Effects of cotton field management practices on soil CO2 emission and C balance in an arid region of Northwest China

Changes in both soil organic C storage and soil respiration in farmland ecosystems may affect atmospheric CO2 concentration and global C cycle. The objective of this field experiment was to study the effects of three crop field management practices on soil CO2 emission and C balance in a cotton field in an arid region of Northwest China. The three management practices were irrigation methods（drip and flood）, stubble managements（stubble-incorporated and stubble-removed） and fertilizer amendments（no fertilizer（CK）, chicken manure（OM）, inorganic N, P and K fertilizer（NPK）, and inorganic fertilizer plus chicken manure（NPK＋OM））. The results showed that within the C pool range, soil CO2 emission during the whole growing season was higher in the drip irrigation treatment than in the corresponding flood irrigation treatment, while soil organic C concentration was larger in the flood irrigation treatment than in the corresponding drip irrigation treatment. Furthermore, soil CO2 emission and organic C concentration were all higher in the stubble-incorporated treatment than in the corresponding stubble-removed treatment, and larger in the NPK＋OM treatment than in the other three fertilizer amendments within the C pool range. The combination of flood irrigation, stubble incorporation and application of either NPK＋OM or OM increased soil organic C concentration in the 0-60 cm soil depth. Calculation of net ecosystem productivity（NEP） under different management practices indicated that the combination of drip irrigation, stubble incorporation and NPK＋OM increased the size of the C pool most, followed by the combination of drip irrigation, stubble incorporation and NPK. In conclusion, management practices have significant impacts on soil CO2 emission, organic C concentration and C balance in cotton fields. Consequently, appropriate management practices, such as the combination of drip irrigation, stubble incorporation, and either NPK＋OM or NPK could increase soil C storage in cotton fields of Northwest China.

磷添加对棉田土壤理化性质及其细菌多样性的影响

【目的】为了解不同磷肥施用量对棉田土壤理化性质及其细菌群落结构的影响,以连续6年不同磷添加的田间定位试验为背景,探讨土壤细菌群落与其理化性质的关系。【方法】试验共设5个处理:0 kg/hm^(2)(P0)、75 kg/hm^(2)(P1)、150 kg/hm^(2)(P2)、300 kg/hm^(2)(P3)和450 kg/hm^(2)(P4)。测定花铃期棉田土壤含水率、温度、容重、pH、电导率以及有机质等理化指标,运用高通量测序技术分析不同施磷水平0~20 cm土层细菌多样性及其结构组成。【结果】施磷可以降低pH和电导率含量,而对土壤容重和含水量均无较大影响;不同施磷水平对土壤有机质含量和温度均产生显著影响,且在P2时达到最高。细菌群落结构中,2个优势菌门为变形菌门和放线菌门,3个优势菌纲为γ⁃变形菌纲、α⁃变形菌纲和β⁃变形菌纲,2个优势菌目为假单胞菌目和根瘤菌目,2个优势菌科为假单胞菌科和慢生根瘤菌科,4个优势菌属为中华根瘤菌属、慢生根瘤菌属、链霉菌属和糖多孢菌属。P2处理的OTU数和Chao1指数分别为4702和6217.79,均为最高。说明磷添加可以增加土壤细菌群落的丰富度和多样性。具有溶磷作用的3个门(放线菌门、变形菌门和浮霉菌门)和2个属(慢生根瘤菌属和链霉菌属)相对丰度随磷肥施入而显著升高。RDA分析结果表明,土壤pH、电导率、有机质和容重与放线菌门呈显著正相关,与变形菌门呈负相关。【结论】与不施用磷肥相比,施用磷肥可显著提高土壤温度、有机质和细菌优势菌群(浮霉菌门、β⁃变形菌纲、慢生根瘤菌属和链霉菌属)相对丰度,降低土壤pH和电导率。其中,P2处理的土壤温度、有机质和α多样性明显提高,电导率显著下降,能够有效改善土壤生态环境,进而提高土壤肥力。

基于SHAW模型的北疆地区不同滴灌年限棉田冻融期土壤水热盐动态模拟研究

为探究SHAW(Simultaneous heat and water)模型在北疆地区长期膜下滴灌棉田冻融期土壤水热盐动态模拟的适用性,本研究选用滴灌起始年限为1998年(21 a)的棉田土壤水热盐实测数据对SHAW模型进行率定,以滴灌起始年限为2006年(13 a)、2008年(11 a)、2012年(7 a)和荒地(0 a)的水热盐实测数据进行验证。模型率定结果表明,随土壤深度增加土壤温度的模拟效果越好;土壤水盐的模拟效果先增强后减弱。模拟土壤温度Nash系数(NSE)、均方根误差(RMSE)和R2分别为0.713~0.993、0.209~2.498℃和0.911~0.994;模拟土壤水分NSE和RMSE分别为0.824~0.967和0.009%~0.032%;模拟土壤盐分NSE和RMSE分别为0.609~0.844和0.001~0.012 g/kg。模型验证结果表明,随滴灌年限增加模拟效果越好,模拟除荒地20~60 cm土层土壤温度NSE小于0.600,滴灌7、11和13 a地块各层土壤温度NSE均大于0.600,RMSE介于0.143~3.213℃;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的各层土壤水分NSE均大于0.670,RMSE为0.009%~0.057%;滴灌0、7、11和13 a地块模拟的除120~140 cm土层土壤盐分NSE小于0.600,其他各层土壤盐分NSE均大于0.616,RMSE为0.000~0.016 g/kg。总体而言,SHAW模型适用于北疆地区冻融期长期膜下滴灌棉田的一维土壤水热盐模拟。

不同土壤处理除草剂对棉田杂草防除效果及安全性

为筛选出适宜本地区土壤处理的除草剂。通过大田小区试验,采用土壤封闭处理,对比分析了7种土壤处理除草剂对棉花安全性和杂草防除的效果。结果显示,与对照相比,不同药剂处理对‘冈棉11号’出苗率和第一果枝结位均没有显著性差异,但鲜重、株高和果枝数有增加趋势,表明试验药剂对棉花安全。田间药效结果显示,复配剂50%扑草净可湿性粉剂(WP)+33%二甲戊灵乳油(EC)、50%扑草净WP+960 g/L精异丙甲草胺EC和50%扑草净WP+50%乙草胺EC对禾本科和阔叶杂草均具有较好防效,45 d平均鲜重防效分别为83.32%、84.08%、80.57%,与单剂处理均存在极显著差异,且持效期较长,建议3种复配剂作为土壤处理除草剂用于棉田杂草防除。

北疆典型棉区土壤微塑料污染现状及分布特征

为研究北疆棉区土壤微塑料的污染现状及分布特征,于2021年4月采集分析了不同覆膜年限(0、5、10、20、30 a)及不同土层深度(0~10、10~20、20~30 cm)的土壤样品。结果表明:北疆棉区土壤中微塑料丰度范围为1565~3560个·kg^(-1),且随着覆膜年限的增加微塑料丰度值呈现升高趋势,但地膜的使用量与微塑料丰度的关联度逐渐降低,10~30 cm土壤微塑料丰度与地膜的使用量关联度高;该区域土壤微塑料形状主要有薄膜状、碎片状、纤维状和发泡状4种;微塑料颜色包括白色透明、黑色、黄色和其他颜色,所占比例分别为69.02%、14.78%、6.49%和9.71%;微塑料粒径随覆膜年限增加而减小,粒径<0.5 mm的微塑料所占百分比最大;利用傅里叶衰减全反射红外光谱(FTIR)随机调查发现,研究区内土壤微塑料的主要成分分别是聚乙烯(PE)占比45%、聚丙烯(PP)占比20%、聚酰胺(PA)占比16%;各覆膜年限土壤微塑料污染负荷指数在1.70~2.57之间,且随着覆膜年限的增加而增加,研究区微塑料污染负荷指数达到2.09,微塑料污染等级已达重度。研究表明,研究区内存在不同程度的微塑料污染,其引起的生态风险需引起重视。

风化壳颗粒大小是决定典型干旱区硝态氮深部累积特征的关键因素

我国干旱区农田关键带过量施氮造成氮肥利用率低和土壤硝态氮大量累积,威胁生态环境安全。阐明干旱区土壤硝态氮累积特征及其影响因素,可为干旱区水肥综合管理提供科学参考。选择典型干旱区——新疆阿克苏地区为研究区域,从南向北沿地形序列布设三个钻孔点,分别为60年棉田XJ1(40°36′48.7″N,80°48′14.2″E)、32年老苹果园XJ2(41°16′16.2″N,80°19′9.1″E)和15年新苹果园XJ3(41°20′37.6″N,80°17′11.0″E),海拔依次为971 m、1129 m和1213 m,采样深度依次为7.75 m、10.52 m和9.91 m,利用线性和非线性相关分析方法研究了土壤有关理化性质与土壤硝态氮浓度变异的关系。结果表明,海拔低处棉田和海拔高处不同种植年限的苹果园土壤深部均出现了硝态氮显著累积特征,深部浓度高达44 mg·kg^(-1),最大累积深度超过10 m。土壤含水量和不同粒径颗粒(砾石、砂粒、粉粒与黏粒)含量等关键理化性质可解释土壤硝态氮浓度垂直变异的约50%。其中,土壤含水量和土壤颗粒大小是决定土壤硝态氮深部累积特征的重要因素,土壤含水量越高、土壤颗粒越细,土壤硝态氮浓度通常越高。棉田土壤硝态氮在4 m深地下水位以下发生了明显的反硝化作用,使累积的硝态氮浓度降至较低水平(<1 mg·kg-1)。苹果园因地下水位较深,土壤硝态氮未发生明显的反硝化作用,且已大量迁移累积至植物根系难以触及的深部区域(>5 m)。土壤含水量是影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部直接性因素;土壤颗粒大小通过调控土壤含水量空间变异,而成为影响土壤硝态氮深部累积特征的地下部根本性因素。

冬灌制度对膜下滴灌棉田土壤理化性质、酶活性和微生物群落的影响

为明确不同冬灌制度的应用效果,以南疆膜下滴灌棉田为研究对象,选取每年冬灌处理(CK)、不冬灌处理(H1)及隔年冬灌处理(H2)3种冬灌制度,结合高通量测序技术对冬灌后土壤的理化性质、生物学性质以及微生物群落组成进行测定与分析。结果表明:(1)各处理间0~20 cm土层土壤总盐含量无显著差异,与CK相比,H1和H2处理显著降低了脲酶(0.96%~1.35%)和转化酶活性(1.17%)以及微生物量氮含量(4.21%~7.03%),但H2处理显著提高了土壤有机质(14.30%)、全氮(14.29%)、全磷(4.55%)和全钾(7.40%)含量;H1处理显著降低了土壤有机质(6.03%)、全磷(12.5%)和水分(23.08%)含量,提高了微生物量碳氮比(7.37%)。(2)不同处理下细菌群落的丰度和多样性以及真菌群落的丰度无显著差异,但与CK相比,H1和H2处理显著提高了真菌的辛普森指数(4.12%~4.55%)。此外,H1较CK处理提高了细菌放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、绿弯菌门(Chloroflexi)和真菌担子菌门(Basidiomycota)的相对丰度,H2较CK处理提高了细菌变形菌门(Proteobacteria)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)和真菌被孢霉门(Mortierellomycota)的相对丰度。(3)相关性分析结果表明细菌的群落结构主要受微生物量碳含量的影响,真菌的群落结构和多样性分别受转化酶和脲酶活性的影响。在无法保证每年冬灌用水的情况下,隔年冬灌更有利于保障膜下滴灌棉田的土壤耕地质量。

秸秆还田与沼液配施对盐渍化土壤养分及酶活性的影响

于2023年开展120 d的室内培养试验,设置棉秆全量还田(AS)、低量沼液单施(LB)、高量沼液单施(HB)、棉秆还田配施低量沼液(AS+LB)、棉秆还田配施高量沼液(AS+HB)共5个处理,分别于3、6、10、20、30、40、60、80、100、120 d进行破坏性采样,分析不同处理土壤主要理化指标和关键酶活性的变化,为南疆棉花秸秆在盐渍环境中的高效腐解和沼液合理利用提供参考。结果表明,棉秆还田配施沼液处理的土壤有机质变化呈现快速增加(0~10 d)和慢速积累(>10 d)两个阶段。与棉秆全量还田相比,高量沼液配施处理土壤有机质、全氮、有效磷和速效钾含量分别增加25.15%、35.26%、79.25%和66.90%,土壤过氧化氢酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性分别增加90.67%、66.54%和44.25%,土壤电导率也有所提升。冗余分析(RDA)揭示了有机质是土壤酶活性变化的主控因子,解释了方差变异的54.30%。因此,秸秆还田与沼液配施能够增加棉田盐渍化土壤有机质和全氮含量,促进酶活性增加,但沼液过量配施会增加土壤盐渍化风险。

生物炭对咸水滴灌棉田土壤细菌群落的调控效应

为探究长期咸水灌溉条件下生物炭的施用对于棉田土壤理化性质及细菌群落的调控效应,采用田间定位试验,在长期咸水(8.04 dS/m)灌溉的基础上,共设3个处理:不施氮肥(N_(0))、氮肥处理(N_(360))、生物炭配施氮肥处理(BC)。采用高通量测序技术测定土壤细菌群落组成。结果表明:与N_(0)处理相比,N_(360)处理显著提高土壤电导率和全氮,但是显著降低土壤pH和速效磷含量;BC处理显著增加土壤含水量、电导率、全碳、全氮和速效钾的含量。N_(360)和BC较N_(0)处理均降低细菌群落Shannon和Simpson指数,N_(360)处理增加Chao 1和ACE指数。土壤优势细菌门主要是变形菌门、酸杆菌门和放线菌门;土壤优势菌属主要是亚硝化螺旋菌属、RB41和鞘脂单胞菌属。N_(360)处理增加变形菌门、酸杆菌门和厚壁菌门的相对丰度,但是降低放线菌门、芽单胞菌门和热原体菌门相对丰度;BC处理增加放线菌门、硝基螺门和绿弯菌门相对丰度,降低酸杆菌门、拟杆菌门和疣微菌门相对丰度。LEfSe分析表明,N_(360)和BC处理均会降低土壤细菌潜在的生物标志物数量。RDA结果显示,土壤细菌群落结构与土壤全氮和速效钾含量显著相关。氮肥及生物炭配施氮肥可以调控土壤理化性质,从而调控土壤细菌群落结构,细菌群落可以形成优势物种来适应盐环境。

施用乙酸和牛粪对干旱区棉田土壤团聚体及有机碳组成的影响

为促进干旱区棉田土壤培肥和高效利用有机肥,在新疆维吾尔自治区塔城地区沙湾县进行了6年的田间定位试验,设置3个处理,分别为对照、施入40 kg·hm^(-2)乙酸以及施入15000 kg·hm^(-2)牛粪处理,研究乙酸和牛粪对新疆干旱区棉田土壤团聚体结构组成、稳定性和团聚体内有机碳组分的影响。结果表明,在0~20 cm土层中,乙酸和牛粪的施入均显著增加了大团聚体(>2.000 mm)和粘粉粒(<0.053 mm)的质量占比、WR_(0.25)和几何平均质量直径(GMD),且增加了大团聚体、微团聚体(0.053~0.250 mm)和粘粉粒中有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量,并以粘粉粒中有机碳含量对乙酸施入的响应最为明显,增幅为26.94%,而微团聚体中微生物量碳含量对牛粪施入的响应最为显著,增幅为53.49%。在20~40 cm土层中,乙酸和牛粪的施入均显著增加了大团聚体内有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量,且粘粉粒中的微生物量碳含量对乙酸和牛粪的响应均最显著,增幅分别为66.15%和103.38%。乙酸和牛粪的施入均能增加土壤团聚体中大团聚体的质量占比,提高团聚体稳定性,并增加大团聚体和粘粉粒中的有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量。

春灌定额对棉田水温盐分布及棉花苗期生长发育的影响

【目的】研究新疆南疆小海子灌区不同春灌定额对棉田水温盐和棉花苗期生长的影响,为小海子灌区棉花苗期的春灌定额提供科学依据。【方法】设置3个春灌水分处理(W_(1):1350 m^(3)/hm^(2)、W_(2):1800 m^(3)/hm^(2)、W_(3):2250 m^(3)/hm^(2)),分析不同春灌定额对棉田水温盐与棉花苗期生长发育的影响。【结果】0~60 cm土层平均土壤含水率W_(3)处理高于W_(1)和W_(2)处理,在其上部耕作层保水能力更好。W_(3)处理较W_(1)、W_(2)处理不同土壤深度地温低,膜下地温均高于2膜间裸行地温。W_(1)处理表层含盐量低于W_(2)和W_(3)处理,0~50 cm的盐分淋洗率分别为6.77%、22.22%和30.03%,春灌水量越大淋洗盐分的效果越好,50~100 cm土壤平均积盐率分别为-39.89%、-58.95%和-68.91%,随着灌水量的增加,盐分被水分带入深层增多。W_(1)处理棉花幼苗的株高、茎粗与叶面积最大,一定的水分亏缺有利于棉花幼苗的生长。【结论】不同春灌定额均有一定程度的洗盐增墒作用,表现为W_(3)>W_(2)>W_(1)处理。

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。

基于机器学习算法的棉田土壤钾、钠离子量预测

【目的】比较4种机器学习方法对南疆棉田土壤K+、Na+量的预测结果,确定一种预测准确度较高的机器学习模型作为可供参考的方法。【方法】采用支持向量回归(SVR)、随机森林回归(RFR)、K-最近邻回归(KNNR)和梯度提升回归树(GBRT)4种机器学习算法,2020年棉田土壤K+、Na+量数据训练模型,2021年实测数据进行测试验证。使用平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和决定系数(R^(2))对模型预测结果进行评估。【结果】4种模型(SVR、RFR、KNNR和GBRT)对测试样本K+量预测的MAE分别为0.100、0.169、0.169g/kg和0.167g/kg;RMSE分别为0.119、0.218、0.218g/kg和0.223g/kg;R^(2)分别为0.687、0.437、0.430和0.395。对测试样本Na+量预测的MAE分别为0.841、2.841、2.826g/kg和2.856g/kg;RMSE分别为1.154、3.658、3.630g/kg和3.650g/kg;R^(2)分别为0.838、0.299、0.219和0.200。将测试样本K+、Na+量分别按4个土层深度(0~10、10~20、20~30 cm和30~40 cm)进行预测时,SVR模型的误差值最小,其对K+量按照4个深度预测的MAE分别为0.122、0.114、0.056 g/kg和0.106 g/kg,RMSE分别为0.135、0.135、0.069 g/kg和0.126 g/kg;对Na+量预测的MAE分别为0.540、0.619、0.835 g/kg和1.371 g/kg,RMSE分别为0.636、0.748、1.198 g/kg和1.710 g/kg。【结论】SVR模型预测K+、Na+量的精度最高,可推荐作为南疆棉田土壤钾、钠离子量预测的一种方法。

新疆沙雅县绿洲棉田土壤质量评价

为评价沙雅县棉田土壤质量状况,并探讨棉田土壤盐渍化与其土壤质量的相互关系,促进棉田可持续生产。以沙雅县4乡镇主要植棉区为研究对象,测定其土壤有机质、全氮、速效钾、速效磷、盐分总量和容重等6项理化指标,计算土壤综合肥力指数(IFI),再基于M-SQR确定棉田土壤质量分级。结果表明:沙雅棉田养分指标含量适中,土壤容重偏大;有30%的样地呈不同程度土壤盐渍化,土壤盐分与土壤多数养分指标呈负相关;根据评分结果,棉田综合肥力指数可划分出5级水平;相比IFI评级,SQR中Ⅲ级以上的样点量减少了31.37%,而低级土壤质量样点增加了16个;盐碱斑地块、沙斑地块和芦苇斑地块的土壤质量均为Ⅴ级;中部棉区相比南部和北部棉区的土壤质量状况较好。评价结果表明M-SQR评价模式具有一定的可靠性。土壤盐渍化抑制土壤养分的积累,是影响土壤质量的限制因素。各样点评价结果在空间分布上存在区域性差异。本研究可为区域内棉田土壤盐渍化的改良工作提供良好的治理思路,并且能够服务于棉田土壤质量的管理。

不同盐渍化棉田土壤肥力质量评价——以新疆沙雅县为例

为评价新疆沙雅县不同盐渍化棉田土壤肥力质量,探讨绿洲棉田盐渍化与土壤肥力的关系。以沙雅县核心植棉区为研究对象,采用野外试验和室内测试相结合的方法,测定土壤7项理化指标,利用主成分分析法确定评价指标权重,运用土壤肥力综合指数法对棉田土壤肥力状况进行评价。结果表明,不同盐渍化水平棉田的土壤容重和碱解氮含量无显著差异,非盐渍化棉田与盐渍化棉田的多数养分指标含量差异显著,而盐渍化棉田间的多数指标含量比较接近。非盐渍化棉田与盐渍化棉田的土壤肥力综合指数差异显著,盐渍化棉田间土壤肥力综合指数无显著差异,土壤盐渍化影响棉田肥力状况;回归分析可进一步反映它们的关系,土壤全盐量与土壤肥力综合指数(IFI)呈抛物线变化趋势,随着土壤全盐量的增加,养分有效性降低,土壤生物活性受到抑制,从而影响土壤肥力的形成和积累,当全盐量大于8.83 g/kg时,指数呈上升趋势,土壤全盐量(x)与IFI(y)的回归方程为y=0.6431-0.0636x+0.0036x^(2)(r^(2)=0.4891)。

棉花秸秆腐解特征及其对小麦产量的影响

为探讨还田的棉花秸秆腐解动态及不同还田量的棉花秸秆对小麦产量的影响,于2018-2020年冬小麦播种后,将棉花秸秆机械粉碎覆盖还田,设置全量还田(all stalk returning,AS)、半量还田(half stalk returning,HS)(移出一半秸秆后机械粉碎)、不还田(zero stalk returning,ZS)(移出全部秸秆)3个处理,分析不同还田量棉花秸秆的腐解、养分释放及其结构组分变化规律。结果显示,秸秆腐解速率表现为先快后慢,还田后20 d腐解最快,此后腐解速率逐渐下降;还田后170 d,2018-2019年半量还田和全量还田秸秆腐解率分别为73.4%和66.8%,2019-2020年分别为77.6%和60.4%。秸秆中不同结构组分的释放率存在差异,经过170 d腐解,棉花秸秆可溶性糖释放率为70.7%~81.38%,纤维素腐解率为57.3%~60.7%,木质素腐解率为44.1%~50.3%;秸秆N、P、K释放率也存在差异,N、P、K释放率分别为66.5%~74.7%、71.4%~80.5%和83.1%~87.9%。本研究结果表明,棉花秸秆还田增加了小麦有效穗数,进而提高小麦产量。可见,棉花秸秆还田有利于改善土壤养分状况,提高冬季作物(小麦)产量,其中以全量秸秆还田更好。

枯草芽孢杆菌J-15次生代谢产物对棉田土壤细菌群落的影响

棉花黄萎病是导致棉花减产的主要土传病害之一,在前期工作中筛选到1株对棉花黄萎病病原菌——大丽轮枝菌(Verticillium dahliae)具有较强拮抗作用的枯草芽孢杆菌J-15菌株。为了揭示施用枯草芽孢杆菌J-15次生代谢产物(secondary metabolites of Bacillus subtilis J-15,SMs)对棉田土壤细菌群落多样性的影响规律。将含有大丽轮枝菌的盆栽分为2组,室温黑暗环境下进行培养,模拟该代谢产物施入土壤的情况,其中实验组为添加0.33 mg·mL^(-1) SMs至土壤最大含水量,对照组为添加等量的去离子水。分别在0、10、30和60 d取样,采用Soil DNA Kit试剂盒提取土壤微生物的总DNA,利用高通量测序技术分析棉田土壤细菌群落结构。根据Alpha多样性分析可知,SMs处理土壤后的Shannon、Simpson、Chao1和Ace指数与对照组均无显著差异,说明SMs对土壤中细菌群落的丰富度和多样性无明显影响。根据群落结构分析可知,SMs处理土壤10、30和60 d后,变形菌门和硬壁菌门的相对丰度略微上升,但差异均不显著。属水平上,SMs处理土壤10 d和30 d后,假单胞菌属和芽孢杆菌属的相对丰度略有上升,但差异均不显著。这说明在土壤中施用SMs虽在一定程度上改变了土壤中细菌群落结构但影响却并不显著。由此推断SMs对棉田土壤细菌群落结构及多样性无显著影响,为开发利用枯草芽孢杆菌J-15进行农业上的生物防治提供了依据。

玛纳斯河流域不同灌区棉田土壤CO_(2)和N_(2)O排放通量

为探究石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区之间土壤温室气体排放的差异性,通过长期的野外观测及样品采集,采用静态箱—气相色谱法,于2019年棉花出苗期、花铃期、吐絮期对玛纳斯河流域石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区棉田土壤温室气体进行日观测,应用统计学方法,并结合土壤温度、含水量、pH、有机碳、铵态氮、硝态氮等因素分析。结果表明:(1)土壤CO_(2)和N_(2)O具有明显的季节变化和日变化,土壤CO_(2)和N_(2)O排放通量的峰值出现在花铃期,分别为527.160,1.713 mg/(m^(2)·h)。同时,CO_(2)排放通量日变化峰值出现在13:00,N_(2)O排放通量日变化峰值出现在17:00,表现为单峰曲线。2种土壤温室气体在生育期内的排放通量在不同灌区之间有所差异,呈现出新湖总场灌区>莫索湾灌区>石河子灌区。(2)土壤CO_(2)和N_(2)O排放通量受温度影响更为显著,土壤CO_(2)和N_(2)O均与温度呈显著正相关。石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区Q 10分别为1.31~1.82,1.40~2.68,1.32~1.92。(3)石河子灌区、新湖总场灌区、莫索湾灌区在棉花生育期碳库储量分别为3.34,2.93,2.8 Tg。

水氮耦合对滴灌棉田土壤有机碳组分及酶活性的影响

【目的】研究灌水量和施氮量对滴灌棉田土壤有机碳、氮含量及有机碳库稳定性的影响,为实现新疆棉花高效生产和可持续发展提供理论依据。【方法】采用两因素三水平完全随机区组设计进行棉花田间滴灌施肥试验,设置的3个灌水量(W)分别为360 mm (低量)、480 mm (适量)、600 mm (高量),3个施氮(N)水平分别为0 kg/hm^(2)、300 kg/hm^(2) (适量)和450 kg/hm^(2) (高量),共9个处理组合。棉花收获后,采集0—20 cm土层土壤,测定土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和稳定态有机碳(NOC)含量,测定土壤脲酶(URE)、β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰基-β-D葡萄糖苷酶(NAG)活性。利用田间原位填埋尼龙网袋法测定各处理土壤有机物料(秸秆)分解率(OMDR),计算土壤碳库管理指数(CPMI)。【结果】与W600N450处理相比,2015和2016年W480N300处理土壤有机碳分别提高了8.9%和10.9%,C/N分别提高了16.2%和16.3%,EOC和NOC含量分别提高了11.8%~15.4%和14.3%~20.8%,WSOC含量分别降低了35.5%和21.8%。表明合理的水氮管理有利于提高土壤有机碳和稳定态有机碳含量,降低水溶性有机碳含量,提高土壤碳库的稳定性。与W480处理相比,W360处理MBC含量显著降低了13.1%,W600处理降低了WSOC和NOC含量;W360处理EOC含量两年分别降低了2.1%和5.3%,W600处理分别降低了4.1%和7.6%(P<0.05)。与N300处理相比,N0处理MBC含量降低了41.8%,N450处理降低了NOC含量,N0处理两年EOC含量分别降低了20.2%和16.7%,N450处理分别降低了3.8%和2.4%。表明施氮量对土壤有机碳组分含量的影响大于灌水量。同时,过量的灌水和施氮会降低稳定态有机碳含量,提高微生物生物量碳含量,不利于土壤有机碳的积累。高水(600 mm)和高氮(450 kg/hm^(2))显著提高了土壤酶活性,降低了土壤碳库管理指数。W480N300处理脲酶、β-葡萄糖苷酶和N-乙酰基-β-D-葡萄糖苷酶活性较W360N0分别提高了1.0%、22.4%和32.6%。W480N300处理下土壤CPMI最高。相关性分析结果表明,CPMI与活性有机碳(MBC、EOC)含量之间存在不同程度的正相关关系,与NOC含量存在负相关关系。【结论】在新疆滴灌施肥条件下,过高的灌水量和施氮量会降低土壤有机碳和稳定态有机碳含量,降低土壤碳库活度和碳库管理指数,提高微生物生物量碳含量以及酶活性,不利于维持土壤有机碳的稳定。本试验条件下,灌水480 mm配合施氮300 kg/hm^(2)的水氮管理有利于促进滴灌棉田土壤有机碳积累,提高有机碳活性。

不同秸秆还田量对棉花生长发育和根际土壤的影响

为探究不同棉花秸秆还田量对棉花生长发育和根际土壤的影响,明确其可能的增产机制,本研究以早熟棉JX0010为试验材料,设置不施加秸秆(CK)、施加三分之一粉碎秸秆(T1)、施加三分之二粉碎秸秆(T2)、施加全量粉碎秸秆(T3)4个处理,于棉花苗期取棉株主茎倒4叶比较分析不同秸秆还田量处理下棉花苗期生理生化指标、根际土壤理化性质和土壤微生物群落指标。结果表明:与对照相比,T1、T2和T3处理棉苗的叶绿素含量、根系活力、过氧化物酶活性和硝酸还原酶活性均显著提高,土壤pH值、碱解氮含量和全氮含量增加但不显著;土壤有机质含量随秸秆还田量的增加呈先降低后增加再降低的趋势;秸秆还田量的增加使土壤中变形菌纲的丰度上升,放线菌纲的丰度降低。综合分析,T2、T3处理均可以显著提高棉花的生理生化指标,且T2处理能显著增加土壤有机质含量和改善土壤微生物群落结构,可达到优化土壤结构、提升土壤肥力的目的。