Effect of Rare Earths on Fractionation and Transformation of Soil Available Nitrogen

The effect of rare earths (RE) on fractionation and transformation of available nitrogen in a yellow cinnamon soil was studied with soil cultivation. The results show that under the dry condition, when the extraneous RE are added to the soil, both concentrations of soil ammonium N and hydrolysable N increase, and the concentrations of soil nitric N decrease. The concentrations of soil available N increase with the increase of RE concentrations in soils when the RE concentrations are low, but it decreases with the increase of high RE concentrations in soils. The NOEC (no observed effect concentration) of the extraneous RE to available N in the soils is 443.8 mg·kg -1 . Under the inundated condition, low RE concentrations in soil has no significant effect on soil ammonium N and hydrolysable N. However, when the soil RE concentrations are high, both of them decrease with the increase of RE concentrations. The NOEC of the extraneous RE to soil ammonium N and hydrolysable N are 171.2 and 256.9 mg·kg -1 , respectively.

山西省主要耕地土壤对磷的吸附解吸特征

山西省主要耕作土壤对磷养分的吸附解吸特征鲜有报道。以山西省褐土、潮土和黄绵土三大主要耕作土壤为研究对象,对比分析了不同类型土壤对磷的吸附解吸过程及其特征参数。结果表明,3种不同土壤对磷的吸附量和解吸量均随外源磷浓度的增加而增加,吸附量随土壤深度增加而增大,但解吸量随深度增加而减小。3种土壤不同土层对磷的吸附过程均与Langmuir方程拟合良好,从等温吸附特征参数来看,土壤最大吸附量的最大值为793.65 mg/kg,出现在褐土40~60 cm土层中;土壤最大缓冲量以潮土0~20 cm土层最小,为16.31 mg/kg;而黄绵土40~60 cm土层K值最大,为0.494。3种土壤相同土层对磷的解吸量均表现为褐土>潮土>黄绵土。另外,褐土、潮土和黄绵土的需磷量分别为7.10、3.22和5.65 mg/kg。总之,褐土对磷有较强吸附能力,且吸附的磷易被解吸;潮土对磷吸附能力相对较弱,但供磷能力较强;黄绵土相较褐土与潮土对磷解吸能力较弱。在农作物种植过程中,需根据当地土壤对磷吸附解吸特性合理制定磷肥施用方案。

氮肥减施对黄褐土区小麦——玉米轮作体系产量和氮素吸收利用的影响

为了明确黄褐土区小麦—玉米轮作体系最佳的氮肥减施量,2018—2020年在黄褐土区设置不施氮肥(CK)、常规施肥(FP,施氮225 kg/hm^(2))、优化施肥(CF,施氮180 kg/hm^(2))、常规施肥基础上减氮10%(90%FP,施氮202.5 kg/hm^(2))、常规施肥基础上减氮20%(80%FP,施氮180 kg/hm^(2))、常规施肥基础上减氮30%(70%FP,施氮157.5 kg/hm^(2))、控失尿素和普通尿素7∶3配施(CRU,施氮180 kg/hm^(2))共7个处理,探讨氮肥减施对小麦—玉米轮作体系产量和氮肥吸收利用的影响。结果表明,所有施氮处理中,2个轮作周年,CF处理小麦、玉米产量均最高,CRU处理次之,两者无显著差异。与FP处理相比,在减氮20%条件下,2个轮作周年,CF处理和CRU处理小麦产量分别提高3.62%和2.57%,玉米产量分别提高3.53%和1.85%;80%FP处理小麦、玉米产量均降低,但不显著。减氮30%处理小麦、玉米产量均较FP处理明显减产。2个轮作周年,CF处理和CRU处理土壤中有机质、全氮和水解氮含量较高,高于其他处理,但两者差异不显著,70%FP处理总体上较FP处理显著降低土壤水解氮含量。2个轮作周年,CF处理和CRU处理小麦、玉米的氮肥回收率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均较高,两者差异不显著,但均显著高于FP处理。其中,CRU处理小麦和玉米的氮肥回收率分别提高32.1%~50.8%和41.7%~44.2%,氮肥农学效率分别提高31.7%~35.6%和29.5%~31.9%,氮肥偏生产力分别提高27.4%~28.9%和26.9%~27.7%。综上,黄褐土区小麦—玉米轮作体系中,减氮20%条件下优化施肥、控失尿素和普通尿素7∶3配施均能提高作物产量和氮素利用效率,而减氮30%则存在减产风险。综合考虑,控失尿素和普通尿素7∶3配施并一次性施肥为黄褐土区小麦—玉米轮作区的最佳施肥措施。

食用菌菌渣对黄褐土团聚体组成的影响

为探明不同碳氮比的食用菌菌渣对黄褐土团聚体组成和性状的影响,采用室内恒温培养试验分析了添加灰树花菌渣和双孢菇菌渣前后黄褐土水稳性团聚体的组成变化及性状指标之间的相关性。结果表明:添加菌渣主要增加了1~5 mm的水稳性团聚体百分含量,培养后1~5 mm团聚体百分含量在≥0.25 mm团聚体百分含量中占比增加了35.74%~52.88%;两种菌渣均能显著增大土壤团聚体的平均重量直径和几何均重直径,培养期内,灰树花菌渣15%和30%添加量处理的团聚体平均重量直径和几何均重直径始终显著大于1%和5%的处理,双孢菇菌渣培养30 d和60 d的处理中,团聚体性状指标随添加量变化规律不明显,培养90 d后,添加15%和30%的处理团聚体平均重量直径和几何均重直径显著高于低添加量处理;灰树花菌渣处理的团聚体性状各项指标与3~5 mm的大团聚体含量显著相关,双孢菇菌渣处理的团聚体性状指标与2~3、3~5 mm的较大团聚体和0.25~0.5、0.5~1 mm的较小团聚体含量都显著相关。研究表明,食用菌菌渣培育黄褐土能够改善土壤团聚体状态,菌渣的碳氮比是影响改善效果的重要因素,过高的碳氮比仅对大团聚体的形成有短效的作用效果,适宜的碳氮比是菌渣发挥土壤结构改良作用的重要条件。

秸秆还田与生物炭施用对黄褐土团聚体稳定性及有机碳积累的影响

探明生物炭、秸秆和化肥配施对黄褐土条件下土壤团聚体的影响,为降低黄淮海平原黄褐土生产障碍,建立合理培肥制度提供参考。本研究通过3年定位试验,设置了不同的施肥制度:对照为不施肥(CK)、施用化肥(NPK)、生物炭配施化肥(NPKB)、秸秆配施化肥(NPKS)、生物炭和秸秆配施化肥(NPKSB)5个处理。对不同处理条件下湿筛的土壤团聚体指标进行了分析。结果表明:施用有机物料后,能增加大粒级土壤团聚体含量,提升土壤团聚体稳定性,提高土壤有机质含量。稳定性的提升幅度次序为NPKS>NPKSB>NPKB。在试验期内,添加生物炭能逐年提升土壤有机碳含量,顺序为NPKSB>NPKB。在所有施肥处理中,NPKSB对提升大粒级团聚体有机碳贡献率效果最好。在本研究设置处理中,NPKSB对提升土壤团聚体基本性能效果最好。

水旱轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化研究

采用盆栽试验,研究了黑麦草-水稻轮作条件下不同类型土壤供钾能力及钾素动态变化,以期为土壤供钾机制研究及合理的钾素调控提供依据。结果表明:不施钾条件下(NP处理),潮土上种植作物的生物量和吸钾量最高,黄褐土次之,红壤最低;施钾条件下(NPK处理),3种土壤上种植作物的生物量无显著差异,作物吸钾量为黄褐土>潮土>红壤。整个轮作期,红壤、黄褐土和潮土NPK处理的作物生物量较NP处理分别增加55.6%、45.2%和23.2%,作物吸钾量分别增加368.8%、166.8%和74.5%。轮作前季(黑麦草季),NP处理的3种土壤水溶性钾含量和交换性钾含量均降低,潮土非交换性钾含量明显降低,红壤和黄褐土非交换性钾含量在前期变化不大,中期有升高的趋势,后期显著降低;NPK处理的土壤钾含量均高于NP处理,且各种形态钾含量的变化趋势与NP处理基本相同。轮作后季(水稻季),NP处理的3种土壤水溶性钾含量变化不大,交换性钾含量呈先降低后升高的趋势,非交换性钾含量呈先升高后降低的趋势;NPK处理的土壤交换性钾含量在水稻生长前期明显升高,中期下降,后期有略微上升,水溶性钾和非交换性钾含量有先升高后降低的变化趋势。综上所述,在不施钾条件下,轮作期内各土壤钾素消耗量较大,水溶性钾和交换性钾含量降低,并促进了非交换性钾的释放;施钾能提高土壤水溶性钾和交换性钾含量,并向非交换性钾方向转化,施钾对黑麦草和水稻有显著增产效果,可以有效地提高土壤供钾水平。

秸秆还田配施化肥对黄褐土氮磷淋失的影响

采用室内模拟装置淋溶土柱的方法,研究了水稻秸秆还田配施化肥对土壤氮磷淋溶迁移的影响。结果表明,土壤淋失液中总氮含量表现为:NS(无秸秆还田+优化施肥)处理>SF(秸秆还田+优化施肥)处理>SDF(秸秆还田+优化施肥量氮磷钾均减20%)处理>CK(无秸秆还田、无施肥)处理;土壤淋失液中可溶性磷和总磷含量均表现为:SF(秸秆还田+优化施肥)处理>NS(无秸秆还田+优化施肥)处理>SDF(秸秆还田+优化施肥量氮磷钾均减20%)处理>CK(无秸秆还田、无施肥)处理,并且呈现出随着时间的延长逐渐下降的趋势;经过淋溶后,表层土壤中全氮含量最高的是SF(秸秆还田+优化施肥)处理,为0.486g/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为0.440g/kg,全磷含量最高的是NS(无秸秆还田+优化施肥)处理,为0.306g/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为0.261g/kg;但表层土壤中速效磷含量最高的是SF(秸秆还田+优化施肥)处理,为29.353mg/kg,最低的是CK(无秸秆还田、无施肥)处理,为21.210mg/kg。研究结果表明,化肥施用量减少有利于降低土壤氮磷的淋失,在优化施肥量条件下,黄褐土实行秸秆还田会降低土壤氮素的淋失,但会提高土壤磷素的淋失。

外源稀土对土壤中稀土和重金属可交换态的影响

通过土壤旱作和淹水 2种培养方式 ,研究了不同时期添加外源稀土对黄褐土中稀土和重金属Fe、Mn、Zn可交换态含量的影响 .研究结果表明 ,稀土处理显著提高土壤中可交换态含量 ,其分配系数也随之增大 ,但绝大部分仍维持在 1 0 %以下 .淹水条件下交换态稀土的含量比旱作高 ,但随培养时间的延长逐渐降低 .随稀土处理浓度的升高 ,交换态稀土组成逐渐向外源稀土成分靠近 ,并在 2 0 0mg·kg- 1以上达到相对稳定 .土壤中交换态Fe、Mn、Zn的含量随稀土处理浓度的升高呈线性升高 。

不同水分状况对红壤和黄褐土速效钾含量的影响

通过120 d的实验室恒温(25±1)℃培养试验,研究了不同水分条件(含水量0、25%和40%及干湿交替)对红壤和黄褐土速效钾(K)变化的影响。结果表明,无论施钾与否,红壤恒湿处理(25%和40%)的速效K高于干燥土壤,并且随着培养时间的延长有增加的趋势;黄褐土与红壤相反,恒湿处理的速效钾低于干燥土壤。同一土壤25%和40%含水量恒湿处理的速效钾含量差异不显著,表明土粒表面水膜的厚薄不是影响土壤钾有效性的控制因素。干湿交替条件下,红壤速效钾变化不明显,黄褐土速效钾逐渐增加,干燥过程可促进黄褐土层间K^+的释放。随着干湿交替次数的增加,红壤固钾能力有增加的趋势,黄褐土的固钾能力逐渐下降。

土壤中稀土对有效氮形态分配和转化的影响

在土壤旱作和淹水培养两种方式下 ,通过添加外源稀土研究了黄褐土中稀土对有效氮形态分配和转化的影响。结果表明 ,在旱培条件下 ,土壤中稀土含量的提高增加铵态氮和水解氮的含量 ,减少硝态氮的含量 ,两周内增加矿质态氮的含量 ,八周以后则无显著影响 ;有效氮的含量在稀土含量较低时升高 ,高含量时则下降 ,实验确定外源稀土对旱培土壤有效氮作用的无观察效应浓度 (NOEC)为 44 3 .8mg·kg- 1 。在淹水培养条件下 ,稀土含量较低时对土壤铵态氮和水解氮含量无显著影响 ,含量较高时则降低铵态氮和水解氮含量 ,外源稀土对淹水土壤铵态氮和水解氮含量影响的无观察效应浓度分别为 171.2 ,2 5 6.9mg·kg- 1 。分析表明 ,土壤中稀土含量的变化对氮素的影响在旱培条件下主要与稀土对土壤硝化过程作用有关 ,淹水条件下与稀土对土壤氨化过程作用有关。

低剂量混合稀土积累对黄褐土微生物主要类群的生态效应

采用田间小区试验和室内低剂量模拟叠加试验相结合的方法 ,研究低剂量混合稀土在黄褐土中积累对土壤微生物主要类群的生态效应 .结果表明 ,低剂量稀土的持续积累对土壤细菌、放线菌产生刺激、抑制、再刺激的交替作用 ;对真菌也产生类似的作用 ,但抑制作用不显著 ,而刺激作用持续、明显 .混合稀土对 3类土壤微生物数量抑制程度顺序为 :细菌 >放线菌 >霉菌 .稀土积累至 15 0mg·kg-1时 ,土壤各类微生物的种群结构均发生显著的改变 ,耐稀土微生物数量大幅度增加 ,细菌中的G-细菌、链霉菌的白孢类群、真菌中青霉分别成为优势种群 .对低浓度稀土积累的田间土壤微生物学参数模拟计算结果表明 ,稀土对土壤细菌、放线菌和真菌的EC50 (半抑制浓度 )值分别为 2 4 1、4 1 6～ 73 8和 5 5 3～ 15 0 1mg·kg-1,30mg·kg-1值可以初步确定为稀土在黄褐土中积累的安全临界值 .

黄棕壤和黄褐土粘粒胶膜的元素组成特征与粘粒矿物

通过对黄棕壤和黄褐土粘粒胶膜中元素和粘粒矿物的分析 ,比较了粘粒胶膜和基质土壤的性质、元素和矿物组成之间的关系。结果表明 :粘粒胶膜的pH值、粘粒含量、有机质、P2 O5、MnO2 、Fe2 O3、盐基等的含量和铁的活化度均比基质土壤的高 ;粘粒胶膜能富集Co、Pb、Zn、Cd等重金属元素。 2种土壤的粘粒胶膜和基质的粘粒矿物均由 1.4nm矿物、水云母、高岭石组成 ;黄棕壤基质和胶膜中的 1.4nm矿物为 1.4nm过渡矿物和蛭石的混合相 ,而黄褐土基质和胶膜中的 1.4nm矿物全部由蛭石组成。

低分子量有机酸对红壤和黄褐土K^+吸附动力学的影响

采用连续流动法研究了低分子量有机酸影响下供试土壤的钾素吸附动力学特征,探讨了描述土壤K+吸附动力学的最优模型。结果发现,有机酸(苹果酸、柠檬酸)作用下,红壤吸附的K+量均低于对照(不加有机酸)处理,0.1 mmol L-1草酸处理除外。黄褐土对K+的吸附因K+浓度的不同而差异明显。当K+浓度为0.1 mmol L-1时,有机酸作用下黄褐土吸附的K+量低于对照,而当K+浓度为1.0 mmol L-1时,有机酸作用下的黄褐土K+吸附量高于对照。K+吸附反应速度与时间的自然对数lnt间存在良好的线性关系(r0.05=0.754,r0.01=0.874)。1.0 mmol L-1KCl处理的初始吸附速率较高,反应速度降低的较快。对红壤、黄褐土吸附K+的数据进行拟合,双常数方程、指数方程和Elovich方程拟合效果较好,都达到了极显著水平,一级动力学方程拟合效果不好。双常数方程的相关系数(r)高于Elovich方程和指数方程,双常数方程是描述红壤和黄褐土在有机酸作用下K+吸附动力学的最优模型。结果表明,有机酸对两种土壤吸附能力的影响均表现为草酸>柠檬酸>苹果酸。有机酸作用下红壤和黄褐土的K+吸附过程主要受土壤电荷的影响。

陕南茶园黄褐土的改良研究

采用施肥法和客土法研究了不同有机肥料和沙土比例对茶园土壤的改良效果。结果表明，油渣、腐熟牛粪和秸秆等对提高土壤速效养分和有机质含量的效果较好，与对照相比，增幅在46．14％～202％不等；施用油渣对新梢的生长和茶叶品质的提高效果最好，其茶树叶片中茶多酚、氨基酸、咖啡碱和水浸出物含量分别为17．28％、1．518％、2．038％和48．33％。综合比较不同处理对陕南茶园土壤肥力、茶苗生长和茶叶品质的影响，油渣处理的效果最好，其次是施用农家肥和秸秆处理；陕南茶园的有机质含量很低，而秸秆处理对有机质含量的提高起到较好的效果，在土壤改良方面应该加大油渣或农家肥的施用量，并结合秸秆施用。

生物质炭和微生物菌肥对酸化黄褐土农田土壤改良及玉米生长的影响

为应对黄褐土农田土壤已经存在的酸化问题,探究合适的调控方法,以酸化黄褐土农田土壤为研究对象,设置不施肥(CK)、传统施肥(CT)、微生物菌肥(WJ)、高量(T20,炭∶土=1∶20)和低量(T200,炭∶土=1∶200)生物质炭添加5种处理,采用桶栽试验开展玉米季土壤酸化调控研究。结果表明,与CK相比,CT处理在玉米收获后土壤pH值和土壤有机质(SOM)、交换性钙离子、交换性镁离子、交换性钠离子含量均无显著变化(P>0.05),说明常规施肥方式不利于酸化黄褐土土壤改良。而WJ、T20、T200处理土壤pH值和SOM含量均较CK显著提升,其中pH值在玉米收获后分别达到4.80、6.45、5.92,SOM含量分别达到14.5、26.5、17.3 g/kg,说明生物质炭和微生物菌肥添加可以显著缓解酸化,改善黄褐土土壤质量。同时,WJ、T20和T200处理土壤交换性钾离子、交换性钠离子、交换性钙离子和交换性镁离子含量显著高于CK和CT处理,说明添加微生物菌肥和生物质炭可有效固持黄褐土土壤中关键盐基离子。不同处理玉米关键生长期的光合指标显示,WJ、T20和T200处理玉米大喇叭口期叶片光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和灌浆期叶片Pn、Gs、Tr均显著高于CK和CT处理,说明添加微生物菌肥和生物质炭不仅改善了黄褐土土壤酸化问题,而且提升了玉米的光合生理指标。且T20处理玉米生长季光合指标(Pn、Gs、Ci和Tr)、土壤pH值、玉米地上部干质量和根干质量等指标均较T200处理显著提升,说明加大生物质炭施用量可能更有益于黄褐土土壤酸化的缓解。综上,添加生物质炭和微生物菌肥是改良酸化黄褐土农田土壤的有效手段,而加大生物质炭用量可以进一步提升改良效果。

水旱轮作下根区与非根区黄褐土钾素动态研究

采用分室根箱试验,研究了油菜—水稻轮作条件下黄褐土根区与非根区土壤钾素动态变化特征,以期为土壤供钾机制研究及合理的根际养分调控提供依据。结果表明,轮作前季(油菜季)前期,根区土壤水溶性钾和交换性钾首先出现相对亏缺;随着油菜生长和吸钾强度的增大,根区非交换性钾含量也显著降低,非根区内、中、外区土壤水溶性钾向根区迁移,交换钾和非交换钾向水溶钾转化,含量均逐渐降低,且距根区越近,降低幅度越大。轮作后季(水稻季)前期,淹水促进了水溶性钾向根区的扩散,非根区外区水溶钾和交换性钾含量明显降低;随着水稻生长和吸钾强度增大,根区与非根区土壤水溶钾和交换性钾含量降低至一定程度时就不再减少,而非交换性钾显著降低。说明作物吸收的钾主要来自于根区,并由非根区钾逐渐向根区迁移,距根区越近,对作物吸钾量的贡献越大。在一个轮作期内,非交换性钾是黄褐土主要供钾形态,其次是交换性钾和水溶性钾。

红壤和黄褐土根际土壤养分变化的研究

以红壤（可变电荷土壤）和黄褐土（恒电荷土壤）为材料，通过根垫法分组盆栽种植玉米、油菜等作物，获得2类土壤的根际土、近根际土以及非根际土样品，测定了它们的碱解氮、有效磷和有机质等含量。结果表明：在种植玉米、油菜等作物的条件下，均为根际土壤碱解氮含量最高，非根际土壤含量最小，意味着根际能活化或富集碱解氮；红壤、黄褐土非根际的有效磷含量比根际分别高28％～44％和29％～57％，表明根际有效磷存在亏缺；根际土与非根际土的有机质含量有所变化，但差异不明显。

低剂量外源稀土积累对黄褐土中微生物主要生理类群的生态效应

采用田间小区试验和室内低剂量模拟叠加试验相结合的方法,研究低剂量外源混合稀土在黄褐土中积累对土壤微生物主要生理类群的生态效应。结果表明,外源低剂量稀土的持续积累会对土壤氨化细菌、硝化细菌、纤维素分解菌和自生固氮菌产生刺激、抑制、再刺激的交替作用。4种土壤微生物生理类群对混合稀土抑制敏感性依大小排序为:纤维素分解菌>氨化细菌>硝化细菌>自生固氮菌。对田间小区低浓度稀土积累下土壤微生物学数据进行模拟计算,稀土积累对纤维素分解菌、氨化细菌、硝化细菌和自生固氮菌的E C50(半抑制浓度)值分别为7.7～10.9、42.3～74.3、12.1～78.4和30.4～91.2m g·kg-1。稀土积累对参与有机碳转化的细菌类群比对参与氮素转化的细菌类群产生更强的抑制作用,纤维素分解菌可作为稀土积累生态效应的指示菌。由于土壤细菌对土壤生物活性的重要贡献,外源稀土在黄褐土中积累对细菌的安全临界值可以初步确定为10～30m g·kg-1。

外源稀土对土壤肥力性状的影响

通过土壤旱作和淹水两种培养方式 ,研究了外源混合稀土积累对黄褐土肥力性状的影响。结果表明 ,在旱培条件下稀土处理浓度与土壤有效氮含量之间有显著的线性正相关 ,淹水条件下有显著的线性负相关 ;两种培养条件下 ,稀土处理降低土壤有效磷含量 ,对交换态盐基离子含量无显著影响 ,但增加电导率和水溶态离子 ,尤其是Ca2 + 离子的含量。

豫南白浆化黄褐土系统分类及高级分类参比研究

根据土壤理化性质,按照《中国土壤系统分类检索(第三版)》中的诊断层和诊断特性对河南南部地区白浆化黄褐土的4个代表性土壤剖面进行检索,确定其在中国土壤系统分类中的属于淋溶土纲,湿润淋溶土亚纲、漂白湿润淋溶土土类及相应的亚类;并分别在美国土壤系统分类(ST)、联合国制定的世界土壤图图例(FAO UNESCO)和中国土壤分类系统的不同分类系统作出高级分类归属和参比.