长期不同施肥的棕壤胶体凝聚动力学比较

土壤胶体的凝聚与土壤团聚体的形成密切相关。施肥改变土壤溶液环境,对土壤团聚体形成、土壤结构和土壤物质组成产生影响。探索长期不同施肥影响土壤胶体微观性质和相互作用进而影响土壤宏观现象的关联十分必要。依托35年棕壤长期定位施肥监测试验站,选取不施肥处理(CK)、施用氮肥(N)、施用有机肥(M)、氮肥与有机肥配合施用(N+M)四种处理的棕壤为研究对象,采用动态光散射技术监测不同施肥处理的棕壤胶体凝聚动力学过程,通过对比分析棕壤有机质含量、表面化学性质和棕壤矿物组成等探究不同施肥处理对棕壤胶体凝聚过程的影响。研究发现:四种长期不同施肥处理的棕壤胶体凝聚特征均表现为在低电解质浓度条件下发生慢速凝聚(RLCA)与高电解质浓度条件下的快速凝聚(DLCA);不同施肥处理胶体在相同电解质体系中的临界聚沉浓度的大小顺序均为M>N+M>CK>N。有机肥的长期施用增加了棕壤有机质含量,从而提高了胶体颗粒表面电场强度,加大了胶体颗粒间的静电斥力,加之有机质组分的空间位阻效应使得胶体的凝聚现象减弱;另一方面,长期不同施肥处理并未改变棕壤黏土矿物组成类型,但对其相对含量产生影响:其中,有机肥的长期施入使2︰1型伊利石的相对含量增加,1︰1型高岭石的相对含量减少,长期施用氮肥使伊利石相对含量减少而高岭石相对含量增加。综上,长期不同施肥处理会改变棕壤胶体的基本理化性质和矿物组成比例关系,进而影响棕壤胶体的凝聚动力学过程。

施氮对农用地膜表面微生物群落特征的影响

【目的】农用地膜表面是塑料降解菌筛选、动植物病原菌定殖及抗生素抗性基因富集的潜在热点区域,但地膜表面招募微生物的群落基本特征仍不明确,一定程度上限制了我们对地膜表面微生物定殖过程的理解。【方法】本研究基于地膜覆盖和施氮长期定位试验,2021年秋季采集覆膜当季的地膜样品,利用高通量测序分析了地膜表面的细菌与真菌群落特征。【结果】地膜表面细菌以蓝细菌门(Cyanobacteria)、变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)为主,而真菌以座囊菌纲(Dothideomycetes)为主。地膜及土壤表面均产生肉眼可见的绿色絮状微生物菌落,这说明了覆膜对地表微气候的改善有利于地衣系统的发育。施氮间接提高微生物群落α多样性,但不改变β多样性。同时,与对照相比,施氮增加了地膜表面细菌中芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)相对丰度约160%,并分别提高了真菌中银耳纲(Tremellomycetes)和囊担菌纲(Eurotiomycetes)的相对丰度4.8倍和3.9倍。此外,地膜表面的细菌群落比真菌群落对施氮的响应更敏感。【结论】地膜表面是微生物的一个独特生境,施氮可间接影响地膜表面的微生物群落特征。

冬闲盐碱地绿肥种植对淡水淋盐土壤及淋溶液碳氮影响

为探讨绿肥种植对盐碱地淡水淋盐下土壤及淋溶液碳氮含量的影响,于2021年10月至2022年5月设置冬闲(T1)、冬牧70黑麦(T2)和油菜(T3)3个处理进行大田试验,测定土壤及淋溶液有机碳(SOC)、硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)空间分布情况。结果表明,T1、T2、T3处理0~30 cm土层中土壤有机碳分别由淋盐前的6.20,6.58,7.24 g/kg增加到淋盐后的6.48,7.39,8.06 g/kg,增幅分别为4.41%,12.20%,11.23%。淋盐前后0~60 cm土层中T1处理土壤硝态氮含量显著高于T2和T3,淡水淋盐后,0~30 cm土层各处理分别降低42.42%,3.85%,10.84%;60~90 cm土层中减少了1.38%,7.96%,18.11%。淋盐前各土层土壤铵态氮含量不同处理之间无显著差异,淋盐后各土层土壤铵态氮含量均以T2含量最高。综上,淋盐灌溉后,相较于淋盐前各处理不同土层土壤有机碳均呈增加趋势,而土壤氮素则呈明显降低趋势,通过对土壤及淋溶液氮素含量分析发现,淋盐灌溉造成的氮素淋失主要以硝态氮为主。相较于冬闲田,种植油菜绿肥对土壤氮素提高有明显效果,而种植冬牧70绿肥对减少土壤氮素淋失具有最佳效果。

地膜对农业生产的影响及其污染控制

地膜覆盖具有显著的农业生产效益,可以增温保墒,防虫抑草,扩大作物种植适宜区,从而提高农作物产量和品质,因此在世界范围内尤其是在干旱半干旱地区农田中得到广泛应用。然而,塑料地膜降解速率极其缓慢,加上中国地膜回收工作的开展较为落后,导致大量的塑料碎片残留在农田中,从而造成土壤环境的残膜及微塑料污染。本文基于文献资料、调研和统计数据,就地膜对中国农业生产的影响及其污染防控进行了分析。残膜及微塑料污染会改变土壤理化性质,限制土壤水分和养分运移,并对土壤动植物的生长、发育和繁殖产生危害,改变土壤微生物的丰度和群落结构,损害土壤健康,长此以往会造成作物产量和品质下降,甚至威胁到粮食安全。微塑料存在被植物吸收的可能性,从而通过食物链进入人体,对人体健康产生威胁。此外,微塑料巨大的比表面积使其极容易通过吸附作用成为其他污染物(重金属、农药和抗生素等)的载体,增加污染物的转移富集风险,从而造成土壤生态环境复合污染。中国地膜生产、使用相关标准正在逐步完善,但同发达国家和地区相比仍有一定的差距。中国尚未形成完善可持续的地膜回收体系,农田土壤中的微塑料污染研究仍不够充分,同时针对残膜及微塑料污染防控的政策和法规也有待于进一步完善。因此应进一步借鉴发达国家和地区的经验,结合中国实际情况,因地制宜制定地膜生产、回收相关标准以及残膜和微塑料污染防治的政策法规。

基于生态位理论的东北黑土区耕地整治适宜性评价——以公主岭市为例

耕地整治是保护耕地的重要举措,耕地整治适宜性评价则是开展耕地整治的重要前提和基础。本研究以生态位理论为基础,以吉林省公主岭市为例,从自然条件、基础设施条件、生态可持续性和空间稳定性4个维度选取14个指标,采用Delphi与AHP相结合的方法确定指标权重,在评判影响耕地整治的各项指标实际值(现实生态位)与耕地整治在理想条件下各项指标能够达到的最佳状态(最适生态位)的贴近程度的基础上,确定了3种类型指标的评价模型,并通过加权求和模型计算各评价单元耕地整治生态位适宜度,最终通过Ward聚类法将公主岭市耕地整治适宜性划分为4个等级,同时引入障碍性因素模型,定量确定不同等级区域耕地整治的障碍性因素,并提出整治的方向和对策。研究结果表明,研究区可分为4个整治区,Ⅰ级高度适宜区生态位适宜度大于0.75,耕地面积13 799.89 hm2,占总耕地面积的4.16%,主要障碍性因素为农田防护林覆盖率、道路通达度和田块规整度;Ⅱ级中度适宜区生态位适宜度在0.70到0.75之间,耕地面积77 754.36 hm2,占总耕地面积的23.41%,主要障碍性因素为灌溉条件、道路通达度和农田防护林覆盖率;Ⅲ级轻度适宜区生态位适宜度在0.61到0.70之间,耕地面积177 192.38 hm2,占总耕地面积的53.36%,主要障碍性因素为土壤有机质含量、距主交通干线距离和土壤pH;Ⅳ级不适宜区生态位适宜度小于0.61,耕地面积63 325.61 hm2,占总耕地面积的19.07%,主要障碍性因素为土壤质地、灌溉条件和耕层厚度。研究基于生态位适宜度模型对耕地整治适宜性进行评价,丰富了耕地整治适宜性评价方法,同时评价结果为耕地整治分区建设以及整治方向提供了科学依据。

Na^+、Ca^2+及Na^+-Ca^2+混合离子对胡敏酸胶体稳定性的影响

以胡敏酸为研究对象,通过光散射技术比较土壤中常见盐基离子(Na^+、Ca^2+和Na^+-Ca^2+混合三种电解质)不同浓度条件下胡敏酸胶体凝聚动力学过程,明确不同价态离子界面行为和陪补离子效应对胡敏酸分散稳定性和凝聚体结构的影响。结果发现,Na^+和Ca^2+对胡敏酸胶体聚沉能力的差异远远大于舒尔策-哈迪(Schulze-Hardy)规则中因其化合价不同所引起的差异;Na^+-Ca^2+混合体系中Ca^2+主导凝聚过程,且Na^+-Ca^2+混合与Ca^2+两种离子体系中凝聚现象的差异随离子浓度的降低而增大;混合离子体系中Na^+作为陪补离子,其陪补离子效应对临界聚沉浓度、颗粒间活化能和胡敏酸凝聚体结构均有一定影响,尤以对凝聚体的结构特征影响显著;Na^+-Ca^2+混合体系中胡敏酸凝聚体的结构紧实程度介于单纯离子体系之间,因此可通过调节溶液中的离子组成实现对凝聚体结构紧实程度的调控。上述结果表明,Ca^2+对胡敏酸的聚沉不仅依赖于静电作用,还有Ca^2+在强电场中的极化诱导其与胡敏酸表面含氧官能团之间发生的共价键和桥键的贡献;此外,陪补离子Na^+与Ca^2+在胡敏酸胶体表面的竞争吸附抑制了Ca^2+对胡敏酸的聚沉作用,从而形成紧实程度适中的结构体。研究结果为探究胶体界面反应及土壤胶体凝聚机制提供新的思路和理论。

禾本科绿肥还田对盐碱地棉田土壤碳氮及微生物量碳氮的影响

为探讨绿肥还田对盐碱地棉田土壤碳氮和微生物量碳氮的影响,于2018—2019年选取黑麦草‘冬牧70’和大麦‘驻大麦4号’2种耐低温耐盐碱的禾本科绿肥进行原位还田试验,设置冬闲农田-棉花(T1)、黑麦草-棉花(T2)和大麦-棉花(T3)3个处理,测定不同处理和绿肥还田后不同时期(15 d、50 d、110 d和180 d)棉田土壤有机碳(SOC)、土壤全氮(TN)、土壤微生物量碳(SMBC)和微生物量氮(SMBN)的含量,并计算土壤微生物熵(SMQ)和土壤微生物量碳氮比(SMBC/SMBN)值。结果表明,T2和T3均能显著增加SOC、TN含量,并在180 d时达最大值9.50 g∙kg^(−1)、798.84 mg∙kg^(−1)和9.91g∙kg^(−1)、759.34 mg∙kg^(−1),分别显著高于T1处理。T2和T3的SMBC、SMBN含量在整个还田期的变化动态基本一致,呈前期稳定增长且显著高于T1,后期有所降低且在110 d时略低于T1的变化动态;并且均在50 d时达最大值,此时较T1分别高出81.46%、47.76%和77.33%、43.13%;同时还田后T2处理不同时期的SMBC和SMBN含量均高于T3。SMQ不同处理的变化趋势与SMBC一致,2种绿肥处理除110 d外均高于T1处理,T2在15 d时达到最大值2.82%,而T3在50 d时达到最大值2.98%。各处理SMBC/SMBN值均在4~7之间变化,由此可判断绿肥还田后土壤中微生物群落以细菌为主;同T1相比,除110 d外T2和T3均表现出较高的SMBC/SMBN值。综上所述,在盐碱地冬闲农田种植绿肥并还田可以显著提高棉田土壤碳氮和土壤微生物量碳氮含量,改善土壤微生物群落组成和提高土壤微生物固碳效应,为后茬作物生长提供养分。研究结果对盐碱地冬闲田的合理利用具有指导意义。

黄河三角洲自然保护区土壤PAHs的风险评估和空间特征

黄河三角洲自然保护区在经济和生态上的作用越来越重要,该地区的生态环境也不断发生着变化。为了解黄河三角洲国家级自然保护区内土壤PAHs的含量、分布及风险状况,更好地保护和治理环境,在保护区不同功能区内设置71个点位,采集0—10 cm土壤测定16种优控PAHs的含量并结合效应区间低、中值法和各PAHs单体致癌斜率因子参数评估法评价其生态风险和健康风险,探究土壤PAHs的空间分布状况。结果表明:研究区域PAHs污染水平相对较低,16种优控PAHs的检出率为100%,其含量介于10.92—125.98 ng·g^(−1),远低于效应区间低值,潜在生态风险水平极低。利用各PAHs单体致癌斜率因子参数进行健康风险评价,结果显示区域内成人和儿童的致癌风险值为1.14×10^(−6)—1.23×10^(−6),略大于健康管控值(1.0×10^(−6)),表明存在潜在致癌风险。利用Kriging插值法分析空间格局,PAHs的块基比为0.59,为中等空间相关性,呈现北高南低的趋势;而健康风险值的块基比为0.88>0.75,空间相关性弱,其中南部地区的健康风险最低。研究区域PAHs污染水平相对较低,潜在生态风险水平极低,但存在潜在致癌风险。因此要注意对河三角洲自然保护区PAHs致癌风险的监测。结合空间分布图可以看出PAHs含量和PAHs健康风险值空间分布特征相似,说明PAHs的致癌风险与其含量呈正比关系。该研究对于黄河三角洲国家级自然保护区生态环境保护和治理具有重要的理论意义。

刈割期及青贮时长对饲草青贮品质的影响

以4个小黑麦(Triticosecale Wittmack)品种(黑麦3241、黑麦1048、冀饲1号和冀饲2号)和1个黑麦(SecaleL.)品种(冬牧70)为材料,研究不同刈割期(4月26日、5月8日和5月19日)及不同青贮时长(30、45d和60d)对饲草营养指标、青贮品质的影响。结果表明:刈割期显著影响所有品种的营养和品质指标(P<0.05),与4月26日相比,随着刈割期的推迟,其水分和粗蛋白含量降低,而中性和酸性洗涤纤维含量增加,综合认为5月8日—19日为较适刈割期。青贮时长对所有品种的粗蛋白含量、氨态氮/总氮、pH值、乳酸和乙酸含量影响显著(P<0.05),而对总磷含量影响较小,只有T4、T5差异显著(P<0.05);随青贮时长增加,除水分含量呈增加趋势、粗蛋白含量呈先增加后降低趋势外,总磷、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量呈下降趋势,乳酸、乙酸含量和氨态氮/总氮比值呈上升趋势。综合考虑认为各项指标青贮30d基本能达到相关品质指标要求,青贮30d和45d之间投喂最佳。

不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体及碳氮含量的影响

为探究不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体组成、稳定性及团聚体中碳氮含量变化的影响,本研究选取黄河三角洲农业高新技术产业示范区4种土地利用方式(荒地、草地、园地、耕地)为研究对象,通过湿筛法将土壤进行粒级分组,对0~20、20~40 cm土层的水稳性团聚体的组成、稳定性及土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)含量进行测定与分析。结果表明:4种土地利用方式土壤团聚体含量均以0.25~2 mm和0.053~0.25 mm粒级为主,>2 mm粒级为最低;其中,耕地<0.25 mm粒级团聚体含量最高,其次是园地,草地与荒地含量最低。各土层中草地和荒地土壤团聚体MWD、GMD和R_(0.25)值较大,耕地最小,园地和草地D值较小,耕地D值最大。各土层及各粒级土壤团聚体SOC、TN含量的变化基本一致,均随土层加深而降低,表现为园地>草地>耕地>荒地(SOC)和草地>园地>耕地>荒地(TN),且土壤团聚体SOC、TN含量随粒级减小而降低。4种土地利用方式下不同土层中均以0.25~2 mm和0.053~0.25 mm粒级团聚体SOC、TN贡献率最高,分别为59.50%~78.00%(SOC)和59.34%~75.34%(TN),这与该粒级土壤团聚体含量所占比例高有关。本研究结果可为黄河三角洲盐碱地区土地利用的合理规划与可持续发展提供参考。

植物残体向土壤有机质转化过程及其稳定机制的研究进展

土壤有机质的数量和质量不仅是衡量土壤肥力状况的核心要素,其形成、转化及稳定过程还与全球气候变化密切相关。植物残体是土壤有机质的初始来源,但由于其腐解过程的复杂、多变性以及土壤有机质、微生物的高度异质性,植物残体向土壤有机质的转化和稳定机理尚不十分明确。本文介绍并讨论了近年来关于植物残体向土壤有机质转化相关研究的新发现,探讨了微生物源和植物源有机质对土壤有机质的贡献,概述了土壤有机质形成的微生物驱动机制,并综述了植物残体输入后土壤有机质稳定性的相关研究,最后对该研究领域未来的发展进行展望,以期能够为科学地提高土壤的固碳能力提供参考。

盐碱地冬闲农田绿肥种植生态服务价值评价

为探究盐碱地冬闲农田绿肥种植的生态服务价值,本研究以4年绿肥(冬牧70黑麦、大麦和油菜)定位试验为基础,应用农田生态系统服务功能价值理论,结合绿肥作用特性,选取气体调节、土壤养分累积、土壤保持、水分涵养、抑盐脱盐和降低面源污染6种服务功能,采用生态经济学方法,评估盐碱地冬闲农田绿肥种植生态服务价值,构建盐碱地冬闲农田绿肥种植利用综合效益评价指标体系。结果表明,种植冬牧70黑麦、大麦、油菜的生态服务功能总价值分别为19 361.96、18 087.56、15 508.09元/hm^(2),较冬闲处理分别提高122.54%、107.90%、78.25%。三种冬绿肥各项生态服务功能价值中,气体调节价值贡献率为26.60%~31.95%,水分涵养贡献率为23.22%~26.37%,土壤养分累积贡献率为14.63%~16.78%,抑盐脱盐和降低面源污染贡献率分别为11.01%~12.57%和10.24%~13.01%,土壤保持功能价值贡献率<10%。综之,盐碱地冬闲农田可推广种植绿肥作物以提高生态服务价值,尤以种植冬牧70黑麦效果最好。

青贮时长对饲草黑麦、小黑麦青贮营养与发酵品质的影响

以1个黑麦(Secale L.)品种和4个小黑麦(Triticosecale Wittmack)品种为材料,研究不同青贮时长(30 d、45 d、60 d)对营养指标、青贮品质的影响。结果表明:青贮时长对所有品种的粗蛋白、氨态氮/总氮、pH、乳酸和乙酸影响显著(P<0.05),而对总磷影响不显著(P>0.05)。从青贮30 d到青贮60 d,乳酸和氨态氮/总氮发酵品质指标呈现增加的趋势,分别增加了11.16%~41.13%和2.59%~22.43%。从青贮0 d到60 d,粗蛋白、中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维营养品质指标呈减少的趋势,分别减少了0.73%~8.38%、5.82%~15.35%和5.80%~20.54%。各项指标在青贮30 d基本能达到相关品质指标要求,黑麦品种‘冬牧70’和小黑麦品种‘冀饲1号’青贮质量较优,结果对于青贮饲料生产具有实践指导意义。

基于农场尺度的农田土壤养分空间分布特征

基于地理信息系统(geographic information system,GIS)与地统计学原理,使用软件ArcGIS 10.0地统计分析模块研究山东省黄河三角洲农业高新技术产业示范区土壤碱解氮、速效磷、速效钾、盐分含量和pH值等土壤养分的空间变异情况,并采用空间局部插值法分析,直观了解研究区土壤养分丰缺状况。结果表明,与20~40 cm土层相比,0~20 cm土层土壤碱解氮、速效磷、速效钾和盐分含量较高,但pH值较低。0~20 cm土层土壤速效钾含量的空间相关性最强,块金系数0.1704;土壤速效磷和盐分含量的空间相关性均为中等,块金系数分别为0.2983和0.3034,受结构性因素和随机性因素共同影响;土壤pH和碱解氮含量的空间相关性较弱,块金系数分别为0.5726和0.6279,受随机性因素影响较大。

降低300MW火电机组供电煤耗优化研究

针对某发电厂#3燃煤发电机组供电煤耗高的因素进行分析研究,通过制定具体对策,并在机组运行过程中进行优化调整,降低了机组供电煤耗率,减少了燃煤量,实现了节能降耗减排,为同类燃煤机组降低供电煤耗提供参考和借鉴。

黑土地保护利用与山水林田湖草沙系统的协调及生态屏障建设战略

我国东北黑土地在长期高强度利用下土壤“变薄、变硬、变瘦、变酸”,且面临水资源短缺及生态失衡等问题,水土资源与生态环境的协调已经成为东北农业可持续发展的瓶颈。黑土地保护和利用不仅是耕地系统自身问题,更是山水林田湖草沙系统协同发展的问题,需要充分发挥森林、草地、湿地等自然生态系统具有的水源涵养、水土保持、防风固沙和生物多样性保护功能,在开展黑土地耕地数量保障和提升黑土地质量行动基础上,实施山水林田湖草沙一体化发展战略,加强黑土地生态屏障生态条件,阻控和修复黑土地退化,实现黑土地可持续利用目标。

国际化视野下资源环境类研究生创新能力提升模式及实施成效

以人才培养国际化为目标,以沈阳农业大学为例,分析资源环境类专业研究生培养存在的问题,提出研究生创新能力提升模式。

“新农科”背景下资源与环境类专业改造提升路径的研究与实践

本文以沈阳农业大学资源与环境类专业为研究对象,以学生为中心,以社会需求为引领,紧密结合新农科建设要求,开展了资源与环境类专业结构优化和改造提升路径的研究与实践。分析了资源与环境类专业存在的问题,创建了招生就业认可度、社会需求度、产业适应度的“三维度”评价指标体系,依据专业评价的结果采取增、停、并、转的方式优化了资源与环境类专业的结构布局;从修订培养方案、优化课程体系、强化课程建设、建立实践基地、创新教学模式等方面建立了专业内涵提升的“五项核心工程”,构建了“厚基础、强实践、重创新、增潜力”新农科背景下资源与环境类专业人才培养新模式,提高了资源环境类专业的竞争能力,为培养高素质复合型人才提供了强有力的支撑。

巩固黑土地粮仓 保障国家粮食安全

粮食安全是国家安全的重要保障。东北黑土区是我国重要的商品粮生产基地,在保障国家粮食安全中起到“压舱石”的作用。但由于该区域耕地的高强度、不合理或过度利用造成了严峻的黑土退化问题。因此,如何使黑土地粮仓高效、可持续地为国家粮食安全提供保障,是当前亟待解决的科学问题。文章系统梳理了改革开放以来黑土地粮仓的农业发展状况;在此基础上,系统总结了黑土地粮食生产可持续发展所面临的问题,并结合中央对东北地区农业生产要求,提出了协调粮食安全和生态安全、增强粮食生产可持续发展的相应对策。以期为东北黑土区农业可持续发展提供参考,为国家粮食战略部署、农业政策制定及国家粮食安全稳固等提供科学指导。

不同区域作物适宜的抑制剂施用量探究

为了探究抑制剂在不同地区和作物上的适宜添加量,本研究选取中国华南、华东、华中、西南、西北、东北地区的代表性作物,采用田间试验的方法,探究不同抑制剂施用量对作物产量和增产率的影响。研究结果表明,华南地区茶树和龙眼的抑制剂适宜用量分别为7.5‰和8‰,增产幅度分别为6.94%和24.92%。华东地区冬小麦、夏玉米和春花生抑制剂适宜用量分别为6‰、7‰和5‰,增产幅度分别为14.30%、10.98%和12.17%。华中地区水稻抑制剂适宜用量为12‰,增产幅度为8.74%。西南月季和香石竹的抑制剂适宜用量分别为8‰和7‰,增产幅度分别为16.67%和12.10%。西北苹果和冬小麦的抑制剂适宜用量均为7‰,增产幅度分别为27.83%和3.63%,西北春玉米的抑制剂适宜用量为5‰,增产幅度为1.97%。东北玉米的抑制剂适宜用量为9‰,增产幅度为7.67%。总的来说,抑制剂在西北地区粮食作物(玉米、小麦)的增产效果弱于其它地区,水田的抑制剂推荐使用量(12‰)高于旱地(5‰~9‰),且抑制剂在中国各个地区均能产生明显的增产效果,具有显著的增产节肥作用。