云南省典型县域烟田土壤肥力演变及综合评价

通过数据收集和野外采样,分析了宾川县1982年、2012年、2018年、2022年4个时期烟田耕层土壤pH和养分含量变化,并运用土壤综合评价法和克里格插值定量评价了土壤综合肥力指数(IFI)及其时空变异特征。结果表明:近40年(1982—2022年)来,宾川县烟田土壤pH(7.13~6.23)和有机质含量(35.30~27.71 g/kg)呈下降趋势,有效磷(12.11~50.71 mg/kg)和速效钾含量(158.66~321.03 mg/kg)呈上升趋势,碱解氮含量(119.03~117.00 mg/kg)无显著变化。IFI(0.49~0.62)呈上升趋势,均值由1982年的0.49()Ⅲ增加至2022年的0.62()Ⅱ,其中平川镇、拉乌乡、州城镇及宾居镇IFI增加幅度最大,当前高肥力区域主要分布于县东北部和南部,低肥力区域分布于西北部。此外,主成分分析表明影响烟田土壤肥力的主要内在因素由有机质变为速效钾。经过40年耕种管理,宾川县烟田肥力自西向东、自北向南逐渐增加,但养分指标非均衡性和肥力空间不均匀性增加,应稳定氮肥钾肥,减少磷肥施用。

不同碳氮比下秸秆腐解与养分释放的动力学特征

【目的】研究不同碳氮比下秸秆腐解和养分释放的动力学特征及其影响因素,为秸秆资源充分利用和煤矿区复垦耕地质量提升提供理论依据。【方法】依托山西煤矿复垦试验基地,开展大田填埋试验。供试玉米和小麦秸秆烘干过2 mm筛,通过添加尿素将玉米和小麦秸秆C/N比分别调节为25和10,以不添加尿素的秸秆(其C/N比分别为52和74)为对照,秸秆均按有机碳8 g称取后混匀,装于尼龙网袋(0.38μm孔径)内,水平埋入试验基地15 cm深的土壤中。在埋入土壤后的第12、23、55、218、281、365天采集尼龙袋内样品,分析玉米和小麦秸秆的干物质残留量、养分(碳、氮、磷和钾)释放的动态变化。【结果】前55 d,添加氮肥加快了玉米秸秆的腐解,以C/N比为25时腐解效果最佳。添加氮肥加快了小麦秸秆的腐解,以C/N比为10时腐解效果最佳。氮的添加可以显著促进前55 d玉米秸秆碳、磷的释放;氮的添加可以显著加快小麦秸秆碳、氮和磷的释放,对小麦秸秆中钾释放的促进作用不显著。小麦和玉米秸秆腐解及氮钾释放的一级动力学方程用积温拟合优于用时间拟合,秸秆磷的释放不适用衰减指数方程拟合。当积温为年积温(4 600℃)时,小麦和玉米秸秆碳、氮、磷和钾释放率的平均值分别为49.2%、39.5%、40.8%和90.3%;当累积积温达到1 125℃时,秸秆钾素释放85%以上。秸秆的腐解主要受温度、有机碳、木质素和半纤维素影响。【结论】施氮能加快玉米秸秆前期的腐解和碳、磷的释放,可以显著加快小麦秸秆的腐解和碳、氮、磷的释放。用温度拟合的方程比时间方程更能反映秸秆的腐解和氮钾释放过程。秸秆腐解主要受土壤温度,秸秆中有机碳、木质素和半纤维素含量的影响。因此,应结合煤矿区的水热条件,进行实时实地秸秆还田并配施适量的尿素,以提高复垦土壤的氮磷钾含量。

大理烟田土壤有效锌、钼和硼含量的时空变异及其影响因素

【目的】研究大理州烟田土壤有效锌、钼和硼含量时空分布及影响因素,旨在为科学的施肥策略及优质烟叶生产提供理论指导。【方法】2012和2022年,在云南大理州平原地区选取连片烟田,分别采集了1131和4512个烟田耕层(0—20 cm)土壤样品。调查采样点经纬度和海拔、地形、土壤质地和前茬作物等信息,分析土壤理化性质。结合1982第二次土壤普查数据,运用地统计学方法分析1982、2012和2022年土壤有效锌、钼和硼含量的时空分布,利用回归分析和随机森林模型量化土壤有效锌、钼和硼含量变化的主要影响因素。【结果】1982、2012和2022年土壤有效锌含量平均分别为2.35、3.50、4.35 mg/kg,呈上升趋势;有效钼含量分别为0.18、0.14、0.11 mg/kg,呈下降趋势;有效硼含量分别为0.26、0.63、0.58 mg/kg,呈先升后降趋势。空间上,1982、2012、2022年有效锌和硼块金效应分别为50.8%、45.5%、31.8%和41.3%、39.4%、33.8%,均呈中等空间自相关性,总体呈现四周高、中部低的地理分布格局,而有效钼的块金效应均小于25%,呈东南高、西北低的分布趋势。平原地貌土壤有效锌和硼含量显著高于山地;黏土中有效钼含量显著高于砂土和壤土,壤土中有效硼含量最高。土壤pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和海拔对3种元素的时空变异影响较强。土壤有效磷含量和海拔(解释率20.5%和16.8%)是有效锌含量变化的主要影响因子,海拔和碱解氮(解释率13.7%和12.8%)是有效钼含量变化的主要影响因子,碱解氮和速效钾(解释率分别为17.6%和15.6%)是有效硼含量变化的主要影响因子。【结论】大理州植烟土壤有效锌、钼和硼含量与40年前相比,均有不同程度的提高,目前分别处于丰富(Ⅴ级)、缺乏(Ⅱ级)和中等(Ⅲ级)水平。锌、钼和硼3种微量元素含量均同时受到地理环境、土壤质地和肥力的共同影响,也受到前茬作物的影响。为保证优质烟叶生产,总的原则是减锌保硼增钼,前茬作物为粮食和油菜时应注意施锌、施硼,前茬作物为豆科作物时应注意施钼。

云南大理烟区土壤有效磷时空变化及分区施磷策略

【目的】研究云南大理烟区土壤有效磷的时空变异特征及分区,为优质烟草生产中磷素管理和面源污染控制提供科学依据。【方法】试验在云南大理开展,该区年均烤烟种植面积3.23万hm^(2)左右,分别于1999、2012、2018和2022年选取5个典型植烟片区的代表性烟田256、633、1244和2332块,测定土壤有效磷含量,利用地统计学及GIS技术分析近40年5个时间段(1982、1999、2012、2018和2022年)大理5个植烟县域土壤有效磷时空变异特征,依据土壤有效磷含量现状进行合理施磷分区。【结果】烟区土壤有效磷含量呈逐渐升高趋势,1982—2022年有效磷含量由8.09 mg/kg升高到43.92 mg/kg,升高了4.42倍。1982年有效磷含量均处“低”等级(<20 mg/kg),1999—2022年以“中等”为主(20~40 mg/kg),面积占比50%以上。近40年土壤有效磷块金效应由<25%上升至41.45%,表明地形等自然因素影响减弱,施肥等人为因素影响增强。根据当前有效磷含量,高磷区和极高磷区面积占比34.21%,主要分布于弥渡北部、祥云西部及宾川西南和东北。【结论】近40年大理烟区土壤有效磷提升明显,人为因素作用增强,总体有效磷含量较高,大部分烟田可减施或不施磷肥,应分区施磷。

施肥对我国农田土壤基础呼吸的影响

【目的】基础呼吸是反映土壤质量的重要指标,采用整合分析研究施肥对我国不同种植制度和气候带农田基础呼吸的影响程度及其关键控制因素,为探究土壤肥力提升提供科学依据。【方法】通过以“施肥”、“土壤呼吸”、“有机碳矿化”、“soil CO_(2)efflux/soil CO_(2)emission”、“农田”为关键词,在Web of Science、中国知网、万方数据库,收集2000-2020年发表的相关文献,建立了586组配对试验数据,对肥料类型、施肥年限、施氮量、气候带、种植制度、利用方式等条件下的土壤基础呼吸数据进行标准化,采用Meta-analysis分析了土壤理化性状和生产条件指标对土壤基础呼吸的影响程度。【结果】与不施肥相比,施肥对土壤基础呼吸的提高幅度平均为60.20%,其中,施用有机肥的提高幅度为81.45%,显著高于施用化肥的47.78%。当施肥年限大于30年时,施用有机肥对土壤基础呼吸的提升幅度是施用化肥处理的1.38倍。适宜氮肥投入量[N 100~200 kg/(hm^(2)·a)]引发的土壤基础呼吸增幅(72.56%)大于高量[>200 kg/(hm^(2)·a)]和低量[<100 kg/(hm^(2)·a)]氮肥投入的增幅(44.65%和55.21%)。中温带地区施肥导致的土壤基础呼吸增幅(93.71%)显著高于亚热带(37.11%)和暖温带(40.64%)地区,施用化肥和有机肥对中温带地区土壤基础呼吸的提升效果(73.88%和110.91%)显著高于对亚热带地区(28.99%和45.00%)。施肥对旱地土壤基础呼吸的提升幅度(105.01%)显著高于对水田(28.90%)和水旱轮作(46.90%)。轮作模式下施肥对基础呼吸的提升幅度(101.60%)显著高于连作模式(50.63%)。相关性分析结果表明,土壤基础呼吸与土壤有机碳、全氮及微生物生物量碳、氮呈显著正相关。此外,施用有机肥处理下,土壤基础呼吸与碱解氮和微生物熵呈显著正相关。【结论】施肥对农田土壤基础呼吸的作用受到施肥年限、氮肥投入量、气候带、土地利用类型、种植制度、土壤质地等因素的共同影响。施肥能够显著提升土壤有机碳含量,并提高土壤基础呼吸。在较长时间(>30年)尺度上,施用有机肥相较于化肥能够显著提高土壤微生物生物量碳以及微生物熵,进而提高土壤基础呼吸,表明施用有机肥对土壤质量提升有积极的促进作用。

云南省南涧县植烟土壤pH和有效磷的时空变化特征

运用地统计学方法系统分析了1982、2012、2018和2022年4个时期云南省大理州典型县域南涧县植烟土壤pH和有效磷时空变异特征及空间分布格局,为该区烟田养分管理及平衡施肥提供科学依据。结果表明,1982—2022年40年间,南涧县植烟土壤p H呈下降趋势,年均下降速率为0.014个单位,4个时期土壤pH均属强空间自相关性;pH处于Ⅲ级烟田面积占比减少,其中东北部和西南部下降明显,Ⅰ和Ⅱ级面积占比增加,但仍以Ⅲ级面积占比最高。40年间土壤有效磷含量先上升再下降,其中1982—2012年为上升期,年均增加速率为0.34 mg/kg;2012—2022年为下降期,年均下降速率为0.76 mg/kg。1982、2018和2022年有效磷属强空间自相关性,结构因素占主导作用,2012年有效磷为中等空间自相关性(44.1%),受结构因素和人为因素的共同影响。1982—2022年有效磷等级面积占比最高由Ⅲ级降至Ⅱ级,含量偏低区域集中在乐秋乡、宝华镇东北部及小湾东镇部分区域。总体而言,40年间南涧县植烟土壤p H呈下降趋势,西部烟田土壤pH整体偏低。有效磷呈先上升后下降的趋势,西部含量偏低,东北部含量偏高。整体上,南涧县应防控植烟土壤酸化,适当提高磷肥施用量,推广有机无机配施的管理措施,提升烟田土壤肥力。

Olsen法有效磷对提取温度的响应及量化关系

Olsen法有效磷受到提取温度的显著影响,在严格标准温度25℃下用0.5 mol/L NaHCO_(3)(pH=8.5)提取测定的有效磷不能良好反映田间实际温度下的土壤磷有效性。探明不同提取温度下的Olsen法有效磷对提取温度的响应并建立其与Olsen-P的量化关系,为评价田间不同温度下土壤磷的有效性提供依据。选择具有广泛Olsen-P含量(4~280 mg/kg)的24个黑土样品,采用Olsen法分别于10、15、20、25、30和35℃下测定其有效磷含量;统计分析其与Olsen-P的比值、线性响应关系系数等,随机选取16个黑土数据采用系数直接代入法、系数间接代入法、提取率拟合法、最小二乘法拟合法和两种二阶拟合法共6个换算方程,拟合和建立不同温度下Olsen法有效磷与Olsen-P的量化关系,通过剩余的8个黑土数据对换算方程验证对比,获得将Olsen-P换算成任意温度下土壤Olsen法有效磷含量的方程。结果表明,Olsen法有效磷均随提取温度的升高而显著增加,温度每升高1℃,Olsen法提取的土壤有效磷增加量为0.2~5.4 mg/kg;土壤Olsen-P含量越高,Olsen法提取有效磷的增量越大。不同温度下Olsen法提取有效磷的相对提取率也随温度升高而增加,10、15、20、30和35℃下的平均提取率分别为69.8%、76.1%、87.5%、113.7%和138.7%;并受Olsen-P含量的影响。构建的Olsen法提取有效磷量与提取温度和Olsen-P含量的双因素换算方程,通过方程预测值与实测值的决定系数(R^(2))、残差均方根(RMSE)和相对误差(RE)3个主要指标判断,并考虑简单易行,对比明确了系数直接代入法的换算方程[PT=(0.019×P_(25)+0.170)×T+0.545×P_(25)-3.247]最优,其R^(2)、RMSE和RE分别为0.996、6.18和1.28(n=48)。该方程可用于土壤Olsen-P在4~280 mg/kg范围内,10~35℃不同温度下,进行土壤Olsen-P与Olsen法有效磷含量间的换算。

恒温和变温模式下不同施肥黄壤有机碳矿化特征及其影响因素

【目的】土壤有机碳(SOC)矿化是陆地生态系统碳循环的重要组成部分,温度变化显著影响SOC矿化特征。研究长期不同施肥管理下SOC矿化特征及其对温度模式(恒温vs.变温)的响应,可为优化农田碳管理,减缓农业生产对气候变化的影响提供理论依据。【方法】基于贵州省农业科学院内旱作黄壤长期定位试验,在不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(NPKM)4个处理小区采集耕层土壤样品用于室内培养实验。恒温处理为保持15℃;变温处理为10℃→15℃→20℃→15℃→10℃,每6 h匀速变化5℃,24 h为一个循环周期,两温度处理积温相同,共培养32天。采用碱液吸收法测定CO_(2)排放通量,并分析土壤物理化学及生物学性质,阐明不同温度模式下SOC矿化特征及其主要驱动因素。【结果】恒温培养条件下,CK、NPK、M和NPKM处理SOC累积矿化量分别为201、175、262和228 mg/kg,相对于CK,M和NPKM处理的SOC累积矿化分别显著增加了30.6%和13.3%,但NPK处理显著降低了12.7%。变温培养条件下,M处理SOC累积矿化量较CK显著增加了30.0%,NPK和NPKM处理间无显著差异。与恒温培养相比,变温培养下CK和NPK处理SOC累积矿化量分别增加了16.2%和25.6%,而M和NPKM处理无显著变化。恒温和变温培养条件下,CO_(2)累积排放量与土壤pH、SOC、全氮、微生物生物量碳氮等指标显著正相关;温度模式变化引起的CO_(2)排放强度变化与土壤微生物生物量碳氮、微生物呼吸熵和碳氮磷转化酶活性显著负相关。【结论】长期施用有机肥通过增加底物有效性、微生物生物量和酶活性显著促进了SOC矿化,通过改变土壤微生物呼吸熵和碳磷转化酶活性缓解了温度周期性变化对SOC矿化的促进作用。

添加绿肥对中国农田土壤N2O和CH4排放的影响

本研究旨在探明添加绿肥对中国农田土壤温室气体(N2O和CH4)排放的影响,为绿肥科学施用、温室气体减排和作物增产提供理论依据。采用数据整合分析(Meta-analysis)方法,通过“中国知网”、“谷歌学术”和“Web of Science”等中英文数据库以“绿肥”、“农田”和“温室气体”等关键词进行检索,收集到国内外关于添加绿肥对农田土壤温室气体排放影响研究的有效数据137组,定量分析添加绿肥对中国农田土壤温室气体排放的影响及其主要影响因素。结果表明:与不添加绿肥相比,添加绿肥显著的促进N2O、CH4的排放和GWP、GHGI的提高,提升幅度分别为16.1%、45.8%和25.7%、12.9%。施用豆科和非豆科绿肥均显著增加N2O和CH4排放和GWP,施用非豆科绿肥对GHGI没有显著影响,豆科绿肥相比于非豆科绿肥能显著增加土壤N2O的排放和GWP、GHGI。不同绿肥施用措施均显著增加N2O和CH4的排放和GWP,其中绿肥配施化肥措施下N2O、CH4和GWP的提升幅度显著高于其他两种措施,但绿肥配施化肥显著降低了GHGI(-5.5%)。相比于不添加绿肥,绿肥还田量<5000 kg/hm2时对GHGI没有显著影响,绿肥还田量<5000 kg/hm2显著提升N2O和CH4的排放。在年均降雨量<600 mm时,添加绿肥对GWP没有显著影响;在年均降雨量<1200 mm时添加绿肥对GHGI无显著影响。随着年均温不断增加,对GWP的提升幅度也不断增大;在<16℃时,添加绿肥对GHGI表现为显著降低,其中<12℃降低幅度更大。N2O和CH4排放量与土壤有效氮含量显著正相关。不同土地利用类型下添加绿肥对N2O排放和GWP有显著的提升,其中旱地土壤条件下的提升幅度小于水田土壤,但在旱地土壤条件下添加绿肥显著降低了GHGI。总之,添加非豆科绿肥配施化肥(<5000 kg/hm2)还田尤其在气候温暖湿润的旱地土壤地区(年降雨<1200 mm、年均温<16℃),能有很好的减排的效果。