华北平原种养一体规模化农场氮素流动特征及利用效率——以河北津龙循环农业园区为例

种养一体规模化、集约化是华北平原农业发展的必然趋势,而氮素是连接种植养殖的主要养分资源,以河北津龙循环农业园区为例,采用文献资料、实地调查方法分析农场水平氮素流动特征及利用率,并通过情景分析方法提出农场氮素管理措施,为实现农场水平氮养分资源高效利用、提高农场生产系统生产力和改善华北平原循环农业模式提供技术支撑和科学依据.结果表明: 在农场水平下,化肥和有机肥输入氮量674.6 kg·hm^-2·a^-1,占总输入氮量的88.3%,氮利用率为41.5%,种植系统氮盈余量190.7 kg·hm^-2·a^-1,施氮量过多是造成种植系统氮利用率低和氮素盈余量高的主要原因.养殖系统中外购饲料提供氮量占饲料总输入氮量的83.2%,粪尿排氮量为776.6 t·a^-1,而还田比例仅为36.3%,氮利用率19.7%.农场水平氮总利用率为40.7%.情景分析表明,农田减少化肥施氮量50%(情景1)、增加来自农场内部玉米籽粒产量(情景2)措施,可分别使种植系统氮利用率提高34.6%和15.6%,同时农场水平氮总利用率分别提高18.7%和9.8%;另外,优化养殖系统饲料结构(情景3),可使氮总利用率提高19.1%.因此,减少化肥氮施用量、调整作物种植结构、优化饲料结构等,是提高农场氮生产力和实现环境友好双赢效果的措施和途径.     

内蒙古自治区土壤有机碳、氮蓄积量的空间特征

采用全国策二次土壤普查中内蒙古自治区的典型土种剖面资料,在剖面深度的基础上,用地统计学和地理信息系统(GIS)方法,分别按土壤类型和土地覆被类型计算了土壤有机碳、氮密度,分析了内蒙古自治区土壤有机碳、氮蓄积量的空间分布特征,探讨了土壤有机碳、氮蓄积量与主要气候要素的关系．结果表明,内蒙古自治区土壤有机碳密度处于3．24-43．24kg·m^-3之间,土壤有机氮密度处于269．56-3085．60g·m^-3之间,土壤碳、氮比(C／N)大致在4．46-17．13之间．土壤有机碳、氮密度与温度呈负相关,相关系数分别为0．557和0．460(n＝245);与年均降水量呈正相关,但相关性不是很强,相关系数分别为0．285和0．203．从内蒙古自治区东北地区到西南地区,土壤有机碳、氮蓄积量随着温度递升和降水量递减呈现降低的趋势。     

城市土壤活性碳、氮分布特征及影响因素

为揭示城市绿地土壤活性碳氮分布特征及影响因素,选取合肥市不同类型绿地(蜀山森林公园、公园绿地、道路绿地、学校绿地、居住区绿地、工厂绿地)土壤为研究对象,对其0 ～ 30 cm土壤微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)、溶解性有机碳(DOC)、溶解性有机氮(DON)等活性组分进行研究.结果表明,绿地类型对土壤活性碳氮含量影响显著(P＜0.05),各活性碳氮含量随土层深度的增加而降低.城区内各人工绿地土壤活性碳氮含量均低于郊区蜀山森林公园绿地:MBC下降了46.81％ ～ 64.39％,MBN下降了49.90％ ～80.13％,DOC下降了28.95％ ～45.52％,DON下降了5.67％ ～48.90％,表明土地利用变化是导致绿地土壤活性碳氮变化的主要因素.相关分析表明,研究区域内MBC与MBN、DON正相关(P＜0.01),MBN与DOC正相关(P＜0.01),DOC与DON正相关(P＜0.01).研究还发现,土壤pH与活性碳、氮间均呈负相关关系(P＜0.01),表明适当降低城市土壤碱性污染物的侵入有利于土壤活性碳氮的积累.     

鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子

在南矶湿地国家级自然保护区设置采样带,对鄱阳湖典型湿地土壤有机碳分布及影响因子进行了研究。结果表明:1)湿地土壤0～15、15～30、30～50cm有机碳含量分别为1.07%～3.52%、0.31%～1.96%、0.27%～0.92%,有机碳含量自表层以下急剧降低。2)湿地土壤0～50cm有机碳密度变化范围为3.02～10.19kg·m-2,其中,表层0～15cm约占42.5%～72.6%;土壤有机碳含量、碳密度均以苔草植物群落最高,其他依次为南荻群落、南荻+苔草群落、芦苇群落、水蓼群落。3)土壤水分与植物生物量是鄱阳湖湿地土壤有机碳分布的2个主要影响因子,土壤水分能解释湿地表层0～15cm有机碳40%的变异,总生物量则能解释28%的土壤有机碳变异。4)鄱阳湖湿地碳密度与长江中下游地区的湖泊湿地类型具有较好的可比性,远低于若尔盖、三江平原等冷区泥炭湿地类型。     

Effects of grassland conversion to cropland and forest on soil organic carbon and dissolved organic carbon in the farming-pastoral ecotone of Inner Mongolia

Effects of grassland conversion to cropland and forest on soil organic carbon (SOC), dissolved organic carbon (DOC) in the farming-pastoral ecotone of Inner Mongolia were investigated by direct field sampling. SOC content and DOC content in soil decreased after grassland were shifted to forest or cropland, in the sequence of grassland soil > forest soil > cropland soil. SOC stock declined by 18% after grassland shifted from to forest. Reclamation of cropland for 10 years, 15 years and 20 years lost SOC in 0–30 cm soil layer, by 34%, 14% and 18%, respectively, compared with that of grassland. DOC in 3 soil layers was within 21.1–26.5 mg/L in grassland, 12.1–14.6 mg/L in forest soil, and 8.0–14.0 mg/L in cropland soil. Correlation analysis indicated that SOC content and DOC content were positively dependent on total nitrogen content (p < 0.05), but negatively on bulk density or land use type (p < 0.05). DOC was positively correlated SOC (p < 0.01). Moreover, SOC content could be quantitatively described by a linear combination of land use types (p = 0.000, r² = 0.712), and DOC content by a linear combination of two soil-related variables, land use types and SOC (p = 0.000, r² = 0.861).     

Effects of grassland conversion to cropland and forest on soil organic carbon and dissolved organic carbon in the farming-pastoral ecotone of Inner Mongolia

Effects of grassland conversion to cropland and forest on soil organic carbon (SOC), dissolved organic carbon (DOC) in the farming-pastoral ecotone of Inner Mongolia were investigated by direct field sampling. SOC content and DOC content in soil decreased after grassland were shifted to forest or cropland, in the sequence of grassland soil > forest soil > cropland soil. SOC stock declined by 18% after grassland shifted from to forest. Reclamation of cropland for 10 years, 15 years and 20 years lost SOC in 0–30 cm soil layer, by 34%, 14% and 18%, respectively, compared with that of grassland. DOC in 3 soil layers was within 21.1–26.5 mg/L in grassland, 12.1–14.6 mg/L in forest soil, and 8.0–14.0 mg/L in cropland soil. Correlation analysis indicated that SOC content and DOC content were positively dependent on total nitrogen content (p < 0.05), but negatively on bulk density or land use type (p < 0.05). DOC was positively correlated SOC (p < 0.01). Moreover, SOC content could be quantitatively described by a linear combination of land use types (p = 0.000, r² = 0.712), and DOC content by a linear combination of two soil-related variables, land use types and SOC (p = 0.000, r² = 0.861).     

赤峰市敖汉旗土壤有机碳含量的垂直分布及其影响因素

选取内蒙古赤峰市敖汉旗为研究对象,运用广义相加模型—分析敖汉旗0—100 cm深度土壤有机碳含量的空间变异特征,分析影响土壤有机碳空间变异的主导因素。结果表明,0—100 cm深度土壤有机碳含量的变化范围为0.23—20.71 g/kg,且随着土壤深度的增加有机碳含量逐渐降低。广义相加模型可以较为准确地解释土壤有机碳含量与环境因素之间的关系。植被因素的变化是影响表层土壤有机碳含量最重要的因素;在深层土壤中,含水率的变化是影响有机碳含量的主要因素。影响土壤有机碳空间变异的主导因素随着土壤深度的变化也表现出较大的差异。     

喀斯特峰丛洼地土壤有机质的空间变化及其对干扰的响应

通过网格(10 m×10 m)取样,运用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4类典型干扰区表层土壤（0～20 cm）有机质的空间变异、分布,及其生态学过程和机制.结果表明:随着干扰强度降低,植被由农作物(Ⅰ)—人工林(Ⅱ)—次生林(Ⅲ)—原生林(Ⅳ)顺向演替,土壤有机质逐步提高,且达到了显著水平(P＜0.05).4类干扰区均具有良好的空间自相关性,不同干扰区空间变异特征不同,除Ⅲ类干扰区土壤有机质半变异函数优化符合指数模型外,其他3类干扰区均符合高斯模型;Ⅰ类区土壤有机质的空间自相关呈中等程度,C₀/(C₀+C)值达26.5%,其他3类干扰区C₀/(C₀+C)值在9.0%～22.6%,呈强烈的空间相关性;由于人类干扰强烈,Ⅰ和Ⅱ类区呈低能量匀质状态,变程及空间自相关范围较大,Ⅳ类区植被覆盖率较高,变程也较大;Ⅲ类区干扰强度中等,植被类型多且分布不均,变程最小;Ⅱ和Ⅳ类区的分维数（D）值较小,土壤有机质的空间依赖性较强;而Ⅰ和Ⅲ类区D值较大, 土壤有机质空间分布的随机变异较大;Ⅰ和Ⅱ类区土壤有机质呈单峰分布,Ⅲ类区土壤有机质呈凹型分布,Ⅳ类区呈凸型分布.减少干扰是喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统土壤质量改善、植被迅速恢复及生态重建的重要保障.     

1981-2019年华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及影响机制

农业土壤具有可观的固碳及减碳潜力,有助于减缓人类温室气体排放导致的气候变化。为了更好地了解华北平原土壤有机碳储量动态及其驱动因子,结合荟萃分析、随机森林机器学习模型和卫星遥感数据,研究了1981-2019年间中国华北平原农田土壤有机碳储量的时空变化及其驱动因子。结果表明,1981-2019年间华北平原0-20 cm农田土壤有机碳储量约为（523.10±79.36） Tg C （（14.56±1.66） Mg C/hm²）,并以5.94 Tg C/a （0.12 Mg C hm^-2 a^-1）的年固持速率稳步增长,占比约为中国农田每年新增土壤有机碳的23.3%。其中,常规农田管理措施,包括无机肥施用、有机肥施用和秸秆还田,对土壤有机碳增长的贡献平均为25.1%,即1.49 Tg C/a （0.03 Mg C hm^-2 a^-1）。相比对照组,氮磷钾无机肥施用可提高22.7%-26.0%的土壤有机碳固定速率,有机肥可提高48.3%,秸秆还田可提高23.4%。同时,上述常规农田管理措施对土壤有机碳的积累作用受到土壤本身理化性质的调控,在温度和降水较高的气候条件下更显著。值得注意的是,无论是无机肥施用、有机肥施用还是秸秆还田,当投入量超过农作物和土壤微生物对碳和养分的需求时,土壤有机碳累积速率会显著下降。这也导致2000年后土壤有机碳固持速率明显减缓,由9.4 Tg C/a下降为3.5 Tg C/a。总的来说,过去几十年农田管理措施的改进显著提高了华北平原农田土壤有机碳的增加速率,而未来华北平原农田系统固碳潜力仍然可观,但亟待明确在保证粮食产量的同时不同气候和土壤环境条件下最佳固碳所需的化肥、有机肥和秸秆投入量。     

河南封丘县域农田土壤固碳速率空间变异特征及其影响因素

农田土壤固碳速率是评价土壤固碳效应和潜力的重要指标,精确估算区域农田土壤固碳速率对土壤地力及环境效应均具有重要意义.本研究选取黄淮海平原典型潮土区河南省封丘县为研究区域,按照土壤利用-土壤类型联合单元布点法,于2011年采集了70个耕层土样,测定了土壤有机碳含量、机械组成、容重、pH,并与全国第二次土壤普查(1981年)数据进行对比分析,结合地统计方法和GIS技术研究了该地区近30年农田土壤固碳速率的空间变异特征,利用显著性检验、回归分析、方差分析等方法定量分析了该区域农田土壤固碳速率的影响因素.结果表明: 近30年封丘县域土壤固碳速率平均值为0.33 t C·hm^-2·a^-1,变异系数为74%,属于中等变异性;土壤固碳速率的变化在东西方向上表现为西高东低、中部高南北低,呈片状分布,区域结构性因素是引起农田土壤固碳速率空间分布差异的主导因素,如土壤类型、机械组成、容重、pH,可解释空间变异的59.5%,其次是随机性因素,如秸秆还田量、施肥量,可解释空间变异的40.5%.     

内蒙古退化荒漠草原土壤有机碳和微生物生物量碳含量的季节变化

为探明荒漠草原土壤有机碳（SOC）和微生物生物量碳（MBC）含量特征,分别在内蒙古达茂旗、四子王旗和苏尼特右旗设置样地,依次代表轻度、中度和重度退化草地,分析了不同样地表层土壤(0～20 cm)SOC和MBC含量变化及季节动态.结果表明：退化草地SOC和MBC含量均随草地退化程度增加而减小;除2006年夏季外,轻度、中度退化荒漠草地的土壤可培养微生物总数都高于重度退化荒漠草地;MBC含量和土壤可培养微生物总数均在夏秋季较高,春冬季较低.相关分析结果显示,SOC含量与MBC含量之间呈极显著正相关（P<0.01）,说明两者均可作为评价荒漠草原草地退化的敏感指标.     

内生多粘类芽孢杆菌S-7对甜菜光合作用及产量和品质的影响

研究了内生多粘类芽孢杆菌（Paenibacillus polymyxa）S-7对甜菜叶片光合参数和产量的影响.结果表明：接种内生多粘类芽孢杆菌S-7能显著促进甜菜光合作用,其中叶片净光合速率(P_n)、气孔限制值(L_s)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r )的平均值分别提高了16.11%、23.82%、41.91%和34.80%;叶片胞间CO₂浓度(C_i)平均值降低了21.09%.生物学产量和含糖率分别提高了25.63%和17.46%,促进了甜菜产量和品质提高.表明内生菌不仅影响甜菜光合参数,而且对甜菜产量和品质的提高具有明显的促进作用.     

粤北低山林地改建梯田对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响

为了阐明土地利用方式转变对土壤碳、氮、磷及其化学计量特征的影响,以粤北低山区4种土地利用方式:自然林地、坡地果园、旱作梯田和稻作梯田为研究对象,探索20年生林地向梯田转变后土壤有机碳(OC)、全氮(TN)和全磷(TP)的含量、储量及化学计量变化特征.结果表明:土地利用转变明显改变了 土壤碳、氮、磷含量和化学计量特征,随...     

Variations in life-form composition and foliar carbon isotope discrimination among eight plant communities under different soil moisture conditions in the Xilin River Basin,Inner Mongolia,China

Water is one of the key limiting factors for the survival and growth of plant species in arid and semi-arid steppe regions. Different plant functional groups (PFGs) based on life-forms differ in their strategies to cope with limited water availability. The foliar carbon isotope discrimination () value provides an integrated measurement of internal plant physiological and external environmental properties affecting photosynthetic gas exchange over the time interval when the carbon was fixed. In this study, we surveyed the composition and values of various life-forms (shrubs, sub-shrubs, perennial grasses, perennial forbs and annuals) in eight different plant communities along a soil moisture gradient in the Xilin River Basin, Inner Mongolia, China. Our results showed that: (1) life-forms occurred variously in eight steppe communities with different soil moisture status; (2) in wetter habitats, forbs were more abundant and accounted for the majority of aboveground biomass, whereas grasses became more important in drier habitats. Shrubs and sub-shrubs increased with decreasing soil water availability and their relative biomass rapidly increased in degraded steppe and sand dune communities. (3) The numerical order of the mean values of life-forms is as follows: perennial grasses (15.86) < shrubs (16.10) < perennial forbs (16.45)=annuals (16.41) < sub-shrubs (17.55), reflecting their differences in water use efficiencies. The significant differences in the values among these life-forms suggested that life-form-based PFGs not only represent a morphological classification of these plants, but could also represent a functional group integrating different physiological processes such as water use strategies, which may partially explain the differences in PFG composition and competitive ability of co-existing species along environmental gradients in the Xilin River Basin.     

内蒙古包头黄河湿地土壤碳氮磷含量及其生态化学计量学特征

为探究内蒙古包头黄河湿地土壤空间分布特征、生态化学计量学特征及其指示意义,以黄河包头段沿线从东到西的3种典型类型共6块湿地为研究对象,对其不同土层土壤碳(C)、氮(N)和磷(P)化学计量特征及环境因素进行研究分析。结果表明:1)SOC、TN和TP平均值分别为11.20、0.42、0.98 g/kg,SOC、TN含量随土层深度增加而垂直波动减小,TP含量垂直方向上差异不显著。2)土壤C/N、C/P、N/P平均值分别为25.39、9.26、0.37,与中国淋溶土、干旱土和沼泽湿地土壤相比,包头市黄河湿地土壤TN含量、C/P和N/P较低,TP含量较高。3)相关性分析结果显示,土壤TN与SOC、TP、N/P和C/P具极显著正相关(P<0.01),与C/N相关性不显著;土壤TP与SOC、TN、C/N和C/P呈极显著正相关(P<0.01),与N/P相关性不显著,TP含量高但有效性较低,TN含量及其有效性可能是限制包头黄河湿地土壤碳、氮、磷等元素循环及其生态化学计量特征的关键因子。研究结果将为包头黄河湿地的植被重建、生态修复和科学管理提供理论依据。     

施氮频率和强度对内蒙古温带草原土壤pH及碳、氮、磷含量的影响

以内蒙古温带典型草原为研究对象,通过 9 个氮沉降梯度以及一年 12 次和一年 2 次的施氮频率比对,经过4年的氮沉降模拟,研究不同氮沉降强度和频率对不同土层土壤 pH 及碳、氮、磷含量的影响.结果表明: 随着施氮强度的增加,土壤 pH 及全磷含量逐渐降低,但土壤有效氮和有效磷的含量呈增加趋势,可溶性有机碳(DOC)含量无明显变化规律,而土壤全碳、全氮含量基本保持不变.与更接近于自然氮沉降状况的一年 12 次施氮相比,一年 2 次施氮明显高估了氮沉降在降低土壤 pH和增加有效磷含量上的作用,低估了氮沉降在增加土壤有效氮含量上的作用,其中0～5 cm土层差异显著.     

黄土丘陵区表层土壤有机碳沿降水梯度的分布

沿368～591 mm降水量梯度选取7个调查地点、共63个调查样点,在每个样点选择恢复年限相近的林地、草地和农地,调查表层（0～30 cm）土壤有机碳的分布特征,分析气候、土层深度和土地利用类型等因素对土壤有机碳分布的影响.结果表明： 在黄土丘陵区368～591 mm的降水量范围内,表层土壤有机碳含量表现为草地（8.70 g·kg^-1）>林地（7.88 g·kg^-1）>农地（7.73 g·kg^-1）,土壤有机碳密度表现为草地（20.28 kg·m^-2）>农地（19.34 kg·m^-2）>林地（17.14 kg·m^-2）.林地、草地、农地的土壤有机碳含量无显著差异,综合3种土地利用类型的数据分析表明,不同降雨梯度下土壤有机碳含量差异显著（P<0.001）,土壤有机碳含量（r=0.838,P<0.001）与年均降水量间存在显著线性正相关关系;由北向南（以最北端鄂尔多斯为起点）,土壤有机碳含量沿着368～591 mm的年均降水量梯度的递增速率为0.04 g·kg^-1·mm^-1,土壤有机碳密度的递增速率为0.08 kg·m^-2·mm^-1.年均降水量、土壤黏粒含量、林下枯落物蓄积量和农作物根系密度可较好地模拟表层土壤有机碳分布.     

松嫩平原玉米带土壤碳氮储量的空间特征

利用第二次全国和县级土壤普查的382个典型土壤剖面资料和1∶50万数字化土壤图建立土壤剖面空间数据库,利用土壤类型法估算松嫩平原玉米带土壤碳、氮储量,分析土壤有机碳、氮密度的空间分布特征,探讨土壤有机碳、氮密度与土壤类型和土地利用类型之间的关系.结果表明:松嫩平原玉米带土壤有机碳、氮储量分别为(163.12±26.48)Tg和(9.53±1.75)Tg,土壤碳、氮储量主要集中在草甸土、黑钙土和黑土等土类中.土壤有机碳、氮密度分别为5.51～25.25和0.37～0.80kg·m-2,土壤C/N值大致在7.90～12.67.土壤有机碳、氮密度的空间分布均表现为东部和北部高、西部低.在不同土地利用类型中,旱田土壤的有机碳密度最高,为(19.07±2.44)kg·m-2;林地土壤的氮密度最高,为(0.82±0.25)kg·m-2;水田土壤的碳、氮密度均较低.     

Effects of Irrigation and Nitrogen on the Performance of Aerobic Rice in Northern China

Aerobic rice is a new production system in which specially-developed varieties are grown under non-flooded, non-puddled, and non-saturated soil conditions. In 2003-2004, irrigation x Nitrogen experiments were carried out near Beijing using variety HD297. Water treatments included four irrigation levels, and Nitrogen treatments included different fertilizer N application rates and different numbers of N splits. The highest yields were 4460 kg/ha with 688 mm of total (rain plus irrigation) water input in 2003 and 6 026 kg/ha with 705 mm of water input in 2004. Because of the quite even distribution of rainfall in both years, the four irrigation treatments did not result in large differences of soil water conditions. There were few significant effects of irrigation on biomass accumulation, but yield increased with the total amount of water applied. High yields coincided with high harvest index and high percentages of grain filling. The application of fertilizer N either reduced biomass and yield or kept it at the same level as 0 N and consistently reduced the percentage grain filling and 1 000-grain weight. With the highest water application, five splits of N gave higher yield than three splits, whereas three splits gave higher yield than five splits with lower water applications.