不同种类和裂解温度生物质炭添加对稻田土壤微生物多样性和群落结构的影响

为探讨制备生物质炭的原材料和裂解温度对土壤微生物的影响,采用露天盆栽培养试验,分别将350、550、750℃裂解温度制成的玉米秸秆和水稻秸秆生物质炭添加到稻田土壤中培养60和360d,采用IlluminaNovaseq技术分析了其对稻田土壤细菌和真菌多样性和群落结构及差异微生物的影响。结果表明:添加两种生物质炭培养360d均使稻田土壤细菌丰富度、多样性提高,其中水稻秸秆生物质炭提高最为明显;土壤中细菌优势类群为浮霉菌门(Planctomycetes)、绿弯菌门(Chloroflexi)和放线菌门(Actinobacteria)。土壤中真菌群落随着添加生物质炭培养时间的延长,其丰富度和多样性表现为先降低后升高的趋势;土壤中优势真菌类群为子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota);真菌科水平物种丰度更加均匀,土壤中普遍检测出壶菌门(Chytridiomycota)和毛霉门(Mucoromycota)。培养60 d时,添加550℃裂解温度玉米秸秆生物质炭处理提高细菌和真菌丰富度和多样性的效果最好,不同裂解温度水稻秸秆生物质炭添加导致真菌群落存在不同的优势门类,改变了土壤微生物群落结构。综上,在稻田土壤中,与玉米秸秆生物质炭相比,水稻秸秆生物质炭施加360d后提高土壤微生物多样性效果更好。生物质炭原材料种类是影响土壤微生物多样性的重要因素,裂解温度能够影响微生物的群落结构,尤其是水稻秸秆生物质炭裂解温度对真菌群落结构的影响。

长期施肥对设施土壤活性有机碳含量及碳库管理指数的影响

以连续8年设施定位施肥田间试验为依托,选择不施肥(CK)、4个单施化肥(N0PK、N1PK、N2PK、N3PK)、有机肥(M)和4个化肥与有机肥配施(MN0PK、MN1PK、MN2PK、MN3PK)共10个处理,研究长期定位施肥对设施土壤总有机碳、活性有机碳及其组分(高、中和低活性有机碳)含量和碳库管理指数及其剖面分布的影响。研究结果表明,在0~50 cm土层,各施肥措施土壤总有机碳、活性有机碳含量均随土层深度加深呈逐渐下降趋势。与CK相比,单施化肥对土壤总有机碳含量影响不显著,单施有机肥和化肥与有机肥配施均可显著提高0~20 cm土层土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为104.9%~135.3%和97.6%~139.6%,也可显著提高0~50 cm土层土壤活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为33.8%~235.5%和33.8%~251.3%。在0~20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤总有机碳含量(P<0.05),增幅分别为76.8%~174.7%;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)处理施入有机肥中有机碳固定率为最大,平均为26.6%。在0~20 cm土层,与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施显著提升了土壤活性有机碳和高活性有机碳含量(P<0.05),增幅分别为99.6%~259.4%和122.2%~330.7%;土壤活性有机碳及其组分与总有机碳含量之间呈显著线性正相关(P<0.05),其中高活性有机碳与总有机碳含量的相关系数最大(r=0.953)。与施用相同化肥相比,化肥与有机肥配施可显著提高0~20 cm土层土壤活性有机碳及其高和中活性组分的碳库管理指数(P<0.05),土壤活性及其高和中活性组分的碳库管理指数随施氮量的增加而增加。综上,在设施番茄栽培条件下,连续8年化肥与有机肥配施可显著提高0~20 cm土层土壤总有机碳、活性有机碳及其高活性组分含量,进而显著提高了0~20 cm土层土壤活性有机碳及其高活性组分的碳库管理指数,提高了设施土壤肥力,改善了设施土壤质量;有机肥与中量化肥配施(MN2PK)是设施番茄可持续生产较为合理的管理措施。

东北黑土不同开垦年限稻田土壤有机氮矿化特征

【目的】分析东北黑土自然荒地开垦种稻后土壤矿化氮含量、氮净矿化速率和氮净矿化率,探讨土壤供氮能力及其特点,揭示土壤氮素的演变规律,为东北黑土的合理利用和培肥提供理论依据。【方法】以东北黑土自然荒地(0 a,为对照土壤,原始自然草甸植被)和不同开垦年限(12、35、62和85 a)的稻田(地形、种植制度、施肥和水分管理等大致相同)土壤为研究对象,采用长期淹水密闭-间歇淋洗培养方法,研究黑土自然荒地开垦种稻后土壤有机氮矿化的特征。【结果】在培养初期(约1个月),各年限土壤累积矿化氮量迅速增加,之后呈缓慢增加趋势;在淹水培养结束(297 d)时,土壤累积矿化氮量为212.43—388.11 mg·kg^(-1),各开垦年限土壤累积矿化氮量大小顺序为0、12、35、85和62 a。土壤有机氮矿化过程可用混合模型(Special模型)很好地进行描述,并可将土壤有机氮库分为增量氮库和其他组分氮库,与对照土壤(0 a)相比,各年限稻田土壤增量氮库的氮矿化势(NF)均呈下降趋势,其中,开垦12 a与开垦35、62和85 a稻田土壤的NF之间均无显著差异(P>0.05),但开垦12和35 a稻田土壤的NF显著高于开垦62和85 a稻田土壤(P<0.05),而矿化速率常数(kF)均呈上升趋势,但各年限田土壤的kF之间均无显著差异(P>0.05);开垦12和35 a稻田土壤其他组分氮库的矿化速率常数(k0)无显著变化(P>0.05),但开垦62和85 a稻田土壤的k0则显著下降(P<0.05)。各年限土壤氮净矿化速率在培养4 d时为最大,之后逐渐下降,在淹水培养结束(297 d)时,土壤氮净矿化速率大小顺序与其累积矿化氮量的大小顺序相一致;各年限土壤氮净矿化率在淹水培养初期较高,之后缓慢增加,在培养结束(297 d)时,土壤氮净矿化率为78.60—101.82 mg·g^(-1),各开垦年限土壤氮净矿化率的大小顺序为0 a、35 a、12 a、85和62 a;土壤全氮和C/N是影响土壤矿化氮量和氮净矿化速率的重要因素(P<0.05)。土壤初始矿质氮与NF之和可用来表征当季稻田土壤供氮能力大小,与对照土壤(0 a)相比,各年限稻田土壤的供氮能力显著下降(P<0.05),开垦12和35 a稻田土壤的供氮能力显著高于开垦62和85 a的稻田土壤(P<0.05)。【结论】黑土自然荒地开垦种稻85 a间,稻田土壤的供氮能力均有所下降,种稻大于35 a时下降显著,因此在稻田土壤地力培育中应注重土壤有机质含量的提高。

东北黑土地区耕地质量现状与面临的机遇和挑战

东北黑土地区是世界四大黑土区之一,耕地总面积3584万hm^(2),粮食产量占全国粮食总产量的1/4、商品粮的1/3,为保障国家粮食安全做出了重要贡献。由于土壤侵蚀和长期高强度重用轻养等原因,黑土地区土壤耕层变薄、有机质含量降低、土壤酸化、结构变差、功能退化,导致黑土"变薄、变瘦、变硬"。通过分析明确了该地区耕地后备资源较少、中低产田比例偏高、农田基础设施不足等问题,指出保证国家粮食安全是黑土地区面临的最大机遇,提升黑土地区耕地质量是面临的最大挑战。进一步明确了提升黑土地区耕地质量主要对策,包括加强水土流失治理,确保黑土地耕层不变薄;加强有机物料投入,确保黑土地有机质不下降;重视平衡施肥和酸化土壤改良,遏制土壤酸化;加强高标准农田建设,确保黑土地质量不降低;完善耕地质量建设管理制度,确保黑土地保护有法可依。

东北黑土地不同类型区主要特征及保护利用对策

东北黑土地是世界主要黑土带之一,是我国粮食作物主产区,在保障国家粮食安全方面贡献极大。近几十年,东北黑土地出现的“变薄、变瘦、变硬”等耕地质量退化问题严重制约了粮食产能的稳步提升。对东北黑土地资源进行合理、科学的认知,并采取有效措施对黑土地进行保护与利用成为该地区农业可持续发展的关键。然而,东北黑土地在地理位置、自然环境、农业生产和土壤资源组成的复杂性,阻碍了黑土地保护利用政策的科学制定和顺利实施。以此为背景,本文根据东北黑土地自然资源条件和农业生产特征,按照区别差异性、归纳共同性的原则,将东北黑土地划分成松嫩平原区、三江平原区、辽河平原区、长白山辽东区、西部风沙区和大小兴安岭区6个类型区,分别概述了不同类型区在气候、地理和土壤组成方面的特征;从气候、农业生产和土壤限制因素等层面探讨了不同类型区面临的主要问题;分析和归纳了当前不同类型区适用的黑土地保护利用模式,以期为协调黑土地保护与产能提升矛盾和合理利用黑土地提供参考。

不同秸秆还田方式对玉米农田土壤CO_(2)排放量和碳平衡的影响

【目的】探究秸秆还田方式对土壤CO_(2)排放特征及碳平衡的影响,为东北地区农田土壤固碳减排和秸秆还田方式的选择提供科学依据。【方法】采用田间微区试验,以玉米为供试作物,设置3种秸秆还田方式:秸秆浅层还田(QH)、秸秆深层还田(SH)和秸秆覆盖还田(FG),无秸秆还田(CK)处理为对照。利用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪监测玉米生长季不同秸秆还田方式下土壤CO_(2)的排放特征,探讨土壤温度、含水量、pH、微生物量碳及氮磷钾速效养分和全量养分对土壤CO_(2)排放的影响,并分析不同还田方式下的土壤碳平衡。【结果】在玉米生长季,各处理土壤CO_(2)排放速率均表现为先升高后降低的趋势。土壤CO_(2)累积排放量表现为FG>QH>SH>CK处理,相较于SH处理,FG和QH处理土壤CO_(2)累积排放量分别增加了14.0%和6.4%,各处理间差异显著(P<0.05)。不同还田方式下土壤CO_(2)排放速率与土壤温度、土壤含水量进行单因素模型拟合,均呈二次函数相关关系,且达到了显著水平(P<0.05),土壤温度和土壤含水量分别解释68.2%—73.7%和21.3%—82.8%的土壤CO_(2)排放速率变化,但土壤温度和土壤含水量的双因素复合模型能更好地解释土壤CO_(2)排放速率的变化,解释度达到78.5%—82.8%。相关性分析表明,土壤CO_(2)累积排放量与速效钾、微生物量碳呈极显著相关关系(P<0.01),与土壤有机质、碱解氮、全氮和pH呈显著的相关关系(P<0.05)。秸秆还田处理下土壤碳平衡均为正值,为大气CO_(2)碳汇。SH处理下土壤碳平衡和固碳潜力显著高于QH、FG处理,提高幅度分别为23.4%、475.7%和7.1%、30.7%(P<0.05),表现出较强的碳汇功能。在两年收获期,秸秆还田显著提高了玉米产量,其中SH处理最高,但与QH和FG处理间无显著差异。【结论】本试验条件下,综合考虑固碳减排效应和产量,3种秸秆还田方式相比,秸秆深层还田(SH)是一种较好的还田方式。

化肥与有机肥配施对设施土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量的影响

为探究设施栽培条件下化肥与有机肥配施对0~20 cm土层土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量的影响。以设施栽培连续7年定位施肥田间试验为依托,选择4个施用化肥处理(N0PK、N1PK、N2PK和N3PK)和4个化肥与有机肥配施处理(N0PKM、N1PKM、N2PKM和N3PKM),其中,N0、N1、N2和N3氮用量分别为0、187.5、375.0和562.5 kg·hm-2,磷(P2O5)和钾(K2O)用量分别为225.0和450.0 kg·hm-2,有机肥(M)为75000kg·hm-2,研究单施化肥及化肥与有机肥配施土壤团聚体稳定性及其有机碳、全氮含量。结果显示,与单施化肥相比,化肥与有机肥配施显著提高了土壤有机碳和全氮含量(P<0.05),提高幅度分别为93.21%~119.13%和106.69%~139.42%,均以N2PKM处理提高幅度最大,但单施化肥和化肥与有机肥配施的有机碳、全氮含量受施用化学氮量的影响均不显著。化肥与有机肥配施可使土壤大团聚体(>0.25 mm)的比例上升,微团聚体(<0.25 mm)的比例下降,提高了土壤团聚体平均重量直径及其稳定性,其中N1PKM、N2PKM、N3PKM处理土壤团聚体稳定性提高显著(P<0.05)。化肥与有机肥配施提高了大和微团聚体的有机碳和全氮含量,其含量的增幅以>2 mm团聚体为最大(285.30%和470.83%),其次为0.25~2 mm团聚体(235.32%和267.25%)和0.053~0.25 mm团聚体(113.69%和130.54%),<0.053 mm团聚体为最小(35.13%和34.10%);土壤有机碳(全氮)含量与各粒级团聚体有机碳(全氮)含量关系密切(P<0.05),但0.25~2和0.053~0.25 mm团聚体是赋存有机碳(全氮)的主要粒级,也是土壤有机碳(全氮)提升的关键。设施栽培田间试验条件下,连续7年化肥与有机肥配施促进了土壤大、微团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性,同时也显著增加了大团聚体(>0.25 mm)有机碳和全氮含量,提高了土壤有机碳(氮)库。

长期施用有机肥对设施番茄土壤有效磷含量及磷素淋失风险的影响

探讨设施蔬菜长期施用有机肥的土壤有效磷含量及磷素淋失风险,可为设施蔬菜栽培合理施肥提供重要参考。以连续8 a设施番茄栽培田间定位施肥试验为依托,选择不施肥(CK)、单施化肥(NPK)及与低、中、高量有机肥配施(M1NPK、M2NPK、M3NPK)5个处理,研究各施肥处理土壤全磷(Total-P)、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl_(2)-P)含量及其剖面分布特征,分析了土壤磷素环境阈值和农学阈值随剖面分布的变化以及设施番茄栽培适宜的磷素施用量。结果表明:在0~50 cm土层,各处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl_(2)-P含量均随土层深度的增加呈逐渐下降趋势,其含量均表现为0~10 cm土层显著高于30~50 cm土层(P<0.05);与CK相比,各施肥处理土壤Total-P、Olsen-P和CaCl_(2)-P含量均有所增加,且随有机肥施用量的增加而增加,且施用中量(M2)和高量(M3)有机肥对0~20 cm土层土壤Total-P、Olsen-P和CaCl_(2)-P含量的影响显著(P<0.05)。在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm和40~50 cm土层,土壤磷素环境阈值随土层深度的增加呈先上升后下降趋势,其数值依次为139.6 mg·kg^(−1)、152.4 mg·kg^(−1)、133.5 mg·kg^(−1)、86.1 mg·kg^(−1)和42.3 mg·kg^(−1);在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm和30~40 cm土层,土壤磷素农学阈值随土层深度的增加而逐渐降低,依次为185.1 mg·kg^(−1)、120.5 mg·kg^(−1)、92.8 mg·kg^(−1)和56.0 mg·kg^(−1)。以土壤磷素农学阈值所对应的土壤Olsen-P含量作为磷素淋失风险评价标准,通过土壤Olsen-P含量与施磷量(P2O5)之间的相关关系,求出设施番茄栽培适宜磷素(P2O5)用量为344.9~530.3 kg∙hm^(−2),其中有机肥供应的磷素(P2O5)用量为119.9~305.3 kg·hm^(−2)。综上,连续8 a设施番茄栽培定位施肥条件下,在施用化学氮磷钾肥(N 375 kg·hm^(−2)、P2O5225 kg·hm^(−2)和K2O 450 kg·hm^(−2))的基础上配施低量有机肥(15000 kg·hm^(−2)),不仅可以提高0~20 cm土壤有效磷含量,使番茄产量显著增加,而且可以有效控制土壤磷素淋失风险。

不同量化肥与有机肥配施对设施番茄栽培土壤硝化潜势和pH的影响

【目的】利用9年设施番茄定位试验,研究施氮量以及有机无机肥配施对土壤硝化潜势和pH的影响,为提高设施土壤供氮能力和减缓设施土壤酸化的施肥管理提供理论依据。【方法】设施番茄栽培定位施肥田间试验位于辽宁沈阳,始于2013年,每年种植一季番茄。设置施用尿素N 0、187.5、375.0、562.5 kg/hm^(2)4个水平(N0、N1、N2、N3),在每个氮水平下又设置施有机肥75000 kg/hm^(2)处理(MN0、MN1、MN2、MN3),共8个处理。2021年,于番茄第一穗果膨大期(S1)、第二穗果膨大期(S2)、收获期(S3)和休耕期(S4),采集0—10和10—20 cm土层土壤样品,测定土壤硝化潜势(NP)、pH、铵态氮(NH_(4)^(+)-N)和硝态氮(NO_(3)^(−)-N)含量,以及休耕期土壤有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,计算矿质氮(N_(min))占TN的比例(N_(min)/TN)。【结果】化学氮肥施用量、施用有机肥及二者交互作用均显著影响土壤NP、pH和NO_(3)^(−)-N含量。与单施化肥相比,有机无机肥配施降低了S1期土壤NP,但提高了S2~S4期土壤NP。N1处理土壤pH与N0处理无显著差异,N2、N3处理显著降低了0—20 cm土层pH,且N3处理降幅显著大于N2处理(P<0.05);4个有机无机肥配施处理土壤pH在S1、S2期无显著差异,在S3、S4期随化学氮肥施用量增加而逐渐降低,但降低幅度明显小于单施化肥处理。单施化肥和有机无机肥配施处理土壤pH下降速率分别为0.00~0.20ΔpH/a和0.00~0.08ΔpH/a。有机无机肥配施显著增加番茄生长期土壤NO_(3)^(−)-N含量及收获期和休耕期土壤NH_(4)^(+)-N含量,单施化肥和有机无机肥配施处理土壤NO_(3)^(−)-N含量分别为4.43~197.35 mg/kg和35.16~400.04 mg/kg。与单施化肥相比,有机无机肥配施显著提高土壤SOC和TN含量,显著降低土壤N_(min)/TN(P<0.05)。单施化肥处理土壤NP与NO_(3)^(−)-N含量和pH呈正相关,与NH_(4)^(+)-N含量呈负相关;有机无机肥配施处理土壤NP与SOC、TN和S2期NO_(3)^(−)-N含量均呈正相关,与S2期pH和休耕期N_(min)/TN呈负相关。单施化肥处理土壤pH在S3和S4期与NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N含量呈显著负相关,有机无机肥配施处理土壤pH在S1、S2和S4期与NH_(4)^(+)-N、NO_(3)^(−)-N含量呈显著负相关,单施化肥和有机无机肥配施处理土壤pH在休耕期均与N_(min)/TN呈显著负相关,有机无机肥配施处理土壤pH还与TN含量呈显著负相关。【结论】与单施化肥相比,有机无机肥配施提高土壤有机碳、全氮含量以及番茄生长中后期土壤NO_(3)^(−)-N含量(硝化潜势),同时降低土壤N_(min)/TN,有效减缓土壤pH下降速率。尿素N 187.5 kg/hm^(2)与有机肥75000 kg/hm^(2)配施处理提高设施土壤供氮能力、减缓土壤酸化的效果最突出。

以土壤普查成果助推黑土地科学保护与利用

第三次全国土壤普查是一次重要的国情国力调查,力求全面、真实、准确掌握全国耕地土壤质量、性状和利用状况等基础数据。当前,东北黑土地面临较严峻的“变薄、变瘦、变硬”等退化问题,采取有效措施将土壤普查获得的大量土壤性状、立地条件和土壤利用情况等数据与黑土地的科学保护耦合嵌套,从而明确各区域耕地质量,探索合理改良培肥措施,这对于延伸土壤普查成果的生命力,推动该地区农业可持续发展和维持粮食产能“压舱石”作用具有深远意义。基于以上考虑,本文论述了第三次全国土壤普查成果在明确黑土地“变薄、变瘦、变硬”区域、揭示土壤养分时空演变特征、提升黑土地粮食产能和精确评价黑土地耕地质量中的作用,探讨了土壤普查成果助推黑土地保护的可能实现途径,以期实现土壤普查成果的落地与延伸,全面掌握东北黑土地耕地资源现状,切实保护好东北黑土地,守护好大国粮仓。

设施土壤有机氮组分及番茄产量对水氮调控的响应

【目的】酸解铵态氮和酸解氨基酸氮是土壤有机氮的主要组分,可表征土壤的供氮能力,并在氮素矿化、固定、迁移以及为植物生长供氮过程中起到至关重要的作用。研究水、氮调控下设施土壤有机氮组分和番茄产量的相互关系,为评价设施土壤肥力变化和制定科学合理的水、氮管理措施提供科学依据。【方法】田间定位试验在沈阳农业大学的温室内进行了5年,供试作物为番茄,栽培垄上覆盖薄膜,打孔移栽番茄幼苗,膜下滴灌。定位试验三个氮肥处理为施N75、300、525kg/hm^2,记为N1、N2和N3;三个灌水量为25、35和45kPa灌水下限(灌水始点土壤水吸力),记为W1、W2和W3,共9个肥水处理组合。在试验第五年番茄生长期(2016年4—8月)调查了番茄产量及其构成,在休闲期(2016年9月)测定0—10、10—20和20—30cm土层土壤有机氮组分、有机碳和全氮含量。【结果】9个处理中,土壤全氮、有机碳和除酸解氨基糖氮外的有机氮组分含量均随土层深度的增加而降低,且0—10、10—20和20—30cm土层间含量差异显著(P<0.05)。三个土层中酸解总氮占土壤全氮的66.0%、64.6%和55.2%,是土壤有机氮的主要存在形态。土壤酸解总氮中各组分含量及其所占比例的大小顺序为酸解氨基酸氮、酸解铵态氮>酸解未知态氮>酸解氨基糖氮。灌水下限和施氮量对番茄产量及单果重的影响均达极显著水平(P<0.01),水氮交互效应也达显著水平(P<0.05)。休闲期土壤酸解铵态氮与番茄产量间显著负相关(P<0.05)。番茄产量W1N2(25kPa+N300kg/hm^2)、W2N1(35kPa+N75kg/hm^2)和W1N1(25kPa+75kg/hm^2)处理间差异不显著。【结论】灌水和施氮量及其交互效应对各土层土壤全氮、酸解总氮、酸解铵态氮和酸解氨基酸氮的影响均达到极显著水平(P<0.01),而对土壤有机碳的影响不显著(P>0.05)。相同施氮量下,0—30cm土层酸解铵态氮和0—20cm土层酸解氨基酸氮含量均在土壤水吸力维持在35~6kPa范围内达最高值,此土壤水分含量下的0—20cm土层酸解氨基酸氮含量在施N75kg/hm^2时达到最大值。从节水减氮和番茄产量的角度考虑,控制土壤水吸力不低于35kPa、每季随水施N75kg/hm^2为供试番茄生产条件下最佳的水、氮组合量。

秸秆还田深度对土壤温室气体排放及玉米产量的影响

【目的】秸秆还田是培肥地力、增加土壤有机质和改善土壤结构的重要技术手段,但以往的研究表明秸秆还田会加速土壤温室气体的排放。本研究通过对秸秆不同还田深度下农田土壤温室气体排放特征和产量的研究,明确降低温室气体排放量的最佳还田深度,以期为合理利用秸秆、提高作物产量,实现农业可持续发展提供科学依据。【方法】采用大田微区试验,以玉米为供试作物,设置4个还田深度,采用静态箱-气相色谱法测定整个玉米生长季不同还田深度下温室气体(CO2、CH4、N2O)的排放特征,产量及产量构成因素。试验共设5个处理,还田深度分别为0-10 cm(T1)、10-20 cm(T2)、20-30 cm(T3)和30-40 cm(T4),同时以不还田处理作为对照(CK)。【结果】(1)在整个玉米生长季CO2和N2O均表现为排放,CH4表现为吸收。CO2累积排放量为T3处理最高,较CK显著增加了28.6%,T4处理增加最少,较CK显著增加了17.1%(P<0.05),但T1与T4处理之间差异不显著;而N2O的累积排放量T2处理为最高,与CK相比,累积排放量显著增加111.3%,T4处理增加最少,与CK相比显著增加了12.8%(P<0.05);CH4则表现为吸收,且秸秆还田后降低了农田土壤对CH4的吸收能力,吸收量表现为CK处理>T4处理>T3处理>T1处理>T2处理,且各还田处理与CK之间差异显著(P<0.05)。(2)秸秆不同还田深度下,与对照相比,各处理玉米产量均显著增加,增产在5.6%-20.8%(P<0.05),但各处理之间的穗长、穗粗和行粒数差异不显著。当秸秆还至30-40 cm时,产量最高,较CK增加了20.8%,表明秸秆还田对提升土壤肥力及作物增产有重要作用。(3)从温室气体综合增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)来看,在100年尺度上,GWP表现为T2处理>T3处理>T1处理>T4处理>CK处理,而GHGI表现为T2处理>T3处理>T1处理>CK处理>T4处理,表明与CK相比,各处理均增加了玉米季温室气体的综合增温潜势,而T4处理则降低了玉米季温室气体排放强度,说明秸秆深还至30-40 cm可在一定程度上缓解全球增温潜势。【结论】秸秆还田会显著增加CO2和N2O排放,降低对CH4的吸收能力;秸秆深还至30-40 cm可相对降低综合增温潜势,降低温室气体排放强度,同时显著增加玉米产量。因此,为实现较高的玉米产量和较低的温室气体排放强度,秸秆深还至30-40 cm是较为合理的土壤改良培肥方式。

水氮耦合对设施土壤温室气体排放的影响

为探究水氮耦合对设施土壤温室气体排放的影响,基于连续5年的设施番茄水氮调控定位试验,比较分析了水氮耦合对土壤N_2O、CO_2和CH_4排放通量和累积排放量的影响,并估算了温室气体的全球增温潜势(GWP)和温室气体排放强度(GHGI)的差异。田间小区试验设置不同灌水下限(W1:25 kPa、W2:35 kPa、W3:45 kPa)和施氮量(N1:75 kg N·hm^(-2)、N_2:300 kg N·hm^(-2)、N3:525kg N·hm^(-2))组合共9个处理。结果表明:设施土壤N_2O和CO_2排放通量受灌水施肥时期的影响,施肥后N_2O排放通量呈增加趋势,高灌水量(低灌水下限25 kPa)促进N_2O和CO_2排放。CH_4的排放通量表现为中等和强变异的特点。除水氮交互对CO_2累积排放总量和施氮量对CH_4累积排放总量影响不显著外,灌水下限、施氮量和水氮交互作用对N_2O、CO_2、CH_4累积排放总量、GWP、GHGI和番茄产量的影响显著或极显著。随氮肥用量的增加,N_2O累积排放总量增加。N_2O和CO_2累积排放总量与GWP之间均达到极显著正相关,且各处理N_2O对GWP平均贡献率为5.25%,CO_2为94.59%。适当减少氮肥用量和增加灌水下限能够有效地降低温室气体排放和减缓全球变暖。W2N1处理是本研究中减缓温室气体排放并提高番茄产量的最佳水氮管理措施。

地膜覆盖与施肥对秸秆碳氮在土壤中固存的影响

【目的】作物秸秆不仅含有较高的有机碳,而且含有丰富的矿质营养元素。秸秆还田是东北黑土地区培肥土壤和农业可持续发展的重要技术措施。然而不同地膜覆盖(简称"覆膜")及施肥方式下秸秆碳(C)和氮(N)在土壤中的固持特征还不是很明确。本研究通过定量分析秸秆碳对土壤有机碳(SOC)和秸秆氮对土壤全氮(TN)的贡献,探讨不同覆膜和施肥条件下秸秆碳和氮在土壤中固定的差异,以期为土壤肥力提升和东北黑土地保护提供依据。【方法】基于覆膜与施肥的长期定位试验,选择覆膜和不覆膜(裸地)栽培条件下不施肥(CK)、单施氮肥(N4)和有机肥配施氮肥(M2N2)处理,在表层(0—20 cm)土壤添加13C15N双标记秸秆后在田间原位培养150 d,测定SOC含量及其δ13C值、TN含量及其δ15N值,分析SOC中秸秆来源C(13C-SOC)、TN中秸秆来源N(15N-TN)和土壤碳氮比随时间的动态变化特征。【结果】施肥、覆膜及其它们的交互作用显著影响(P<0.05)13C-SOC和15N-TN含量。整个培养期间,M2N2处理秸秆碳对SOC的贡献率(13C-SOC/SOC)和秸秆氮对TN贡献率(15N-TN/TN)平均分别为10.48%和3.18%;施肥(N4和M2N2)处理13C-SOC/SOC和秸秆碳残留率在覆膜方式下平均分别为12.65%和37.14%,不覆膜方式下分别为12.08%和34.50%。同一栽培方式培养第150天,N4处理13C-SOC/SOC和秸秆碳残留率平均分别为14.33%和39.40%,其他施肥处理平均分别为11.77%和33.21%;CK处理15N-TN/TN平均为4.56%,分别比N4和M2N2处理高26.00%和44.53%。培养第150天,秸秆氮残留率在覆膜和不覆膜条件下CK处理最高,平均为10.03%;不覆膜N4处理最低,为7.87%。无论覆膜与否,N4处理13M2N2C-SOC与15N-TN比值为32—39,其他施肥处理均<30。【结论】秸秆碳氮在土壤中的固存对覆膜与施肥的响应敏感。单施氮肥有利于秸秆碳在土壤中的积累和有机碳的更新,不施肥处理秸秆氮对土壤氮库的固定起正反馈效应,而有机肥配施氮肥土壤碳氮的更新相对滞后。

控释氮肥减量配施对土壤氮素调控及夏玉米产量的影响

控释氮肥减量后移能够有效提高氮肥的利用率、降低成本,还能够减少对环境造成污染。因此,研究控释氮肥减量配施在小麦-玉米轮作体系中对土壤氮素调控及夏玉米的产量影响,对指导小麦-玉米轮作体系科学施肥具有重要的指导意义。本研究共设置不施氮肥(CK)、100%普通尿素(U)、100%控释尿素(CRU)、80%控释尿素(80%CRU)、100%配方控释肥(100%SCR)及80%配方控释肥(80%SCR)6个处理,探讨控释氮肥减量配施对土壤铵态氮、硝态氮、微生物量氮、全氮、土壤酶活性及产量的影响。结果表明,在玉米生育期内施用氮肥的处理较不施氮肥的处理土壤铵态氮、硝态氮、微生物量氮均显著增高。在成熟期,100%控释尿素处理的土壤全氮较不施氮肥处理高出了46.23%,较常规施肥处理高出了36.37%,100%配方控释肥处理较不施氮肥处理高出了30.83%,较常规施肥处理高出了24.60%。玉米生育期内土壤酶活性变化也十分显著,脲酶和硝酸还原酶活性均在大喇叭口期达到最高。不同施氮处理间对硝酸还原酶和脲酶活性的影响总体表现为100%控释配方肥最高,不施氮肥处理活性最低。各施氮处理比不施氮肥处理增产显著,增幅为7.6%~13.04%,其中100%配方控释肥和100%控释尿素较常规施肥处理相比,分别增产4.04%和1.37%,其中100%配方控释肥增产显著。综上,100%配方控释肥能够在作物整个生育期内持续释放氮素使其能够满足作物整个生长期对氮素的需求,提高土壤肥力与固氮能力,从而提高氮肥的利用率,实现环境效益与经济效益双赢。

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其13C、15N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤(种植大豆年限大于60年,作为对照)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆),利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0-60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2-0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25-0.053 mm和<0.053 mm团聚体组成有所增加,>2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2-0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径(MWD)与>2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系(P<0.01),与0.25-0.053 mm、<0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系(P<0.01或P<0.05);水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0-40 cm土层,2-0.25 mm、0.25-0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3-25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2-0.25 mm、0.25-0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0-60 cm土层,>2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系(P<0.01或P<0.05),在0-20 cm土层,2-0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系(P<0.01或P<0.05);<2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而>0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ13C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5-25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ15N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3-25年间,团聚体中δ13C、δ15N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ13C随着土层的加深而增大,δ15N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2-0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。

有机肥和土壤调理剂组合对设施土壤氮素和番茄产量的影响

【目的】施入有机肥和土壤调理剂是改善土壤结构和培肥地力的重要措施。因此,研究不同施肥模式对设施土壤氮素调控及番茄产量的影响,以期为设施番茄科学合理施肥提供理论依据及数据支撑。【方法】设不施肥(CK)、单施化肥(H)、单施有机肥(Y)、50%化肥N+50%有机肥N(HY)及50%化肥N+50%有机肥N+调理剂(HYG)5个处理,探讨了不同施肥模式对设施土壤矿质氮量、全氮量、微生物量氮量、土壤脲酶和硝酸还原酶活性及番茄产量的影响。【结果】与CK相比,各施肥处理均显著提高了各生育期不同土层土壤铵态氮和硝态氮量。在收获期,HY处理的土壤全氮量和微生物量氮量相较于CK显著提高了125.07%~204.22%和289.20%~398.04%,较H处理显著提高了53.45%~79.80%和133.74%~271.32%。番茄生育期内的酶活性变化也非常显著,0~20cm土层的土壤脲酶活性在一穗果期时最高,而20~40cm土层的土壤脲酶活性在收获期时达到最大;各土层的土壤硝酸还原酶的活性则均在盛果期达到最大。不同施肥处理之间土壤脲酶活性和土壤硝酸还原酶活性均表现为Y处理最高,CK活性最低。各施肥处理相较于CK增产效果明显,增产幅度介于11.05%~38.18%之间,其中HYG处理相较于H处理,增产了38.18%,增产效果最为显著。【结论】50%化肥N+50%有机肥氮施肥处理,可以降低农业成本,同时显著增加番茄产量、提高土壤肥力,降低氮素损失,在保护环境和提高氮素利用率方面起着重要的作用,实现环境效益经济效益双赢。

生物基包膜抑制型尿素对土壤温室气体排放及小青菜产量的影响

为研究生物基包膜氮肥对土壤温室气体排放及小青菜(Brassica chinensis)产量的影响,采用密闭式静态箱-气相色谱法测定盆栽试验条件下施用不同类型包膜尿素对土壤温室气体的排放特征,探究不同类型包膜尿素对土壤温室气体排放综合增温潜势(GWP)、排放强度(GHGI)及小青菜产量的影响。结果表明:抑制型尿素(I)、生物基包膜尿素(CRU)、生物基包膜抑制型尿素(CIRU)能够显著降低N_(2)O、CO_(2)、CH_(4) 3种温室气体的累积排放量。与普通尿素(U)相比,处理I、CRU和CIRU的N2O累积排放量显著降低了20.79%~79.52%,CO2的累积排放量显著降低了46.53%~62.24%,CH4的累积排放量显著降低了25.38%~30.11%。与处理U相比,处理I、CRU和CIRU的GWP分别显著降低了40.44%、60.66%和65.02%;温室气体GHGI与GWP呈现出同样的趋势,处理I、CRU和CIRU分别显著降低了26.32%、70.53%和78.95%。与其他处理相比,处理CIRU具有最优的温室气体减排效果。处理CIRU的小青菜产量最高,为1 960.00 kg·hm^(-2),较处理U显著增产68.00%。研究表明,生物基包膜抑制型尿素在提高小青菜产量的同时还可以减少菜地温室气体排放及氮素气态损失。

铁矿尾砂配施有机物料对褐土压缩及回弹特性的影响

为探讨铁矿尾砂配施有机物料对褐土压缩–回弹特性的影响,将混有铁矿尾砂和有机物料的土壤以18%含水率培养一昼夜,按1.25 g/cm3容重装入土工试验专用环刀,采用快速固结试验方法,进行单轴压缩试验。结果表明:随铁矿尾砂施用量增加,在低应力时,土壤孔隙比减小量(?e)变大;在高应力时,土壤?e变小。预固结压力值(Pc)和压缩指数(Cc)均随铁矿尾砂施用量增加而降低,Pc和Cc变化范围分别为72.91~119.30 kPa、0.445~0.720,二者均与有机质含量呈极显著正相关关系(P<0.01),与砂粒含量呈极显著负相关关系(P<0.01)。回弹指数(Cs)变化范围为0.010 9~0.016 9,与有机质及砂粒含量均无显著相关关系,有机物料是影响土壤Cs的主要因素。与对照相比,200 g/kg铁矿尾砂配施有机物料处理使Cs降低12.77%,Pc和Cs分别提高6.93%和22.14%,降低压实风险。

灌溉下限对设施土壤N_(2)O和NO排放特征的影响

[目的]合理灌溉是设施生产控制N_(2)O和NO排放,提高氮肥利用率的有效措施。研究不同灌水下限设施土壤N_(2)O和NO排放动态与土壤水分、无机氮和可溶性有机氮关系,分析N_(2)O和NO排放特征及影响因素,以期为N_(2)O、NO减排和设施土壤灌溉管理提供科学依据。[方法]基于连续7年的设施土壤不同灌溉下限的田间定位试验,以番茄为供试作物,设4个土壤水吸力处理,分别为25 kPa(W1)、35 kPa(W2)、45 kPa(W3)和55kPa(W4)。采用密闭静态箱-气相色谱和氮氧化物分析仪法,分别对番茄生长季的N_(2)O和NO进行田间原位同步观测。[结果]番茄生长季不同灌水下限处理土壤N_(2)O和NO排放通量分别为-34.46-1671.78μg N·m^(-2)·h^(-1)和6.83—269.89μg N·m-1·h^(-1),二者排放峰值期同步且主要发生在施肥和灌溉后,各处理NO/N_(2)O均小于1。土壤N_(2)O和NO累积排放量分别为W2和W1处理最低(P<0.01),各处理N_(2)O+NO总累积排放量表现为W4处理>W3处理>W1处理>W2处理。W2处理番茄产量较W1、W3和W4处理分别增加84%、32.4%和12%。单位产量N_(2)O+NO排放量表现为W4处理最高(P<0.01),W2处理最低。各处理施肥和收获后土壤无机氮和可溶性有机氮含量的重复测量方差分析表明,除灌水下限和观测时间交互对亚硝态氮含量影响不显著外,灌水下限和观测时间及二者交互效应对土壤无机氮和可溶性有机氮均有极显著影响(P<0.01)。冗余分析和相关分析表明,NO_(2)^(-)-N、NH_(4)^(+)-N和土壤孔隙含水量(WFPS)可分别解释设施土壤N_(2)O和NO变异的55%、32.5%和20.7%,均是极显著影响不同灌溉下限N_(2)O和NO排放的主要影响因素。[结论]综合考虑产量和N_(2)O、NO减排效应,灌水下限35 kPa的W2处理为本试验最适宜的灌溉管理措施。