不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征研究

为探讨长期定位试验田不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征,采用室内恒温通气培养法,保持土壤田间持水量在65%条件下,测定不同耕作方式下表层土壤(0～20cm)在不同温度下的NH4+和NO3-含量,并计算氮素矿化量和硝化率。结果表明,随着温度的升高,土壤氮素矿化和硝化作用均增强,几种耕作方式下土壤氮素矿化和硝化作用均表现为35℃>30℃>25℃。保护性耕作与水旱轮作和常规平作之间的矿化量存在显著的差异,垄作免耕>厢作免耕>水旱轮作>常规平作。土壤氮素最终硝化率达到了60%～80%,表现为常规平作最高,水旱轮作次之,厢作免耕最低。矿化率与土壤有机质、碱解氮和速效磷对数均成显著正相关,相关系数分别为r2=0.99,r2=0.97,r2=0.96,pH是影响硝化作用的重要因素,硝化率与土壤pH成显著正相关,r2=0.991。

施用氮肥对砖红壤硝态氮和盐基离子淋失特征的影响

氮肥品种的合理选用对作物增产增收、土壤酸化改良有重要的影响。本文以海南省海口市观澜湖采集的砖红壤为研究对象,采用室内土柱模拟试验,对尿素、硝酸铵和硫酸铵3种氮肥处理下砖红壤硝态氮及盐基离子(Ca2+、Mg2+、K+、Na+)淋失特征进行了研究。结果表明,1)硝态氮累积淋溶量表现为硫酸铵>硝酸铵>尿素>N0,且硝态氮的淋溶量与施肥量呈正相关关系,整个淋溶过程中硝态氮累积淋溶量(y kg/hm2)与施肥量(x kg/hm2)之间满足线性方程y=3.3064x+315.74(R2=0.8848);2)尿素、硝酸铵、硫酸铵处理整个淋溶过程的盐基离子淋溶量均表现为Ca2+>Mg2+>K+>Na+,且盐基离子淋溶总量(kg/hm2)表现为硫酸铵(1821.12)>硝酸铵(1080.27)>尿素(872.24)>N0(417.23);3)砖红壤盐基离子迁移速率表现为硫酸铵(26.28%)>硝酸铵(13.37%)>尿素(11.78%),尿素、硝酸铵和硫酸铵处理分别以线性方程y=0.1178x+123.18(R2=0.9121)、乘幂方程y=15.634x0.4423(R2=0.9259)和对数方程y=128.38e0.0007x(R2=0.9244)的拟合度最高。

土壤水分对烤烟生长、物质分配和养分吸收的影响

采用室内盆栽试验研究了不同土壤含水率对烤烟生长、物质分配和养分吸收的影响。结果表明,烤烟株高随土壤含水率的增加而增高;生物量随土壤含水率的降低而减小,其减幅为叶〉茎〉根,而根冠比则与土壤含水率成反比,反映了烟草对土壤水分含量差异响应的整体特征。不同生育期叶绿素对土壤含水率的响应不同,团棵期、旺长期和成熟期的土壤相对含水率分别为70%~75%、80%~85%和50%~55%时,各处理中叶绿素含量最高。各处理烤烟对养分的吸收表现为对氮、钾吸收量显著大于磷,且当土壤含水率低于烤烟所需的适宜含水率时,随着土壤含水率的降低,烤烟茎、根的养分吸收量均有不同程度的升高,但叶中却有所下降;而各生育期根、茎、叶在土壤含水率过高的情况下,对养分氮、磷、钾的吸收均显著降低。

三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征研究

为探讨三峡库区小流域旱坡地氮磷流失特征,采用标准径流小区对重庆市涪陵区珍溪镇王家沟小流域常规耕作方式(顺坡耕作)以及水土保持耕作方式(常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂、免耕+顺坡种植+稻草覆盖、常规顺坡耕作+植物篱、免耕+横坡垄作、常规横坡耕作)下土壤氮素和磷素的流失量及形态特征进行分析。结果表明:(1)就旱坡地土壤氮素的流失特征而言,径流中氮素的流失量相对较小,最大值仅为53.63mg/m2;而泥沙中所携带的氮素流失量相对较大,其最大值达131.25mg/m2;整个观测期内,氮素的流失主要以颗粒态为主,颗粒态氮的流失量占总氮流失量的53.0%～62.0%。(2)就旱坡地土壤磷素的流失特征而言,各处理径流中磷素的总体规律基本表现为:常规顺坡耕作>常规横坡耕作>免耕+顺坡种植+稻草覆盖>常规顺坡耕作+PAM土壤调节剂>免耕+横坡垄作>常规顺坡耕作+植物篱;泥沙中所携带的磷素流失量相对于径流中的磷素流失量而言较大,最大值为58.14mg/m2;整个观测期内,颗粒态总磷流失量为水溶态总磷流失量的1.75～2.15倍,流失方式同样以颗粒态为主。总体而言,水土保持耕作方式下的氮磷流失量均小于常规耕作处理,能有效减少径流及泥沙中各形态氮磷的流失。

重庆市丰都县植烟区土壤肥力特征研究

对重庆市丰都县植烟区矿子黄泥土、山地黄棕壤和暗紫泥3种植烟土壤的主要肥力特征进行了研究。结果表明:矿子黄泥土和暗紫泥的土壤pH在弱酸至中性范围,而山地黄棕壤pH基本都小于5.50;土壤有机质、全氮、全磷、全钾、有效硫含量较高;有效钾、有效铁、有效锰、有效铜丰富;阳离子交换量、有效氮、有效磷含量较低;有效硼、锌、钼、钙和镁含量最低。因此,重庆市丰都县植烟区在施肥管理上应因地制宜,推广平衡施肥技术,注重中、微量元素的补给。总体上,应适当降低丰都县3种植烟土壤磷肥的比例,补充钙、镁、硼、锌、钼等中、微量元素。其中,在山地黄棕壤,应适量使用石灰、白云石或其他碱性肥料,调整土壤pH,并适当减少山地黄棕壤硫素的施用水平,同时注意酌情补施硼肥;在矿子黄泥土,应注意增施硼肥;暗紫泥缺钼现象较为突出,所以应适当补充微量元素钼,适当降低烤烟专用肥中磷的比例,并酌情补施铜肥。

施用不同氮肥对砖红壤表面电化学性质的影响

就土壤有效养分的保蓄和提供而言，土壤对氮素的吸附量及强度大小对其有重要影响．以砖红壤为研究对象，采用土柱淋溶方法，研究了施用不同氮肥对砖红壤表面电化学性质的影响，探讨了土壤保蓄和提供植物有效养料．结果表明：（1） CK处理的土壤表面电荷数比原土明显下降了6.24％；在低氮肥水平（100，200 mg／kg）下，硝铵处理的表面电荷量显著高于原土；而硫铵和尿素处理比原土低6.51％和1.42％；在高氮肥水平（300，400 m g／kg ）下，3种氮肥处理的表面电荷数与原土无明显差异．（2）与原土相比，3种氮肥处理的比表面积均显著增大，其中尿素处理的比表面积随施氮水平的变化而显著增大，特别是N3和N4处理的比表面积显著高于 N1和 N2处理．（3）随着施氮量的增加，砖红壤的表面电荷密度和电场强度呈相同的增加趋势．在同一施氮水平下，尿素处理的砖红壤表面电荷密度和电场强度均显著高于硝铵和硫铵处理，其中N4比X4处理高了98.6％．土壤表面电化学性质会影响氮肥所转化的NO3－的淋失、氢离子的吸附以及交换性盐基离子淋失，为科学施氮，调节土壤—作物体系的氮素平衡，故在选择施用氮肥时应适当适量．本试验条件下，尿素相较于其他两种氮肥更适合砖红壤，且氮肥的合理施用量应控制在350～400 kg／hm2．

不同种类氮肥对紫色土表面电化学性质的影响

以紫色土为研究对象,采用土柱淋溶方法,研究了不同种类氮肥对紫色土表面电化学性质的影响。结果表明:氮肥处理的紫色土表面电荷量较原土大,增加量在0.05～0.7 cmol kg-1;在低氮水平(100、200 mg kg-1)下,紫色土表面电荷量为尿素>硫铵>硝铵;而在高氮水平(300、400 mg kg-1)下,表面电荷量为硫铵>尿素>硝铵。与原土相比,施肥处理的紫色土比表面积有所增加,其中施用100 mg kg-1尿素的增加量最大,较原土增加了78.04%,且尿素处理对土壤比表面积的影响显著高于其余两种氮肥处理;而400 mg kg-1硫铵处理的增加量最少,只增加了0.06%。在同一个施氮水平下,硫铵处理的土壤表面电荷密度和电场强度最大,而尿素处理的最小;低氮施肥处理对电荷密度和电场强度的影响明显高于高氮施肥处理。可见,不同氮肥种类和施氮水平由于电解质体系类型和浓度的差异,引起土壤pH变化,最终对土壤电化学性质产生影响,从而改变土壤养分的保蓄性和有效性。在本试验条件下,非电解质体系在低浓度下能显著影响紫色土表面电化学性质,而强电解质在高浓度下影响效果较为明显。

施氮对紫色土硝酸根和盐基离子耦合迁移的影响

通过室内土柱模拟试验,研究氮肥种类及施用量对紫色土硝酸根离子和盐基离子淋溶特征的影响。结果表明:(1)施氮能增加土壤中NO3-和盐基离子(K+、Na+、Ca2+、Mg2+)的淋失量,且施氮量越大,土壤中的盐基离子淋失越多。(2)施用不同种类氮肥,土壤中NO3-淋失有一定差异,在施用浓度较低(纯氮100,200mg/kg)时,表现为硝铵>尿素>硫铵;在施用浓度较高(纯氮300,400mg/kg)时,则表现为尿素>硝铵>硫铵;在试验浓度范围内,淋溶液中盐基离子累积淋失量在3个施肥阶段均表现为硫铵>硝铵>尿素>空白。(3)3个施肥淋溶阶段,淋溶液中NO3-和K+、Ca2+、Mg2+浓度均呈极显著正相关,而NO3-与Na+的相关性只在施用100,200,300mg/kg尿素和硝铵的处理中达显著水平,在其他处理中均不显著。

基于GIS的三峡库区生态风险评估及生态分区构建

快速城市化与土地利用变化导致的一系列问题不断影响着生态系统健康。开展生态系统服务供给和生态风险的空间量化研究,有助于科学管控区域生态用地,促进生态文明建设。采用GIS技术,利用生态系统服务价值核算模型、生态风险指数模型,研究了2000年以来三峡库区生态系统服务供给值和生态风险指数的时空演化特征,并利用Z⁃score标准化法进行生态功能分区构建。结果表明:(1)2000-2015年,三峡库区生态系统服务供给值总体变化较小,生态系统服务以调节服务为主且林地供给值最高。高供给值区主要分布于湖北省夷陵区、秭归县和兴山县等植被覆盖度高的区域,低供给值区分布在库区西南部的渝中区、渝北区和沙坪坝区等人口密集区。(2)三峡库区生态风险值总体呈小幅上升趋势,“西高东低”的分布特征明显,生态安全逐步向中等风险类型转移,其中低、较低生态风险区占区域总面积的55%以上,高风险区主要集中在重庆市主城区。(3)研究期间4种生态分区变化程度较小,表明生态分区处于较为稳定的状态。高供给值⁃高风险区(Ⅰ)的分布连续性最差,低供给值⁃高风险区(Ⅱ)和高供给值⁃低风险区(Ⅳ)分布较为集中。对三峡库区生态系统服务供给、生态风险及生态分区的研究,可加强库区土地集约节约利用,保护生态用地,平衡库区经济建设与环境保护。

农末俱利 治国之道——谈范蠡的计然之策

越王勾践复国报仇的故事,是人们所熟知的。卧薪尝胆,“君自耕,夫人自织”,诚然是起到了激励全国臣民奋发图强的作用,然而仅此一举,是不足以富国强兵的。那么,越国究竟是如何富强起来的呢?这需要研究一下范蠡的“计然之策”。“计然”,有说是书,范蠡之著;有说是人,范蠡之师,这且让专家们去争论吧,本文权取前一种说法。《史记·货殖列传》载:昔者越王句践困于会稽之上,乃用范蠡“计然”。“计然”曰:“知斗则修备,时用则知物,二者形则万货之情可得而观已。”

化肥和有机肥配施生物炭对土壤磷酸酶活性和微生物群落的影响

研究化肥和有机肥配施生物炭处理下植株根际、非根际土壤磷酸酶活性和phoC、phoD基因微生物群落多样性变化的规律,可为土壤磷库中难溶性磷素向植物根系可吸收的无机态磷酸根离子转化提供一定的理论指导,同时也为土壤中磷素有效性的提高和生物炭的农业利用提供一定的试验依据.本研究以玉米秸秆和稻壳秸秆为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(FP)、化肥+10t·hm^(-2)稻壳生物炭+10 t·hm^(-2)玉米生物炭(FPM)、有机肥+20t·hm^(-2)稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20t·hm^(-2)稻壳生物炭(NPP)这6个处理,通过测定根际、非根际土壤酸性磷酸酶(ACP)活性、碱性磷酸酶(ALP)活性和采用T-RFLP技术解析phoC和phoD基因的多样性,阐明生物炭对植物-土壤-微生物三者形成的微生态系统的影响.结果表明:(1)非根际土壤中各处理ALP和ACP活性较CK均有降低,根际土壤中,化肥和有机肥配施生物炭后ALP活性显著增加,根际土壤的ACP活性高于非根际土壤;(2)化肥和有机肥配施生物炭显著增加了根际、非根际土壤中phoC和phoD基因群落的多样性(P<0.05),根际土壤中微生物群落的多样性和丰富度高于非根际;(3)ACP活性与phoC基因微生物群落呈负相关关系,绝大多数处理ALP活性与phoD微生物群落呈正相关关系.化肥和有机肥配施生物炭可增加果园植株根际土壤的酶活性以及根际和非根际土壤中phoC和phoD基因的多样性.

化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响

研究紫色土壤养分含量与不同形态磷含量对生物炭配施化肥和有机肥的响应,探明不同施肥处理对紫色土壤养分和磷形态的影响,以期为生物炭在紫色土区的合理农用提供科学依据.采用盆栽试验方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm^(-2)稻壳生物炭+10 t·hm^(-2)玉米生物炭(FPM)、有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(NPP)这6个处理,通过测定土壤养分含量的变化和不同形态磷之间的转化,阐明化肥和有机肥配施生物炭对紫色土壤养分及磷赋存形态的影响.结果表明:①生物炭施用可提高土壤pH值,其中PP和NPP处理的效果最好,其根际土壤pH较F处理分别提高了1.78和1.87个单位.②配施生物炭(FP、FPM、PP和NPP)处理较F处理能显著提高土壤有机质、全氮、全磷和有效磷含量,表现出明显的根际效应,而显著降低速效钾的含量.③与F处理相比,PP和NPP处理能够显著增加植株根部生物量、植株全磷和全钾含量,而显著降低植株全氮含量.④土壤中最主要的磷赋存形态是中度活性磷,其占比为46.64%~57.46%.施用生物炭能够促进土壤难溶态磷向有效磷转化,提高活性磷和中度活性磷的比例,且表现出明显的根际效应.⑤施用生物炭有利于土壤有机磷的矿化,促进NaHCO3-Po向NaHCO3-Pi转化,其中PP处理的矿化作用最明显.配施生物炭可以改善土壤磷营养状况,促进土壤难溶态磷向有效态磷转化,其中PP处理的效果最优.因此,生物炭配施腐熟猪粪是紫色土区最有效的养分管理方式.

紫色土旱坡地不同坡位土壤有机碳组分含量对施肥管理的响应

紫色土旱坡地作为三峡地区的主要耕地类型,其土壤肥力直接决定着作物产量.为探究不同施肥处理对紫色土旱坡地不同坡位土壤有机碳组分含量的影响,在中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站开展田间试验,设置5个处理:不施肥(CK)、常规施肥(T_(1))、优化施肥(T_(2))、85%优化施肥配施生物炭(T_(3))和85%优化施肥配施秸秆(T_(4)),研究不同施肥处理下土壤团聚体组成及不同坡位土壤总有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量间的差异.结果表明:①施肥均能增加土壤大团聚体含量,提高土壤有机碳含量,以T_(3)和T_(4)处理尤为显著.②CK、T_(1)和T_(2)处理的土壤有机碳含量均表现为:下坡位>中坡位>上坡位,而T_(3)和T_(4)处理土壤有机碳均是在中坡位含量最大.③随着坡位的降低,CK、T_(1)、T_(2)和T_(3)处理土壤可溶性有机碳含量呈增加趋势,CK、T_(1)、T_(2)和T_(4)处理土壤微生物量碳呈增加趋势,而T_(3)处理土壤微生物量碳在坡面上的分布为中坡位最高,下坡位其次.总体上,生物炭和秸秆处理均能显著提高土壤碳含量,且能延缓土壤碳素在坡面迁移,对改善三峡库区紫色土旱坡地土壤质量和减少水环境污染具有指导意义.

土壤phoC和phoD微生物群落对化肥和有机肥配施生物炭的响应

土壤微生物对土壤养分转化具有重要的影响,phoC和phoD作为编码磷酸酶的功能基因,其为检测环境中微生物种类、丰度和群落结构组成提供了有效手段,而研究化肥和有机肥配施生物炭处理下植株根际和非根际土壤phoC和phoD微生物群落多样性变化的规律,又可为生物炭的农业利用提供科学依据.以玉米秸秆和稻壳为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置对照(CK)、传统施肥(F)、化肥+20t·hm^(-2)稻壳生物炭(FP)、化肥+10 t·hm^(-2)稻壳生物炭+10 t·hm^(-2)玉米生物炭(FPM)、有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(PP)和新鲜有机肥+20 t·hm^(-2)稻壳生物炭(NPP)6个处理,通过采用T-RFLP和荧光定量PCR技术解析根际和非根际土壤phoC和phoD的群落结构,阐明phoC和phoD对添加生物炭的响应特征.结果表明:(1)根际土和非根际土中,phoD的群落结构比phoC更复杂,化肥和有机肥配施生物炭后增加phoC的末端限制性片段数;(2)化肥和有机肥配施生物炭使得非根际土phoC拷贝数较CK均有所降低,FP、FPM、PP和NPP处理较CK分别降低了9.18%、11.46%、10.97%和13.76%,有机肥配施生物炭使得根际土phoD的拷贝数较CK有所增加,PP和NPP处理较CK分别增加了2.48%和5.16%;(3)土壤中的总磷是影响非根际土壤phoC微生物群落结构的主要因子(P<0.01),而根际土中phoC微生物群落结构受到多种环境因子的调控,pH是影响phoD拷贝数最关键的环境因子,且phoD拷贝数与土壤硝态氮和pH有显著的相关性.化肥和有机肥配施生物炭可促进土壤磷转化功能微生物的生长繁殖,对提高磷肥利用率具有重要意义.

紫色土旱坡地油菜/玉米轮作下氮流失的年际变化特征

明确三峡库区紫色土旱坡地氮流失的年际变化特征,为库区的施肥管理措施和面源污染治理提供参考.依托中国科学院成都山地灾害与环境研究所三峡库区试验站,于2018~2020年连续3 a设置不施肥(CK)、常规施肥(F)、优化施肥(OF)、化肥减量配施生物炭(BF)和化肥减量配施秸秆覆盖(SF)5种处理,研究紫色土旱坡地在油菜-玉米轮作模式下氮流失的年际变化特征.结果表明:1三峡库区紫色土旱坡地地表径流主要发生在5月和8月,壤中流主要发生在6~10月.2018~2020年降雨量逐年增加,各处理地表径流产流量逐年减少,壤中流产流量大致呈逐年增加的趋势,年尺度下,壤中流产流量和产流次数均高于地表径流.22018~2020年每年各形态氮的最高流失浓度出现时间大概一致,地表径流全氮、铵态氮和硝态氮最高流失浓度分别出现在5、8~10和7月,壤中流各形态氮最高流失浓度分别出现在10、10和5~7月.3地表径流各形态氮流失通量呈逐年降低趋势,壤中流各形态氮流失通量大致逐年增加.4生物炭和秸秆还田第一年降低氮流失通量的效果较好,但后续两年还田反而加剧了氮素流失通量.因此,三峡库区紫色土旱坡地施肥时应考虑该区域具有降雨集中性的特点,在氮素流失风险期(5~10月)加强肥料管理,分时期有针对性地施肥,生物炭和秸秆还田的同时采取有效的拦截措施以控制养分流失和农业面源污染.