长期有机培肥模式下黑土碳与氮变化及氮素矿化特征

土壤氮的矿化是土壤氮素肥力的重要指标,是影响作物产量至关重要的因素。本研究依托黑土长期定位试验,通过取样分析研究了32 a不同培肥模式下黑土碳、氮及主要活性组分的变化,采用淹水培养法研究了不同施肥模式下黑土氮素的矿化特征。结果表明,施肥显著提高黑土可溶性碳(DOC)、氮(DON)的含量及其比例。在氮、磷、钾化肥的基础上配施有机肥,显著降低了土壤微生物量氮(SMBN)占土壤总氮的比例,提高了土壤微生物量的C/N比值(SMBC/SMBN),促进了土壤氮的生物固持。施肥32 a后,单施常量和高量有机肥处理的土壤氮的矿化量(Nt)显著提高,分别相当于不施肥的8.2倍和10.2倍,而单施氮或氮磷钾化肥对黑土氮素矿化量无明显影响。施用有机肥显著提高了土壤氮素的矿化率(Nt/TN),但有机肥配施化肥(氮或氮磷钾)的处理与单施有机肥相比,黑土氮的矿化率显著降低,降低幅度分别为23.5%32.1%和14.1%17.8%。土壤氮素矿化量与土壤有机质、全氮储量、活性碳、氮组分均呈极显著线性相关,但氮素的矿化率随着有机质和全氮含量的提高而提高至0.4%后基本稳定。表明尽管土壤氮的矿化与有机质的含量直接相关,但土壤有机质的品质同样决定着土壤氮素的矿化能力。施有机氮是提高土壤供氮能力的重要途径。

干旱地区有机肥料腐解及腐殖化系数的研究

新疆农田主要施用的三种秸秆肥和三种厩肥,在一年内的腐解率分别平均为71 84%和43 22%,绿肥(油葵)腐解率高达95%～97%;有机肥料的腐殖化系数在18%～27%,平均21 5%;土壤有机质年矿化率一般在4%～12%,平均5%～6%。表明土壤有机质矿化率较高,而有机肥料的腐殖化系数较低,这是新疆农田土壤有机质含量难于提高的两个很重要的原因。

蚯蚓对麦秸分解速率的影响及其对氮矿化的贡献

蚯蚓在有机物分解和土壤的碳氮循环中起着重要作用。研究采用室内微宇宙模拟试验,研究接种不同密度的蚯蚓对秸秆分解和土壤氮素矿化的贡献。设置3个处理,HDT为接种6条蚯蚓,LDT为接种2条(相当于田间蚯蚓密度水平),ZDT为不接种作为对照。结果表明:整个分解过程中,蚯蚓的引入加速了秸秆的分解,尤其在分解前期,处理ZDT与HDT、LDT处理之间无论是分解率还是分解速率差异显著(P<0.05),随着蚯蚓密度的增加,蚯蚓在分解过程中的作用比例增大。秸秆分解的整个过程中,蚯蚓对氮的矿化速率,HDT、LDT两个处理都递减,并且到后期两个处理趋于一致(HDT处理为24.2～14.0kg.hm-.2a-1,LDT处理为20.3～10.7kg.hm-.2a-1),说明从长期来看,在田间蚯蚓密度水平上增大蚯蚓的密度并不能增大基于地下食物网的蚯蚓对氮的矿化速率。

黄淮海平原区不同农作措施下耕层土壤有机质矿化与CO_2排放估算

黄淮海平原是中国重要的粮食产区,其中,小麦-玉米1年2作是其主要种植制度。集约农田土壤有机碳动态与管理对粮食可持续生产有着重要意义。应用修正的碳固持CQESTR模型,对黄淮海平原7个独立肥料长期定位点76个处理的10～20年土壤有机碳动态进行了模拟。结果表明,受有机物料还田水平的影响,黄淮海平原区农田耕层土壤有机质(SOM)年矿化速率差异较大,不同试验点多年平均最低值为2.16%,最高值为5.95%,各试验点平均而言,最低值仅占最高值的54.2%;这一数值随化肥用量和有机肥还田量的增加而增大,表现为SOM的数量与质量不断提高;耕层土壤CO2排放通量最低值为337.1gCO2·m-2·a-1,最高值为2144.3gCO2·m-2·a-1;各试验点多年平均而言,最低值仅占最高值的31.9%。统计分析表明,作物年产量增加1t·ha-1时,耕层SOM矿化排放通量提高96.5gCO2·m-2·a-1,耕层SOM矿化速率提高0.22个百分点;土壤年表观呼吸通量不仅反映土壤生物和植物代谢活动强度,还直观反映出耕层SOM的年矿化速率。

地膜覆盖下土壤有机质的分解与积累

还田有机物在地膜覆盖下的分解略高于露地栽培,腐殖化系数为0.17～0.41,土壤有机质的年亩矿化量为92～164kg.有机无机肥配施,对土壤有机质的贡献高于不施肥、单施化肥和单施有机肥,尤其是未经分解的有机物,适量配施化肥,明显优于等氮量的腐熟有机肥.为此,要重新组合农业措施.以调整土壤有机质分解与积累之间的关系.

C/M及TCE初始浓度对有机-矿物质复合体中有机质的吸附行为影响

有机污染物在有机-矿物质复合体上的吸附行为,是直接影响有机污染物在地质环境中迁移、转化及归宿的重要因素。为研究有机-矿物质复合体的形成及对有机污染物的吸附机理,以蒙脱石和腐植酸分别模拟地质吸附剂中的粘土矿物和有机质,制备成不同有机质含量与粘土矿物比率(C/M)的有机-矿物质复合体,对TCE进行吸附批实验。实验结果表明,腐殖酸与蒙脱石结合后提高了有机-矿物质复合体的界面疏水性,同时两者之间的相互作用也可能使得复合体中部分腐殖酸变的更加紧密,从而在一定程度上影响了整个固相介质的吸附行为;源腐植酸的Kom值为0.587 1 L/g,形成有机-矿物质复合体后Kom值均大于源腐植酸,随着复合体中C/M值的增加Kom值变化较小;TCE初始浓度的高低影响Kom值,以液相初始浓度500μg/L为分界线,在低浓度段Kom值随着浓度的增加而减小,在高浓度段K值随着浓度的增加基本趋于稳定,此时TCE初始浓度对有机-矿物质复合体吸附行为的影响较小。

岩溶区种植砂糖桔对石灰土有机氮矿化过程的影响

[目的]土壤有机氮矿化是产生无机氮的主要过程,研究岩溶区不同土地利用方式对有机氮矿化过程的影响,为岩溶区农业种植提供理论依据。[方法]选择岩溶区由灰岩和泥晶灰岩发育而来的石灰工作为研究对象,测定土壤的理化性质和碳化学结构,并采用^(15)N同位素标记方法,研究由乔灌地开垦种植砂糖桔后土壤有机质的数量和质量对有机氮矿化速率的影响。[结果]乔灌地开垦种植砂糖桔后,两种石灰土的土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、钙(Ca)含量、土壤田间持水量(WHC)和pH均显著降低(P<0.05,下同),钾(K)含量显著增加。灰岩发育的石灰土铁(Fe)、铝(Al)含量和粘粒比例显著增加,泥晶灰岩发育的石灰土Fe、Al含量和粘粒比例无显著变化(P>0.05,下同)。灰岩发育的石灰土碳化学结构变化不显著,泥晶灰岩发育的石灰土烷基碳从21.9%显著增至25.7%,羰基碳从16.0%显著降至13.5%。由灰岩和泥晶灰岩发育成的石灰土有机氮总矿化速率(M(Norg))分别由2.96和2.22 mg N/(kg·d)降至0.66和1.05 mg N/(kg·d),主要归于易利用有机氮矿化速率(M(Nlab))的降低。灰岩发育的石灰土难利用有机氮矿化速率(M(Nrec))变化不明显,泥晶灰岩发育的石灰土M(Nrec)由0.36 mg N/(kg·d)提高至0.66 mg N/(kg·d)。泥晶灰岩发育的石灰土M(Norg)和M(Nlab)主要受控于土壤有机质数量,与SOC和TN含量呈显著正相关;M(Nrec)受有机质结构组成的影响,与烷基碳呈显著正相关。灰岩发育的石灰土M(Norg)和M(Nlab)除受有机质数量影响外,还受土壤岩性的影响,与Ca含量呈极显著正相关(P<0.01,下同),与Fe、Al含量和粘粒比例呈极显著负相关。[结论]乔灌地开垦种植砂糖桔导致不同灰岩发育的石灰土有机氮总矿化速率均显著降低,土壤无机氮供应能力减弱。

有机物料的腐解及土壤有机质的调控

应用砂滤管法研究了10种常用的有机物料在哈尔滨地区黑土中的腐解状况。结果表明,各物料的腐殖化系数依次为:玉米根茬>小麦根茬>农家肥>豆根茬>豆秸>谷子根茬>玉米秸>麦秸>草木樨根茬>草木樨秸。为科学地调控土壤有机质提供理论依据,可根据不同有机物料的腐殖化系数及哈尔滨地区黑土有机质的矿化率,并以 Jenny 模型计算有机物料施用量,维持土壤有机质的平衡。

内蒙河套灌区盐碱低产田建立有机质富积层改土培肥效果

通过连续四年在内蒙古河套灌区低产盐碱地定点、定位试验与定时测土分析，明确了土壤耕层增施有机物料建立有机质富积层，能够改善土壤理化性状，尤其是能降低土壤表层含盐量，提高作物保苗率和显著增加作物产出量。

辽宁省主要农田土壤有机质状况及调控对策

根据辽宁省各类高低产农田土壤有机质状况的调查,分析了土壤有机质下降的主要原因。获得了各类农田土壤有机质含量的适宜值。指出作物秸秆、畜禽粪便、城市生活垃圾等都是可利用的有机肥资源。积极推广优质有机肥料,可以改善生态环境、提高土壤肥力、改善农产品品质。

不同种植年限对菜地土壤结构的影响

为了探究不同种植年限对菜地土壤结构的影响,为土壤培肥提出切实可行的方法,本研究采用萨维诺夫法分析了重庆市九龙坡区白市驿镇蔬菜基地种植1年、5年、10年的菜地土壤团聚体的组成情况及其差异。结果表明：水稳性团聚体含量以及稳定性在不同种植年限土壤间存在较大差异。对于0-20cm土层土壤,1-0.25mm、〉3mm和〉5mm水稳性团聚体含量均表现为1年〉5年〉10年,20-40cm土层也存在类似变化。表明随着种植年限的增加,各土层土壤水稳性团聚体含量逐渐降低。对于0-20cm土层,1年土壤〉0.25mm团聚体平均破坏率为27.78%,5年和10年土壤〉0.25mm团聚体平均破坏率分别高达49.86%、58.74%;对于各种植年限土壤20-40cm土层也存在相同的趋势。说明随着种植年限的增加,土壤团聚体破坏率增高,土壤结构稳定性降低。相关分析表明,土壤有机质含量与种植年限、平均破坏率呈显著负相关（相关系数分别为-0.880＊、-0.897＊、n=6）,与〉0.25mm水稳性团聚体含量、〉3mm水稳性团聚体含量、〉5mm水稳性团聚体含量、3-1mm水稳性团聚体含量、1-0.25mm水稳性团聚体含量呈显著正相关（相关系数分别为0.897＊、0.868＊、0.859＊、0.835＊、0.829＊、n=6）,土壤团聚体MWD与〉0.25mm水稳性团聚体含量之间达到极显著正相关（相关系数为0.985＊＊,n=6）。说明随着种植年限增加,土壤有机质含量降低,水稳性团聚体含量增加,平均破坏率逐渐增加。〉0.25mm的水稳性团聚体含量越多,土壤平均重量直径（MWD）值越大,土壤团聚体稳定性越强。有机质含量是影响研究区紫色土土壤水稳性团聚体含量及稳定性的主要因素。

不同稻作制下红壤性水稻土氮矿化特性的研究

以湖南省长沙地区发育于第四纪红土上的红壤性水稻土为材料,用淹水密闭培养法、生物法以及化学测定法等研究了不同稻作制对红壤性水稻土氮矿化特性的影响。结果表明,在不同稻作制之间,氮矿化势、有机质、全氮、水解性有机氮、易矿化氮,叶绿素类化合物含量及谷氨酰胺酶,天门冬酰胺酶活性大小具有一致的变化趋势,即稻—稻—冬泡>稻—稻—绿肥>稻—稻—油菜;氮矿化势与土壤有机质、全氮、水解性有机氮之间呈极显著正相关;易矿化氮与叶绿素类化合物含量之比近于常数;酰胺酶活性与水解性有机氮之间也呈显著正相关:水稻吸氮量与氮矿化势之间呈极显著正相关,以培养法测得的氮矿优势比其它几种化学法测得的氮矿化势指标作为水稻土供氮能力的指标要好。

添加有机物对玉米秸秆发酵中氮素转化及微环境的影响

针对日光温室土壤中过度施肥且氮素利用率低导致氮素积累阻碍土壤可持续利用,以及冬季生产中土壤低温、寡CO2环境因素限制作物产量及品质等问题,以玉米秸秆与不同有机物的混合物为生物堆材料,研究发酵过程中产生的热量、CO2逸散量以及氮素矿化速率。结果表明:残畜有机物+玉米秸秆(R)和羊粪+玉米秸秆(S)中NO-3-N含量和NH+4-N含量均显著高于CK(土壤+玉米秸秆,对照),且随着发酵时间延长,NO-3-N含量呈现上升趋势,NH+4-N含量呈现下降趋势;在发酵15 d内,牛粪+玉米秸秆(D)中NO-3-N含量显著高于CK,NH+4-N含量则在发酵15~20 d时显著高于CK;鸡粪+玉米秸秆(C)中NO-3-N含量则在发酵后期(20 d)显著低于CK,NH+4-N含量在整个发酵期与CK相比均无显著性变化,且总氮素矿化速率依次为R>S>D>CK>C。不同类型有机肥的添加使玉米秸秆发酵后累积温度和CO2逸散总量均显著高于CK。因此,残畜有机物+玉米秸秆(R)被视为最佳有机物组合。通过改变反应堆中有机物的配比,添加含氮量高的有机物来提高发酵体系的氮源浓度,可加速反应物中氮素矿化的进程、提高积累温度和CO2逸散总量,有利于日光温室冬季生产。

近似法计量施用有机肥料对培肥水稻土土壤的研究

用近似法计量施用有机肥培肥土壤,测定土壤有机质矿化率和农肥及作物根茬的腐殖化系数。5a试验结果表明,土壤有机质矿化率在轻壤质良水型水稻土上平均为2.44%,轻壤质滞水型水稻土上平均为1.39%。有机质的腐殖化系数:马粪为35%～40%;猪粪为28%～34%;水稻根茬为45%。根据上述结果,计算了有机肥的建议施肥量,该计算值在水稻土上基本符合生产实际情况。

砂土中有机物质腐解与有机质调控

通过砂滤管和尼龙网袋法研究了有机物料在砂土的腐殖化和矿质化规律,对该土壤有机质培肥及调控提出了建议。研究表明:供试的几种物料总的分解速率趋势为:玉米秸杆>小麦秸杆>鸡粪>牛粪>猪粪。砂土有机质的矿化速率为3.06%;同时发现两种研究方式下,土壤有机质含量和活性有机质含量二者之间具有明显的相关性。

北方泥炭地泥炭土矿化速率、温度敏感性及其影响因素研究

北方泥炭地是全球重要的碳汇,也是全球变暖最为敏感的区域之一.然而,由于泥炭地表层和亚表层泥炭土碳排放过程对全球变暖的响应过程及机制仍存在一定争议,目前对全球变暖背景下泥炭地碳排放的认识仍存在一定不足.本研究于2019年8月在大兴安岭满归泥炭地采集表层(0~10 cm)和亚表层(15~30 cm)泥炭土进行室内增温模拟有氧培养,测定其矿化速率、有机质性质和水解酶活性.结果表明,表层泥炭土矿化速率在5、15、25℃下培养时((142.8±66.9)~(545.3±30.6)、(575.0±62.1)~(1843.0±547.4)、(888.4±123.9)~(3646.7±167.9)μg·g^(-1)·d^(-1))均高于亚表层((113.0±41.5)~(367.1±64.1)、(357.4±52.3)~(1122.1±218.8)、(697.1±38.1)~(2336.4±150.6)μg·g^(-1)·d^(-1)),但表层和亚表层矿化作用的温度敏感性不具有显著差异;培养过程中,表层与亚表层泥炭土β-1,4-N-乙酰葡糖胺糖苷酶(NAG)活性存在显著差异,但β-1,4-葡萄糖苷酶(BG)和酸性磷酸酶(AP)活性相似;表层和亚表层泥炭土总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮比(C/N)及纤维素含量均存在显著差异.在具体有机质组成方面,亚表层泥炭土中芳香族的惰性有机质含量较多,而表层泥炭土中多糖类的活性有机质含量较高,且芳香族化合物与泥炭土矿化速率呈显著负相关.综上,本研究认为全球变暖对表层和亚表层泥炭土矿化作用的影响没有显著性差异,常见的NAG、BG和AP酶并不是引起亚表层泥炭土矿化速率较慢的原因,而亚表层泥炭土中含有更多的惰性有机质可能是导致亚表层泥炭土矿化速率较低的主要因素.