长期施用化肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响

【目的】在施用化肥的基础上进行秸秆还田是提高砂姜黑土肥力的有效措施,以往的研究只注重秸秆还田对土壤结构、肥力等物理化学性状方面的研究,缺少施肥对砂姜黑土微生物群落影响的研究。本研究以安徽蒙城典型的砂姜黑土为研究对象,以期揭示长期施用化肥和秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响。【方法】采用454高通量测序对砂姜黑土不同农业施肥措施下的细菌群落进行分析研究,并通过生物信息学的分析方法揭示影响砂姜黑土细菌群落的主要因素。【结果】通过对454高通量测序数据的分析,发现砂姜黑土主要的细菌门类为放线菌、变形菌、酸杆菌、绿弯菌和拟杆菌。长期施用化肥显著提高了砂姜黑土肥力和作物产量,但导致了细菌群落结构的显著变化和多样性的显著降低。秸秆还田有利于土壤肥力的进一步提高,但是并没有缓解长期施用化肥对土壤细菌群落产生的不利影响。分析发现土壤pH的变化是导致土壤细菌群落变异的主要因素。【结论】在施用化肥的基础上进行秸秆还田有利于砂姜黑土肥力的提升,然而并没有缓解由施肥导致的土壤酸化对土壤细菌群落组成和多样性产生的不利影响。这暗示秸秆还田可能并未对砂姜黑土微生物生态产生根本性的有益影响,对于秸秆农田的利用方式还需要进一步研究,以达到农业生产效益和生态效益的并重。     

秸秆还田与施肥对土壤酶活性和作物产量的影响

通过大田定位试验,在小麦-玉米轮作条件下,以小麦品种‘西农889’和玉米品种‘郑单958’为供试作物,采取不施肥秸秆不还田(CK)、秸秆还田(S)、秸秆还田+腐熟有机肥(SM)、秸秆还田+氮肥(SN)、秸秆还田+氮肥+磷肥(SNP)共5种处理,对不同处理下土壤电导率、蔗糖酶活性和脲酶活性的动态变化及作物产量进行了研究。结果显示:(1)秸秆还田后土壤的电导率变化呈先上升后下降趋势,不同处理间周年电导率平均值表现为SNP>SN>SM>S>CK,且差异显著。(2)秸秆还田配合施用氮肥处理的土壤蔗糖酶活性和脲酶活性最高,蔗糖酶活性最大值(70.62mg.g-1.d-1)为对照的1.36倍,脲酶活性最大值(3.58mg.g-1.d-1)比对照提高了9.15%。(3)土壤有机碳含量在S、SM处理之间差异不显著,而S、SM处理与CK、SN、SNP处理之间差异显著,SM处理比对照处理提高了8.91%。(4)土壤全氮含量在不同处理之间差异显著,并以SNP处理最高,其次是SM处理,S、SN处理再次之,且SNP、SM、S、SN处理土壤全氮含量分别比对照提高了19.8%、11.1%、9.88%和7.41%。(5)秸秆还田处理的作物产量显著高于CK,并以秸秆配施氮磷肥处理的小麦产量最高,比CK提高了50.6%;秸秆配施氮肥处理的玉米产量最高,比CK提高了34.3%。研究表明,秸秆还田配施有机肥、无机肥可以有效促进有机物矿质化,显著增加土壤养分含量,增强土壤酶活性,提高土壤有机碳含量,从而促进作物增产。     

秸秆还田结合氮肥减施对玉米产量和土壤性质的影响

农业生物质还田同时结合减少化肥施用量的措施能有效改善土壤质量。基于东北黑土的特殊性和重要性,本研究在中国科学院保护性耕作研发基地(吉林省)设置秸秆还田方式与氮肥水平相结合的裂区试验,综合分析作物产量、土壤((0～20 cm))理化性质与生物学性质,探讨秸秆还田基础上减少氮肥施用量的可行性。主区包括6个处理:秸秆移除(CK)、全量秸秆覆盖免耕(NT)、全量秸秆粉碎直接还田(SD)、全量秸秆腐解还田(SC)、全量秸秆炭化还田(BC)和9/10秸秆+1/10腐熟物组合还田(SDC)。副区包括3个氮肥水平处理:当地常规氮磷钾化学肥料(N100)、氮肥减量20%(N80,还田秸秆氮含量接近氮肥20%)和氮肥减量40%(N60)。试验处理1年后的结果表明,秸秆还田方式与氮水平处理对玉米生物量、玉米产量、耕层土壤(0～20 cm)理化性质(pH值、有机碳SOC、全氮TN、全磷TP)和酶活性(脱氢酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、N-乙酰氨基葡糖苷酶、酸性磷酸单酯酶和碱性磷酸单酯酶)均表现出明显的交互作用,秸秆处理具有显著的主效应(P <0.05),氮肥水平对所测指标均没有显著影响。化肥单独施用时...     

秸秆还田对烤烟病虫害及产量产值的影响初探

烟叶生产属大农业生产范畴,烟田土壤"贫瘠化"严重,生产能力下降,所产烟叶香气质量变差,工业可用性降低。秸秆还田能促使烟叶叶片开展,有利于叶片开张,烟杆资源广阔成本低,养分含量高。还田后可以归还烤烟生长期带走的土壤养分;大区示范表明烟杆处理上等烟比例80.37%,比对照高15.07%(65.3%);产值比对照高580.16元/亩,符合当前国家局提出的"质量"、"效益"目标双提升这一要求,小区试验表明秸秆还田后产量与对照存在显著性差异,因此烟杆还田可以作为以后的一个发展方向。     

秸秆颗粒还田对黑土土壤酶活性及细菌群落的影响

为探讨不同玉米秸秆颗粒还田量对黑土生物学特性及细菌群落的影响,在内蒙古兴安盟扎赉特旗农业科技示范园试验地设置秸秆0%还田,还田量0kg/hm^2(CK)、秸秆60%还田,还田量4500kg/hm^2(JG1)、秸秆70%还田,5250kg/hm^2(JG2)、秸秆80%还田,6000kg/hm^2(JG3)、秸秆90%还田,6750kg/hm^2(JG4)和秸秆100%还田,7500kg/hm^2(JG5)6个处理,通过连续2年大田试验,研究土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、碱性磷酸酶活性、微生物生物量碳氮以及细菌群落的变化。结果表明:秸秆还田能够增加土壤蔗糖酶(3.29%—32.12%),脲酶(5.32%—52.66%),过氧化氢酶(0.60%—27.11%),碱性磷酸酶的活性(10.89%—64.20%),土壤微生物生物量碳(1.32%—7.07%)、氮(16.35%—80.46%)含量;秸秆施入土壤也提高了黑土变形菌门和厚壁菌门相对丰度,提高了土壤固氮、分解养分及抵御病害能力,并降低了放线菌门相对丰度,降低了土壤病害发生概率,还出现了具有固氮、吸磷、改良土壤特性的新细菌,可见玉米秸秆还田具有重要的生态学意义,可在一定程度上增加细菌数量和种类多样性,进而使土壤系统向稳定健康的方向发展。综合研究结果在本试验条件下,以6750kg/hm^2为较适宜的玉米秸秆颗粒还田量。     

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。     

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 .     

秸秆还田方式对东北水稻土理化性质及微生物群落的影响

【目的】研究秸秆还田方式对东北黑土理化性质及微生物群落的影响。【方法】试验周期为2019年12月至2021年10月,秸秆还田采用2种方式： 秸秆直接还田+微生物菌剂WJ(strawdirect return+microbial agent WJ;MD),秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ(straw compost return +microbial agent WJ;MC)。分析土壤肥力、酶活和微生物群落。【结果】分析两种方式土壤有机质(SOM)、腐殖酸(HS)和富里酸有机碳(FA-C)含量,发现秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别增加2.28g/kg、7.82g/kg和5.26g/kg。土壤铵态氮(NH4⁺-N)、速效磷(AP)略高于秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ,均在6月份达到峰值。胡敏酸有机碳(HA-C)含量下降。此外,土壤脲酶、转化酶、纤维素酶活性和碱性磷酸酶活性对比发现,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ分别高8.55%、15.46%、4.35%和6.19%。高通量测序结果显示,秸秆直接还田+微生物菌剂WJ中细菌和真菌的多样性均比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ丰富。其中Anaerolinea、Bacteroidetes、Pseudomonas为优势细菌,Tausonia、Mrakia、Mrakiella为优势真菌。【结论】秸秆直接还田+微生物菌剂WJ比秸秆堆肥还田+微生物菌剂WJ更有利于土壤有机质、腐殖酸、土壤酶活性和微生物多样性的增加,这说明秸秆添加WJ菌剂直接还田可以减少有机养分的流失,保持田间土壤肥力。     

施肥和秸秆还田对黑土农田土壤剖面养分分布的影响

以东北黑土区玉米田为对象,利用田间原位小区试验,结合亮蓝染色示踪技术,研究不施肥(CK)、常量化肥(T1)、化肥减施秸秆还田(T2)、化肥减施秸秆还田配施有机肥(T3)条件下,土壤剖面的养分分布特征及其对施肥措施和秸秆还田的响应机理.结果 表明:与CK相比,各施肥处理均显著增加了玉米产量,但不同处理之间耕层土壤全量养分...     

减氮-秸秆还田及双氰胺施用对旱地雨养区冬小麦产量和氮平衡的影响

通过在陕西杨凌进行的3年田间试验研究了减氮+秸秆还田以及添加双氰胺(DCD)对旱地雨养区冬小麦-夏休闲种植模式小麦产量和氮平衡的影响.试验共设置不施氮肥(CK)、施氮220 kg·hm^-2+秸秆不还田(FP)、施氮150 kg·hm^-2+秸秆还田(OPT)和施氮150 kg·hm^-2+秸秆还田+7.5 kg·hm^-2双氰胺(OPT+DCD)4个处理.结果表明:与FP相比,OPT处理产量略降低,但差异不显著,而氮肥利用率增加6.1%,氮肥表观损失率减小7.2%; OPT+DCD处理小麦产量和氮肥利用率均最高,且氮肥表观损失率最低,3年平均产量分别比OPT和FP高10.4%和7.9%,氮肥利用率高20.8%和28.1%,氮肥表观损失率减少8.5%和15.1%.施肥40~45 d内,添加DCD可以提高表层土壤NH₄⁺-N的含量,减少NO₃^--N的累积.     

长期不同磷肥施用量对砂姜黑土真菌多样性、群落组成和种间关系的影响

以安徽蒙城砂姜黑土氮磷钾肥肥效长期定位试验为平台,选取P0(不施磷肥)、P1(P_2O_5 45 kg/hm~2)和P2(P_2O_5 90 kg/hm~2)3个磷肥施用梯度,采用现代高通量测序技术,探索长期施用磷肥对真菌多样性、群落组成和种间关系的影响。结果发现真菌多样性随磷肥施入量增加而降低,且与全磷和有效磷均成显著负相关。磷肥施用导致真菌群落组成发生明显改变,冗余分析结果表明这与全磷和可溶性有机碳密切相关。P1和P2中子囊菌门和子囊菌纲显著升高,而被孢霉菌门和被孢霉菌纲则显著降低。在属水平上,施磷处理中腐生营养型真菌显著升高,而病原型和共生型真菌显著降低:其中P0中Sagenomella、Simplicillium、Magnaporthiopsis、Schizothecium和Nigrospora等5个属相对丰度最高;P1中Plenodomus、Penicillium和Arthrobotrys相对丰度最高;P2中Cyphellophora、Zopfiella、Guehomyces、Mortierella和Mucor等5个属相对丰度最高。网络分析发现施磷后真菌网络复杂度和稳定性升高,物种间正相关关系增加,负相关关系减少。因此在砂姜黑土区长期施用磷肥可降低真菌多样性,增加土壤中腐生营养型真菌、减少共生或病原菌数量,同时提高物种间网络复杂度和稳定性。以上结果表明磷肥施用对促进土壤养分循环,控制植物病害、维持地下生态系统稳定性具有重要作用。     

玉米秸秆还田对黑土微生物群落功能多样性的影响

为了解玉米秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用ECO-Biolog微平板法,分析了以无玉米秸秆还田为对照(CK),6000 kg·hm^-2(S1)、9000 kg·hm^-2(S2)、12000 kg·hm^-2(S3)和15000 kg·hm^-2(S4)四个秸秆还田量的土壤微生物碳源代谢特征。结果表明:随着玉米秸秆还田量的增加,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)也随之增加,24~96 h的AWCD值变化迅速,96 h后进入平稳期,S4处理AWCD值始终大于其他处理;秸秆还田对Shannon指数与Simpson指数没有显著影响(P>0.05),但与CK相比,S4处理McIntosh指数显著增加了57.5%(P<0.05);主成分分析结果显示,秸秆还田影响着土壤微生物群落碳代谢能力,S1、CK、S2和S3处理在PC1和PC2上出现显著的分异,糖类、多聚物类、羧酸类碳源是研究区域内土壤微生物利用的主要碳源。因此,在东北黑土区增加玉米秸秆还田量能够提高土壤微生物对碳源的利用能力,提升黑土肥力。     

深松和秸秆还田对甘肃引黄灌区土壤物理性状和玉米生产的影响

通过在甘肃引黄灌区灰钙土2015—2017年的田间试验,研究深松35 cm秸秆还田、深松35 cm秸秆不还田与传统旋耕秸秆不还田对土壤紧实度、容重、入渗率和0～100 cm土层土壤水分、玉米产量、养分吸收量的影响.结果表明: 与深松35 cm秸秆不还田及旋耕秸秆不还田相比,深松35 cm秸秆还田使0～40 cm土层土壤紧实度和容重降低最明显,2017年收获后紧实度与容重较2015年试验前分别下降42.6%、7.0%,且2016和2017年播种前与收获后0～40 cm土层紧实度和容重的变幅最小,紧实度变异系数平均为6.1%,容重为3.2%,土壤入渗率较旋耕秸秆不还田提高33.6%;深松35 cm秸秆还田可显著提高春秋两季0～100 cm土层剖面含水量,降低剖面水分变异,0～100 cm土层土壤贮水量较旋耕秸秆不还田春季增加15.5%,秋季增加5.6%,水分利用效率提高32.4%;此外,深松35 cm秸秆还田能促进玉米生产,较旋耕秸秆不还田的经济产量两年平均分别增产25.6%,生物产量提升33.3%,玉米氮、磷、钾养分吸收量分别提高49.6%、51.5%和37.6%.综上,深松35 cm秸秆还田能改善物理土壤特性,稳定耕层物理性状,提高0～100 cm土层剖面水分含量及春秋两季土壤平均贮水量,降低水分变异,是促进玉米水肥高效利用,实现高产的最优措施,为甘肃引黄灌区耕层构建技术的深入研究提供理论依据.     

秸秆还田下施氮量对稻茬晚播小麦土壤氮素盈亏的影响

在大田条件下,研究了不同施氮量对秸秆还田下晚播小麦土壤矿质氮含量变化、秸秆氮释放及小麦产量的影响.结果表明： 0～50 cm土层土壤矿质氮含量随着施氮量的增加而显著增加,随生育进程的推进,N₂₇₀和N₃₆₀处理下层土壤的矿质氮显著积累.秸秆氮素释放量随施氮量增加而增加,越冬至拔节期氮释放量最低,拔节至成熟期释放量占总释氮量的50%以上.全生育期施氮量超过180 kg·hm^-2,土壤氮素开始出现显著的盈余,播种至拔节期氮素表观盈余量显著高于拔节至成熟期.籽粒产量在270 kg·hm^-2施氮量下最高, 更高施氮量下氮素利用效率显著降低.施氮量为270 kg·hm^-2时,有利于秸秆全量还田下晚播小麦兼顾产量和生态效益.     

秸秆还田配施中微量元素对农田土壤有机碳固持的影响

为研究秸秆还田配施中量元素(S)和微量元素(Fe和Zn)对粮田土壤有机碳固持的影响,进行了为期52 d的室内玉米秸秆腐解培养试验. 结果表明:秸秆腐解过程中分别添加S、Fe和Zn元素,均提高了微生物生物量碳(MBC)及土壤CO₂-C矿化速率,52 d腐解培养结束后,CO₂-C的累积矿化量显著提高,但土壤有机碳含量并未显著降低;3种元素中,添加Fe或Zn的处理提高了土壤惰性碳库、惰性碳库比例及土壤有机碳表观平衡,有利于土壤有机碳固持,而添加S的处理却降低了惰性有机碳比例及土壤有机碳表观平衡,不利于有机碳固持. 因此,在施N、P肥基础上,秸秆还田添加S、Fe或Zn均能促进土壤有机碳的矿化进程,但添加Fe或Zn可使更多有机碳固持于土壤中,添加S不利于土壤有机碳的固持.     

玉米秸秆还田对黑土微生物群落功能多样性的影响

为了解玉米秸秆还田对土壤微生物群落功能多样性的影响,采用ECO-Biolog微平板法,分析了以无玉米秸秆还田为对照(CK),6000 kg·hm^-2(S1)、9000 kg·hm^-2(S2)、12000 kg·hm^-2(S3)和15000 kg·hm^-2(S4)四个秸秆还田量的土壤微生物碳源代谢特征。结果表明:随着玉米秸秆还田量的增加,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)也随之增加,24~96 h的AWCD值变化迅速,96 h后进入平稳期,S4处理AWCD值始终大于其他处理;秸秆还田对Shannon指数与Simpson指数没有显著影响(P>0.05),但与CK相比,S4处理McIntosh指数显著增加了57.5%(P<0.05);主成分分析结果显示,秸秆还田影响着土壤微生物群落碳代谢能力,S1、CK、S2和S3处理在PC1和PC2上出现显著的分异,糖类、多聚物类、羧酸类碳源是研究区域内土壤微生物利用的主要碳源。因此,在东北黑土区增加玉米秸秆还田量能够提高土壤微生物对碳源的利用能力,提升黑土肥力。     

稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N2O和CH4排放的影响

以中国科学院辽宁沈阳农田生态系统国家野外科学观测研究站连续两年的试验平台为依托,以潮棕壤为供试土壤,开展了稳定性氮肥配合秸秆还田对水稻产量及N₂O和CH₄排放的影响研究,设置对照(CK)、尿素(U)、尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(U+I)、秸秆还田(S)、秸秆还田+尿素(S+U)、秸秆还田+尿素+脲酶抑制剂+硝化抑制剂(S+U+I)6个处理.结果表明: 与CK相比,尿素显著提高了水稻产量、N₂O和CH₄累积排放及全球增温潜势.硝化抑制剂和脲酶抑制剂与尿素配施可显著减缓N₂O的累积排放.秸秆还田显著增加了N₂O和CH₄累积排放、全球增温潜势和温室气体排放强度.S+U+I处理水稻产量最高,但温室气体排放强度也显著高于其他处理;U+I处理产量略低于S+U+I,但温室气体排放强度最小.秸秆单独还田处理作物产量与对照相比无显著差异.在东北潮棕壤发育的水田中,S+U+I和U+I是相对较优的施肥模式.