基于Meta分析的沼液施用对作物-土壤系统效应的研究

定量分析沼液施用对作物产量和土壤肥力及重金属累积的综合效应,旨在明确等氮沼液对作物产量、土壤肥力参数和重金属累积的影响,为优化沼液施用综合管理措施,发挥沼液施用积极效果提供数据参考。运用Meta分析方法将中英文数据库中已发表有关等氮沼液(BS)和全施化肥(CF)处理对作物和土壤肥力影响文献进行检索筛选,共选出有效文献62篇,获得可进行分析的试验数据591组。研究结果表明:与全化肥处理相比施用沼液作物增产7.62%但差异不显著(p=0.07);土壤容重降低6%、总孔隙度增加14%、较大团聚体含量增加10%~20%,差异显著(p<0.05);土壤有机质、总氮、速效磷、阳离子交换量和电导率增幅6%~20%并导致盐分累积加剧(p<0.05);土壤脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性及微生物碳氮含量、香农指数和辛普森指数增幅6%~21%(p<0.001);土壤Cu、Zn和As含量比全化肥(CF)处理显著增加10%~18%。沼液施用对作物增产和土壤肥力提升显著正效应,需要考虑沼液施用年限、土壤类型、作物种类,严格控制施用量降低盐分和重金属累积风险,实现沼液安全高效利用。

不同施肥模式对作物-土壤系统养分收支的影响

以1组20年长期定位试验为基础,针对不同施肥模式下作物-土壤系统养分收支状况进行研究。本试验共8个处理,分别由化肥氮(N)、磷(P)、钾(K)和循环有机肥(M)组合而成。结果表明,养分循环再利用有利于作物产量的提高,对大豆和玉米籽实平均增产率分别为22.9%和16.4%;但随化肥的均衡施用,有机肥增产作用明显降低。仅施用循环有机肥可缓解土壤养分收支赤字,但无法实现作物高产和土壤养分收支平衡;施用氮肥加剧土壤磷收支赤字,同时施用氮、磷肥加剧土壤钾赤字。本研究中同时施用氮、磷、钾肥和循环肥模式可满足作物高产的养分需求,同时能够平衡土壤养分收支,是较为理想的施肥模式。

作物根际激发效应:调控农田土壤碳动态及助力碳中和的关键因素

土壤碳是陆地碳库的重要组成部分,碳输入及输出、矿化与固定的动态平衡是实现碳中和的关键因素。根际激发效应(rhizosphere priming effect,RPE)是指活体植物的存在会显著影响植物-土壤系统碳动态,其微小变化都会影响宏观尺度上的土壤-大气碳动态。因此,作物RPE是调控农田土壤碳动态和碳中和的主导因子。本文通过文献回顾,首先阐述了农业实践过程中各种生物因素和非生物因素对作物RPE影响的研究现状;其次,归纳总结了当前作物RPE研究中的热点、难点,并分析其对土壤碳排放调控的意义,阐明了当前研究普遍存在案例特异性且缺乏普遍规律;最后,基于已有的研究提出农田生态系统中土壤碳调控和管理优化的潜在策略,为农业实践中有目的地调控作物RPE,在田间、种植模式及区域尺度上提出可能的方案指明了方向。本文可为生态农业实践中保障粮食安全的同时助力碳中和这一双赢方案提供理论参考。

重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统重金属累积特征及影响因素

为了揭示重庆岩溶地质高背景区土壤-农作物系统中重金属的迁移累积特征,选择在重庆市南部典型岩溶区,系统地采集大宗农作物(水稻、玉米和红薯)及其耕层土壤84组,分析测定农作物及耕层土壤中重金属砷(As)、镉(Cd)、铬(Cr)、铜(Cu)、汞(Hg)、镍(Ni)、锌(Zn)含量及理化性质,采用地统计、生物富集因子及皮尔逊相关系数分析等方法,开展重金属元素在重庆岩溶地质高背景地区土壤−农作物系统中累积特征及影响因素。结果表明,研究区水稻田、玉米地和红薯地耕层土壤重金属平均含量均高于重庆市和全国表层土壤背景值,呈现不同程度的积累,其中Cd元素富集现象较为突出。依据GB 15618-2018和GB 2762-2017,耕层土壤种Cd超标率达41.59%,水稻、玉米和红薯中Cd超标率分别为5.89%、6.25%和5.56%,显示出岩溶地质高背景区虽然土壤中重金属含量总量高,但生物有效性较低。相关分析显示,土壤-农作物系统Cd等重金属含量主要受土壤pH、土壤质地和土壤中铁锰氧化物影响。

作物生长和氮含量对土壤-作物系统CO_2排放的影响

为探讨作物生物学特征对土壤 作物系统CO2 排放的影响 ,本研究基于逐步收割法和静态暗箱 气相色谱技术 ,以冬小麦和水稻作物为研究对象 ,采用盆栽和大田试验的方法 ,在作物生长的主要生育期原位测定了土壤 作物系统CO2 排放速率 ,同时测定了作物生物量和氮含量 .研究结果表明 :①土壤 作物系统CO2 排放在生长季内呈现动态变化 ,土壤 水稻系统CO2 排放高于土壤 冬小麦系统 .②作物暗呼吸速率与生物量呈显著线性相关 .③作物暗呼吸系数 (Rd)的季节变化可以用植株氮含量来描述 .冬小麦Rd 与N含量的关系可用线性方程Rd=0 0 12 4N - 0 0 0 76 (R2 =0 9879,p <0 0 0 1)表示 ;水稻Rd 与N含量的关系可用二次方程Rd=0 0 0 85N2 - 0 0 0 4 9N(R2 =0 9776 ,p <0 0 0 1)表示 .④作物根系的参与极大地促进了土壤呼吸 .冬小麦生长季土壤表观呼吸CO2 平均值为 2 4 7 2mg·(m2 ·h) -1,高于未种作物土壤 1 78倍 ,水稻生长季为 2 15 3mg·(m2 ·h) -1CO2 ,高于未种作物土壤的 3 38倍 .冬小麦根系呼吸系数大于水稻 ,其根际呼吸对土壤表观呼吸的贡献高于水稻 .

土壤-作物系统中农药残留生物降解去除研究

采用水稻小区及大田试验方法,研究了将人工分离筛选培养的农药降解菌(DLL-1)应用于水稻作物的田间试验。试验结果表明,将降解菌喷施应用于土壤和作物系统,能加速和强化作物表面残留农药的降解作用,最终能减少土壤和农产品中农药残留量。

沈阳市城乡结合部土壤-作物系统铅含量水平及其影响因素分析

以沈阳市城乡结合部为研究区域,分析测定了土壤、蔬菜和粮食作物中铅的含量水平,并探讨了土壤有机质、pH值、全磷对铅在土壤-作物系统迁移的影响。结果表明,沈阳市城乡结合部耕作层土壤铅含量平均值为107.35m g·kg-1,是背景值的3.25～15.08倍,土壤铅含量均超过国家土壤质量标准的一级标准(G B15618-1995);蔬菜类可食部分铅含量的超标率是100%(G B14935-94、G B2707-2763-3),其中叶菜类叶子含铅量要远远小于其根系含铅量,根菜类叶子含铅量要大于根含铅量;粮食作物中水稻可食部分没有发现超标现象,而玉米籽粒超标率达7.1%。土壤有机质、pH值及全磷是影响作物铅含量及不同作物不同器官铅分配的重要因素,相关分析结果表明,蔬菜类的叶铅和根铅含量与土壤有机质含量呈显著的正相关关系,与土壤pH值和土壤全磷呈负相关关系,水稻籽实铅与土壤全磷呈正相关关系,尚未发现玉米籽实铅含量与土壤有机质、pH值及全磷具有统计学上的相关性。土壤有机质、pH值及全磷3种因素协同作用是导致不同作物机体铅吸收与分配的不均一性的根本原因。

湖南洞庭湖地区土壤-作物系统铅含量及其影响因素

以湖南洞庭湖地区为研究区域,探讨了土壤有机质、pH值、P、N对Pb在土壤-作物系统中迁移的影响,研究了Pb、Cd复合污染对水稻Pb、Cd富集的作用。相关分析结果表明:随土壤有机质含量的增加,离子交换态Pb含量减少,但通过转化可以被植物吸收利用的有机质的结合态Pb含量增加,进而增加了水稻对土壤Pb的吸收量;土壤为中性偏碱性时,土壤中Pb的活性和水稻Pb的富集能力均较酸性土壤中有所降低;在土壤中增施氮肥和磷肥可降低土壤中离子交换态Pb的含量,减少水稻对Pb的吸收。因此,土壤有机质、pH值、P、N是影响水稻Pb含量及土壤Pb活性的重要因素。Pb-Cd复合污染研究结果表明:土壤中同时存在Pb、Cd时,Pb元素的存在促进了水稻对Cd元素的吸收,而Cd却抑制了水稻对Pb的吸收。

我国北方土壤-作物系统内钾素循环特征及秸秆还田与施钾肥的影响

在我国北方 13个省 (市、自治区 )的 2 5个点上 ,进行了 5年的钾肥定位试验。结果表明 ,我国北方土壤全钾含量地区性差异不大 ,而土壤缓效钾和土壤速效钾含量 ,西北地区土壤远高于东北和华北地区土壤 ,华北地区土壤的土壤缓效钾含量又远高于东北地区土壤 ,而土壤速效钾含量却低于东北地区土壤。在主要种植制下的代表性土壤上 ,东北、西北和华北地区不同种植制度下的作物吸钾量也存在明显差异。西北地区的作物吸钾量一般较高 ,华北地区一年两熟制的作物年吸钾量远大于东北地区的一年一熟制。秸秆还田和施钾肥对作物吸钾量有提高作用。在不施钾肥的情况下 ,土壤钾库长期处在被作物耗用的状态下 ,土壤速效钾含量逐渐下降 ,土壤缓效钾含量也有下降的趋势。施钾肥和秸秆还田配施钾肥 。

黄河三角洲农田土壤-作物系统重金属污染风险评估

重金属严重影响着农业用地土壤环境质量以及农产品安全,已引起国内外广泛关注.本研究以我国重要的粮食产区黄河三角洲典型农田为对象,评估了农田土壤-作物系统中重金属的污染风险.研究结果表明,黄河三角洲农田土壤中重金属Cr、Cu和Pb的质量分数具有显著性差异(P<0.05),Cr的质量分数(47.20mg·kg^(-1))最高,Cu(26.00mg·kg^(-1))次之,而Pb(13.90mg·kg^(-1))最低,各重金属分布存在中等的空间异质性.根据单因子污染指数和内梅罗综合污染指数,黄河三角洲农田土壤总体上处于清洁水平,重金属污染风险较低,但不同作物区具有显著性差异(P<0.05).小麦田和水稻田土壤Cr、Cu的质量分数显著高于藕池和玉米田,小麦田和水稻田土壤Pb的质量分数与藕池差异不显著,但显著高于玉米田.3种重金属元素在各主要农作物的地上部分均呈现一定程度的富集,且Cu的富集程度最高,Pb的富集程度最低;不同作物对重金属元素的富集程度不同,对Cr的富集程度由高到低呈现为玉米、藕叶、水稻、小麦,对Cu的富集程度由高到低呈现为玉米、水稻、藕叶、小麦,而对Pb的富集程度由高到低呈现为水稻、玉米、小麦、藕叶.

中国土壤模式-作物系统重金属生物富集模型建立

针对土壤模式建立土壤和作物重金属含量关系模型,旨在消除土壤属性对作物重金属吸收量的影响。当作物类型或品种确定后,作物重金属吸收量只与土壤重金属含量有关。提出了农田作物重金属生物富集的"土壤重金属含量-作物特性-土壤属性"关系理论,定义了土壤模式、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型图谱等概念,确定了土壤模式的划分方法和使用方法,在此基础上以最近30年来中文期刊发表的土壤镉含量与水稻和小麦镉含量关系作为案例验证了以上方法。结果表明:水稻和小麦同一部位镉吸收量随土壤镉含量增加而增加,水稻和小麦吸收镉能力顺序为根>茎>叶>籽粒,水稻和小麦籽粒镉吸收量在同一范围内。

农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力的评价

从土壤对养分消纳能力和作物养分需求角度出发,利用空间分析和地统计学方法,以北京市大兴区为例,进行了以地块为单元的农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力评价。结果表明,大兴区农用地土壤-作物系统对畜禽粪便养分消纳能力整体一般,81.65%的农用地处于中下水平。除了因为大兴区的土壤保肥吸收能力整体不强外,还与大兴区的种植结构与种植面积有关,特别是高肥力的耕地与设施农业用地占地比例较小。

吉林省黑土区土壤--作物系统Cd元素转化积累研究

在吉林省黑土区系统的野外调查和土壤及玉米籽实样品采集、测试的基础上,采用地球化学分析方法及SPSS技术,研究了Cd元素的土壤地球化学特征,及其在土壤和作物籽实中的含量特征和相关性,用以揭示Cd元素在土壤--作物系统中的转化累积特征及影响因素,为粮食安全服务。研究表明:吉林省黑土区Cd元素全量高于吉林省及全国土壤背景值,但不存在污染,籽实中Cd含量低于国家安全标准。土壤中Cd元素有效态转化程度较高,受其全量控制,同时Zn、Cu及P元素有效量对Cd转化的作用明显,偏酸性土壤更利于Cd元素的转化。玉米籽实对Cd吸收程度较低,主要取决于其自身的生物特性,Zn元素缺乏可能导致玉米籽实对Cd元素吸收增加。

三峡库区典型区域“土壤-作物”系统对畜禽粪便负荷能力的评价

本文以三峡库区重庆丰都县为例,从作物养分需求及土壤环境角度出发,利用空间分析和地统计学方法,对丰都县山区农用地土壤-作物系统的禽畜粪污消纳能力进行了评价。结果表明,丰都县69.83%农用地土壤-作物系统对畜禽粪便氮养分消纳能力处于一般水平以下,区域内的氮养分消纳能力表现为分布图块状混合分布,整体呈现为南部较强、北部较弱的趋势。其中,武平镇等位于平坝地区的土壤消纳能力较强,适宜于发展大规模禽畜养殖;南天湖镇等位于山区的土壤消纳能力较弱,不适宜于发展大规模禽畜养殖。因而,本研究为丰都县科学发展肉牛产业提供了重要技术参考。

微污染水灌溉对土壤-作物系统Cd动态的影响及小麦敏感期分析

为了探讨重金属在土壤-作物系统中的动态平衡以及作物对重金属吸收的敏感期,通过田间小区试验进行不同浓度Cd微污染水灌溉,分析Cd在土壤-作物系统中的含量及其随生育期变化的情况。结果表明：与清水相比,含Cd微污染水灌溉显著性增加冬小麦表层0-10 cm土壤Cd含量,冬小麦地上部分带走量远小于灌溉输入量,影响土壤Cd平衡;灌浆期是冬小麦吸收Cd的敏感期,不适宜微污染水灌溉;含Cd微污染水灌溉降低冬小麦籽粒的饱满度,显著降低冬小麦的产量。总之,含Cd微污染水灌溉尤其在灌浆期显著性影响土壤-作物系统Cd平衡。

硒在“土壤-作物-食品-人体”食物链中的流动

硒是人体内不可缺少的微量营养素,参与体内多种生理和代谢过程,目前全球约5~10亿人受到缺硒相关疾病威胁。在农业-食物系统中,硒主要通过土壤进入食物链,经作物富集,再通过膳食被人体摄入吸收。利用适宜农艺措施增强作物吸收转化土壤硒的能力,可使作物可食部位有效积累有机硒。但作物富硒并不意味着硒可以全部保留至食品中,食品加工环节的影响也极为关键,各种加工条件和参数会影响最终产品的硒含量和形态,从而影响其在人体内的生物利用度。本文综述硒元素在“土壤-作物-食品-人体”食物链中的流动过程,总结各环节影响食品中硒含量、形态和人体中硒生物利用度的关键因素,建议综合考虑各环节因素,以实现从农场到餐桌硒元素的高效转化。

从降水-土壤水分-作物系统探讨黄淮海平原旱作农业和节水农业并举的前景

小麦全生育期产量随蒸散量而增加,>500mm后产量下降,经研究与实践证明,一般年份该地区水浇地小麦产量比旱地增产,黄河以北尤为突出,但旱作农业基于土壤可贮存的 1/3的雨季降水,而有一定潜力。因此,用系统的观点一方面充分利用该地区的自然降水,发挥土壤水库的贮水作用以发展旱作农业;另一方面充分利用现有水浇地节水灌溉,并通过各种有效措施,提高水分利用率。

长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响

利用长期施肥定位试验开展土壤-作物系统的可持续性评价,可为农田合理施肥和管理提供理论支撑。在黄土丘陵区栗褐土农田进行了26年长期肥料定位试验,设置8个处理,分别是不施肥(CK)、单施氮肥[120.0 kg(N)·hm^(-2),N]、氮[120.0 kg(N)·hm^(-2)]和磷[75 kg(P_2O_5)·hm^(-2)]肥配施(NP)、单施低量有机肥(22 500 kg·hm^(-2),M1)、低量有机肥与氮肥配合施用(M1N)、低量有机肥与氮磷肥配合施用(M1NP)、高量有机肥(45 000 kg·hm^(-2))与氮肥配合施用(M2N)和高量有机肥与氮磷肥配合施用(M2NP)。测定了19项指标,根据三角性面积法计算了土壤养分指数、土壤微生物指数、作物指数和可持续性指数,分析讨论了长期施肥对栗褐土区土壤-作物系统可持续性的影响。结果表明:1)N、M1处理的可持续性指数较CK分别提高27.1%、141.7%,但较临界值(1.30)低53.1%和10.8%;NP处理的可持续性指数虽然较N处理提高62.3%,但仍比临界值(1.30)低23.8%。说明长期单施氮肥、低量有机肥和氮磷配施下土壤-作物系统均不可持续。2)施用无机肥处理(N和NP)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高7.1%和46.4%、-6.0%和25.4%、40.0%和60.0%;单施低量有机肥(M1)的土壤养分指数、土壤微生物指数和作物指数较CK提高98.2%、41.8%和31.7%。说明施用无机肥有利于作物指数的提升,而施用有机肥有利于土壤养分指数和土壤微生物指数的提升。3)M1N处理的土壤养分指数(1.06)、土壤微生物指数(1.04)、作物指数(1.00)和可持续性指数(1.38)均超过或等于临界值,使土壤-作物系统具有较好的可持续性。4)M1NP、M2N、M2NP处理的土壤养分指数较M1N处理分别提高21.7%、37.7%和72.6%,土壤微生物指数较M1N处理分别提高15.4%、7.7%和18.3%,作物指数与M1N处理相比差异很小,可持续性指数较M1N处理分别提高28.3%、32.6%和68.1%。说明在M1N基础上再增施磷肥或有机肥,可持续性指数可进一步提升是由于土壤养分指数和土壤微生物指数提高的缘故,同时也增加了潜在的环境风险。适量有机肥与无机氮配合施用(M1N)是实现栗褐土区土壤-作物系统可持续生产的较佳施肥模式。

PPCPs在土壤-作物系统行为特征及环境风险的研究进展

随着药品和个人护理品(PPCPs)生产和使用量的增加,PPCPs及其代谢产物在水体、土壤环境中的检出量、检出种类与日俱增。本文基于国内外已有的相关文献,总结了典型PPCPs通过不同途径进入土壤-作物系统的环境风险,并从PPCPs在土壤-作物系统中的降解行为特征和迁移累积规律等方面对PPCPs环境行为及归趋的最新研究进展进行了综述,指出目前研究存在的PPCPs种类、浓度、输入方式以及环境背景的单一性等突出问题,并对该领域未来研究趋势进行了展望,如不同类别PPCPs的环境行为特征、与土壤微环境的互作机制、降解或螯合产物及其环境行为与风险等方面的研究,对于探明PPCPs对生态环境的影响规律及对人类健康的潜在危害具有重要意义。

土壤-作物系统综合管理对春玉米产量及磷、钾养分利用的长期影响

为评估土壤-作物系统综合管理(ISSM)的应用效果并为区域作物可持续高产高效提供技术支撑,基于2009−2020年开展的春玉米长期定位试验,探讨不施肥(CK)、农民习惯(FP)、高产管理(HY)和ISSM 4种管理方式对玉米产量、植株磷钾养分吸收量、利用效率及土壤磷钾养分状况的长期影响。结果显示,12年间CK处理玉米产量大幅下降,FP处理产量略有下降,而HY和ISSM处理产量呈上升趋势。ISSM处理的年均产量、磷钾养分吸收量分别较FP处理显著增加26%、24%和32%,达到了HY处理的98%、91%和85%。ISSM处理的平均磷、钾肥利用率分别较FP处理增加18.7和1.2个百分点,较HY处理增加17.4和24.8个百分点。采用ISSM方式12 a后较FP处理显著提高0~20和20~40 cm土层的全量磷、钾和速效磷、钾含量及0~20 cm土层各粒级团聚体中的速效磷、钾含量。相关性分析发现各指标间均呈正相关关系,其中产量与植株磷、钾吸收利用指标间,土壤磷、钾养分与>0.25 mm粒级团聚体磷、钾养分指标间的相关性较强。结果表明,ISSM方式可实现春玉米的长期高产稳产,增加磷钾养分吸收利用,提高土壤磷钾养分供应能力,促进土壤-作物系统可持续发展。