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...     

畜禽粪便施用对稻麦轮作土壤质量的影响

通过采集试验区长期施用鸡粪 (PL)、猪粪 (LM) 和化肥 (CF) 的稻麦轮作耕层和犁底层土壤,分析了不同施肥处理土壤有机碳和养分含量、土壤物理结构特征、土壤生物学性质的差异,探讨了长期施用畜禽粪便对土壤质量的影响。研究结果显示,长期施用畜禽粪便耕层和犁底层土壤有机碳含量显著高于施用化肥处理(P<0.05);与CF处理比较,PL和LM处理土壤氮、磷、钾全量和有效养分含量均明显增加,其中耕层土壤Olsen-P 含量为施用化肥处理的7-8倍,速效钾含量比施用化肥土壤高89.2%-102.9%。施用畜禽粪便明显改善了土壤物理结构,其耕层土壤大孔隙体积、中孔隙体积和总孔隙度分别为CF处理土壤的1.48-1.70倍,1.35-1.75倍和1.07-1.11倍;土壤团聚体水稳定性显著增强,而土壤抗张强度显著降低。施用畜禽粪便土壤微生物和生化性质也明显高于施用化肥土壤,其中LM处理耕层土壤MBC和MBN最大,分别是CF处理土壤的2.1倍和1.5倍;施用畜禽粪便土壤脲酶和转化酶活性也分别为施用化肥土壤的3.5-6.7倍和1.6-2.1倍。相关分析显示,土壤有机碳含量与各肥力指标间均表现出极显著相关(P<0.01)。研究结果说明,长期施用畜禽粪便土壤质量显著高于仅施化肥土壤。     

土壤—作物系统的养分转化及其对土壤养分平衡的影响

土壤作为一个开放系统,与作物间通过物质转化与能量流动组成相互依存和影响的体系。近几年来我们对我国太湖地区稻田土壤生态系统中氮、磷、钾养分的转化及其可能产生的影响作过为期3年的田间定位试验研究,本文谨将其中的部分结果整理成文,以供共同探讨。     

稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性

在成都平原稻麦轮作下86个土样中重金属全量和各形态含量分析的基础上,采集分析相应点位上种植的主要粮食作物小麦和水稻籽粒的重金属含量,通过描述性统计分析、相关性分析及线性回归方程的模拟,研究了土壤中重金属的形态分布特征及其生物有效性。统计分析结果表明：土壤中Cr、Cu、Pb、Zn各形态含量的分配顺序为：残渣态〉有机物结合态〉铁锰氧化物结合态〉碳酸盐结合态〉可交换态,而Cd各形态含量的分配顺序为：铁锰氧化物结合态〉残渣态〉碳酸盐结合态〉有机物结合态〉可交换态。若以活性态（非残渣态含量）而论,Cd的活性最高,Cr的活性最低。除Cr外,各元素全量与各活性形态之间的关系较为密切。土壤中全Cd含量与4种活性形态Cd含量间的相关性均达极显著水平;Cu、Zn全量分别与其铁锰氧化物和有机物结合态含量,Pb全量分别与其可交换态和铁锰氧化物含量间的相关系数达显著或极显著水平。用卫生部颁布的食品中重金属限量卫生标准评价稻麦籽粒重金属累积情况,其结果表明,小麦籽粒（旱作）中的Cd、Cr、Cu、Pb分别超标14.71%、8.70%、6.50%和17.40%,而水稻籽粒（水作）仅有Pb和Cd含量超标10.90%和8.70%。不同形态重金属对水稻和小麦籽粒中重金属累积的影响效应不同,从多元线性回归方程的回归系数来看：稻一麦籽粒中Cd含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响。除铁锰氧化态Cd和有机物结合态Cd含量分别对小麦和水稻籽粒中Cd的累积表现出负效应外,其余均为正效应。可交换态Cu含量对稻-麦籽粒Cu累积的效应最大,其次受碳酸盐结合态Cu含量的影响。稻一麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb含量影响效应的差异不甚明显。稻-麦籽粒Zn含量与土壤各活性态Zn含量间无显著线性关系。     

土壤重金属作物效应的区域分异

土壤重金属作物效应的区域分异ＲＥＧＩＯＮＡＬＤＩＦＦＥＲＥＮＴＩＡＴＩＯＮＯＦＥＦＦＥＣＴＯＦＨＥＡＶＹＭＥＴＡＬＳＩＮＳＯＩＬＯＮＰＬＡＮＴ关于土壤重金属的作物效应已有大量报道￣［１－３］。但关于土壤重金属作物效应区域分异的研究结果,却极少见到报道...     

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 .     

环境增温对稻麦轮作生态系统中作物产量的影响

为了揭示气候变暖与生态系统之间的反馈机制,自2007年12月至2010年6月间,依托上海市青浦区农田水利技术推广站实验基地开展了野外红外增温试验,以期预测未来长三角地区稻麦轮作生态系统中作物产量对气候变暖的响应.试验结果表明,在土壤温度升高一定值且保持现有农业管理方式不变的情景下,第1年度水稻地上部生物量和产量分别下降3.47%、5.84%,冬小麦地上部生物量和产量则分别上升6.55%、5.19%;第2年度,水稻生物量下降19.53%,根系生物量增加8.69%,产量下降22.57%,冬小麦地上部生物量和产量分别上升6.27%和5.00%;第3年度冬小麦地上部生物量、根系生物量及产量分别上升6.24%、43.73%、5.17%.另外,在增温条件下,水稻主要性状指标变化不显著,但冬小麦性状变化显著.     

不同类型土壤小麦-水稻轮作体系施用含重金属污泥的环境效应

采用贵州黄壤、石灰土和浙江水稻土,通过盆栽试验探讨了在3种土壤上施用含不同浓度重金属的污泥对小麦、水稻生长及锌(Zn)镉(Cd)吸收性的影响.结果表明： 不同土壤施用同种污泥所产生的重金属污染风险不同,在黄壤和水稻土上施用高浓度重金属污泥对作物的污染风险较高.一次施用Zn、Cd浓度分别为1789、8.47 mg·kg-1的污泥1.6%,使黄壤小麦籽粒中Zn、Cd浓度分别达109、0.08 mg·kg-1;第二次施用后种植水稻,糙米中Zn、Cd浓度达52.0、0.54 mg·kg-1.而施用污泥后石灰性土壤的两种作物其可食部分均无重金属污染风险.土壤醋酸铵提取态Zn是影响麦粒和糙米中Zn浓度的主要因素,而土壤醋酸铵提取态Cd对麦粒和糙米中Cd浓度无明显影响.施用高浓度重金属污泥使3种土壤Zn、Cd全量显著提高,且两次施用后土壤全量Zn均超过国家土壤环境质量二级标准.     

不同施肥方式对稻麦轮作田土壤杂草种子库的影响

为揭示不同施肥方式(纯施化肥、有机肥配施化肥、秸秆还田配施有机无机肥、有机无机复合肥)对稻麦两熟制地区农田土壤杂草种子库的影响, 在江苏常州金坛区进行了固定施肥试验。经过连续4年试验处理后, 对不同施肥处理下农田土壤杂草种子库杂草种子种类及密度进行了调查, 并对杂草种子多样性、数量、分布与施肥措施的关系进行了分析。结果表明, 与不施肥相比, 施肥有减少稻麦轮作田土壤杂草种子库杂草种子种类数、杂草种子群落均匀度指数和物种多样性指数的趋势, 并使稻麦轮作田土壤杂草种子库杂草种子总密度明显降低。施肥明显提高了土壤杂草种子库菵草(Beckmannia syzigachne)、日本看麦娘(Alopecurus japonicus)、看麦娘(A. aequalis)种子的密度, 施用猪粪堆肥配施化肥处理提高程度更为显著; 秸秆还田配施化肥、秸秆还田配施有机肥化肥、有机无机复合肥施用处理有减少菵草、日本看麦娘、看麦娘杂草种子密度的趋势。施肥明显降低了土壤杂草种子库阔叶杂草种子密度; 施用有机肥有增加土壤杂草种子库水苦荬(Veronica undulata)、蛇床(Cnidium monnieri)种子密度的趋势; 施用猪粪堆肥有增加土壤杂草种子库鸭舌草(Monochoria vaginalis)种子密度的趋势。因此, 不同种类杂草对不同肥料存在偏好性差异, 不同施肥方式造成了土壤杂草种子库优势物种组成的差异。     

轮作模式对植烟土壤酶活性及真菌群落的影响

种植模式显著影响土壤理化生物学性质,并与作物土传真菌病害的发生密切相关。试验选择云南省具有代表性的红壤,设置烤烟-休闲-玉米(T-B-M)、烤烟-油菜-玉米(T-C-M)、烤烟-油菜-水稻(T-C-R)和烤烟-苕子-水稻(T-V-R)等4种轮作模式,利用化学、酶学分析及454高通量测序技术,研究了土壤养分、酶活性及真菌群落结构,旨在为烤烟的合理轮作提供科学依据。经16a的不同轮作种植后,土壤p H变化于5.6—6.4之间,仍然适合种植水稻、玉米、油菜和烤烟等多种作物。在T-V-R处理的土壤中,烤烟产量、烟叶产值和上中等烟比例最高,有机质比原初提高45.11%,碱解氮、有效磷和微生物量碳氮显著增加,蔗糖酶、脱氢酶、脲酶、磷酸酶和过氧化氢酶活性也显著高于其它轮作模式,说明T-V-R改善了土壤生态环境,促进了微生物繁衍,数量增加,活性增强。土壤真菌的18S r DNA读数依次为13097(T-B-M)、11345(T-C-M)、12939(T-C-R)和13763(T-V-R),分别代表530、378、395和581种(类)的真菌,由子囊菌门、担子菌门、接合菌门、壶菌门和尚待鉴定的真菌等构成,其中尚待鉴定的真菌属种和子囊菌门占绝大部分。在不同轮作处理的土壤中,前15种优势真菌的丰富度变化于29.46%—62.86%之间,优势菌株的相似性极低,说明土壤真菌的种群结构因轮作模式不同而异。T-V-R处理土壤中的真菌多样性指数最高,优势度指数最低,说明T-V-R轮作的土壤适合多种真菌的繁殖生长,种群数量增加。多种真菌共同存在,互相制约,可防止病原真菌过度繁殖,降低作物发生真菌病害几率。从作物产量和产值、土壤有机质、养分和真菌种群结构看,T-V-R优于其它3种轮作模式,值得推广应用。     

沼肥对土壤理化性质的影响

目的:研究沼肥对土壤理化性质影响,为沼气的综合利用提供理论依据和技术支持.方法:通过对比栽培试验方法,研究了施用沼肥对菜园土壤密度、pH值及养分含量的影响.结果:施用沼肥使土壤密度下降9.7%、铵态氮增加60.5%、速效磷增加85%、速效钾增加225%、有机质增加30%.田间试验结果,施用沼肥组作物增产15.6%,并且产品品质也有提高,VC含量提高18.6%、硝酸盐含量降低30.3%.结论:沼肥能够有效改善土壤的营养结构,明显提高土壤的有机质含量.     

作物种植前后土壤有机质及养分因子的空间变异分析

以作物土壤试验数据为基础,结合多年的农户调查数据,采用Moran's I指数分析、Pearson相关系数分析和Kriging插值3种地统计学方法,探讨了浙江省浦江县作物种植前后土壤有机质及氮磷钾等养分因子的空间演化规律。研究发现Moran's I指数分析证实随着区域范围的加大,各因子间自相关程度产生较大差异。这一点在Pearson相关系数分析中也得到证实,并在kriging插值图中直观表达。结果还表明:有机质和碱解氮的形成与水的关系较为密切,水源区两因子的含量较周边高,且会促进前者向后者转化。养分投入后,过多的养分在土壤中降解过程与区域自然环境条件的关系较密切。同一作物的农户养分投入在不同区域差异较大,不同作物的农户养分投入在区域内却存在量的相关。     

不同作物轮作制度对土壤杂草种子库特征的影响

为明确不同作物轮作制度对杂草种子库特征的影响,比较研究了玉米-小麦(MW)、大豆-小麦(SW)轮作和原水稻-小麦(RW)轮作方式下杂草种子库的特征。结果表明,作物轮作显著影响杂草种子库的密度和种类组成,进行玉米-小麦或大豆-小麦轮作2年后,杂草种子库密度分别比稻麦轮作降低27．16％、44．44％。在原水稻-小麦轮作方式下,种子库中主要杂草为陌上菜、异型莎草、菵草、水苋菜、千金子等。玉米-小麦轮作使种子库中马唐、碎米莎草、飘拂草的相对优势度显著上升,鸭舌草、水苋菜、菵草的相对优势度显著下降。而在大豆-小麦轮作方式下,种子库中通泉草、马唐、鳢肠、飘拂草的相对优势度显著上升。玉米-小麦轮作种子库的物种多样性指数高于大豆-小麦轮作和水稻-小麦轮作。玉米-小麦与大豆-小麦轮作种子库的物种组成相似性较高。作物轮作影响杂草种子库密度和种类组成的机制,可能在于通过轮换种植不同的作物,提供了多样化的选择压,限制了某些对单一种植系统有着良好适应性的杂草种类的生长。     

稻麦轮作系统冬小麦农田耕作措施对氧化亚氮排放的影响

2008—2011年,采用静态箱-气相色谱法对长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放进行了为期3a的田间原位观测,研究不同耕作措施(免耕、旋耕和翻耕)对冬小麦生长季N2O排放的影响。结果表明:不同耕作措施下冬小麦农田N2O排放高峰出现在施用基肥后的1个月内以及施用孕穗肥后的4月中旬至小麦成熟期,其余时间N2O排放通量均较小。年度和耕作措施对冬小麦农田N2O季节排放总量均有极显著影响(P<0.01),不同处理N2O季节排放总量表现为免耕>翻耕>旋耕,2008—2011年3年平均分别为2.50 kg/hm2、2.05 kg/hm2和1.66 kg/hm2,免耕比翻耕增加N2O排放22.0%(P<0.05),旋耕比翻耕减排19.0%(P<0.05)。冬小麦生长期内施用孕穗肥后1个月内N2O排放通量与农田土壤充水孔隙率(WFPS)及10 cm地温呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)正相关,2009—2010年施用基肥后1个月内N2O排放通量与WFPS呈显著负相关(P<0.05)。结果说明旋耕是减少长江下游稻麦轮作系统冬小麦农田N2O排放的最佳耕作措施。     

施用氮、磷肥对作物体内养分含量的影响

２年四季盆栽试验结果表明：（１）施用磷肥能改善作物地上部生物学产量向籽粒分配．在Ｎ、Ｐ胁迫条件下,施Ｎ增加非经济产量与经济产量比值．（２）对于谷子,在Ｎ、Ｐ亏缺条件下,施Ｎ能增加茎叶含Ｎ量,降低Ｎ向籽粒中转移;施磷能改善Ｎ在茎叶与籽粒之间的分配。（３）对于小麦,在Ｎ或Ｐ胁迫条件下,补施Ｐ或Ｎ均能增加冠根吸Ｎ量之比,对于谷子,其对冠根吸Ｎ量之比影响与小麦完全不同．（４）谷子在Ｎ、Ｐ胁迫条件下,施Ｎ能降低Ｐ在籽粒中积累,施Ｐ却能显著地改善磷向籽粒中转移,小麦在Ｎ、Ｐ胁迫条件下,增施Ｐ或Ｎ均能显著改善磷向籽粒中转移。     

施用污泥对油菜根际养分和不同种类重金属的影响

根际是控制植物养分动态的重要因素,养分动态也影响着根际土壤环境。当土壤被污水污泥改良后,根际土壤中的养分和重金属性质也会发生变化。目前很少有人研究施用污泥的土壤中植物根系对根际重金属有效性和分布的影响。采用根垫—冰冻薄层切片法对施用污泥后土壤中油菜根际的养分和重金属分布情况进行研究,以期探明污泥改良土壤中根际重金属的活化特征。当土壤施用污泥后,根际土壤中DTPA提取态Zn,Cd,Ni,Mn,有效磷,有效钾和铵态氮被显著消耗,而根际土壤中DTPA提取态Cu没有明显的消耗或积累。当土壤中施用大量污泥时,根际土壤的pH值随着离根表面距离的增加而增加。无论土壤是否用污泥处理,油菜根际土壤中可交换态Cu都显著减少。当土壤被50%污泥改良时,在距离根表面0—2 mm处的油菜根际土壤中碳酸盐结合态,铁锰氧化物结合态,有机物结合态,残渣态的Cu和Zn都被消耗较多。污泥的施用对油菜的生长有促进作用。随着污泥施用量的增加,油菜地上部分Cu和Zn的含量没有显著变化。施用污泥量小于25%的土壤中,污泥没有增加重金属的可利用性和移动性。除了Cu,油菜根际土壤中DTPA提取态Zn,Cd,Ni的减少表明施用污泥的土壤中重金属的活化是非常有限的。     

天山北坡绿洲土壤养分对作物系统变化的响应

以天山北坡三工河流域下游绿洲作为研究区,通过对当地农作物轮作制度的调查和历史资料的分析,遴选6种主要作物组合系统,包括耐盐碱作物系统、粮食作物系统、瓜菜、经济作物-棉花、经济作物-葡萄、经济作物-啤酒花,并利用1982、1999和2003年土壤养分数据,分析干旱区绿洲土壤养分对农作物系统变化的响应.结果表明,研究区不同时期的土地政策和市场价格变化直接影响了作物系统由1年生作物向多年生作物的转变,而土壤有机质经历了先下降后上升的变化过程.1982—1999年其它作物系统向棉花的转变不利于土壤有机质的积累,而1999—2003粮食作物、棉花等向多年生作物的转变使得土壤有机质含量明显增加.三工河流域绿洲土壤总体表现为“碳汇”的过程,说明干旱区绿洲人工植被的变化有利于土壤碳的积累,土地利用呈现可持续发展的态势.     

不同草田轮作方式对土壤微生物和土壤酶活性的影响

10 a生苜蓿翻耕后,与马铃薯、玉米、高粱、谷子和荞麦进行草田轮作,对各轮作方式的土壤微生物数量和土壤酶活性进行测定和分析。结果表明：6-10月,土壤微生物总量呈先增加后减少的变化规律,细菌与放线菌数量呈先增加后减少的变化规律,真菌则呈增加的变化规律;同一时期不同草田轮作方式土壤微生物数量差异显著（P<0.05）,作物轮作方式的土壤微生物数量高于作物连作方式。土壤脲酶活性随着时间变化呈现先增加后降低的趋势,碱性磷酸酶、蔗糖酶及过氧化氢酶活性则呈现增加的趋势,玉米、高粱参与轮作方式的土壤酶活性高于作物连作方式及谷子、马铃薯参与轮作的方式。脲酶活性与微生物数量呈正相关（r=0.386）;草田轮作能提高土壤微生物数量和土壤酶活性。     

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。     

不同草田轮作模式土壤养分及细菌群落组成特征

为研究不同草田轮作模式下土壤养分及细菌群落的组成特征,以5年紫花苜蓿-1年小麦(A5W1)、5年紫花苜蓿-1年玉米(A5C1)、5年紫花苜蓿-2年小麦(A5W2)和5年紫花苜蓿-2年玉米(A5C2)草田轮作模式为对象,测定了土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量,在此基础上,基于16S rRNA基因序列扩增子测序研究了4种轮作模式下耕层土壤细菌群落组成特征。结果表明:轮作第2年各土壤养分含量较第1年显著下降。细菌组成研究结果显示,4种轮作模式下占优势的菌门为变形菌门、放线菌门和厚壁菌门。土壤细菌群落优势属以丙酸杆菌属(Propionibacterium)、芽孢杆菌属(Bacillus)、链球菌属(Streptococcus)以及奈瑟氏球菌属(Neisseria)为主。土壤细菌多样性以A5C2轮作处理最高,A5C1最低;聚类分析显示A5W1和A5C1的组成最接近,其次是A5C2,A5W2的组成与前两者相差较大。土壤养分含量与几种优势属之间呈显著相关性(P<0.05 or P<0.01)。研究结果揭示了河西走廊灌溉区种植紫花苜蓿多年后轮作小麦和玉米改善土壤肥力...