封丘县典型农田土壤质量与时空变化特征

黄淮海平原作为我国重要的粮食产区,系统全面地评价该区域典型潮土的质量变化,对指导农业生产具有重要意义。以典型潮土分布的封丘县作为研究区,选取1984、2003和2011年的17项土壤指标,基于土壤参与生态过程中作物生产、碳固存、持水净化和养分运移等功能,构建土壤综合质量评价系统,采用主成分分析结合逼近理想点排序法(TOPSIS)计算各功能得分及土壤质量综合指数,通过GIS空间插值描述封丘县27年内潮土耕作区土壤质量和功能的时空变化特征。结果表明:(1)封丘县土壤全氮、全磷、碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量及阳离子交换量、饱和导水率和孔隙度均呈现不同程度的提升趋势;全钾含量、pH、容重、田间持水量和有效含水量则呈逐年降低趋势;(2)封丘县土壤作物生产、碳固存和养分运移功能得分均有所提升,增长率分别为9.29%、9.68%和7.36%,持水净化功能得分则降低4.17%;(3)封丘县土壤质量综合指数提升较为明显,1984年全县耕地土壤质量综合指数均≤2.0,2003年综合指数>2.0的耕地面积占全县总面积的8.44%,2011年提升至24.05%。整体而言,封丘县该时期的耕地保护和利用模式基本是有效的,封丘县耕地整体质量不断向好的方向发展,相关结果可以为黄淮海地区耕地资源可持续利用提供参考。

长期不同氮肥施用量对潮土团聚体分布和真菌群落组成的影响

不同氮肥施用量显著改变团聚体分布、真菌群落组成及生物胶结物质的产生,但它们之间是否存在相关性尚不清楚。以中国科学院封丘农业生态实验站长期定位试验(2005—2020年)为研究平台,其包含5个施氮水平:0(F0)、150 kg·hm^(–2)(F1)、190 kg·hm^(–2)(F2)、230 kg·hm^(–2)(F3)和270 kg·hm^(–2)(F4),研究了不同施氮量对土壤团聚体组成(>2000μm、2000~250μm、250~53μm和<53μm)的影响,以及团聚体组成与生物胶结物质(球囊霉素相关土壤蛋白(GRSP)及微生物生物量碳(MBC))和土壤真菌之间的相关关系。结果表明,土壤团聚体分布和真菌群落组成分为显著不同的3组,分别为F0、F1和F2以及F3和F4,其中,(1)F1和F2处理团聚体平均重量直径(MWD)最高,同时大于2000μm团聚体的质量比例显著增加,并与拟棘壳孢属(Pyrenochaetopsis)富集有关;(2)F1和F2、F3和F4处理均表现为2000~250μm团聚体的质量比例增加,而小于53μm粉黏粒质量比例显著降低,2000~250μm团聚体的质量比例增加主要与易提取球囊霉素和总球囊霉素相关土壤蛋白比值(EE-GRSP/T-GRSP)以及易提取球囊霉素相关土壤蛋白(EE-GRSP)显著正相关,而与亚隔孢壳属(Didymella)和被孢霉属(Mortierella)相对丰度显著负相关;小于53μm粉黏粒质量比例显著降低主要与被孢霉属(Mortierella)、白腐菌属(Phlebia)、黑孢壳属(Melanospora)、Fusicolla、柄孢壳属(Podospora)和亚隔孢壳属(Didymella)相对丰度显著正相关,而与EE-GRSP和/或支顶孢属(Acremonium)、柱霉属(Scytalidium)、外瓶霉属(Exophiala)、EE-GRSP/T-GRSP、MBC显著负相关。因此,土壤团聚体稳定性的变异程度受氮肥施用水平影响。本研究条件下,150 kg·hm^(–2)和190 kg·hm^(–2)施氮水平下的团聚体稳定性超过230 kg·hm^(–2)和270 kg·hm^(–2)施氮水平,与不同施氮量下真菌群落组成及其胶结物质变化显著相关。

基于共现网络的关键微生物对秸秆还田土壤小麦产量的影响

秸秆施用对作物产量影响效应不一致的机理尚不清楚,可能与秸秆施用诱导的土壤关键微生物群落组成及其丰度变化对产量影响的机理挖掘不够深入有关。选择红壤和黄褐土进行小麦盆栽实验,设置不同秸秆施用水平(S0、S10、S30,分别为0、10、30 g·kg^(-1)土),基于细菌-真菌共现网络评估微生物生态集群、酶活性、化学性质对秸秆施用下小麦产量的影响。结果表明,施用秸秆显著提升了两种土壤的速效养分、可溶性有机碳、微生物生物量碳含量及土壤酶(淀粉酶、转化酶、多酚氧化酶、脲酶、酸性磷酸酶、脱氢酶)活性,但红壤上小麦产量随着秸秆施用量增加显著增加,而黄褐土上则随着秸秆施用量增加而显著降低。与S0相比,红壤中S10和S30处理的籽粒重和地上部生物量分别提升33%~44%和73%~85%,黄褐土中则分别降低22%~25%和55%。共现网络中两个关键生态集群的丰度、酶活性、土壤化学性质的共同正效应影响了红壤小麦产量变化,而关键生态集群丰度对黄褐土小麦产量变化有更大的正效应。秸秆施用显著增加了红壤中与小麦产量正相关的Aspergillus丰度,显著降低了黄褐土中与小麦产量正相关的Bacillus、Burkholderia、Basidiobolus丰度。综上,秸秆施用后红壤中关键有益微生物丰度增加、酶活性增强、化学性质改善叠加作用使小麦产量提升;而黄褐土上小麦产量降低主要与关键有益微生物丰度降低有关,其效应超过化学性质和酶活性的改善。以上结果暗示关键微生物丰度的改变对秸秆还田土壤上作物产量变异有重要影响。

不同配施比例下秸秆和木本泥炭对快速提升土壤有机质和作物产量的耦合影响

木本泥炭和秸秆配施有快速提升土壤有机质(SOM)和作物产量的潜力,但其配施比例如何影响作物产量及其微生物机制尚不清楚。本研究通过田间试验,在施用秸秆和激发剂(RJ)基础上,比较分析了木本泥炭和秸秆三种施用比例2︰1(RJM1)、3︰1(RJM2)、4︰1(RJM3)对土壤理化性质、细菌群落组成和水稻产量影响,并与不施用有机物料的对照(CK)进行比较;同时基于网络分析和路径分析,明确不同处理特定细菌菌群与作物产量之间潜在关系。结果表明,RJM1、RJM2、RJM3间的水稻产量差异不明显,但平均较RJ和CK显著增产16.09%和31.46%。五个处理按土壤理化性质分成显著不同的三组(P<0.01),第一组为RJM2+RJM3,以pH、SOM、可溶性有机碳(DOC)、有效磷(AP)、速效钾(AK)含量显著升高为特征;第二组为RJ+RJM1,以硝态氮(NO_(3)^(–)-N)和可溶性有机氮(DON)含量显著升高为特征;第三组为CK。RJM2+RJM3的SOM、DOC、AP较RJM1处理平均提高29.69%、22.65%和23.95%,表示RJM2+RJM3能迅速提升土壤有机质含量。RJM2和RJM3的细菌群落组成类似,并主要受制于土壤pH、SOM、DOC的变化,但与RJM1的群落组成显著不同。RJM2+RJM3显著增加了与水稻产量正相关的盖勒氏菌(Gaiellaceaeunidentified)、类诺卡氏菌(Nocardioidaceae unidentified)、土壤球菌(Terracoccus)、从毛单胞菌(Comamonadaceae unidentified)、WD2101 unidentified、鞘脂杆菌(Sphingobacterialesunidentified)的丰度,而RJM1显著增加了上述除鞘脂杆菌外的其他5个物种的丰度,表示RJM2+RJM3较RJM1刺激更多的与作物产量有正相关的优势物种。上述结果表明,RJM2+RJM3通过改善土壤pH、SOM、DOC,较RJM1刺激更多的有利于作物增产的优势物种;同时由于RJM1的SOM含量与对照没有显著变化,导致其增产的可持续性要低于RJM2+RJM3处理。综合上述结果和经济效益,推荐RJM2,即木本泥炭和秸秆的施用比例为3︰1时具有同时快速提升SOM和作物产量的效果。

黄淮海地区典型农业土壤中六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)的残留量研究 Ⅰ.表层残留量及其异构体组成

定量分析了黄淮海平原典型农业区七个县的129个表层土壤样品中的六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)含量以及它们的异构体组成,以全面了解该区域农业土壤中有机氯的当前含量水平和评估其潜在的环境毒害能力。结果表明,所有样品均能检测出不同含量水平的HCHs(HCHs=α-HCH+β-HCH+γ-HCH+δ- HCH),平均为4.01±2.21 pg kgll;DDXs(DDXs=4,4’一DDE+4,4’.DDD+2,4’DDT+4,4’一DDT)的检出率为93%,平均含量为11.16±17.29μgkg-1;所有样品的HCHs均远低于国家规定的土壤环境质量一级标准(50μg kg-1),但有3.1%的样品的DDXs值超过该级标准。与国内的天津、欧洲、美国等农业土壤相比较,黄淮海平原农业土壤的有机氯农药污染现象总体来说并不严重。HCH的4种异构体中,β-HCH含量最高,平均浓度为2.48±1.88μg kg-1;而4,4’-DDE是4种DDT异构体中含量最高的,平均浓度为6.91±13.67μg kg-1。各化合物与土壤有机质之间几乎没有相关性。

黄淮海地区典型农业土壤中六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)的残留量研究 Ⅱ.空间分布及垂直分布特征

主要研究了黄淮海地区7个县的典型农业土壤中六六六(HCH)和滴滴涕(DDT)在每个县的空间分布特征,及其在4个土壤剖面的垂直分布模式.空间分布图表明,HCHS(HCHS=α-HCH+β-HCH+γ-HCH+δ-HCH)和DDXS(DDXS=4, 4′-DDE +4, 4′-DDD+2, 4′-DDT+4, 4′-DDT)各浓度在每个县的分布基本上是随机的,DDT的变异性大于HCH.DDXS浓度超过国家规定的土壤环境质量一级标准(50 μg kg-1)的区域集中在禹城县的东部.该研究同时表明在制定具体的土壤有机氯农药管理措施前研究它们的空间变异性的必要性.HCHS在剖面30 cm以下的含量水平与表层相似,其异构体中以β-HCH的含量最高;而DDXS则主要集中在土表0～30 cm,大于30 cm深度其值显著降低或低于检测限.结果表明在官方禁用20多年后,HCH和DDT在黄淮海地区0～100 cm土壤剖面的含量在绝大部分地点已经降至安全水平.

水肥(N)双因素下的小麦产量及水分利用率

通过对6个水分等级和5个N肥等级的相互搭配研究,结果表明,灌溉水平105mm时,对小麦产量抑制较为明显;而当施N量<112.5kg/hm2时,N素成为增加小麦蒸散耗水和小麦产量的限制因素。但灌溉水平不同,小麦产量随施N量的增加而变化的趋势亦不同。当灌溉水平为475mm时,它们之间关系为典型抛物线。然而,小麦的水分利用率则随灌溉水量的增加而降低。只有当灌溉水平较低时,随着施N量增加,水分利用率有上升的趋势。

水肥条件对小麦、玉米N、P、K吸收的影响

水、N是影响作物N、P、K吸收的重要因素。通过对 6个水分等级和 5个N肥等级相互搭配的研究结果表明 ,高水、高N处理不利于小麦N吸收 ,而玉米是耐肥作物 ,相同灌水条件下 ,玉米的吸N量随施N量的增加而增加。在低灌水条件下 (W 0、W 1处理 ) ,玉米子粒吸N量很低 ,变幅为 0～ 17 3kg/hm2 ,并且不受施N量的影响 ;而小麦子粒吸N量仍达 36 6～154 2kg/hm2 。小麦与玉米吸P量的变化趋势与吸N量的变化趋势非常接近。但是 ,作物的吸K量随灌水量增加有明显增加的趋势 ,在玉米上表现尤其明显 ,并且作物的吸K量主要存在于茎秆中 ,因此 。

结构改良剂及麦秆覆盖对麦地蒸散的影响

比较研究了聚丙烯酰胺、水解聚丙烯腈结构改良剂及麦秆覆盖对麦地蒸散的影响。结果表明,结构改良剂的保水效果随土壤墒情而异,而麦秆覆盖有明显的保墒作用;掌握麦地最佳灌水期,可以减少水分的无效损耗。

风干土保存时间和湿土培育时间对黄淮海平原潮土酶活性的影响

以经历18年不同施肥管理的土壤为研究对象,阐明它们经过4个不同时间保存或处理后的土壤脲酶、转化酶、脱氢酶、及FDA酶活性的动态变化。处理包括:风干保存30天或鲜土状态、风干保存210天、风干土湿润至田间持水量(25℃)条件下分别培育15天和51天;同时评估这些酶活性的变化程度与土壤本身有机碳含量之间的关系。结果表明,风干土保存时间和风干土湿润后短期培育均对脲酶活性影响很小,但风干土湿润培养51天后其活性则显著降低;随风干土保存时间延长,转化酶活性显著降低;与鲜土相比,风干土湿润培养15天后,脱氢酶活性显著提高,但继续湿润培养至51天后,其活性又降至与鲜土相当,因此风干土湿润培育一定时间后测定的脱氢酶活性可用来代表其田间自然湿度时的状态;FDA酶活性的变异程度最大,与其从鲜土状态至风干状态的活性急剧下降有关。土壤本身有机碳含量与脲酶和脱氢酶的活性变化程度成显著负相关关系,说明土壤有机碳含量是决定它们随环境条件改变而变化的主要因素之一。另外,土壤NH4+-N、NO3--N和可溶性有机碳含量对上述4种处理的响应程度也存在差异。其中风干状态土壤经湿润培育处理后,NH4+-N含量呈先降后升趋势,正好与脲酶活性变化趋势相反;而NO3--N含量整体上呈上升趋势,可溶性有机碳含量则正好相反。

病毒在土壤中的迁移行为

细菌和病毒等致病微生物广泛存在于化粪池、污水污泥、废水等源头。由于病毒比细菌和原生动物包囊小得多,在通过多孔土壤时不容易被过滤净化,地下水资源的病毒污染已引起各国科学家的高度关注,在过去的几十年间已经进行了较多的研究工作。也有了一些有关病毒在土壤中迁移行为及其影响机理的文献报道。本文的主要目的是在对过去国内外的一些研究结果作一综述,重点探讨影响病毒在土壤中迁移的主要因素,包括(1)影响病毒迁移的水动力学因素;(2)病毒吸附机理及其影响因素;(3)影响病毒生存或死亡的因素。土壤物理性质的不均一性是导致微生物和非反应物质之间的迁移行为差异的主要因素。影响病毒在土壤中吸附和死亡的因素很多,比如:土壤类型、病毒类型、pH、离子强度和多价阳离子、有机质、温度、土壤含水量、微粒、微生物活动等,对它们的影响机理进行了一一描述和解释。在指示病毒的选择上,噬菌体(比如MS2、PRD1、X174)已经被广泛用来研究病毒在土柱和田间条件下的迁移行为,并认为它们比较吻合指示病毒所需的各种条件。根据上述综述资料,在文章的最后对病毒迁移的进一步研究提出了一些建议。

病毒在不同环境介质中去向研究进展

来自污水污泥等源头的病毒进入土壤和水环境后对人畜健康构成威胁,因而阐明病毒在不同环境中的去向是建立安全、高效病毒防治技术的基础。本文在已有研究的基础上,综述了病毒在水体、土壤中的去向,及病毒去除材料的去除效率和机制;明确了气-水界面、本土微生物、有机质含量及其组成等因素对病毒去向有显著影响;比较分析了基于高吸附性和铁铝氧化物致死性的活性炭和富铁铝材料等的病毒去除效率。最后从研究介质选择、病毒去除材料的潜在应用前景、及本土微生物组成对病毒去向影响角度提出了需进一步研究的一些建议。

黄淮海平原集约化种植条件下的土壤剖面硝态氮变化

通过田间试验研究玉米-冬小麦轮作系统下,两种不同水平的N肥施用量对NO_3^--N在黄淮海平原土壤剖面的分布及其动态变化规律的影响,并评估其对环境的潜在污染能力。土壤NO_3--N监测为每间隔20cm至剖面深180cm。结果表示:作物收获后土壤剖面0~180cm的残留NO_3--N含量为107~443kg/hm^2,年际间和不同作物间的变异性较大。土壤剖面NO_3^--N含量随着施肥量的增加有增加的趋势,但差异不显著。当前当地农民常规施肥量处理和为常规施肥量2倍处理在试验期间出现的土壤剖面NO_3^--N含量峰值均在2003年的玉米生长季节,分别为688kg/hm^2和881kg/hm^2,但该玉米生长季节出现的大雨导致占0~180cm土层50%左右的NO_3^--N积累在100~180cm土层深处,该深度的NO_3^--N比较容易通过淋洗迁移出作物-土壤系统,也有可能是潜在的作物N素来源。由于类似大雨在当地出现的频率比较高,因此,即使在当前当地农民的传统耕作管理措施下,土壤NO_3^--N可能存在对环境的污染威胁,但程度如何,尚需进一步研究。

旱稻水分利用率与碳同位素识别值之间的关系

通过温室盆栽试验 ,分析和探讨了三个水平的土壤水分条件对分蘖期和成熟期收获的旱稻(OryzasativaL .)生物量累积、水分利用率 (WUE)、植株不同部位的碳同位素识别值 (CID)的影响 ,并了解了它们之间的相互关系。水分条件包括 :饱和含水量 (W1 )、饱和含水量的 70 %(W2 )、饱和含水量的 4 0 %(W3)。结果表明当土壤水分条件从W1降低到W2时 ,分蘖期收获的生物量降低 4 5 %左右 ,成熟期收获的生物量降低 1 6 %～ 1 9%;而当从W1降低到W3时 ,分蘖期收获的生物量降低 73%左右 ,成熟期收获的生物量降低 5 5 %～ 5 7%。然而 ,根据地上部干重计算而来的WUE(WUE 地上部 )和根据全株干重计算而来的WUE(WUE 全株 )则随土壤含水量的降低而增加 ,其增幅在分蘖期为 0 .0 7～ 0 .2 8gkg-1 ,在成熟期为 0 .0 7～ 0 .4 5gkg-1 。植株的CID值变幅为 1 7.0～ 2 0 .6 ,但植株不同部位间差别显著 ,分蘖期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :根 <最近完全伸展叶 <叶芽 <茎秆 ;而成熟期收获的样品CID值从小到大的顺序为 :籽粒 <根 <茎秆 <旗叶。随着土壤含水量的降低 ,植株所有部位的CID值亦显著减小。叶部的CID值与WUE 地上部(和WUE 全株 )之间呈一致的负相关关系。

长期施用家畜废弃物堆肥对土壤剖面^(15)N自然丰度的影响

通过对两个长期田间试验的研究 ,分析了日本火山灰土 (Andisols)及其溶液中15N自然丰度(δ15N)在土壤剖面的分布 ,其目的是为了评价δ15N值能否作为预测家畜废弃物氮在迁移转化过程中形成的NO3 N污染的指标。在日本中央农业综合研究中心 (NARC)进行了 6年的试验处理包括 :猪场废弃物堆肥 (猪粪堆肥 ) ,缓释尿素 (缓释肥 ) ,普通铵态氮肥 (普通化肥 ) ,及不施肥 (对照 ) ;而在日本农业研究所(NARI)进行了 1 2年的试验则包括三个施用量的牛场废弃物堆肥 (牛粪堆肥 ) ,以该地长期不施肥的森林土壤 (森林 )作为对照。研究结果表明在NARC长期施用猪粪堆肥显著改变了δ15N值在土壤剖面的分布模式 ,猪粪堆肥小区 0～ 2 0cm的δ15N值最高 ,然后按对照≥普通化肥 >缓释肥排列 ,原因主要为猪粪堆肥本身的δ15N值较高及其随后在土壤中的转化等反应 ;缓释肥处理后的土壤δ15N值最低 ,表明缓释肥施入土壤后的循环速率较慢或相对于施肥量其损失较低。在NARI,土壤δ15N值随着施肥量的增加而升高。同样不施肥条件下 ,NARI的森林土壤剖面的δ15N值比相对应的NARC的对照土壤剖面值高 1～ 2个δ单位。NARC土壤剖面 1 0 0cm收集的土壤溶液的δ15N值的大小排列为 :猪粪堆肥 >普通化肥≥对照 >缓释肥 ;并且普通化肥小区土壤溶?

黄棕壤的结构特性及其改良

初步研究了南京市郊区黄棕壤剖面的颗粒组成、孔隙状况等结构特性及持水性能等,并探讨了耕作措施对改良该土结构的效果问题及6种土壤结构改良剂对土壤水稳性团聚体含量和土表结构形态的影响。

土壤水分调控途径与土壤特性关系的探讨

研究表明，储水库容、导水率、土壤紧实度、结构孔隙的稳定性、质地等土壤特性对耕作、灌溉等农田水分调控措施的效果及其选择具有重要意义。

土壤结构特性与农田水分管理

本文研究了河南封丘地区的潮土及江西余江县第四纪红色粘土上发育的红壤的基本结构特性,包括颗粒特性、结构稳定性及孔隙性等。并结合当地气候条件,探讨了潮土和红壤在水分管理方法上不同的原因,为减轻干旱、提高降水利用率提供理论依据。

外源细菌添加对红壤吸附病毒的影响

污水中病毒往往与一些可溶性有机物质、无机胶体及菌体细胞同时存在,但很少有研究考虑菌体细胞及其分泌物对环境中病毒去向的影响。从3株代表性菌株培养液中分别获取菌体细胞及其分泌的胞外聚合物(EPS),其目的是为了:(1)比较不同红壤的病毒吸附能力;(2)明确细菌存在对红壤吸附病毒的影响;(3)评估菌体细胞及EPS影响红壤吸附病毒的相对作用权重。结果表明,4种经过灭菌处理的红壤中,红黏土和赤红壤对病毒的吸附容量最大,其次为砖红壤,而红壤土的吸附能力最弱。菌体细胞对红壤吸附病毒的影响很小,在某种土壤中甚至有促进病毒吸附的趋势,但EPS或EPS与菌体细胞同时存在显著降低了红壤对病毒的吸附能力,其降低比例分别达36%和30%,表明细菌存在降低土壤吸附病毒的现象主要由其分泌物EPS导致。本研究结果表明在评估某一介质对病毒的吸附能力时必须同时考虑细菌存在的影响,否则有可能高估其吸附容量。

农田生态环境变迁与某些农作物病虫害发展变化趋势

通过对河南省新乡地区历年资料分析表明,近40年来该地区主要农业生态环境要素有明显变化。如年日照时数和年均风速逐渐下降,而相对湿度呈上升趋势,进而引起地区性的水面蒸发量下降。气象要素的变化及灌溉量、施N量的增加,促使某些主要农作物病虫害加重,故培育高抗病虫害能力的作物新品种,实施节水灌溉及经济合理施用N肥对缓解该地区的病虫危害将十分有益。