铅对紫花苜蓿种子萌发与幼苗生长的影响

采用培养试验研究了铅胁迫对紫花苜蓿(Medicago sativa L.)种子萌发与幼苗生长的影响。结果表明,在Pb2+浓度0～100mg/kg范围内,Pb2+对种子的发芽率和发芽势的影响差异不显著,二者均表现为先轻微下降,然后又逐渐回升,表明紫花苜蓿种子萌发对铅具有一定的耐性。不同浓度Pb2+处理对幼芽和幼根生长均有较明显的抑制作用,且对幼根的毒害作用要比幼芽更明显。当Pb2+浓度达到250mg/kg以后,其活力指数随之下降,且对紫花苜蓿种子萌发以及幼苗生长均表现出非常明显的毒害作用。

耕作制度对紫色水稻土根际与非根际土壤有机碳矿化的影响

以稻田免耕长期定位试验点为平台,研究耕作制度对紫色水稻土根际与非根际土壤有机碳矿化的影响。结果表明,不同耕作制度下稻田土壤有机碳日均矿化量均表现前期快速下降而后逐渐趋于平稳,培养结束时有机碳日均矿化量仅为第1天的3.1%～6.7%;另外,实行稻油轮作可有效降低土壤有机碳矿化速率。垄作免耕(中稻-油菜)处理有机碳日均矿化量、累积矿化量及矿化强度均为根际大于非根际土壤,而其他处理则是根际小于非根际土壤。稻田根际与非根际土壤有机碳平均日均矿化量随培养时间均符合幂函数变化规律,在62d培养期内,除第1天外,非根际土壤平均日均矿化量均大于根际土壤平均日均矿化量,差异变幅范围为67.0%～98.7%。各处理稻田根际与非根际土壤有机碳日均矿化量、累积矿化量和矿化强度均与其相应pH显著相关;根际与非根际土壤间有机碳日均矿化量和累积矿化量差异均与其微生物生物量碳、氮含量显著相关。

短期耕作对紫色水稻土有机碳矿化及氧化稳定性的影响

以长期定位试验点紫色水稻土为研究对象,研究了短期耕作对紫色水稻土有机碳矿化特征及氧化稳定性的影响。结果表明:短期内经一季水稻种植后,不同耕作制度0～20cm耕层土壤有机碳含量均有所升高。垄作免耕(中稻)和垄作免耕(稻油)在水稻收获后土壤有机碳含量均显著高于常规平作(中稻),而水旱轮作(稻油)显著低于常规平作(中稻),表明长期垄作免耕会导致有机碳聚集于土壤表层。除水旱轮作(稻油)外,其他耕作处理在水稻收获后土壤易氧化性有机质含量均显著下降,且土壤易氧化有机碳含量大小顺序均为垄作免耕(中稻)>常规平作(中稻)>垄作免耕(稻油)>水旱轮作(稻油),还有垄作免耕(稻油)在水稻收获后土壤易氧化有机碳占有机碳的比例最低,表明实行稻油轮作的模式可以增加土壤难氧化有机碳含量。

垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ^(13)C的影响

【目的】阐明垄作免耕对稻田土壤有机碳活性组分和δ13C的影响,为揭示垄作免耕下稻田土壤累积、转化的特殊性提供科学参考。【方法】依托稻田免耕长期定位试验,对比分析常规平作(中稻)、垄作免耕(中稻)、水旱轮作(中稻-油菜,稻油)和垄作免耕轮作(中稻-油菜,稻油)等4种耕作处理对不同深度(0—10 cm、10—20 cm、20—40 cm和40—60 cm)土层中总有机碳、颗粒有机碳、易氧化有机碳和δ13C等指标的影响。【结果】垄作免耕轮作(稻油)中,20—40 cm土层的总有机碳含量显著高于其它处理,各深度土层中颗粒有机碳含量和分配比例均高于其它耕作处理,10—20 cm和20—40 cm土层的易氧化有机碳含量显著高于其它耕作处理(P<0.05)。水旱轮作(稻油)中,各土层的总有机碳含量、颗粒有机碳含量和易氧化有机碳含量均低于其它耕作处理。不同处理中,土壤碳库管理指数的最高值和最低值分别出现在垄作免耕轮作(稻油)的20—40 cm土层和水旱轮作(稻油)的40—60 cm土层,垄作免耕轮作(稻油)的10—20 cm和20—40 cm土层碳库管理指数显著高于其它处理(P<0.05)。相比其它处理,垄作免耕轮作(稻油)的土壤有机碳δ13C值在0—40 cm深度范围的各土层中差异不大,到40—60 cm土层才出现显著升高。【结论】相比其它耕作处理,长期(20年)垄作免耕轮作(稻油)稻田20—40 cm土层中增碳优势突出,该耕作处理有利于稻田中土壤颗粒有机碳的形成和累积,对20—40 cm土层中活性碳库的稳定和保护作用明显优于其它耕作处理;有大量活性高、降解程度低的有机碳在垄作免耕轮作(稻油)的20—40 cm土层中累积。

耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响

以稻田长期定位试验为平台,研究常规平作(中稻-冬水田)、垄作免耕(中稻-冬水田)、垄作免耕(中稻-油菜)和水旱轮作(中稻-油菜)4种耕作制度对紫色水稻土有机碳累积及矿化动态的影响。结果表明:实行不同耕作制度均能提高土壤有机碳密度,以垄作免耕(中稻-油菜)最佳。不同耕作制度实施20年后,农田0-10 cm表层土壤有机碳密度已趋于稳定,垄作免耕会提高10-20 cm和20-40 cm土层有机碳密度,而水旱轮作各土层有机碳密度均低于其他耕作处理。不同耕作制度下水稻土中易氧化有机碳数量和有机碳氧化稳定系数差异较大,其中,垄作免耕(中稻-油菜)下水稻土有机碳氧化稳定系数最大。各耕作处理中,土壤有机碳的最大矿化速率差异显著,有机碳矿化率和pH呈显著正相关;在培养期间,垄作免耕(中稻-油菜)的累积矿化量始终显著低于其他处理;常规平作(中稻-冬水田)的总矿化强度最大,垄作免耕(中稻-油菜)最小。

稻田垄作免耕对根际土壤有机碳及颗粒态有机碳的影响

以稻田免耕长期定位试验站为平台,分析不同耕作制度对稻田根际土壤有机碳(SOC)和颗粒态有机碳(POC)的影响,并与非根际土壤进行对比分析.结果表明,长期实行垄作免耕(水稻—油菜)的方式下,根际SOC和POC含量显著高于其他耕作方式,而实行水旱轮作(水稻—油菜)方式下二者含量均最低.垄作免耕(水稻—油菜)根际SOC含量高于非根际土壤,而其他耕作处理均为根际低于非根际土壤.另外,垄作免耕(水稻—油菜)根际土壤POC含量高于非根际土壤,差异达极显著水平(p<0.01);常规平作(水稻—冬水田)也为根际大于非根际土壤,但差异不显著;其余耕作处理根际土壤POC含量均表现为非根际大于根际土壤,且差异均不显著(p>0.05).垄作免耕(水稻—冬水田)和垄作免耕(水稻—油菜)SOC和POC含量间存在显著相关性,表明免耕方式有利于土壤有机碳和颗粒有机碳的保护和稳定.

不同耕作制度下紫色水稻土有机碳变化的DNDC模型预测

利用紫色水稻土不同耕作制度下的长期定位试验数据,结合DNDC模型来探讨长期不同耕作措施下土壤有机碳变化趋势。选取常规平作(CK)、垄作免耕(水稻—冬水)(T1)、垄作免耕(水稻—油菜)(T2)、水旱轮作(水稻—油菜)(T3)4种处理,分析了15年来土壤有机碳的变化特征,并用DNDC模型模拟了长期试验点15年和100年有机碳变化趋势。结果表明:经过15年的耕种,4种耕作制度的土壤有机碳含量都较原始有机碳含量有所上升。T2处理的土壤有机碳增幅最大,分别为CK,T1和T3处理的131%,142%,153%。T3处理的有机碳含量最低。DNDC模型的模拟结果与田间实测结果大致相同。模拟值与实测值的RMSE值都小于10%,且相关系数都达到0.01水平下的极显著关系,这表明4种耕作制度的DNDC模拟效果极好。对试验地土壤有机碳变化趋势的长期模拟结果显示,只要保持现有的耕作制度和种植模式,100年间4种处理的土壤有机碳都会持续稳定地增加。

长期垄作免耕对稻田土壤有机碳剖面分布的影响

以稻田免耕长期定位试验为平台,研究长期垄作免耕对稻田土壤有机碳剖面分布的影响。结果表明,垄作免耕(中稻)、垄作免耕(稻油)、常规平作(中稻)和水旱轮作(稻油)4种耕作处理实施20年后,稻田0-60cm土体中各土层有机碳含量最高值和最低值分别出现在垄作免耕(稻油)和水旱轮作(稻油)中,且水旱轮作(稻油)中各土层有机碳含量均显著低于其他耕作处理;垄作免耕(稻油)中0-10cm和40-60cm土层有机碳含量与垄作免耕(中稻)、常规平作(中稻)之间差异不显著,但20-40cm土层有机碳含量则显著高于其他耕作处理(P<0.05),可见同传统耕作相比,长期垄作免耕(稻油)稻田的增碳优势主要体现在20-40cm土层。不同耕作处理连续实施20年后,稻田0-60cm土体有机碳密度的高低顺序为垄作免耕(稻油)>垄作免耕(中稻)>常规平作(中稻)>水旱轮作(稻油),且处理间差异显著(P<0.05)。垄作免耕15～20年期间,稻田0-10cm表层土壤有机碳储量基本稳定,但20-40cm土层有机碳储量仍有增加,其中垄作免耕(稻油)增加最为明显,表明20-40cm土层碳累积是长期垄作免耕下稻田发挥增碳功能的重要机制。

纸浆与肥料联产的清洁生产技术体系研究、示范与应用

针对我国秸秆制浆黑液严重污染环境、农业生产中化肥使用过度、有机肥短缺及秸秆资源利用低的现状，中国科学院过程工程研究所张小勇研究员主持了“纸浆与肥料联产的清洁生产技术体系研究、示范与应用”研究，以秸秆为原料，用氢氧化钾代替氢氧化钠进行碱法蒸煮，将含钾元素和木质素的制浆黑液全部转化为功能性肥料，黑液实现零排放。研发的纸浆与肥料联产的清洁生产技术可以应用于造纸企业，制备的黑液腐植酸肥料和木质素包裹型肥料可广泛应用于农业生产。研究成果对提升我国造纸行业的技术水平，改变我国的肥料结构及生态农业的发展有重要的推动作用，对环境保护和发展循环经济有重大的现实意义。

类腐植酸的组分、分子结构及其生理活性研究

采用元素分析、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和固体13C核磁共振等方法,对四种不同原料制备的类腐植酸与矿物源腐植酸在组分、元素组成和分子结构方面进行了研究,通过种子萌发实验对类腐植酸的生理活性进行了测定。结果表明,以草本植物(麦草、竹子)为原料制备的类腐植酸中,黄腐酸的含量明显高于木本植物(松木、杨木)制备的样品。类腐植酸与矿物源腐植酸的分子结构相似,具有腐植酸的特征官能团。与矿物源腐植酸相比,类腐植酸结构更复杂,其中芳香族结构、木质素衍生物及多糖等结构含量更多,含氧官能团含量较低,其中草本植物源制备的类腐植酸比木本植物制备的样品的芳香化程度更高,分子量更小。小麦种子萌发研究结果显示,类腐植酸浓度为20~40 mg/L时对种子萌发起到明显的促进作用,但浓度过高反而会抑制其生长。