P、T-K)、有效磷钾(A-P、A-K)和铵态氮(NH4+-N)浓度是重要环境因素。【结论】因此,施用氮肥虽然增加了产量,但也造成土壤酸化,真菌数量增加,其丰富度和多样性明显降低。而秸秆与化肥配施可以维持土壤健康生态环境和真菌群落多样性。     

保护性耕作对稻田土壤有机质的影响

研究使用常规犁耕-休闲(DTF),常规犁耕-小麦(DTW),保护耕作-休闲(CTF),保护耕作-小麦(CTW)4个处理,评价连续实验10a后保护性耕作对稻作区SOM的影响。结果表明:垄作、免耕和小麦种植的结合是稻作区一种较好的保护性耕作实践。它不仅显著增加SOM在土壤表层的聚集,而且它也通过改变SOM的组成和结构显著影响土壤胡敏酸的光谱和热解特性。相比其他处理,垄作免耕(稻麦)在0～10cm土层拥有最多的SOM含量,但随着土层厚度的增加,这一含量下降的也较为迅速。垄作免耕(稻麦)土壤胡敏酸在波长665nm处的光密度为0.122,465nm处为0.705,而常规平作(中稻)在这两个波长处却分别为0.062和0.321。垄作免耕土壤胡敏酸DTA曲线在360～365℃处放热峰的焓变值比常规平作低,1000～1050cm-1吸收峰常规平作也比垄作免耕强。垄作免耕土壤腐殖质的氧化稳定系数增高,表明长期垄作免耕土壤腐殖酸的缩合度增高,芳构化程度增强。通过保护性耕作和作物实践可以管理稻田土壤,维持充分的SOM积累,缓解土壤有机碳的丢失。     

耕作方式对黑土硬度和容重的影响

以吉林省德惠市8年黑土田间定位试验的小区土壤为研究对象,对不同耕作方式下土壤硬度和容重进行研究.结果表明:免耕增加了土壤硬度,主要表现在2.5 ～17.5 cm土层;在玉米连作和玉米-大豆轮作下,苗眼处免耕处理的最大土壤硬度分别为2816和1931 kPa,秋翻处理下分别为2660和2051 kPa,对作物生长均没有限制作用;秋翻处理的土壤硬度曲线随垄形而变化,免耕处理的土壤硬度曲线起伏较小.与秋翻相比,免耕显著增加了5～20 cm土层的土壤容重.5 ～ 30 cm土层的土壤容重在免耕处理下变化幅度较小,在秋翻处理下随土壤深度的增加逐渐增大.土壤容重与土壤硬度之间相关性不显著.     

长期施肥对东北黑土酶活性的影响

在中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验基础上,研究了长期施用化肥和有机肥对黑土0～20 cm和20～40 cm土层土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和转化酶活性及土壤全碳和全氮的影响.结果表明：长期施用化肥和有机肥均不同程度地提高了0～20 cm和20～40 cm土层土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性,特别是化肥和有机肥配合施用显著增加了该3种土壤酶的活性,增幅分别为43.6%～113.2%、25.9%～79.5%、14.7%～134.4%(0～20 cm)和56.1%～127.2%、14.5%～113.8%、16.2%～207.2%(20～40 cm),长期施用化肥对土壤过氧化氢酶活性影响不大.随着土层深度的增加,土壤磷酸酶、脲酶和转化酶活性均有所降低;长期施用氮肥对土壤脲酶、施用磷肥对土壤磷酸酶有明显的促进作用;长期施肥对土壤全C、全N含量及C/N也有明显影响.     

耕作和施肥对不同深度黑土中细菌群落结构的影响

【目的】为探讨耕作和施加有机肥、化肥对黑土表层(0-30cm)、中层(100-130cm)及深层(200-230cm)细菌群落结构的影响,【方法】应用DGGE技术对相应土层中细菌群落结构进行了解析。【结果】结果表明,与对照相比,耕作和施加有机肥、化肥对表层黑土细菌群落结构影响较大,二者差异度为4%;而对中层和深层细菌群落结构影响较小,二者差异度为2%。对于细菌群落结构的垂向变化,中层和深层中细菌群落结构的相似性远远高于同表层的相似性。【结论】可见,耕作和施加有机肥、化肥仅对黑土表层土壤(0-30cm)具有一定的影响,而对100cm以下土壤细菌群落影响较小,细菌群落随土壤深度不同的垂向变化要远高于土壤管理措施造成的影响。     

耕作对土壤入渗性能的影响

耕作影响降雨入渗、径流、土壤侵蚀过程。研究采用新型的坡地降雨条件下土壤入渗能力的径流-入渗-产流测量方法和仪器,野外观测宁夏南部山区坡耕地与撂荒地土壤入渗性能,揭示耕作对土壤入渗性能影响的规律。在坡度为20°、土壤表层含水量11.3%的坡地进行测量。采用的降雨强度为:20,40,56mm·h-1。结果表明,新型测量方法和仪器可以很好地测量坡面土壤入渗性能的全过程,并且具有省水、省工、操作方便的特点,且测量精度高。对比测量结果表明,坡耕地的初期土壤入渗性能在小雨强条件下略高于撂荒地的入渗性能,而在大雨强条件下则一直低于撂荒地的入渗性能。随雨强的增大坡耕地的入渗性能急剧减小,而撂荒地的入渗性能基本不受雨强变化的影响。坡耕地土壤的入渗性能(土壤结构)对降雨强度极为敏感,而撂荒地具有稳定的土壤结构和入渗性能。在3种雨强下,坡耕地的产流时间均比撂荒地提前。与撂荒地相比,各种雨强条件下坡耕地的稳定入渗率都较撂荒地明显降低。     

东北黑土区农田生物结皮的特征及其对表层土壤崩解的影响

于作物生长季对东北黑土区典型农田中生物结皮的发育特征(类型、物种、厚度、覆盖度、生物量)进行分析,并使用数显推拉力计测定比较了无结皮土壤与不同生物量(以叶绿素含量表征,分别为5～15、15～25、25～35、35～50 mg·g^-1)生物结皮层中土壤的崩解差异。结果表明: 1)东北黑土区农田中发育有藻和藓两类生物结皮,其中,毛枝藻和细叶真藓最为多见;藻结皮的厚度和生物量显著小于藓结皮,并总体上呈现由藻结皮逐渐向藓结皮演替的趋势。2)农田生物结皮的覆盖度、厚度和生物量与耕作扰动的频率和强度呈负相关,传统耕作农田中其平均覆盖度、厚度和叶绿素含量仅为27.8%、1.52 mm和6.49 mg·g^-1,但在免耕地中可增加至83.5%、2.74 mm和34.16 mg·g^-1。3)生物结皮显著削弱了土壤崩解作用,与无结皮土壤相比,4种生物量下生物结皮的土壤崩解速率分别显著降低了43.1%、50.1%、55.5%和59.8%,土壤最大崩解率分别显著降低了11.4%、17.7%、33.2%和36.6%。4)土壤崩解速率和最大崩解率均与生物结皮的厚度和生物量呈显著负相关,即生物结皮对土壤崩解的影响主要缘于其在发育过程中自身特性的改善及其覆盖后对表层土壤物理性质的改变。综上,随着保护性耕作技术推广后耕作扰动的减少,生物结皮在东北黑土区农田中有较高的发育潜力,它们发育后能削弱表层土壤崩解、提高土壤抗冲性,对农田土壤侵蚀防治具有积极意义。     

轮耕与施肥对渭北旱作玉米田土壤团聚体和有机碳含量的影响

2007—2012年在陕西合阳连作玉米田进行保护性轮耕与施肥长期定位试验,设置免耕/深松(NT-ST)、深松/翻耕(ST-CT)和翻耕/免耕(CT-NT)3种隔年交替轮耕处理和连续免耕(NT-NT)、连续深松(ST-ST)、连续翻耕(CT-CT)3种连耕处理及平衡施肥、低肥和常规施肥3种施肥处理,分析了0～40 cm土壤团聚体分布、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)及0～60 cm土壤有机碳(SOC)含量.结果表明: 随着耕作强度的增加,土壤团聚体总含量减小,稳定性降低,有机碳损失增大;连续免耕和轮耕增大了土壤团聚体MWD和GMD,减小分形维数,增加了粒径大于0.25 mm团聚体(R_0.25)和SOC含量.在相同施肥处理下,团聚体R_0.25表现为NT-NT>NT-ST>NT-CT>ST-ST>CT-ST>CT-CT;在相同耕作方式下,平衡施肥和低肥处理下土壤团聚体比常规施肥更稳定.通过对土壤团聚体分形维数进行数学拟合,干筛法和湿筛法所测土壤团聚体的分形维数分别为2.247～2.681和2.897～2.976. 0～30 cm土层土壤团聚体分形维数均表现为连续免耕和轮耕显著低于连续翻耕(CT-CT),随土层加深分形维数增大,在40 cm处趋于稳定.施肥对不同土层有机碳含量的影响差异显著(P<0.05),随土层加深有机碳含量呈递减趋势,平衡施肥处理下有机碳积累量较常规施肥增加了6.9%.土壤有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加,0.25～2 mm粒径土壤团聚体含量对有机碳积累的影响达到显著水平(P<0.01),确定系数R²为0.848.     

不同施肥处理对玉米-小麦轮作土壤微生物群落功能多样性的影响

土壤微生物多样性能反应土壤的肥力,不同的施肥措施对土壤微生物的种群和功能多样性也会产生重要的影响。以山东德州连续两年小麦季和玉米季收获后土壤为研究对象,利用Biolog技术研究了6种不同施肥处理对土壤微生物群落功能多样性的影响。结果表明:其中各个施肥处理的平均颜色变化率(average well color development,AWCD)差异显著,常规氮磷钾肥+全量秸秆还田+秸秆腐熟剂(FS)处理代谢活性最高;物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)也表明各施肥方式均能够维持微生物种群的多样性,其中FS和30%猪粪+70%常规氮磷钾肥(OF)处理物种丰富度指数(H)和均匀度指数(E)最高;PCA及RDA分析显示,OF和FS处理微生物功能多样性相似,且其微生物功能多样性与有机质(Soil organic matter,SOM)、全氮(Total N,TN)、速效磷(Available P,AP)和速效钾(Available K,AK)密切相关。猪粪堆肥有机无机复合肥3 600 kg/hm2(OI2)处理与猪粪堆肥有机无机复合肥1 800 kg/hm2(OI1)处理相似,其功能多样性比常规施肥(CF)处理稍高。综上所述,OF处理和FS处理的土壤微生物群落功能多样性程度高于其他处理,说明秸秆还田+秸秆腐熟剂和有机肥部分替代氮磷钾肥能够显著提高土壤微生物功能多样性,有利于保护土壤微生态。     

东北黑土区耕作措施对地表节肢动物多样性的影响

【目的】调查不同耕作措施下东北黑土地表节肢动物群落类群多样性以及营养功能群结构, 有利于揭示地表节肢动物多样性对土地管理措施的响应。【方法】本研究于2012年7－9月在黑龙江海伦中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站采用陷阱法对东北典型黑土区免耕、 少耕、 平翻、 旋耕和组合5种耕作措施长期定位试验区的地表节肢动物群落组成、 类群多样性以及功能群结构进行调查, 计算各处理地表节肢动物类群相对多度、 类群丰富度、 Shannon Wiener多样性指数、 Pielou均匀度指数、 Simpson优势度指数、 Cody指数和Srensen指数。【结果】本次调查共收集黑土农田地表节肢动物个体数为2 942, 隶属7目18科。免耕样地收集节肢动物15科, 占所有类群83.34%; 少耕和组合样地均为11科, 占61.12%。所有耕作措施下鞘翅目和蜘蛛目类群相对多度最高, 步甲科为黑土农田优势地表节肢动物类群。免耕样地节肢动物类群丰富度和多样性指数最高, 少耕样地最低。除旋耕样地外, 其他耕作样地地表节肢动物功能群均以捕食性为主。群落相似性指数分析表明, 不同耕作措施间群落相似性不同, 免耕与组合之间相似性较高, 而平翻与组合之间较低。【结论】步甲科是黑土农田地表节肢动物群落中的优势类群。不同耕作措施影响近地表土壤以及植被微生境, 进而影响地表节肢动物群落组成、 数量和营养功能群。免耕样地具有较高节肢动物类群丰富度和捕食性动物类群, 有利于维持黑土农田地表节肢动物多样性。     

耕作措施对土壤水热特性和微生物生物量碳的影响

通过山西寿阳设置的8a田间定位试验,比较了全量秸秆还田、免耕覆盖和常规耕作3种耕作措施下土壤含水量、温度及土壤微生物生物量碳变化.结果表明:免耕覆盖与全量还田处理显著提高土壤含水量,与常规耕作相比表层土壤体积含水量在玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别高出18％、22％、29％、21％和3％、10％、12％、13％,具有保水保墒的作用.在苗期不同耕作措施对土壤温度的影响达到显著水平,5 cm处免耕覆盖、全量还田与常规耕作处理土壤温度依次为:18.12、18.76和19.44℃,免耕覆盖和全量还田处理平均温度比常规耕作分别低1.32℃和0.69℃.土壤微生物量碳在整个生育期动态变化是首先迅速上升在玉米生育高峰期(拔节期)达到最高峰,然后开始下降,成熟期趋于平缓.免耕覆盖与全量还田处理下玉米各生育期土壤表层微生物量碳显著高于常规耕作,在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期分别比常规耕作高出70％、40％、85％和30％和10％、20％、15％和15％.土壤微生物量碳与土壤温度和土壤含水量相关和极相关.     

EM堆肥对黑土耕作区中小型土壤动物群落的影响

2012年5、7和9月在哈尔滨市典型黑土农田区,采用定点试验的方法设置空白对照、低浓度、中浓度和高浓度4个处理样地,分析不同浓度EM堆肥处理对中小型土壤动物群落组成、垂直结构、季节性动态和多样性的影响.结果表明: 不同浓度EM堆肥处理下共捕获中小型土壤动物7860只,平均密度49125只·m^-2,隶属于3纲10目,划分为30个类群.EM堆肥处理增加了中小型土壤动物类群数量,低浓度处理中小型土壤动物个体密度低于空白对照样地,但随着EM堆肥浓度的增加,中小型土壤动物个体密度均有所增加;中小型土壤动物群落的类群数和个体密度的垂直分布具有表聚性特征;中小型土壤动物群落存在一定的季节变化特征;不同浓度EM堆肥处理样地中小型土壤动物群落多样性指数均有所增加,土壤有机质对这种多样性的变化影响相对较大;EM堆肥处理下中小型土壤动物对土壤环境因子的响应不同,常见类群和优势类群对土壤环境的变化有较强的适应性,而稀有类群相对敏感,受到特定的环境因子的影响.说明EM堆肥处理可在一定程度上改善黑土区农田中小型土壤动物群落结构、增加其多样性.     

长期灌溉施肥对半干旱区褐土氮、磷和钾库的影响

采用二次回归通用旋转组合设计 ,在辽西半干旱区进行了长期田间试验 ,研究灌水、施氮、施磷和施秸秆对土壤氮素含量的影响。结果表明 ,灌水在促进作物生长和提高产量的同时 ,使得土壤中的全氮和水解氮含量有所降低 ,施氮肥能够提高土壤中的氮素含量 ,土壤氮素含量随着磷肥施用量的增加先降低后增加 ,施秸秆能显著提高土壤氮素含量特别是水解氮含量。因此 ,秸秆施用是保持和提高土壤氮素营养的有效措施。