不同熟化措施对黑土母质发育的新成土壤有机碳库的影响

基于8年田间定位试验,采用土壤团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,将土壤有机质分为总粗颗粒有机质(活性碳库)、总细颗粒有机质(慢性碳库)和总粉黏粒(惰性碳库) 3个组分,探讨不同熟化措施对黑土母质发育而成的新成土壤总有机碳库及不同活性有机碳库的影响,为黑土严重侵蚀地区母质表露后土壤肥力的快速恢复提供依据。试验设置自然恢复(NatF)、苜蓿种植(Alfa)、无肥(F0C0)、化肥(F1C0)、低量有机肥与化肥配施(F1C1)、高量有机肥与化肥配施(F1C2)等6个熟化处理。结果表明:黑土母质经过8年不同熟化处理后,土壤总有机碳和各组分有机碳含量均显著提高;与NatF相比,有机肥与化肥配施(F1C2和F1C1)对土壤总有机碳的提升作用最为明显,增幅分别为60.7%和41.2%;Alfa其次,增幅18. 2%;F0C0或F1C0处理土壤总有机碳与NatF间无显著差异;F1C2和F1C1处理土壤3个组分有机碳含量均显著高于其他熟化处理,与F1C1相比,F1C2处理对各组分有机碳提升作用更为明显;与NatF相比,Alfa处理土壤有机碳的增加主要表现为粉黏粒结合有机碳的增加;F1C0和F0C0处理土壤总细颗粒有机质和总粉黏粒中有机碳与NatF间无显著差异,总粗颗粒有机质中有机碳含量低于NatF。研究表明,在米豆轮作和传统耕作体系下,农田生态系统高量有机物料投入配施化肥能够加速黑土母质的熟化进程,快速提高土壤中活性碳库和惰性碳库的容量,是严重退化黑土有机质快速提升的有效措施。     

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。     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

肥沃耕层构建对东北黑土区旱地土壤肥力和玉米产量的影响

有机物料还田是提高土壤肥力、改善土壤结构和增加作物产量的重要农艺措施之一。本研究通过分析有机物料深混还田构建肥沃耕层后土壤的有机质、速效养分含量和玉米产量,明确了黑土区不同土壤类型旱地土壤肥力指标和玉米产量对肥沃耕层构建方式的响应特征,以期为实现东北黑土区旱地保护性利用和农业可持续发展提供科学依据。采用小区试验与大区示范相结合的方式,在黑龙江省、吉林省和辽宁省选取9个生态类型区作为试验点,土壤类型包括黑土(中厚黑土和薄层黑土)、草甸土、黑钙土、白浆土、棕壤、暗棕壤和褐土。每个试验点均设置了玉米秸秆深混构建肥沃耕层(CF_Ⅰ)、秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层(CF_Ⅱ)和无有机物料还田(CK)3个处理。其中,CF_Ⅰ、CF_Ⅱ处理的小区试验和大区示范的秸秆还田量分别为10000 kg·hm^-2和全量还田,CF_Ⅱ处理的有机肥施用量为30000 t·hm^-2;CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理中有机物料的还田深度均为0~35 cm。结果表明: 不同土壤类型旱地的土壤肥力差异较大,不同土层表现为亚耕层土壤肥力小于耕层土壤,其中暗棕壤和白浆土尤为突出;棕壤、褐土耕层和亚耕层的土壤肥力均偏低;黑土和草甸土的质地比较黏重和犁底层较厚。在试验时间为两年以上的5个试验点中,与CK相比,CF_Ⅰ和CF_Ⅱ处理耕层的土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量平均增加1.85 g·kg^-1、20.16 mg·kg^-1、1.56 mg·kg^-1和17.2 mg·kg^-1,亚耕层较耕层增加了2.09 g·kg^-1、12.06 mg·kg^-1、2.18 mg·kg^-1和3.84 mg·kg^-1。与CK相比,CF_Ⅰ处理显著增加了耕作层和亚耕层土壤有机质和速效磷含量,CF_Ⅱ处理显著增加了耕作层和亚耕层的全部土壤肥力指标,说明肥沃耕层构建是提高土壤肥力的重要途径,其中玉米秸秆配施有机肥是快速提升土壤肥力的有效方法。受不同地区水热条件和土壤类型等的影响,不同试验区的玉米产量差异较大;不同处理间差异显著,表现为CF_Ⅱ>CF_Ⅰ>CK,说明肥沃耕层构建方式在不同生态类型区均能有效提高玉米产量。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量。不同生态类型区应根据土壤类型、有机物料来源等采取相应的肥沃耕层构建方式,建议在有机肥源充足的区域,优先采用秸秆配合有机肥深混构建肥沃耕层。     

施入不同土层的秸秆腐殖化特征及对玉米产量的影响

耕作和秸秆还田是打破犁底层、改善黑土肥力的重要措施.本研究利用田间试验,分析了耕作和秸秆还田对秸秆腐殖化系数、总有机质含量(SOC)和玉米产量的影响.结果表明:深耕+秸秆施入20～35 cm(ST+S)能够打破犁底层,与浅耕(TT)、深耕(ST)和浅耕+秸秆还田(TT+S)相比,试验6年间土壤容重平均降低了5.7%、3.3%和5.7%,其中ST和ST+S试验第一年效果最好;试验6年后秸秆腐解率表现为0～20 cm土层(72.0%)>20～35 cm土层(59.2%);0～20和20～35 cm土层秸秆腐殖化系数在试验的第一年达到了最大值,分别为15.9%和12.7%;与初始土壤相比,TT、ST和ST+S处理0～20 cm土层SOC和轻组有机碳(LFOC)含量呈下降趋势,而TT+S处理分别增加了2.9%和12.4%,ST+S处理20～35 cm土层分别增加了9.2%和9.9%;对玉米产量的影响表现为ST+S>TT+S>ST>TT,耕作和秸秆还田的时间效应明显,其中ST处理玉米产量的影响可以持续3年,而ST+S处理可以持续6年.因此,通过耕作的方式将秸秆施入20～35 cm土层是一种有效的、可持续改善黑土质量的农业措施.     

家兔胚泡ICM在体外培养系统中的行为

一、用显微外科方法从兔早期胚泡分离来的ICM在所用的体外培养系统中的行为,因ICM的生长状态而不同。呈带状生长的ICM从近端向远处延伸,而细胞的分化则从远端逐渐向近端进行,它具有明显的极性。细胞的分化秩序井然,层次分明。因此呈带状生长的ICM适用于进行细胞分化和细胞谱系的研究。二、呈团块状生长的ICM,没有明显的极性,细胞分化开始于团块的外表面,逐渐向中央进行。细胞分化开始稍晚一些,速度也较慢,这种生长状态的ICM适用于分离胚胎干细胞。三、兔子胚外内胚层从ICM分化来,它经历了二次分化的过程。第一次发生于培养后第三天(相当于交配后第七天),形成第一胚外内胚层-胚外体壁内胚层,它向远处迁移,远离原始外胚层。培养后四天(相当于交配后第八天),形成第二种胚外内胚层-胚外脏壁内胚层,它尾随体壁内胚层向远处迁移,其后缘的部分细胞向原始外胚层附近的滋胚层下面侵润。四、胚外体壁内胚层和脏壁内胚层的细胞是由少数决定了的和离开ICM的细胞分化和增殖而来。五、文中讨论了早期胚胎细胞分化的谱系问题。     

黑土肥沃耕层构建效应

东北黑土区粘重的耕地土壤,经多年不合理耕作后产生了较厚的“犁底层”,成为该地区农业生产的主要限制因子.本研究利用田间试验,分析了构建肥沃耕层对作物产量、土壤物理性质、土壤含水量和微生物数量的影响.结果表明：肥沃耕层构建后,土壤形成了一个深厚的耕层,作物产量增加.与常规耕作法相比,向20～35 cm土层施用秸秆和有机肥使土壤容重分别降低了9.88%和6.20%,总孔隙度分别增加了9.58%和6.02%,饱和导水率分别增加了167.99%和73.78%,表明肥沃耕层的构建能够有效地改善土壤的通气透水性,提高大气降水的入渗能力;向“犁底层”施用秸秆和有机肥处理0～100 cm土层土壤含水量和水分利用效率均显著高于常规耕作法,该处理玉米出苗率与0～35 cm土层土壤含水量之间呈显著正相关关系.肥沃耕层的构建由于增加了土壤中的有机碳源和透气性,从而增加了土壤中的微生物数量.     

土地利用方式对黑土剖面有机碳分布及碳储量的影响

以典型黑土区29年长期定位试验处理下的土壤为对象,研究了农田、裸地、自然草地和落叶松林地4种土地利用方式下土壤剖面(0~200 cm)有机碳及碳储量的分布特征.结果表明:不同土地利用方式下表层(0~10 cm)土壤有机碳含量差异最大,表现为草地>农田>林地>裸地.农田10~120 cm各土层有机碳含量均低于草地、林地和裸地.与农田相比,自然草地对土壤有机碳提升作用明显,其0~60 cm各层土壤有机碳含量均显著高于农田;裸地表层(0~10 cm)土壤有机碳含量显著低于农田;落叶松林地0~20 cm有机碳含量与农田相比无明显变化,但其20~140 cm土层有机碳含量均高于农田.土壤剖面有机碳含量与p H值、容重、粉粒和粘粒含量呈显著负相关,与全氮和砂粒含量呈显著正相关.农田0~200 cm剖面有机碳储量显著低于其他3种利用方式,分别比草地、裸地和林地低13.6%、11.4%和10.9%.农田黑土在增加碳储量及改善环境方面具有很大潜力.     

黑土团聚体结合碳对不同有机肥施用量的响应

以连续11年化肥配施不同剂量有机肥的黑土为研究对象,采用团聚体分组与闭蓄态微团聚体分离技术,研究土壤团聚体及其内部组分有机碳对不同有机肥施用量的响应,以期从团聚体尺度揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。试验设置4个处理:OM0,仅施化肥;OM1,低量有机肥(7.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM2,中量有机肥(15 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM3,高量有机肥(22.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥,各处理化肥用量相同。结果显示,与单施化肥相比,有机培肥处理土壤有机碳水平均有显著提升,低量、中量和高量有机肥处理分别提高了7.1%、12.4%和15.7%。有机培肥促进了土壤的团聚化作用,随着有机肥施用量的增加,250—2000μm团聚体含量增加,粉粘粒含量降低,土壤团聚体的稳定性增强,但与中量有机肥相比,高量有机肥输入对土壤团聚化的作用并不明显。有机培肥加速了土壤大团聚体的周转,大团聚体周转速率随着有机肥施用量的增加而加快。有机肥输入并未影响粉黏粒结合有机碳浓度,表明在无有机肥投入的传统管理措施下,黑土粉黏粒已接近或达到碳饱和水平。随着有机肥输入的增加,微团聚体有机碳小幅增加,大团聚体有机碳增加趋势明显,而当有机肥用量最大时,微团聚体有机碳无显著变化,仅大团聚体有机碳仍继续增加,表明高量有机肥投入下微团聚体有机碳库已达到饱和,而更多的新增碳流向大团聚体。对大团聚体内部组分解析发现,高量有机肥处理下大团聚体有机碳的增加主要归因于粗颗粒有机质的增加。这些结果表明,黑土团聚体对有机碳的固持存在由小到大的等级饱和机制,随着有机肥输入的增加,粉粘粒最先达到饱和,然后是微团聚体,而更多的新增碳向周转不断加速的大团聚体富集,固持在活性相对较强的有机碳库—粗颗粒有机质之中。     

黑土肥沃耕层构建效应

东北黑土区粘重的耕地土壤,经多年不合理耕作后产生了较厚的“犁底层”,成为该地区农业生产的主要限制因子.本研究利用田间试验,分析了构建肥沃耕层对作物产量、土壤物理性质、土壤含水量和微生物数量的影响.结果表明：肥沃耕层构建后,土壤形成了一个深厚的耕层,作物产量增加.与常规耕作法相比,向20～35 cm土层施用秸秆和有机肥使土壤容重分别降低了9.88%和6.20%,总孔隙度分别增加了9.58%和6.02%,饱和导水率分别增加了167.99%和73.78%,表明肥沃耕层的构建能够有效地改善土壤的通气透水性,提高大气降水的入渗能力;向“犁底层”施用秸秆和有机肥处理0～100 cm土层土壤含水量和水分利用效率均显著高于常规耕作法,该处理玉米出苗率与0～35 cm土层土壤含水量之间呈显著正相关关系.肥沃耕层的构建由于增加了土壤中的有机碳源和透气性,从而增加了土壤中的微生物数量.