有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响,优化草甸土耕作层结构、提高作物产量,2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地,在玉米播种前设置了秸秆浅混还田(CT,0~15cm)、秸秆深混还田(STS,0~35cm)、秸秆和有机肥深混还田(STSM,0~35 cm)、无秸秆还田常规耕作(CK)4个处理。对玉米收获后的土壤进行取样分析,测定0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构,并采用结构方程模式、Mantel test和随机森林方法分析土壤孔隙结构调控玉米产量的途径。结果表明,经CT、STS和STSM处理后的0~15 cm土层土壤容重与CK处理相比显著下降了5.2%~7.8%(P<0.05),而田间持水量和饱和导水率均呈现上升趋势,分别显著增加了7.8%~16.6%和77.5%~325%(P<0.05);STS和STSM处理进一步显著改变了>15~35 cm土层上述3个土壤物理性质。CT扫描结果显示,有机物料还田显著改善了相应土层土壤结构。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度;与CT处理相比,STS和STSM处理>15~35 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度分别显著增加了1.2倍~1.3倍和47.5%~58.9%(P<0.05)。有机物料还田增加了土壤孔隙的复杂性和连通性。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层的各向异性和分形维数,降低了欧拉数(P<0.05);STS和STSM处理显著改善了15~35 cm土层土壤孔隙结构。不同处理间玉米产量表现为STSM>STS>CT>CK。结构方程模型结果显示,0~15 cm土层土壤孔隙结构可以直接影响玉米产量或者通过影响容重和饱和导水率间接影响玉米产量,而15~35 cm土层土壤孔隙结构只能通过影响田间持水量间接影响玉米产量。0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构能够解释玉米产量的81.9%,15~35 cm土层对玉米产量的贡献大于0~15 cm土层。有机物料深混还田通过改变0~35 cm土层草甸土物理性质和孔隙分布,增加孔隙结构的复杂性和连通性,优化耕层结构,具备提高玉米产量的潜力,其中秸秆和有机物配合施用的效果优于单独秸秆还田。如果草甸土分布区有机肥源充足,建议利用秸秆和有机肥料进行深混还田可建立良好的土壤肥力,可以有效增加玉米产量。

氮肥施用条件下大豆固氮能力-产量-品质的综合评价

为评价不同氮肥施用条件下不同生育时期大豆品种根瘤固氮能力、产量和品质协同提升情况,文章以不施氮肥处理作为对照,采用主成分分析和隶属函数加权法对不同处理下的大豆根瘤固氮能力、产量和品质进行综合评价。结果表明,不同氮肥处理条件下高蛋白和低蛋白大豆根瘤固氮、产量和品质指标响应不同,各指标间相关性较高。主成分分析表明,4个主成分为影响不同处理大豆根瘤固氮、产质量协同提高系数的主要指标。隶属函数评价和分析计算表明,不同处理条件下低蛋白大豆品种根瘤固氮、产质量协同提高能力大小表现为:VOS-DN>ROS-DN>ROS-GN>ROS-CK>VOS-CK>VOS-GN;高蛋白大豆品种表现为:RPS-DN>VPS-DN> RPS-CK>VPS-CK>VPS-GN>RPS-GN,低蛋白大豆综合评分高于高蛋白大豆。

不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响

为探究不同有机物料还田对白浆土土壤化学计量特征及胞外酶活性的影响,在东北白浆土地区开展2 a定位试验,设置常规耕作对照(CK,无秸秆无有机肥添加)、秸秆还田(S)、有机肥还田(M)和秸秆搭配有机肥还田(SM)共4个处理。结果表明,与CK相比,施用有机物料均可增加土壤有机碳、全氮和全磷含量,分别增加1.81%~6.91%、1.54%~7.48%和2.04%~7.26%,但对土壤C∶N、C∶P、N∶P无显著影响。施用有机物料均可显著增加土壤碳、氮、磷获取酶的活性,其中土壤氮获取酶活性的增加最为显著,增幅为60.03%~131.15%,且有机肥还田和秸秆搭配有机肥还田对3种土壤获取酶的提升效果优于秸秆还田处理。胞外酶化学计量散点图结果表明,土壤微生物群落受碳和磷的共同限制,而有机物料的投入可缓解这种限制;基于随机森林分析发现,土壤有效磷、碱解氮、微生物生物量碳、微生物量氮和微生物量磷是影响土壤微生物碳和磷限制指标的重要因素。

化肥有机肥配施对黑土团聚体稳定性及其富里酸结构的影响

为探讨化肥有机肥配施对黑土团聚体稳定性及其富里酸结构的影响,依托中国科学院海伦农业生态试验站2001年设置的长期定位试验,分析不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+15000 kg·hm-2有机肥(NPKM1)及化肥+22500 kg·hm-2有机肥(NPKM2)处理对土壤团聚体稳定性、团聚体富里酸结构及光学特性的影响。结果表明:(1)化肥有机肥配施显著提高了0~40 cm土层>0.25 mm团聚体分布比例,增强了土壤团聚体稳定性;与CK相比,NPKM1和NPKM2处理的0~20 cm土层>0.25 mm团聚体分布比例分别增加6.2%~26.3%和8.4%~50.2%。(2)土壤各粒径团聚体富里酸包含类富里酸、类胡敏酸和类蛋白质共3种荧光组分,化肥有机肥配施提高了类富里酸、类胡敏酸组分荧光强度及百分比和类蛋白质组分荧光强度,降低了类蛋白质组分荧光强度百分比;与CK相比,NPKM1和NPKM2处理>0.25 mm团聚体富里酸的类富里酸和类胡敏酸组分荧光强度分别提高7.0%~30.5%和12.8%~45.4%。同时土壤各粒径团聚体富里酸均受自生源和外生源共同作用的影响(FI(荧光指数)>1.4,0.8<BIX(自生源系数)<1.0),呈现强腐殖化和新近自生源特征(3.0<HIX(腐殖化指数)<6.0)。(3)土壤各粒径团聚体富里酸的SUVA 254、SUVA 280和E 4/E 6值随有机肥施用量增加而增加,芳香性增强,分子结构变简单。相关性分析表明,土壤团聚体富里酸荧光组分、芳香性(SUVA 254)、腐殖化程度(HIX、E 4/E 6)是影响团聚体稳定性的重要因素。因此,化肥有机肥配施通过增加团聚体富里酸荧光组分强度,提高团聚体芳香性和腐殖化程度,进而提高土壤团聚体稳定性。

黑土物理特性变化及改善途径

东北黑土区位于世界四大黑土区之一,因其高肥力和有机质含量而闻名。作为我国主要的粮食生产基地之一,在保障国家粮食安全方面具有重要地位。然而,随着东北黑土地的开垦,养分的失调导致了黑土物理特性的变化和功能的退化,从而使得黑土肥力下降,威胁着该地区的粮食安全和生态安全。黑土物理特性发生变化,主要体现在黑土层土壤容重增加,孔隙度降低,水稳性团聚体减少,田间持水量下降等。采用合理的耕作方式和施肥制度能在不同程度上改善土壤物理特性,从而遏制土壤肥力的不断下降。本文总结了自黑土开垦以来土壤容重、水稳性团聚体、田间持水量和饱和导水率的变化,分析了耕作和有机物料等对土壤物理特性的重要调节作用,讨论了不同保护途径如何通过改善土壤物理特性达到提升土壤肥力的目的,最后从制定合理的耕作体系和有机培肥机制,优化作物种植模式等展望了未来黑土重点研究的方向。

有机物料还田对白浆土物理特性及玉米产量的影响

有机物料还田能够改善土壤物理性质,而对于存在障碍性白浆层的低产白浆土,施用不同有机物料对不同土层土壤物理性质及对作物产量影响研究较少。本研究以黑龙江省双鸭山市852农场管理区内典型白浆土为研究对象,通过连续两年不同有机物料还田的试验,探究无有机物料还田(CK)、秸秆还田(S)、有机肥还田(M)、秸秆+有机肥还田(SM)等在深翻条件下对白浆土全耕层(0~35 cm)物理特性以及玉米产量的影响。结果表明,与对照CK比较,S、M和SM处理分别在0~15 cm和15~35 cm土层显著降低了土壤容重和土壤三相比偏离值,增加广义土壤结构指数;其中SM处理0~15 cm和15~35 cm土层土壤容重较CK分别显著降低4.71%和6.10%(P<0.05)。SM处理玉米产量显著高于其它处理,相比CK年平均增产2935 kg·hm^(−2)。相关性分析表明,15~35 cm土壤孔隙度、土壤容重及0~15 cm土壤容重对玉米产量的影响最为显著,其对玉米产量的贡献度分别达到7.32%、7.31%和6.98%。深翻配合秸秆和有机肥还田可以改善白浆土0~35 cm土层物理特性,促使土壤三相结构分布趋于理想状态,增加玉米产量,可为东北白浆土区域构建适宜作物生长的耕层提供理论依据和技术参考。

有机物料配合深耕混合还田快速提升砂质棕壤农业生产力的效果和机理

【目的】提高土壤肥力是增加作物产量的有效方式,我们尝试了不同耕作和有机肥还田方式对砂粒含量较高且贫瘠的土壤的培肥效果。【方法】田间试验于2018年开始,在辽宁南部砂质棕壤进行,供试作物为玉米。以常规浅翻15 cm (T15)为对照,设置了秸秆浅混还田(0-15 cm,T15+S)、深翻35 cm (T35)、秸秆深混还田(0-35 cm,T35+S)、有机肥深混还田(0-35 cm,T35+M)、秸秆有机肥深混还田(0-35 cm,T35+S+M)、免耕(NT)、免耕秸秆覆盖(NT+S)和免耕秸秆条覆盖(HT+HS)处理,共9个处理。2020年玉米收获后,测产,同时取0-15 cm和15-30 cm土层样品,测定土壤pH、有机质和养分含量以及有机碳储量。【结果】试验进行3年后,在0-15 cm土层,T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量增幅较T15分别增加了19.2%和20.4%,而NT和T35处理则显著降低;在15-35 cm土层,T35、T35+S、T35+M和T35+S+M处理土壤有机质含量较T15分别增加了12.5%、24.5%、29.9%和35.7%。深翻和有机物料还田(T35+S、T35+M和T35+S+M)显著增加了玉米产量,与T15处理相比,3年T35+S、T35+M和T35+S+M处理玉米产量平均增加了10%、12.3%和16.4%,而浅翻处理(T15+S、NT、NT+S和HT+HS)不同程度地降低了玉米产量。T15+S、HT+HS和NT+S处理间有机质转化率无显著差异,但与T35+S处理相比平均降低了57.9%,与T35+M处理相比平均降低了78.4%。0-15 cm土壤有机质和pH对玉米产量影响显著,而在15-35 cm土层,除pH外,有机质和养分含量以及有机碳储量均对玉米产量有显著影响。【结论】腐熟猪粪、猪粪和玉米秸秆配合深翻混合还田可以快速提升0-35 cm土层中的土壤有机碳储量,提高有机质的转化率,是较为理想的棕壤快速培肥途径。通过提高深层土壤有机质和养分含量,提高了辽宁南部棕壤的农业生产能力。

典型黑土的黑度与土壤有机质组分关系研究

土壤颜色作为土壤的一项重要物理指标,被广泛应用于土壤诊断、分类以及土壤性质判断。在矿物成分大致相同条件下,土壤有机质(SOM)是控制土壤变黑的重要因素。采用基于CIE L*a*b*颜色分析系统的分光测色仪,并结合土壤物理分组方法,对30个典型黑土及其物理组分(轻组、粗颗粒、细颗粒和矿质结合态有机质)的黑度进行了分析,旨在明确黑土SOM含量与其黑度间的定量关系,揭示不同物理组分对土壤黑度的贡献。结果表明:黑土的黑度与SOM、以及各物理组分的黑度与相应组分的有机碳含量之间,均呈显著正相关关系。而且随着组分稳定程度的增加,这种相关性逐渐增强。从不同组分看,轻组和粗颗粒组分的黑度值大于细颗粒和矿质结合态组分,但相关分析表明,轻组和粗颗粒组分的黑度与原土黑度无显著相关关系,二者对土壤黑度的贡献率仅为2.6%。而矿质结合态组分作为土壤腐殖质的主要储存位置,其对土壤的黑度贡献率达81%以上,是黑土呈现黑色的决定性因素。

大豆扩种计划下黑龙江省大豆生产特点、技术需求及生产建议

为全面掌握大豆扩种计划下黑龙江省大豆生产特点和技术需求,文章以黑龙江省巴彦县、绥棱县、海伦市、北安市和嫩江市5个典型县(市)为研究对象,通过对比系统分析大豆扩种计划实施后典型县(市)大豆种植面积、产量变化及驱动因素,对当前大豆生产中存在问题及技术需求进行总结,提出大豆生产发展建议。结果表明,政策引导和补给激励是扩大大豆种植面积的重要因素,良种、良法、良田综合配套在大豆单产提高上发挥重要作用。大豆生产中存在品种繁多、优质不优价、生产成本与价格矛盾、技术到位率不高、农田基础设施薄弱和新技术宣传推广普及度不高等问题;大豆扩种计划实施过程中需加强特异性、抗逆性品种培育及高产高效栽培模式推广,推进土地规模流转、提高整地质量、改善土壤环境,争取政策扶持、强化特色品牌宣传、提高农民种豆积极性,在大豆扩面同时提升大豆单产,助力黑龙江省大豆产业振兴。

有机物料深混还田对棕壤孔隙结构及玉米产量的影响

土壤孔隙结构在土壤水分和物质运移过程中起着重要作用,开展不同耕作方式和有机物料还田下土壤孔隙结构研究,可为耕地质量评价提供理论依据。本研究于2018年开始,以辽宁南部棕壤为研究对象,以常规耕作(T15)为对照,分析了秸秆浅混还田(0~15 cm)(T15+S)、秸秆深混还田(0~35 cm)(T35+S)和秸秆有机肥配施深混还田(0~35 cm)(T35+SM)对土壤孔隙结构的影响。采集0~15 cm和15~35 cm土层原状土柱,采用CT扫描和图像分析技术,量化土壤孔隙参数,包括孔隙分布特征、>31μm孔隙总数、>31μm孔隙度、成圆率、欧拉数、各向异性和分形维数。结果表明,T35+S和T35+SM处理较T15处理田间持水量显著增加(P<0.05)。与T15处理相比,0~15 cm土层T15+S、T35+S和T35+SM处理>31μm孔隙总数分别显著降低了15.2%、54.4%和60.5%(P<0.05),>31μm孔隙度分别显著降低了26.9%、39.7%和55.1%(P<0.05),不同孔径孔隙数量也表现出显著降低。而在15~35 cm土层T35+S和T35+SM处理>31μm孔隙总数、孔隙度和不同孔径孔隙数量均较T15处理增加。有机物料深混还田改善了上下土层孔隙连通度,促使孔隙形状趋于规则,表现为与T15+S和T15处理相比,0~15 cm和15~35 cm土层下T35+S和T35+SM处理各向异性和欧拉数均显著降低(P<0.05)。与T15处理相比,不同处理玉米产量均显著增加,其中T35+SM处理最高,增产了10.4%(P<0.05)。0~15 cm土层>31μm孔隙总数、孔隙度和500~1000μm孔隙数量与产量相关性最大,分别达到了28.0%、32.2%和27.1%;15~35 cm土层500~1000μm孔隙数量与产量的相关性最大,达到了29.0%。因此,有机物料深混还田可改善土壤孔隙结构,增加土壤保水供水能力,提高了该地区农业生产能力,是较为理想的棕壤地力培育途径。

有机培肥影响土壤团聚体形成与稳定的研究进展

土壤团聚体是土壤生态系统中重要的组成部分,它的形成与稳定过程影响着土壤的物理、化学以及生物学性质,对于土壤结构形成、养分赋存状态也有着重要影响。长期有机培肥能够提高土壤有机质含量,通过为土壤团聚体的形成提供胶结物质,进而促进其形成与稳定过程,是土壤肥力提高和土壤结构改良的重要途径之一。为阐明有机培肥措施对于土壤团聚体形成与稳定机制的影响,本文总结了土壤团聚体结构稳定性、固碳、养分赋存以及微生物变化对该措施的响应,讨论了有机培肥措施与团聚体不同过程之间的联系。长期有机培肥措施能够加快团聚体形成周期,增强团聚体稳定性,增加团聚体养分赋存的总量,提高养分有效性。土壤团聚体形成与稳定过程、机制及养分赋集过程的微生物驱动机制仍缺乏研究,在未来的研究中建议加强多尺度、多要素耦合研究,揭示团聚体对土壤有机培肥响应的过程与机理。

秸秆还田对农田黑土团聚体稳定性及孔隙结构的影响

团聚体作为土壤基本单元,其孔隙结构影响着土壤中的水、肥、气、热,进而影响着土壤生产力。为探究秸秆还田对黑土团聚体的影响,依托中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站9年秸秆还田试验,设置了6 000 kg·hm^(-2)(S1)、9 000 kg·hm^(-2)(S2)、12 000 kg·hm^(-2)(S3)和15 000 kg·hm^(-2)(S4)4个玉米秸秆还田处理,以无秸秆还田为对照(CK),采用湿筛法和显微CT扫描研究水稳性团聚体分布情况和3~5 mm团聚体孔隙结构特征。结果表明,S4、S3、S2、S1水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量与CK相比分别增加120%、92.1%、73.2%、40.4%。S2、S3、S4与CK、S1相比,平均重量直径(MWD)增加13.0%~29.6%(P<0.05)。S4几何平均直径(GMD)相较于CK、S1和S2分别增加35.1%、 25.0%和8.70%(P<0.05),通气孔隙(ED>100μm)相较于S1、 S2分别提高了272%和137%(P<0.05)。S3分形维数与CK、S1相比增加了22.1%和7.97%,S4分形维数与CK、S1、S2相比增加了26.1%、11.6%和6.06%(P<0.05)。与秸秆未还田(CK)处理相比,秸秆还田(S1、S2、S3、S4)处理连通性明显较好,但S3与S4之间分形维数和连通性差异不显著。因此,玉米秸秆还田不仅能提升团聚体稳定性,还能改善团聚体孔隙结构,提高孔隙复杂性和连通性,是一项提升土壤肥力、改善土壤结构和保育黑土的有效技术措施,在东北黑土区具有较好的应用前景。

高油大豆结瘤固氮和籽粒产质量对氮肥的响应

合理施用氮肥可提高大豆结瘤固氮能力,提升产量和品质,同时对于减少农业污染、提高生产效率具有重要的意义。本文研究不同施氮时期和施氮量对高油大豆结瘤固氮、酰脲、产量、脂肪及异黄酮含量的影响,明确高油大豆根瘤数量、固氮酶活性、酰脲与产量、脂肪及异黄酮含量之间的关系,为高油大豆高产优质提供理论依据。采用盆栽试验,通过在V2期(主茎第2节三出复叶全展期)和R1期(始花期),施用不同量0(CK),5 mg N/kg土(LN)和100 mg N/kg土(HN)的氮肥,测定大豆R2期(盛花期)和R5期(鼓粒始期)大豆根瘤数量、干重、固氮酶活性和酰脲含量,及成熟期时大豆籽粒产量、脂肪及异黄酮含量。不同施氮时期和施氮量对大豆结瘤和固氮能力均有显著影响。不论是V2期还是R1期施氮均降低大豆根瘤干重和数量。与CK处理相比,V2期HN处理大豆根瘤数量和干重在R2期分别下降了69.6%和88.4%。固氮酶活性和酰脲含量则均以LN处理最高,V2期和R1期施氮,LN处理在R5期的固氮酶活性较CK处理分别增加了28.5%和18.2%。大豆籽粒产量和脂肪含量均以LN处理最高,而异黄酮含量则以CK处理最高;其中LN处理籽粒脂肪含量较CK处理增加了1.7%~2.0%,HN处理异黄酮含量较CK处理降低了5.2%~11.2%。结构方程结果表明,施氮量负向调控脂肪含量,间接影响大豆产量;并负向调控根瘤数量,间接影响籽粒异黄酮含量。V2期施用氮肥更有利于高油大豆固氮和籽粒产量的提升,而R1期施用氮肥更有利于籽粒脂肪含量的增加;此外施氮量需要控制在5 mg N/kg土为宜。

氮肥对大豆根际土壤微生物群落和代谢的影响

探究不同施氮水平下大豆根际固氮微生物群落和代谢差异,对于合理有效的调控根际生态系统、提高土壤养分利用效率等具有重要意义。采用土壤代谢组学和高通量测序技术,研究了不同施氮处理对大豆根际土壤代谢产物与固氮微生物群落结构的影响。结果表明,无氮和施氮处理下大豆根际土壤代谢产物以及土壤固氮菌群落结构差异显著;共检测到29种差异代谢物,包括有机酸、聚酮类化合物、脂肪酰基类化合物、有机含氮化合物等物质;施氮促进大多数代谢物含量上调,且以有机酸及其衍生物含量最高,而下调代谢物仅1种为脂肪酰基类化合物。差异代谢物通路分析表明,差异代谢产物主要富集在氨基酸合成与碳水化合物代谢等途径;此外,施氮处理显著改变固氮微生物群落结构组成,与无氮处理相比大豆根际土壤中慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium)、固氮氢自养单胞菌属(Azohydromonas),弗兰克氏菌属(Frankia)以及中华根瘤菌属(Sinorhizobium)等相对丰度显著下降。相关性分析表明根际优势固氮菌慢生根瘤菌属、固氮氢自养单胞菌属以及弗兰克氏菌属同大多数上调代谢物呈显著负相关关系,同下调差异代谢物呈显著正相关关系;中华根瘤菌属同大多数上调代谢物呈显著负相关关系。施氮可能通过影响根系分泌物,从而直接或间接对根际土壤固氮微生物群落结构产生影响。研究结果为不同氮肥处理对大豆根际土壤微生物群落及代谢产物的影响提供了理论基础。

耕翻和秸秆还田深度对东北黑土物理性质的影响

为了明确耕翻和秸秆还田深度对土壤物理性质的影响,在东北黑土区中部进行了6 a的耕翻和秸秆还田定位试验,设置了免耕(D0)、浅耕翻(0~20 cm)(D20)、浅耕翻+秸秆(D20S)、深耕翻(0~35 cm)(D35)、深耕翻+秸秆(D35S)、超深耕翻(0~50 cm)(D50)和超深耕翻+秸秆(D50S)7个处理开展研究,秸秆还田处理将10 000 kg/hm2秸秆均匀地还入相应的耕翻土层。结果表明,耕翻和秸秆还田深度是影响土壤物理性质的重要农艺措施。与初始土壤相比,免耕显著增加了0~20cm土层土壤容重,减少了孔隙度、持水量、饱和导水率和>0.25mm水稳性团聚体的含量(WAS>0.25)(P<0.05),而对20~50 cm土层没有显著影响(P>0.05)。在0~20 cm土层,除了D50处理显著降低了WAS>0.25含量以外,D20,D35和D50处理对各项土壤物理指标均没有显著影响;而D20S和D35S处理则显著改善了该层各项土壤物理指标。在>20~35 cm土层,D35、D35S、D50和D50S处理显著改善了该土层各项土壤物理指标(除了2014年的容重)。在>35~50cm土层,D50和D50S处理对各项土壤物理指标改善效果显著,特别是相应土层通气孔隙度和饱和导水率显著增加。研究结果表明耕翻配合秸秆对土壤物理指标的改善效果优于仅耕翻处理。综合评分结果也表明D35S和D50S处理分别对>20~35 cm和>35~50 cm土层土壤物理性质的改善效果最好,说明在质地黏重的黑土上深翻耕或者超深翻耕配合秸秆还田通过土层翻转秸秆全层混合施用能够显著改善全耕作层土壤的物理性质,增加耕层厚度,扩充土壤的水分库容,提高黑土的水分调节能力。

东北黑土区降水特征及其对土壤水分的影响

水分是东北黑土区农业生产的主要限制因子,为了探讨东北黑土区可持续的土壤水分管理方式,该研究以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内为基础,利用SPI(standard precipitation index)值(标准降水指数)研究了该地区1952-2008年的大气降水情况,同时分析了土壤水分对大气降水(1999-2008年)的响应。1952-2008年平均年降水量为540 mm,标准差为121 mm,生长季内平均降水量为473 mm,占年平均降水量的87.60%。利用标准降水指数(SPI)将1952-2008年大气降水划分为7个不同的干/湿状态,分别是极端干旱,严重干旱、中等干旱、平常年份、中等湿润、非常湿润和极端湿润。分析近10 a(1999-2008)大气降水的SPI值发现极端干旱的年份有增加的趋势,同时对生长季末期土壤含水量的影响表现为湿润的年份(2003年,SPI值=1.5)能够显著增加土壤含水量(639.70 mm),而在极端干旱的年份(2004年,SPI=-2.6)土壤含水量达到了最低值(512.21 mm)。年际间降水量的差异也影响了土壤的供水特征特,同时肥料的施用增加了作物对土壤中水分的消耗。根据降水合理地管理东北黑土区的土壤水分对农业的可持续发展具有重要意义。

不同土地利用方式对黑土剖面土壤物理性质的影响

选择地势平坦相毗邻地块的4种不同土地利用方式(农田,CL;落叶松林地,FL;自然草地,GL;裸地,BL),利用环刀法测定了土壤容重、田间持水量和饱和持水量,利用吸管法测定了土壤机械组成,利用湿筛法测定了土壤水稳性团聚体,分析了0—200cm剖面内土壤物理性质的分布、变异程度和相关性。研究结果表明:土地利用方式显著影响了表层(0—20cm)的土壤容重、孔隙度和土壤持水量,容重表现为GL<CL<FL<BL,而孔隙度和田间持水量表现为GL>CL>FL>BL。土地利用方式对剖面土壤颗粒组成的影响表现为GL砂粒含量比较高,BL粉砂含量较高,而FL的粘粒含量较高。粒径>0.25mm团聚体含量(WAS>0.25mm)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均随剖面深度增加而降低,不同土地利用方式间的差异表现在0—60cm土层,为GL>FL>CL>BL。GL和FL由于根系的作用增加了土壤物理性质的变异程度。土壤颗粒组成对土壤容重、饱和持水量和田间持水量都有显著的影响。研究结果表明,自然草地能够显著改善并恢复土壤的物理性质。

秸秆还田后效对玉米氮肥利用率的影响

【目的】玉米秸秆还田已经成为培肥土壤的重要农艺措施之一,研究玉米秸秆还田后效对氮肥利用率的影响,旨在为提出提高氮肥利用率的秸秆还田方式提供理论依据。【方法】以中国科学院海伦农业生态实验站为研究平台,以质地黏重的黑土为研究对象,运用15N同位素示踪技术,以2011年进行秸秆还田的田间试验为基础,于2016年开展不同秸秆还田方式后效对化肥氮利用率影响的研究。以未进行秸秆还田的处理为对照(CK),在同等秸秆还田量下(10 000 kg·hm-2)设置免耕秸秆覆盖(D0),粉碎后的秸秆均匀混于0—20 cm土层(D0-20)、0—35cm土层(D0-35)和20—35 cm土层(D20-35),秸秆平铺于35 cm深度(D35)和50 cm深度(D50)7个处理。【结果】不同秸秆还田方式后效通过促进玉米干物质积累,提高玉米对氮素的吸收,增加玉米的氮素积累进而提高氮素利用率。不同处理对玉米各器官干物质积累的影响表现为D0-35>D20-35>D0-20>CK≥D0>D35>D50,其中D0-35和D20-35(秸秆深混还田后效)处理比其他处理分别显著提高了7.1%—47.7%和2.0%—39.1%(P<0.05)(叶子除外)。不同秸秆还田方式后效对玉米各器官氮含量没有显著影响(P>0.05),但是D0-35、D20-35和D0-20处理显著增加了玉米各器官氮素积累量(P<0.05),与CK、D0、D35、D50处理相比分别提高了15.8%—20.2%、8.5%—18.2%和27.9%—39.5%(P<0.05)。与其他处理相比,D0-35和D20-35处理玉米各器官15N累积量分别显著提高了5.1%—38.4%和9.3%—31.8%。74.1%以上的15N累积在玉米的籽粒中,不同秸秆还田方式后效没有显著影响15N在玉米各器官的分配比例,说明玉米秸秆还田后效通过促进玉米植株整体对肥料氮的吸收来提高氮肥的利用率。D0-35处理氮肥利用率和15N肥料氮的残留率与其他处理相比分别提高了1.9—12.7个百分点和6.9—21.2个百分点,而氮肥损失率则降低了8.8—31.3个百分点;但是与CK处理相比,D0、D35和D50(秸秆层铺后效)处理没有显著增加氮肥利用率,同时D0和D50处理氮素损失率提高了3.6和4.4个百分点;说明秸秆层铺后效有增加氮素损失的风险,而通过秸秆深混还田后效构建肥沃耕层是一种提高氮肥利用率的有效地途径。与CK处理相比,D20-35、D35和D50处理的氮肥贡献率分别显著提高了3.74、4.26、3.79和4.51个百分点(P<0.05),但是不同秸秆还田方式后效之间没有显著查差异(P>0.05)。Pearson相关分析结果表明秸秆还田后效通过促进玉米根系生长、增加土壤中轻组有机碳含量及改善土壤物理性质来提高氮肥利用率。【结论】对于质地黏重的黑土,可以通过增加秸秆还田混合深度,构建肥沃耕层提升土壤肥力和改善土壤结构,能够有效提高氮肥的利用率。

长期施肥对大豆地土壤蒸发和水分利用效率的影响

以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为研究平台,利用Micro-lysimeter法,研究了东北黑土区不同施肥管理对大豆地土壤蒸发和水分利用效率的影响。结果表明:长期施肥通过改变土壤的水分物理性质和作物叶面积指数,进而调控土壤蒸发,不同处理间土壤蒸发表现如下:无肥(F1)>单施化肥(F2)>化肥+有机肥(F3);大豆不同生育时期土壤蒸发强度表现为:开花期-结荚期>子叶期-开花期>出苗期-子叶期>鼓粒期-成熟期>结荚期-鼓粒期,同时土壤蒸发强度与土壤表层含水量间呈显著正相关;在不同施肥管理中化肥+有机肥处理的水分利用效率最高,其次为单施化肥和无肥。因此,在东北黑土区可以通过施肥的方式调控土壤蒸发,提高大气降水的利用效率。

黑土区不同水分处理对大豆产量和水分利用效率的影响

以中国科学院海伦农田生态系统野外科学观测研究站内的2011年水分控制试验为基础,分析了四个水分处理对大豆产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,不同水分处理对大豆生物量与株高的影响表现为过量水处理(I1)>适宜水处理(I2)>自然降水(R)>干旱水处理(I3);I2能够明显改善大豆的农艺性状,增加大豆的百粒重和每株粒数,降低瘪荚数的发生;与I1,R和I3相比,产量分别增加了13.7%,12.4%和24.1%,R与I2之间的差异表明除了土壤进水量以外,灌溉时间也是影响大豆产量的主要因素之一。受到土壤进水量的限制,I3的水分利用效率最高,为18.36 kg/(hm2.mm),其次为I2为14.38 kg/(hm2.mm)。因此,从大豆产量和水分利用效率的角度考虑,在大豆的生长期间内I2的347mm的土壤进水量是能够满足其生长发育需要的,合理的灌溉时间是节约灌溉用水,提高产量和水分利用效率的关键。