连续7年施肥提升复垦土壤肥力提高玉米产量的驱动因子

研究长期施肥对玉米连作体系下采煤塌陷区复垦土壤肥力变化和玉米产量的影响,明确玉米产量提高的驱动因素和最佳施肥处理,可为该区域培肥土壤和耕地质量提升提供理论依据。该研究依托7 a(2014—2020年)复垦定位肥料试验基地,设置不施肥对照(CK)、氮磷钾平衡施肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机肥配施无机肥(MNPK)4个处理,采集0~20 cm土层土壤样品,研究不同施肥处理对作物产量、土壤化学指标(包括有机质、全氮、有效磷、速效钾、有效铁锰铜锌含量)、土壤物理指标,即团聚体分布比例及其碳氮含量以及土壤生物指标,即与碳循环相关的土壤酶活性的影响。结果表明,施化肥及有机肥较CK均显著提高了玉米籽粒产量,且以M处理的增幅最大。M处理显著提高了土壤有机质、全氮、速效钾及有效锰含量,增幅分别为21.50%、12.50%、98.37%及20.19%;MNPK处理改善了土壤的基本性质,显著提高了大粒径团聚体(>2 mm)中有机碳和全氮含量,增幅分别达68.68%和471.43%,但是显著降低了土壤有效铜和有效锌含量,降幅分别为16.67%和16.46%。而且施加有机肥后,加速了大团聚体(0.25~2 mm)的破碎,伴随着粉黏粒组分(<0.053 mm)数量的增加。此外,NPK处理显著提高了β-葡萄糖苷酶活性,增幅为29.17%,但是显著降低了脲酶活性,降幅为29.79%,施有机肥(M和MNPK)显著提高了蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶、脲酶和碱性磷酸酶活性,增幅分别为45.87%~73.39%、54.98%~60.73%、43.09%~80.32%和51.52%~54.97%。进一步通过主成分分析以及土壤肥力综合指数评价,表明单施有机肥是该复垦区域耕地质量提升和维持土地生产力较好的农田管理措施。结合冗余分析结果可知,β-葡萄糖苷酶是评价土壤肥力的敏感性指标,它对玉米籽粒产量和土壤有机质含量的贡献率高达72.40%。因此,在现有的农田管理条件下,单施有机肥主要通过增强β-葡萄糖苷酶活性进而促进复垦土壤肥力的形成,最终提高了作物产量,是维持该复垦区作物高产稳产和培育耕地质量的有效措施。

长期不同施肥下塿土有机碳和全氮在团聚体中的分布

【目的】研究小麦/玉米轮作体系不同施肥方式下土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）在（？）土不同水稳性团聚体中的分布特征,以期深入理解不同施肥方式对土壤碳、氮固持的机制。【方法】采集（？）土21年长期肥料定位试验不同施肥处理0-10 cm和10-20 cm土层土样,分析其水稳性团聚体（〉2 mm、2-1 mm、1-0.5 mm、0.5-0.25 mm以及〈0.25 mm）有机碳和全氮的分布特征。试验设不施肥（CK）,化肥氮磷钾配施（N、NP、NK、PK、NPK）和秸秆还田配施氮磷钾（SNPK）以及两个水平有机肥与氮磷钾配施（M1NPK、M2NPK）9个处理。【结果】长期施肥0-10 cm土层土壤团聚体SOC和TN含量明显高于10-20 cm,平均增幅20%以上。2-1 mm或1-0.5mm团聚体中SOC和TN的含量最高,〈0.25 mm团聚体最低。长期不施磷肥处理的土壤团聚体SOC和TN含量均与CK相似。NP、NPK以及SNPK处理,0-10 cm土层SOC较CK分别增加16%-43%、9%-40%和22%-47%;TN增幅分别为28%-48%、39%-61%和39%-91%。10 20 cm土层,NP、NPK以及SNPK处理〉2mm、2-1 mm、1-0.5 mm土壤团聚体SOC较CK增幅分别为35%-49%、17%-40%和45%-46%,TN增幅分别为44%-47%、39%-54%和54%-64%。长期有机肥与氮磷钾配施处理（M1NPK、M2NPK）,0-10 cm土层的团聚体SOC平均较CK分别增加68%-122%和61%-163%,TN平均分别增加84%-133%和97%-175%;10-20 cm土层,SOC较CK平均增幅分别为20%-61%和39%-118%,TN增幅平均分别为43%-86%和107%-136%。SOC和TN主要储存于〈0.25 mm团聚体中（〉40%）2-1 mm团聚体储存最少（〈10%）。长期不施氮或不施磷对SOC和TN在团聚体中的储存比例基本没有影响。长期NP、NPK以及M1NPK、M2NPK均降低了各土层SOC和TN在〉2 mm或2-1 mm的储存比例增加了在1-0.25 mm团聚体储存比例。〉2 mm或2-1 mm团聚体的C/N比值高于微团聚体（〈0.25 mm）,而与CK相比,长期施肥降低了土壤团聚体的C/N比值。【结论】关中地区（？）土长期偏施化肥对有机碳和全氮在团聚体的含量及分布没有显著影响而长期氮磷或氮磷钾化肥配合、氮磷钾与有机物配合均明显增加土壤团聚体的有机碳及全氮含量,特别是长期氮磷钾配合有机肥能显著增加土壤1-0.25 mm团聚体对土壤有机碳和全氮的固存比例,提高土壤有机碳和全氮储量减少温室气体的排放。

8个不同品种小麦汞吸收和分布的差异

【目的】研究外源汞污染对8个品种小麦产量及其汞吸收和分布的影响,筛选出抗汞污染较理想的小麦品种。【方法】以全国主推的徐麦30、陕麦979、小偃22、济麦22、皖麦52、郑麦9023、石新618、衡麦5229等8个小麦品种为供试材料,进行盆栽试验,设置对照(施入土壤中汞含量为0 mg/kg)和汞污染(施入土壤中汞含量为2mg/kg)2个处理,研究汞污染条件下8个不同品种小麦产量、不同部位汞含量及汞分布比例的变化。【结果】与对照相比,汞污染条件下,除陕麦979的生物量和籽粒产量分别下降了1.99%和0.61%外,其余7个供试品种的总生物量和籽粒产量都呈增加趋势。与对照相比,汞污染条件下,8个不同品种小麦茎秆、叶片、颖壳和籽粒中汞含量明显增加。各品种小麦不同部位对汞的累积能力不同。汞污染条件下,小麦茎秆累积汞能力最强的是小偃22,叶片累积汞最多的是石新618,颖壳累积汞能力最强的是衡麦5229,籽粒累积汞能力最强的是徐麦30。汞污染处理各品种小麦茎秆中汞的分布比例较对照显著增加,叶片及籽粒中汞分布比例有所减少。【结论】从小麦产量和食品安全角度综合考虑,小偃22是农业生产中较理想的抗汞污染品种。

课程思政视域下土壤肥料学混合式教学改革与实践

为探讨课程思政在高校教学建设中的重要作用,通过线上线下混合式教学方式将课程思政贯穿于土壤肥料学课前、课中与课后3个阶段的全过程,将爱党、爱国、爱农精神的思想价值引领贯穿于教学计划、课程目标、课程内容、教学评价等主要教学环节,将耕读教育在校内教研平台与校外实践基地实现有机融合,建立知识、技能、素质三位一体的教学课程;并彻底改变以授课教师为中心的传统式教学向“翻转课堂”转变;在传授专业知识及专业技能的同时,更要重视学生综合能力的培养和提升,最终构建基于专业知识及德智体美劳全面发展的教学模式。

长期不同施肥对塿土大团聚体中有机碳组分特征的影响

【目的】研究长期施肥对土大团聚体中有机碳组分特征的影响,揭示不同施肥方式下土壤有机碳的固持机制,为合理施肥提供理论依据。【方法】采集土35年长期肥料定位试验不同施肥处理0—10 cm和10—20 cm土样,分析其大团聚体中各组分有机碳含量的变化。试验处理为:不施肥(CK)、单施化肥(NP)、单施有机肥(M)和有机肥配施化肥(MNP)。【结果】与CK相比,长期NP处理对大团聚体中粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)以及矿质结合态有机碳(MOC)组分的有机碳(OC)含量均无显著影响;而M处理以及MNP处理可显著提高两土层cPOC和iPOC组分的OC含量以及0—10 cm土层MOC组分的OC含量,其中,cPOC含量增幅分别为174%~338%和215%~245%,iPOC含量增幅分别为127%~241%和106%~130%,MOC含量增幅达28.9%~34.6%。MNP处理显著提高了0—10 cm土层fPOC组分的OC含量,增幅达482.1%。累积碳投入量与大团聚体中各组分的OC含量呈显著线性相关,尤其是iPOC含量,表明长期施肥过程中土有机碳在大团聚体中固存的差异主要受物理保护的颗粒有机碳组分的影响。【结论】关中地区土长期施化肥对大团聚体中各组分OC含量没有显著影响,而长期单施有机肥能进一步增加大团聚体中各组分OC含量,有机肥配施化肥能显著增加团聚体中各组分OC含量,特别是大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳组分的含量,进而增加土的有机碳固持。因此,有机肥配施化肥是提高土有机碳含量的有效措施。

不同施肥措施及施肥年限下土壤团聚体的大小分布及其稳定性

土壤团聚体的数量和质量直接影响着土壤性质和有机碳固存。研究不同施肥措施及施肥年限对采煤塌陷区复垦土壤团聚体的重量分布比例及其稳定性的影响,可为该区农业生产和土壤质量提升提供科学依据。采集复垦6,11年定位试验不同施肥处理耕层(0—20 cm)土样,选取不施肥(CK)、平衡施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(M)、有机无机肥配施(MNPK)4个处理,利用干筛法和湿筛法获得4种粒径的团聚体/粉黏粒组分(>2,0.25~2,0.053~0.25,<0.053 mm),用>0.25 mm团聚体的含量(R0.25)、平均重量直径(MWD)、团聚体破坏率(PAD)和土壤不稳定团粒指数(ELT)表示团聚体的稳定性,同时测定土壤有机碳含量。结果表明:施肥年限较施肥措施对土壤团聚体的含量及稳定性产生了更显著的影响。干筛条件下,施肥6,11年均显著降低了各处理0.053~0.25 mm团聚体和<0.053 mm组分的含量,降幅分别为68.39%~87.37%,69.63%~78.32%(6年)和90.01%~93.68%,78.29%~83.93%(11年);湿筛条件下,施肥11年显著提高了各处理>2 mm团聚体的含量,增幅达473.35%~645.16%,但是显著降低了0.053~0.25 mm团聚体的含量,降幅为43.67%~57.54%。土壤团聚体的稳定性也随着施肥年限的增加而逐渐增强,表现为DR0.25、WR0.25和MWD值呈增加趋势,而PAD和ELT值呈降低趋势。土壤有机碳含量与DR0.25、WR0.25、MWD水稳性呈极显著正相关关系,而与PAD和ELT呈极显著负相关关系。本研究表明,该区域连续培肥11年提高了土壤大团聚体的含量而伴随着微团聚体含量的显著减少,导致土壤结构越来越稳定。这对于提高采煤塌陷区复垦土壤肥力、改善土壤结构产生了良好的效果。

我国主要粮食作物秸秆还田养分资源量及其对小麦化肥减施的启示

【目的】明确我国主要粮食作物秸秆及其养分资源特征,为秸秆肥料化利用、化肥合理减施及农业绿色生产提供科学依据。【方法】基于《中国统计年鉴》和文献资料数据,估算我国水稻、小麦和玉米秸秆及其养分资源量,分析秸秆和养分资源区域分布特征、养分资源当季释放量以及小麦生产中化肥减施量。【结果】通过文献数据加权估算,我国水稻、小麦和玉米的草谷比分别为1.01、1.14和1.25。2014-2 018年,我国三大粮食作物秸秆年均产量为65 386.6万t,其中水稻、小麦和玉米秸秆产量分别占32.3%、22.7%和45.0%。秸秆资源量的73.3%分布在我国华北、长江中下游和东北农区,其中水稻秸秆主要集中在长江中下游农区(50.7%)、小麦秸秆主要集中在华北农区(59.0%)、玉米秸秆主要集中在东北农区(33.7%)和华北农区(30.4%)。我国水稻、小麦和玉米秸秆氮素(N)平均含量分别为0.78%、0.64%和0.85%,磷素(P2O5)平均含量分别为0.42%、0.27%和0.53%,钾素(K2O)平均含量分别为2.31%、1.53%和1.59%,秸秆总养分含量(N+P2O5+K2P)表现为水稻>玉米>小麦。三大粮食作物秸秆养分资源年均量为509.8万t (N)、284.7万t (P2O5)和1 183.0万t(K2O),不同农区总养分量分布表现为长江中下游(26.0%)>华北(25.4%)>东北(21.3%)>西北(11.1%)>西南(10.5%)>东南(5.6%)。我国水稻、小麦和玉米秸秆还田氮素当季释放率分别为54.9%、51.4%和61.9%,磷素当季释放率分别为60.9%、65.3%和73.0%,钾素当季释放率分别为90.1%、93.3%和92.3%,表现为钾>磷>氮。三大粮食作物秸秆还田养分当季归还量(化肥可替代量)年均值为294.0万t (N)、194.1万t (P2O5)和1 083.9万t (K2O),总量为1 572万t,其中以玉米秸秆养分(N+P2O5+K2O)当季归还量最高,占当季养分总归还量的44.6%。秸秆还田对我国小麦生产具有较高化肥替代潜力,在小麦一年一作区,小麦秸秆全量还田理论上可替代4.6 kg N·hm-2、7.8 kg P2O5·hm-2和65.3 kg K2O·hm-2的化肥投入量;小麦玉米轮作区,玉米秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季39.4 kg N·hm2、28.9 kg P2O5·hm-2和109.9 kg K2O·hm-2的化肥投入量;稻麦轮作区,水稻秸秆全量还田理论上可替代小麦生产季29.9 kg N·hm-2、17.8 kg P2O5·hm-2和145.1 kg K2O·hm-2的化肥投入量。【结论】我国水稻、小麦和玉米秸秆年均产量分别为21 141.5万t、14 843.1万t和29 402.0万t,总量为65 386.6万t。三大粮食作物秸秆全量还田养分当季释放量为294.0万t (N)、194.1万t (P2O5)和1 083.9万t (K2O)。70%以上秸秆资源和养分当季释放量集中在长江中下游、华北和东北地区。小麦生产区,前茬作物秸秆全量还田理论上可替代4.6-39.4 kg N·hm-2、7.8-28.9 kg P2O5·hm-2和65.3-145.1 kg K2O·hm-2的化肥投入量。

施肥措施对复垦土壤团聚体碳氮含量和作物产量的影响

研究复垦后不同施肥措施下有机碳(OC)和全氮(TN)在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征,以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象,采集0~20 cm耕层土壤样品,利用湿筛法进行土壤粒径分组,分析大粒径大团聚体(>2 mm)、小粒径大团聚体(>0.25~2 mm)、微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)中OC和TN含量,判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素,探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(MNPK)4个处理。结果表明:1)整个试验周期(2008—2013年),同CK相比,NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量,且以MNPK处理的效果最显著,分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。2)大团聚体和微团聚体中OC和TN含量相近,总体高于粉黏粒组分。同生土相比,CK、NPK和M处理均显著提高了>0.25~2、0.053~0.25 mm团聚体和<0.053 mm组分中OC含量。MNPK处理显著提高了各粒径团聚体和<0.053 mm组分中OC含量。此外,CK、NPK、M和MNPK处理均显著提高了各粒径团聚体中TN含量;大团聚体和微团聚体中有机碳和全氮富集系数相近,总体高于粉黏粒组分。M以及MNPK处理均显著提高了各粒径团聚体及粉黏粒组分(除>2 mm团聚体外)的C/N比。3)土壤有机碳储量受>2 mm团聚体的百分比数量驱动,其余各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量对土壤有机碳储量的贡献较大。4)作物产量随着各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量的增加呈线性增加,说明该区域土壤有机碳库仍未达到饱和,且以0.053~0.25 mm团聚体中有机碳含量与作物产量关系最紧密。因此,在采煤塌陷区的低肥力复垦土壤上采取有机无机肥配施,对土壤质量及农业生态持续性具有积极的作用。

培肥措施对复垦土壤微生物碳氮代谢功能多样性的影响

土壤复垦是矿区生态环境恢复和耕地总量平衡及质量提升的根本要求。该研究依托山西襄垣采煤塌陷区定位复垦试验基地,采用Biolog-ECO方法和荧光定量PCR技术,研究了不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施有机肥(M)和有机无机培肥(MCF)4种培肥措施下复垦4 a和8 a土壤微生物碳代谢功能多样性及氮代谢功能基因丰度的变化特征。结果表明:随复垦年限增加,单施有机肥较其他处理可显著提高复垦土壤微生物的总碳源利用能力;不同处理复垦土壤微生物碳源相对利用率从高到低依次为氨基酸类、糖类、聚合物类、羧酸类、双亲化合物类、胺类,其中单施有机肥更大程度上提高了羧酸类、氨基酸类和胺类碳源的利用率;复垦年限和培肥措施没有改变复垦土壤微生物优势度指数,但有机无机配施较其他处理可显著提高香浓指数(H′)和Pielou均匀度指数;不同处理复垦土壤氮转化功能基因丰度总体从大到小依次表现为amo A(AOA)、amo A(AOB)、nis S、nir K、nifH,5种功能基因丰度均为以有机无机培肥处理最高,且随复垦时间增加而增加;复垦土壤有机质含量与nir S、nir K、nifH基因丰度以及平均颜色变化率(Average Well Color Development, AWCD)值存在显著相关性,相关系数在0.707~0.807,同时5种氮转化功能基因丰度均与玉米产量存在显著或极显著的相关性,相关系数在0.824~0.949。综上所述,单施有机肥可提高土壤有机质含量,进而增强了复垦土壤碳代谢强度,有机无机培肥则更有利于复垦土壤碳氮代谢功能多样性的提升,并促进作物产量形成。

不同施肥措施对旱地采煤塌陷区复垦土壤结构及玉米品质的影响

研究不同施肥措施对复垦土壤结构及玉米品质的影响,以期深入理解采煤塌陷区复垦土壤有机碳固持机制。采集复垦1年的定位试验各处理耕层(0—20 cm)土样以及玉米籽粒,分析土壤水稳性团聚体(>2,0.25~2,0.053~0.25 mm)及粉黏粒组分(<0.053 mm)中有机碳(SOC)及全氮(TN)含量、玉米籽粒蛋白质、淀粉和脂肪含量的变化。试验设不施肥(CK)、施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(MNPK)4个处理。结果表明,同CK相比,NPK处理显著提高TN含量、玉米籽粒产量、淀粉和脂肪含量,增幅分别为11.23%,98.53%,1.16%和12.71%;M处理显著提高SOC、TN、>2 mm和0.25~2 mm团聚体中有机碳含量、籽粒产量、蛋白质、淀粉和脂肪含量,增幅分别为44.77%,13.23%,52.73%,60.22%,255.15%,23.28%,1.67%和12.71%;MNPK处理显著提高SOC、TN、各粒径团聚体及粉黏粒组分中SOC和TN含量(除0.25~2 mm团聚体中TN含量)、玉米籽粒产量、蛋白质、淀粉和脂肪含量,增幅分别为46.21%,29.08%,39.23%(>2 mm-C),49.07%(0.25~2 mm-C),110.41%(0.053~0.25 mm-C),40.35%(<0.053 mm-C),22.48%(>2 mm-N),43.29%(0.053~0.25 mm-N),33.33%(<0.053 mm-N),211.37%,35.34%,0.48%和25.18%。表明当养分投入量相同时,有机无机肥配施(MNPK)有利于采煤塌陷区复垦土壤团聚体对有机碳的物理保护,增加土壤有机碳累积,提升土壤肥力,提高作物产量,改善作物品质。

地膜覆盖麦田土壤有机碳矿化特征及其温度敏感性

【目的】明确旱地土壤有机碳矿化对地膜长期覆盖的响应及有机碳矿化的温度敏感性,进而深入理解土壤有机碳的转化与稳定机制,为旱地土壤培肥和作物增产提供理论支撑。【方法】在黄土高原东南部2012年开始的旱地小麦田间地膜覆盖试验的基础上,采集不同覆盖栽培模式(常规施肥(不覆膜)、测控施肥(不覆膜)、垄膜沟播(覆膜)、平膜穴播(覆膜))试验的0—20 cm土层土壤样品,采用不同温度(15、25和35℃)进行室内有机碳矿化培养实验。在培养后的第1、3、5、7、14、21、28、35和42天运用碱液吸收法测定土壤有机碳矿化速率,结合双库指数模型拟合土壤活性和惰性有机碳库的容量及其分解速率,研究地膜覆盖对土壤有机碳矿化特征的影响及有机碳矿化对温度变化的响应规律。【结果】温度升高显著提高了土壤有机碳矿化速率、累积矿化量和惰性有机碳库(Cs)的矿化量,但是显著降低了温度敏感性系数(Q_(10))和活化能(Ea)。25℃和35℃时土壤有机碳矿化速率和累积矿化量均无显著差异,分别为15℃时的2倍,Cs的矿化量分别较15℃时提高了93.4%和105.3%。但是Q_(10)(25-35℃)比Q_(10)(15-25℃)降低了19.3%,Ea(25-35℃)比Ea(15-25℃)同步降低了68.0%。地膜覆盖显著提高了土壤有机碳累积矿化量、Q_(10)、Ea以及Cs的矿化量。同常规施肥相比,垄膜沟播和平膜穴播均显著提高了土壤有机碳累积矿化量,增幅分别为26.5%—38.6%(25℃)和27.8%—64.4%(35℃),且以平膜穴播提升幅度最大;平膜穴播处理亦显著提高了Q_(10)和Ea,其中Q_(10)增幅分别为28.5%(15—25℃)和25.8%(25—35℃),Ea增幅分别为93.4%和193.1%;平膜穴播处理还显著提高了Cs的矿化量,增幅达115.8%—2208.2%。【结论】黄土高原旱地麦田土壤上地膜覆盖加速了土壤有机碳矿化,尤其是平膜穴播,主要通过增加惰性有机碳库的矿化,进而显著提高了土壤有机碳累积矿化量及其温度敏感性。

长期不同施肥复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征

研究采煤塌陷区复垦土壤大团聚体中各有机碳组分的变化特征对不同施肥措施的响应,从而更好地理解土壤有机碳固持机制,并为该区域改善土壤质量、提升土壤肥力提供科学依据。通过采集复垦6 a定位试验不同施肥处理0~20 cm土层土样,采用物理分组法,分析土壤大团聚体中各有机碳组分(粗颗粒有机碳(cPOC)、细颗粒有机碳(fPOC)、大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳(iPOC)以及矿质结合态有机碳(MOC)组分)的变化特征及其与土壤有机碳之间的关系。试验包括不施肥(CK)、施化肥(NPK)、单施有机肥(M)以及有机无机肥配施(MNPK)4个处理。研究结果表明,同CK相比,施NPK肥对大团聚体中各组分的有机碳含量均无显著影响;而M处理显著降低了MOC含量,达36.45%;MNPK处理显著提高了cPOC和f POC含量,分别是CK的4倍和2倍,但是显著降低了MOC含量,达39.01%。4个组分中,仅有cPOC和fPOC含量与SOC含量呈显著正相关,说明复垦土壤有机碳首先固存于未受保护的有机碳组分中。CK,NPK,M和MNPK处理下土壤固碳速率分别为0.82,0.68,1.36和1.58 mg/(ha·a)。土壤固碳速率与年均碳投入量呈显著的线性相关关系(R^(2)=0.58,P<0.05),每年约有31%的投入碳转化到土壤中。综合来看,采煤塌陷区复垦土壤仍有一定的空间固存有机碳,有机无机肥配施是提升该区域土壤有机碳含量的有效途径,增加的有机碳优先固存于未受保护的有机碳组分中。

减氮覆膜对黄土旱塬土壤团聚体及其有机碳分布的影响

旨在通过研究减氮覆膜对土壤团聚体数量及其有机碳含量的影响,阐明减氮覆膜处理下黄土旱塬团聚体对土壤有机碳(SOC)的固存机制,从而为提高土壤质量、优化区域农田管理措施提供理论依据。以连续7 a减氮覆膜处理下的土壤为研究对象,试验设农户施肥(FP)、减氮测控施肥(MF)、减氮测控施肥+垄膜沟播(RF)和减氮测控施肥+平膜穴播(FH)4个处理,采集耕层(0~20 cm)非扰动的土壤样品,利用湿筛法分析水稳性团聚体(>2.000、0.250~2.000、0.053~0.250 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)的分布比例和稳定性(平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD))以及有机碳在不同粒径团聚体中的固持特征。结果表明,同FP处理相比,MF处理显著降低了SOC含量,降幅为12.2%;而FH处理显著提高了SOC含量,增幅为8.4%。MF和RF处理均显著提高了0.250~2.000 mm粒径团聚体的分布比例,增幅为21.7%~39.6%,而显著降低了粉黏粒组分(<0.053 mm)的分布比例,降幅为17.3%~31.7%;且各处理均显著降低了0.053~0.250 mm粒径团聚体的分布比例,但除RF处理外,其余处理均显著提高了MWD和GMD值,增幅分别为8.3%~10.1%和15.0%~23.8%,以FH处理的提高效果最明显。结合各粒径团聚体中有机碳含量与SOC含量的冗余分析结果发现,0.250~2.000 mm粒径团聚体中有机碳含量对SOC含量贡献最大,解释率高达62.8%(P<0.05)。综合来看,平膜穴播处理能够显著提高该区域土壤有机碳含量和结构稳定性,且该区域土壤有机碳固存主要受0.250~2.000 mm粒径团聚体的影响。

减氮覆膜下土壤有机碳组分含量的变化特征

【目的】明确长期优化施肥(减施氮肥)和减氮覆膜下土壤有机碳(SOC)与各组分有机碳含量特征及其对冬小麦籽粒产量的贡献,以期为黄土高原旱地土壤培肥和作物增产提供科学依据。【方法】依托山西省洪洞县7年定位试验,采集0—20 cm土层原状土样,利用连续物理分组方法进行分组,结合冗余分析,研究不同农田管理措施下冬小麦籽粒产量、SOC以及颗粒有机碳(POC)、矿质结合态有机碳(MOC)、轻组颗粒有机碳(Light-POC)和重组颗粒有机碳(Heavy-POC)含量特征,明确SOC含量与各组分有机碳含量的关系,量化其对冬小麦籽粒产量的贡献。试验共设农户施肥(FP)、测控施肥(MF)、垄膜沟播(RF)和平膜穴播(FH)4个处理。【结果】分析不同管理措施下冬小麦籽粒产量和SOC含量发现,FP处理的冬小麦平均产量最低,为3 070 kg·hm^(-2),与FP相比,MF在减少氮肥用量的情况下并未造成小麦减产,而RF和FH可进一步显著提高小麦籽粒产量,增幅分别达到27.0%和46.4%;与试验初始(2012年)土壤相比,经连续7年采用不同管理措施后SOC含量均显著提高,提高幅度从小到大依次为11.8%(MF)、22.4%(RF)、25.5%(FP)和36.1%(FH),即MF对试验地石灰性褐土SOC提升作用最小,但结合地膜覆盖会显著提升其培肥土壤的效果,FH对SOC含量提升的效果最佳。进一步分析不同处理下SOC组分的差异发现,与FP和MF相比,两种减氮覆膜措施不同程度提高了POC和Light-POC含量及Light-POC在SOC中的分配比例。结合SOC及其各组分有机碳含量与冬小麦籽粒产量的冗余分析、敏感性指数分析和SOC与各组分有机碳含量的相关性分析发现,各有机碳组分均以POC对小麦产量的贡献最大(达71.0%)并对SOC含量的变化和农田管理措施的响应最为敏感。因此,平膜穴播对作物产量和土壤肥力的提高主要是通过提高土壤有机碳中POC含量得以实现的。【结论】在减氮优化施肥的基础上进行平膜穴播,有利于提高黄土高原南部旱地褐土区土壤有机碳和活性有机碳含量,实现冬小麦可持续增产。

采煤塌陷区复垦土壤有机碳固持及酶活性对长期施肥的响应

研究复垦后连续11年施肥对土壤团聚体及粉黏粒组分中有机碳(OC)含量和酶活性的影响,以期深入理解复垦土壤中有机碳(SOC)的固存机制.采集不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(MNPK)4个处理0-20 cm土层土壤样品,另取未复垦生土和周边未破坏多年种植的农田土壤作为参照.利用湿筛法分离水稳性团聚体(>2 mm、0.25-2 mm和0.053-0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm),并测定其中OC含量,分析土壤脲酶、蛋白酶、蔗糖酶和β-葡萄糖苷酶活性,探究团聚体及粉黏粒组分中OC含量与SOC之间的关系,以及它们与累积碳投入量之间的关系,量化各酶活性对大团聚体中有机碳固存的贡献.结果表明,长期不同施肥显著提高了SOC储量和固碳速率,尤其是MNPK处理.同CK相比,NPK处理对各粒径团聚体中OC含量无显著影响,而M和MNPK处理均显著提高了>2 mm团聚体中OC含量,增幅达25.01-27.44%.所有施肥处理亦均显著增强了土壤各酶活性(除NPK处理下蛋白酶活性),增幅达14.98%-192.00%,且以MNPK效果最佳.通过分析团聚体及粉黏粒组分中OC含量和土壤酶活性的指标发现,连续复垦11年土壤肥力显著高于未复垦的生土,但仍低于当地农田土壤肥力状况的相当水平.SOC含量与大团聚体中OC含量呈显著的线性相关(P<0.05),尤其是>2 mm团聚体对SOC的贡献最大.累积碳投入量与SOC和大团聚体中OC含量呈显著的线性相关(P<0.05).4种酶对>2 mm粒径团聚体中有机碳含量变化的总体解释率为89.20%,尤其是蔗糖酶,它对>2 mm粒径团聚体中有机碳含量的解释率高达87.90%.因此,采煤塌陷区复垦土壤有机碳库仍未饱和,即使在碳投入为零的条件下土壤有机碳仍会增加.>2 mm团聚体在蔗糖酶的驱动下,作为土壤有机碳固存的主要载体,对土壤有机碳的固存发挥着主要作用.有机无机肥配施措施对于增加本区域复垦土壤碳汇、促进农业可持续发展具有良好的效果.

小白菜对外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异及其机制研究

通过盆栽试验和室内分析,研究了小白菜对不同含量的外源硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异,并通过土壤有效硒及生物量的动态变化探究其产生的原因,旨在为富硒作物的生产和硒污染土壤的植物修复提供理论依据.结果表明,硒酸盐和亚硒酸盐处理小白菜地上部分生物量间无显著差异.在小白菜的整个生长期间(8周),硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒含量均随生长逐渐下降,而亚硒酸盐处理小白菜地上、地下部硒含量均随生长逐渐增大.硒酸盐处理地上部硒吸收量显著高于地下部,而亚硒酸盐处理地下部硒吸收量显著高于地上部;且在整个生长过程中硒酸盐处理小白菜硒吸收量是亚硒酸盐处理的2～60倍之多,导致硒酸盐处理土壤中有效硒含量随着小白菜的生长迅速下降,而亚硒酸盐处理土壤中有效硒含量随小白菜的生长略有下降.统计分析表明,硒酸盐处理小白菜体内硒含量与土壤有效硒含量呈显著正相关,地上、地下硒含量与土壤有效硒的相关系数分别为0.901和0.864,而亚硒酸盐处理两者相关性不显著.综合小白菜硒含量和土壤有效硒随生长变化的结果可以得出,小白菜对硒酸盐和亚硒酸盐动态吸收的差异是小白菜对不同价态硒吸收能力和土壤供硒能力综合作用的结果.

不同施肥处理下采煤矿区复垦土壤微生物功能多样性与共现性特征

土壤微生物功能多样性是土壤质量改善的重要指标,研究采煤矿区复垦土壤微生物功能多样性与共现性特征,对于矿区复垦及生态重建具有重要的理论和实践指导意义。本研究以玉米为复垦作物,采集了采煤矿区复垦1年后的撂荒(UL)、不施肥(CK)、施磷钾肥(PK)、单施化肥(NPK)、化肥解磷菌肥配施(NPKB)、单施有机肥(M)、有机肥化肥配施(MNPK)、有机肥化肥解磷菌肥配施(MNPKB)8个处理下的0~20 cm耕层土壤,利用Biolog-ECO微平板法结合多元分析对不同处理下土壤微生物群落的碳源利用情况、功能多样性和共现性特征进行探究。结果表明,复垦施肥能够显著提高土壤微生物对31种碳源的利用能力,并且可以显著提高土壤微生物群落的多样性和丰富度,其中MNPK处理与NPK处理的效果最佳。主成分分析(PCA)和双向聚类分析均表明,欠施肥处理组(UL、CK和PK)和完全施肥处理组(NPK、NPKB、M、MNPK和MNPKB)的组间碳源利用特征存在明显分异,而组内各处理的碳源利用图谱相似。完全施肥处理组的土壤微生物群落功能活性显著高于欠施肥处理组。共发生网络分析结果显示,与欠施肥处理组相比,完全施肥处理组微生物的碳源利用呈现出更强的网络共现性,拥有更复杂的网络组成。说明即使1年的短期复垦施肥处理也能明显提高采煤矿区的土壤微生物功能多样性,且NPK均衡的完全施肥处理有助于复垦土壤微生物恢复其复杂、稳定的群落结构,其中有机肥化肥配施与单施化肥的复垦效果最佳,在采煤矿区复垦实际中应用潜力更大。

不同施肥处理对晋南旱塬麦田土壤微生物功能多样性的影响

研究不同施肥处理对晋南旱塬麦田土壤微生物功能多样性的影响,可从微生物功能多样性的角度为旱地小麦减肥增产和肥力提升提供理论依据。本研究依托晋南黄土旱塬冬小麦种植区的长期定位试验田,设置秸秆炭(SF)、菌肥(BF)、有机肥(OF)、腐殖酸(HF)、测控施肥(MF)、农户施肥(FF)和不施肥(CK)7种处理,基于Biolog-ECO微平板法,研究了不同施肥处理下晋南旱塬麦田土壤微生物的碳源利用能力和功能多样性的差异。结果表明:不同施肥处理均能提高黄土旱塬麦田土壤微生物代谢活性和功能多样性,但不同处理的增效不同,SF处理下土壤微生物对碳源的利用最强,能够显著提高土壤微生物对31种碳源的总体利用能力和不同类型碳源的利用能力;SF处理下基于碳源利用的微生物功能多样性、物种丰富度、优势度均显著高于其他5个施肥处理,而其均匀度仅高于BF处理。主成分分析和双向聚类热图分析表明,不同施肥处理对土壤微生物群落代谢功能产生显著影响,SF处理对土壤微生物群落功能多样性有显著促进作用,这种促进作用主要体现在微生物对碳水化合物、羧酸类和氨基酸类碳源的利用上。综上,秸秆炭化还田对晋南旱塬麦田土壤微生物活性有较好的促进作用。

汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其驱动因素

古菌作为环境微生物的重要组成部分,可在河流生态系统中的碳、氮、硫等元素生物地球化学循环过程发挥重要贡献.本研究以汾河干流的渍水湿地土壤为研究对象,通过实时定量PCR及高通量测序技术分析了湿地土壤中古菌群落的丰度、结构组成及其潜在功能,揭示了汾河干流湿地土壤中古菌群落的演替特征及其主要驱动因素.结果表明:汾河干流不同区域湿地土壤中古菌的优势类群具有明显差异,上、中、下游区域的古菌群落分别以Thaumarchaeota、Euryarchaeota和Nanoarchaeota为主.PCoA及ANOSIM分析也显示,不同区域间的古菌群落存在极显著差异(p<0.01);其中,汾河中下游湿地土壤中的古菌群落呈现出极显著的距离衰减关系(p<0.01).汾河上游区域内的古菌群落可能主要参与了氮代谢相关过程,而中下游的古菌群落则可能以产甲烷过程为主.汾河湿地土壤中古菌群落的丰度主要受pH及氮磷有效养分的调控,而土壤有效磷和总磷是影响古菌群落结构的主要环境因子.总体上,受不同区域土壤理化性质差异的影响,汾河干流湿地土壤中的古菌群落在纬度尺度上呈现出一定的生物地理分布格局.

施肥对复垦土壤中活性和难降解碳氮组分的影响

研究复垦土壤中活性和难降解碳氮组分随复垦年限和施肥措施变化的特征,以期深入理解采煤塌陷区复垦土壤碳氮的稳定性机制.采集复垦4年和8年的定位试验各处理耕层(0-20 cm)土样,利用H2SO4水解法分析活性组分Ⅰ、Ⅱ和难降解组分中有机碳(SOC)、全氮(TN)的变化特征.试验设不施肥(CK)、平衡施氮磷钾肥(CF)、单施有机肥(M)、有机无机肥配施(MCF)和生物有机肥配施化肥(MCFB) 5个处理.结果显示,复垦土壤及各组分中有机碳、全氮含量的变化趋势总体均表现为随复垦年限的增加而提高.复垦4年和8年,同CK相比,CF、M、MCF和MCFB处理均显著提高了SOC和TN含量,增幅分别达40.12%-89.97%(4年)、34.16%-71.65%(8年)和22.66%-60.06%、25.86%-37.93%,且以M处理增幅最大;M、MCF和MCFB处理均显著提高了活性组分Ⅱ中碳氮含量,增幅分别为91.74%-141.22%、60.03%-88.27%和24.77%-51.15%、19.73%-66.67%;同CF相比,MCF和MCFB处理均显著提高了复垦8年土壤活性组分Ⅱ中碳氮含量,增幅分别为22.94%-44.62%和41.22%-52.19%.当SOC、活性组分Ⅰ、Ⅱ中碳含量分别达到9.01、1.82和2.25 g/kg时,作物产量达到最大值.本研究表明当养分投入量相同时,单施有机肥更有利于采煤塌陷区复垦土壤及各组分碳氮的累积;另外,土壤有机碳投入水平以及时间还应根据上述阈值进行调整,从而满足土壤科学培肥的要求,达到较高的固碳效率.