典型农业土壤重金属的累积特征与源解析

为探明商丘市农业土壤重金属累积特征及规律,调查研究商丘市不同利用方式下的土壤重金属含量。结果表明,商丘市农业土壤重金属呈现不同程度的累积趋势,其As、Cd、Cu、Pb和Zn的含量均值分别为10.74、0.24、21.87、15.33和70.93mg·kg-1。通过不同土地利用方式比较发现,重金属As、Cu、Zn含量以设施菜地最高,Pb在绿化地、Cd在果园的含量最高,而森林土重金属含量普遍较低,其Cu、Zn含量显著低于设施菜地(P<0.05),Pb含量以森林土和设施菜地较低。不同土壤按Cd累积程度排序为:果园>露天菜地>设施菜地>绿化地>麦地>森林土;集约化生产方式下,设施菜地重金属含量随设施年限的增加而不断累积,导致相应的环境风险增加,此过程与化肥和有机肥的不当投入有关。本文研究为规避农业土壤重金属累积风险及开展区域重金属污染防控提供一定科学依据。

外源砷在土壤中的老化及环境条件的影响

砷及重金属元素从环境进入土壤后,其可浸提性、可交换性、生物有效性或毒性均会随时间的延长而缓慢变化,即发生所谓的"老化"。本文对外源砷进入土壤后老化的过程、影响因素、机理等进行了较系统探讨,可为相关研究提供参考。

湘南红壤丘陵区幼龄果园豆科牧草培肥效果研究

在幼龄桔园套种了白三叶(Trrifolium repens)、圆叶决明(Chamaecrista rotundifolia)、羽叶决明(Chamaecradta nictitans)、决明86134(Chamaecrista rotundifolia CPI 86134)、大翼豆(Macroptilium lathyroides)和罗顿豆(Lotononis bainesii)6个豆科牧草品种,研究了牧草种植后土壤理化特征的变化,为果园选择适宜的套种牧草种类和处理方式。结果表明,与开展不同耕作处理前的基础样相比,牧草在刈割、保留和翻压处理下土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量总体得到提升,翻压处理升幅最大,土壤速效钾和pH总体呈下降趋势,翻压处理降幅最小;羽叶决明翻压处理的土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷含量的升幅最大,土壤速效钾含量降幅最小,其次是圆叶决明翻压处理,羽叶决明翻压处理下土壤p H降幅最小。与裸地处理相比,牧草处理提高了桔子产量和单果重,增加了桔树树高、冠径及春秋梢的个数和长度,其中,羽叶决明翻压处理的均最高,其次是圆叶决明翻压处理。羽叶决明翻压处理的牧草生物量最大,归还到土壤中的氮磷也最多,其土壤微生物生物量碳氮和脲酶活性也显著高于其他处理。羽叶决明翻压是一种较好的幼龄果园培肥模式,但在栽培过程中需补充磷肥和钾肥,同时,有必要増施石灰等碱性物质,以防治种植豆科牧草培肥时土壤p H下降。

长期定位双季稻田施用生物炭的温室气体减排生命周期评估

该文评估了双季稻田施用生物炭的温室气体排放和固碳及经济效益。采用生命周期(lifecycleassessment,LCA)方法核算了生物炭原料收集与运输、生物炭生产、运输和撒播以及避免秸秆燃烧等过程中的温室气体排放和土壤碳储量;采用静态箱-气相色谱法监测了不同生物炭施入量在4 a 8个生育期的稻田CH4和N_2O排放量;计算了不同生物炭施入量处理的净温室气体排放量和减排百分比。水稻生长季温室气体排放结果显示,CK处理(不添加生物炭)、BC1处理(5 t/hm^2)、BC2处理(10 t/hm^2)、BC3处理(20 t/hm^2)的4 a田间温室气体排放总量分别为19.5、15.6、16.1、12.4 t/hm^2,BC1、BC2和BC3处理相对CK处理的总减排百分比分别为19.70%、17.46%和36.40%。综合生物炭全生命周期各阶段温室气体排放,CK、BC1、BC2和BC3处理的4a总净排放量分别为19.5、20.3、10.9、4.2t/hm^2,BC1处理的4a净排放相对CK处理增加4.3%,BC2和BC3处理的4a净排放相对CK处理分别减少了44.0%、78.6%。3个生物炭用量中,生物炭施用量越低,经济效益越好。稻田施用生物炭能够降低其温室气体排放;全生命周期评估结果表明中量和高量生物炭能够起到减排效果,高量生物炭减排效果最好;经济效益分析结果表明随着生物炭施用量增加,经济效益降低。

不同施肥模式下水稻生育期间杂草群落特征

利用中国农业科学院红壤实验站1982年布置的红壤稻田长期定位试验,于2011年研究了在无机肥和有机肥含有等量氮磷钾养分的条件下,长期施用有机肥、化肥和有机无机肥混施模式下水稻生育期间杂草种类和生物量变化。结果表明,施肥30年后,有机无机肥混施处理早稻和晚稻杂草种类最少,有机肥处理早稻杂草种类最多,不施肥处理晚稻最多,且后两者比前者依次分别高出34.4%和39.3%;有机肥处理两季杂草总量最高,比无机有机混施、化肥和不施肥处理分别高出10.7%,4.5%和37.7%,早稻杂草总量和湿生杂草生物量有机肥处理最多,晚稻不施肥处理最多,早稻和晚稻浮水杂草生物总量有机无机肥混施处理最多。土壤碱解氮、有效磷与杂草总干物质量显著正相关(相关系数分别为0.465和0.517),与湿生杂草生物量显著正相关(相关系数分别为0.482和0.542),土壤有效磷与浮水杂草生物量极显著正相关(相关系数为0.666),pH与之极显著负相关(相关系数为0.516)。土壤有效磷受土壤pH和碱解氮及其他因子的共同作用对杂草总干物质量产生影响。通过各种施肥措施维持土壤适宜pH及碱解氮、有效磷含量,能有效控制南方红壤稻田中湿生和浮水杂草生长,使杂草种类与总生物量达到有益的动态平衡。

菜地土壤CO_2与N_2O排放特征及其规律

为了解不同集约化类型菜地土壤CO2和N2O排放特征及影响因子,选取京郊20年露地老菜地(OV20)、3年菜地种植历史的露地新菜地(OV3)、3年大棚菜地(GV3),以及相邻的当地典型粮田玉米地(Maize)4个类型地块,研究了春黄瓜生育期间土壤CO2和N2O排放特征及影响因子。结果表明:1)春黄瓜生育期间的土壤CO2排放通量主要受土壤5 cm处温度(指数关系)和土壤水分(对数关系或二次抛物线关系)影响;期间玉米地土壤CO2平均排放通量为(346.8±56.5)mg.m-2.h-1,20年露地菜地、3年露地菜地有机肥处理、3年露地菜地配施处理、3年大棚菜地的土壤CO2平均排放通量分别是玉米地的1.38、1.21、1.39和1.56倍。2)土壤N2O排放通量与施肥活动密切相关,排放高峰都出现在氮肥施用后,并受土壤温度和水分的影响。基肥后土壤温度低(15～20℃),排放峰出现在第5 d,排放峰持续时间(长达20 d)与施肥量相关;追肥后土壤温度高(>20℃),排放高峰发生早(追肥后第3 d),但因追肥用量低,因此持续时间短(仅一周)。3)黄瓜生长期内玉米地N2O累积排放量为N(1.95±0.10)kg.hm-2,20年老菜地、3年大棚菜地和3年新菜地N2O累积排放量分别是同期大田玉米地的1.67、1.95和1.99倍。4)本实验中春黄瓜生长季菜地土壤化肥氮N2O排放系数在1.86%～4.71%之间,显著高于IPCC旱地排放缺省值1%。其中,新菜地排放系数高于老菜地,设施菜地排放系数高于露地菜地;但有机肥氮的N2O排放系数则远远低于化肥氮的排放系数,仅为0.11%。

有机无机肥配施对晚稻产量和杂草群落的影响

为探究不同施肥措施对晚稻产量和杂草群落的影响,以1982年布置的双季稻红壤稻田长期施肥定位试验为对象,于2011年采用田间调查法研究了在以无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机无机肥配施模式下晚稻生长发育、晚稻产量及稻田杂草群落变化。结果表明,施肥能促进晚稻生长发育,显著提高晚稻产量,配施效果优于单施,以有机无机均衡配施(NPKM)效果最佳,且其晚稻产量平均高出其他配施处理17.6%;在施用有机肥的基础上,要使红壤稻田晚稻增产,需优先考虑施用氮肥,其次依次是磷肥和钾肥。施肥处理中,单施化肥最能促进晚稻杂草生物量增加,且其杂草生物量平均高出其他施肥处理32.5%,其次是配施处理中的缺磷处理(NKM);单施有机肥最能提高晚稻杂草密度,有机无机均衡配施最能降低杂草密度,且其3个取样期杂草总密度平均低于其他施肥处理34.6%,尤其能遏制狗牙根等恶性杂草生长。氮磷钾养分较均衡的处理(M、NPK、NPKM)的晚稻杂草群落多样性、均匀度和优势度随着晚稻生长发育先升后降,其他处理(PKM、NKM、NPM)大致呈增加趋势,NPK的降幅最大,其成熟期杂草群落多样性、均匀度、优势度比始分蘖期分别降低了7.0%、17.8%、8.1%。晚稻产量与晚稻不同生育期杂草生物量均呈非显著负相关。本研究对红壤双季稻田通过施肥提高晚稻产量和调控晚稻季杂草生物量、群落密度、生物多样性具有重要意义。

长期施肥对红壤双季稻冬闲田春季杂草群落的影响

利用始于1982年的红壤双季稻田长期施肥定位试验,于2012年采用田间调查法研究了在无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机肥无机肥配施模式下红壤双季稻冬闲田春季杂草生物量及群落密度和群落多样性的变化。结果表明:有机肥无机肥配施改变了优势杂草种类,增加了杂草总密度和总生物量。化肥氮钾配施有机肥(NKM)处理的杂草种类数量最多,化肥氮磷配施有机肥(NPM)处理的最少。施肥处理中,M处理的杂草群落多样性指数、均匀度指数和优势度指数均最高,分别为1.118 6、0.732 3和0.629 7;其杂草总密度最低,为297.0株?0.25m?2。NPK处理的杂草总生物量最低,为58.0 g?0.25m?2。NPM处理的杂草群落多样性指数值、均匀度及优势度指数值均显著低于其他处理;其杂草总密度和杂草总生物量均最高,分别为539.7株?0.25m?2和109.5 g?0.25m?2;其优势杂草日本看麦娘的密度为428.0株?0.25m?2,相对密度为79.31%,明显高于其他处理优势杂草的密度和相对密度。春季杂草总干物质量与土壤碱解氮正相关(相关系数为0.703),与土壤p H负相关(相关系数为0.697),相关性不显著;与土壤有效磷显著正相关(相关系数为0.758*)。长期不同施肥模式下红壤稻田磷素是导致田间春季杂草群落特征变化的主要因素,通过改变土壤有效磷和碱解氮含量及土壤p H,能有效调控红壤双季稻冬闲田春季杂草生物量及群落密度和生物多样性。

不同管理措施对华北平原冬小麦田土壤CO2和N2O排放的影响研究

选文研究了不同农作管理措施--有机肥与化肥配施、秸秆还田、以及不同耕作方式(常规耕作、旋耕、免耕)等对华北平原冬小麦地土壤CO2与N2O排放的影响。研究结果表明:1)冬小麦生育期土壤CO2排放通量主要受土壤温度的影响,CO2排放通量与5cm土壤温度呈指数关系或二次抛物线关系;CO2排放主要发生在返青后,返青后到成熟期的排放量平均占小麦生育期总排放量的64.1%。2)在施用化肥的情况下适当配施有机肥,并未引起土壤CO2排放的显著增加;秸秆还田没有显著增加冬小麦生育期内的土壤CO2排放量;与常规耕作相比,旋耕使冬小麦生育期土壤CO2累积排放量有一定程度降低,免耕使土壤CO2累积排放量显著降低,冬小麦生育期旋耕和免耕处理的土壤CO2累积排放量分别是常规耕作的98.2%与84.6%。3)冬小麦生育期间的N2O排放峰主要发生在施肥后(包括基肥和追肥后),追肥后第10 d开始的近一个月内累积排放的N2O占全生育期总排放量的一半。4)基肥合理配施有机肥降低了返青拔节期单施化肥引起的短期N2O排放通量高峰;秸秆还田没有显著增加冬小麦生育期内的土壤N2O排放量;旋耕与常耕对土壤N2O排的影响差异不显著,免耕处理比常规耕作使土壤N2O排放通量显著降低,免耕处理的土壤N2O累积排放量是常规耕作的77.0%。

长期施肥对早稻产量和杂草群落的影响

利用1982年布置的双季稻红壤稻田长期施肥定位试验,于2011年研究了在无机肥(化肥NPK)与有机肥(M)氮磷钾养分等量条件下,长期施用有机肥、无机化肥和有机无机肥配施模式下早稻生长发育、早稻产量及稻田杂草群落变化。结果表明:施肥能促进早稻生长发育,显著提高早稻产量,增加施肥用量和均衡肥料及养分种类在一定程度上能促进早稻生长发育和稻谷增产;在施用有机肥的基础上,优先考虑施用氮肥,其次是磷肥,才能使红壤稻田早稻增产。施肥处理中,单施有机肥最能提高早稻杂草密度和促进早稻杂草生长,配施处理中,有机无机均衡配施最能促进早稻杂草生长,还能遏制恶性杂草繁殖;与单施有机肥或化肥相比较,有机无机肥配施能普遍降低早稻杂草群落多样性、优势度和均匀度,在施用有机肥的基础上,化肥尤其是化肥氮的施用对早稻杂草群落的多样性、优势杂草和均匀度起着决定性作用;早稻分蘖盛期杂草生物量一定程度上还能表征早稻稻谷产量。