不同秸秆利用方式对黑土团聚体及其腐殖物质的影响

为探讨秸秆的不同利用方式还田对黑土肥力的影响,通过5年田间试验,研究了黑土连续施用玉米秸秆、生物质炭和牛粪配施化肥对土壤团聚体及其腐殖物质组成的影响。结果表明：与无化肥和有机物料添加对照处理相比,单施化肥（NPK）、NPK+生物质炭（BC）、NPK+牛粪（CM）和NPK+秸秆（CS）处理显著促进了>0.25 mm大团聚体的形成;与NPK相比,NPK+BC、NPK+CM和NPK+CS处理均显著提高了土壤总有机碳、胡敏酸与胡敏素含量,也显著增加了大团聚体与微团聚体中有机碳以及胡敏酸与胡敏素含量。不同秸秆利用方式之间相比,施用生物质炭更有利于提高土壤总有机碳和胡敏素的积累,而秸秆直接还田处理更有利于土壤胡敏酸的形成。连续5年施用秸秆、秸秆生物质炭和牛粪的田间试验促进了黑土良好结构的重建,从而提升土壤物理保护有机碳的潜力及有机碳的稳定性,同时也促进了土壤胡敏酸和胡敏素的积累,改善了土壤有机质品质,提高了土壤肥力,实现了提升黑土肥力与固碳的协同效应。     

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。     

秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分含量的影响

研究秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分及分配的影响,对剖析土壤磷循环机制和农田磷管理有重要意义。依托砂姜黑土定位试验,分析不施肥（CK）、常规施肥（NPK）、化肥与6.0、12、36和48 t·hm^-2小麦秸秆生物炭一次性增施（BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈）6个处理对作物产量、土壤理化性质及有机磷组分的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施秸秆生物炭均可保障小麦和玉米产量,并显著增加（P < 0.05）土壤有机碳、全氮和pH,提升土壤肥力和缓解土壤酸化;砂姜黑土有机磷以中等活性有机磷为主（37.4%～45.4%）,其分配比例因秸秆生物炭施用量的不同而呈现差异。BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈处理土壤活性有机磷含量分别为11.4、10.7、9.2和9.3 mg·kg^-1,分别较NPK处理下降8.8%、14.4%、26.4%和25.6%,差异显著（P＜0.05）,且土壤活性有机磷含量与生物炭施用量呈显著线性负相关（R² = 0.881 6,P＜0.05）。增施秸秆生物炭处理（BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈）土壤活性有机磷所占比例较NPK处理均显著降低（P＜0.05）,这说明增施秸秆生物炭除了可有效提升土壤肥力水平、缓解土壤酸化之外,还可有效降低土壤有机磷活性,增强有机磷稳定性,保障作物产量,其中以一次性增施36 t·hm^-2效果最好,宜在砂姜黑土区广泛应用。     

不同施肥处理下小麦季潮土氨挥发损失及其影响因素研究

氨挥发是肥料氮素损失的重要途径之一,由于土壤类型、气候条件、肥料种类、用量和施用时间等因素不同而存在很大差异。试验采用间歇式密闭室通气法,对华北平原不同施肥处理(新鲜牛粪与尿素配施、堆腐牛粪与尿素配施和NPK单施)下,冬小麦生长季粘质潮土氨挥发及其影响因素进行了研究。结果表明:冬小麦季土壤氨挥发总量占肥料氮用量的1.23%~1.97%,主要来源于追肥,占整个小麦生长季氨挥发总量的80%左右。不同施肥处理强烈影响氨挥发强度,新鲜牛粪与尿素配施处理氨挥发损失量最高,氮素损失率为1.97%,显著高于堆腐牛粪与尿素配施和NPK单施。基肥期氨挥发速率与气温密切相关,追肥期土壤含水量和NH~+_4-N浓度是影响氨挥发的主控因子。     

利用土壤线虫生态指标表征砂姜黑土土壤健康状况的探讨

为探讨利用土壤线虫生态指标表征土壤健康状况的可行性,以安徽省农业科学院蒙城砂姜黑土有机肥长期定位试验基地为研究地点,以土壤线虫为研究对象,通过分析长期定位施肥条件下,农田土壤线虫数量、营养类群、生态指数的变化与土壤肥力水平的相关性,并进一步关联作物的产量指标。结果表明:砂姜黑土土壤肥力水平的等级由高到低依次为牛粪配施(NPK+CM)>猪粪配施(NPK+PM)>秸秆配施(NPK+S)>单施化肥(NPK)>不施肥(CK);随着土壤肥力水平的提高,线虫香农多样性指数、均匀度指数和瓦斯乐斯卡指数显著提高,植物寄生线虫成熟度指数显著降低,土壤健康状况变好;同时,NPK、NPK+S、NPK+PM、NPK+CM的产量较CK分别提升了337.87%、396.14%、495.43%、534.24%。因此,利用线虫生态指标的变化来表征砂姜黑土的土壤健康状况具有一定的可行性。     

不同土壤类型对优质小麦品质及产量的影响

为了研究不同土壤类型对优质小麦品质和产量的影响,以10个不同基因型优质小麦品种（系）在5种不同土壤类型区的11个地点进行试验.结果表明,蛋白质含量表现为河潮土〉棕壤〉潮土〉砂姜黑土〉褐土,湿面筋含量和沉淀值表现为河潮土〉棕壤〉砂姜黑土〉潮土〉褐土,但变异系数相对较小,分别为5.80%,5.96%,12.06%;容重、硬度、面团形成时间、断裂时间、公差指数和评价值表现为砂姜黑土最优,褐土、棕壤次之,河潮土最差,容重、硬度变异系数较小为1.27%,6.38%,粉质参数变异较大,变异系数分别为10.08%,14.62%,16.90%,13.30%.产量表现为砂姜黑土〉潮土〉褐土〉棕壤〉河潮土,在不同土壤类型间产量和穗数变异较大,粒数和千粒重相对稳定.不同土壤类型对优质小麦品质性状、产量和产量因素有较大影响,但各性状在不同土壤类型间的变异不同.     

塑料大棚盘育稻秧的适宜土类及土壤pH值效应

塑料大棚盘育稻秧适宜土类及pH值效应的试验结果表明,盐化潮土和砂姜黑土的碳酸钙含量、缓冲容量、全盐增量和pH值均高于淋溶褐土。在华北平原石灰性土壤上,塑料大棚盘育稻秧选用淋溶褐土,用硫酸调节至pH4～5,土壤养分状况得以改善,秧苗生长壮旺,防止立枯病和盐害的效果最佳。     

长期施肥下淮北砂姜黑土区小麦产量稳定性研究

【目的】分析长期施肥条件下小麦产量的变化规律,试图探明淮北小麦产量稳定性对不同施肥模式的响应机制,为淮北砂姜黑土合理施肥管理、改善农田生态系统质量提供依据。【方法】以安徽杨柳长期定位试验为研究平台,通过研究小麦的平均产量、产量年际波动及土壤养分状况对5种施肥模式（不施肥、单施化肥、单施有机肥、有机肥与化肥配施（等氮）、有机肥与化肥配施（高氮））的响应,比较不同施肥条件下淮北砂姜黑土区小麦产量稳定性的优劣,并以此评判施肥的合理性。【结果】淮北砂姜黑土区长期不施肥的小麦产量总体呈下降趋势,年下降量为5.81 kg•hm-2;而长期施肥的小麦产量随时间呈锯齿状波动并总体上升的趋势,其中有机肥与化肥配施（高氮）处理（HMNPK）的产量趋势线最高,但其增产优势逐年减弱,有机肥与化肥配施（等氮）处理（MNPK）以9.75 kg•hm-2的年增长量缩短与其的差距;单施化肥处理（NPK）的小麦产量趋势线在试验前期高于单施有机肥（M）,但在22年后有被M处理赶超的趋势。从32年小麦平均产量来看,与不施肥相比,有机肥与化肥配施（高氮与等氮）的增产幅度最大,平均产量分别达5 544.3和5 200.6 kg•hm-2;NPK次之,比当年不施肥处理产量提高了614.6%,M增产幅度最低,但与NPK差异并不明显。砂姜黑土地力贡献率在试验前10年持续降低,降至10%左右趋于稳定,而肥料对小麦产量的贡献率则是在前10年持续增加至80%-90%便维持动态平衡。长期不施肥易导致小麦产量变异系数（CV）偏高、可持续性产量指数（SYI）偏低,产量稳定性最低;施肥处理中HMNPK和MNPK处理的CV最低、SYI最高,产量稳定性最高,而M处理的产量稳定性和可持续性不及NPK。与长期不施肥相比,施肥可明显提高淮北砂姜黑土全氮、有机质、有效磷和速效钾的含量,其中有机肥的施入显著提高了土壤全氮和有机质含量,而有效磷含量与化肥的投入相关,处理M土壤速效钾含量较高,但与其他施肥处理差异不显著;通过相关性分析可知全氮、有机质、有效磷含量与小麦产量呈极显著正相关关系（P＜0.01）。【结论】施肥可有效提高淮北小麦产量,且产量随时间呈锯齿状波动;有机肥与化肥配施（高氮和等氮）的增产效果最佳,但高氮与等氮水平间的产量差随种植年限的增长而逐渐缩短;在试验开始前一阶段单施化肥的增产效果优于单施有机肥处理,但在22年后有被赶超的趋势。与长期不施肥相比,有机肥与化肥配施的施肥模式更有利于促进小麦产量稳定性和生产可持续性的提高,其次为单施化肥,单施有机肥最低。施肥可有效提高砂姜黑土养分含量,其中有机肥对有机质、全氮及速效钾含量的提高作用较强,而化肥则对有效磷含量提高作用较强,且小麦产量与全氮、有机质和有效磷均呈极显著正相关关系。因此,安徽淮北砂姜黑土区有机肥与化肥配施为最佳施肥模式,土壤养分供应较均衡,小麦产量幅度最大且稳定性最佳,农田生态系统质量最优。     

华北平原几种主要类型土壤的硝化及反硝化活性

取用华北平原5种主要土壤进行实验室培养试验,研究不同类型土壤间硝化反硝化活性的差异。结果表明,培养28h后砂姜黑土、潮土、褐土、盐渍土和风沙土的硝化率分别为7.9%、20.8%、46.4%、22.5%和20.3%;148h后砂姜黑土的硝化率为18.7%,其它4种土壤达98.4%—100%,基本硝化完全;培养268h释放的N2O总量分别为0.04、0.27、0.24、0.41和0.45μgN·g-1土。培养650h的反硝化损失量分别为0.6、0.3、0.08、0.02和0.05μgN·g-1土。可见,不同的土壤中砂姜黑土的硝化作用活性较弱,而反硝化活性较强;潮土、褐土、盐渍土和风沙土的硝化作用活性较强,而反硝化活性相对较弱。土壤的硝化及反硝化作用与土壤质地和pH有关,与硝化和反硝化菌数量无明显相关性。     

长期不同施肥措施对土壤和作物重金属累积的影响

分析测定黑土、潮土和红壤在20多年不同施肥措施(不施肥、单施化肥、化肥与有机肥配施)下土壤和作物中Cu、Zn、Cd的含量,结果表明:长期单施化肥对黑土、潮土、红壤Cu、Zn、Cd含量没有显著影响;在黑土和红壤上,有机肥与化肥配施与对照不施肥相比显著提高Cu、Zn和Cd含量;红壤上有机肥和化肥配施(NPKM和1.5NPKM)处理小麦籽粒和秸秆Cu、Zn、Cd含量显著高于单施化肥处理(NPK),而且化肥配施有机肥(NPKM)与单施化肥相比(NPK)显著提高玉米籽粒和秸秆Zn、Cd含量;在潮土上,NK处理显著提高小麦籽粒和秸秆中Zn含量;黑土上各处理玉米籽粒中Cd含量无显著差异,而化肥配施有机肥比单施化肥显著提高玉米籽粒Zn含量。根据测定数据估算,在目前施肥措施和作物种植体系下,黑土对Cu、Zn、Cd的最高承载年限分别为67年、118年、9年,潮土分别为1042年、2043年、631年,红壤分别为10年、46年、0.5年。假设土地承载年限为45年且有机肥施用量低于10 t·hm-2,黑土和潮土可接受有机肥中Cd的最高限量低于我国有机肥中的平均含量,说明实际生产中施用有机肥造成土壤Cd污染的风险较大。因此,有必要尽快制定有机肥中重金属的安全限量标准,以确保土壤和农产品安全。     

河南省主要土类耕层中几种微量元素全量分析

对河南省潮土、褐土、黄褐土、砂姜黑土、黄棕壤、红粘土6种土类耕层的100个土壤样品进行了Fe、Mn、Cu、Zn全量分析,结果表明:在所测的各类土壤中,全Fe含量最高,其次是全Mn含量。进一步研究发现:所测土壤中,Cu和Zn含量与土壤pH值之间存在一定的关系,pH值高的土壤中全Cu含量高于全Zn;pH值低的土壤则相反。     

生物炭对棕壤NH3挥发、N2O排放及氮肥利用效率的影响

通过田间试验,采用封闭式酸吸收法和静态箱法,研究秸秆生物炭对棕壤玉米旱田NH_3挥发和N_2O排放以及氮肥利用效率的影响。试验设不施氮肥(对照CK)、单施氮肥(NB0)、施氮基础增施20 t·hm~(-2)生物炭(NB20)、施氮基础增施40 t·hm~(-2)生物炭(NB40)4个处理。结果表明,各施肥处理的NH3挥发量差异显著,表现为NB0NB20NB40,NB20和NB40分别比NB0降低24.07%和37.62%。NB20和NB40可显著降低N_2O排放量,分别比NB0降低21.76%和19.57%,而NB20和NB40之间差异不显著。NB20和NB40显著增加了土壤的p H、全氮和有机碳含量,降低了土壤的容重。相关分析表明,NH_3挥发量与土壤容重和铵态氮含量均呈极显著正相关,与土壤有机碳含量呈显著负相关;N_2O排放量与土壤容重呈显著正相关,与土壤硝态氮含量和有机碳含量呈显著负相关。与NB0相比,NB20提高了氮肥利用效率,玉米产量显著提高6.07%,而NB40降低了氮肥利用效率,玉米产量显著降低了13.88%。     

紧实胁迫对不同土壤类型玉米养分吸收、分配及产量的影响

【目的】明确不同土壤类型玉米植株养分累积、分配和产量对土壤紧实胁迫的响应。【方法】采用微区桶栽,设计了土壤类型和紧实度两因素试验,研究玉米地上部养分吸收、分配和产量变化特征,及其对紧实胁迫的响应。【结果】结果表明,紧实胁迫下不同类型土壤上玉米的根干重、根长度、养分累积量和分配量以及产量均呈下降趋势,各参数变化顺序均表现为:潮土砂姜黑土黄褐土;紧实胁迫下叶片中的养分分配比例高于茎鞘,养分转移率表现为黄褐土砂姜黑土潮土。降低土壤紧实度促进了玉米根干重和根长度的增加,增加了各类土壤上玉米单株和各器官中氮、磷、钾的累积量和玉米产量,其中黄褐土和砂姜黑土增加幅度较大,潮土较小;玉米叶片和茎鞘中的氮、磷、钾转移率随紧实度的降低而下降。【结论】紧实胁迫影响不同土壤类型玉米根系生长、养分累积和吸收,生产实践中对不同土壤类型可通过降低紧实度来改善根系生长,提高玉米养分的吸收和籽粒产量。     

秸秆直接还田与炭化还田对热带土壤-水稻系统氨挥发的影响

氨挥发是稻田氮损失的主要形式之一。本研究采用温室土柱试验方法,设置不施氮肥(0N)、秸秆还田 (ST)、生物炭(秸秆炭化)还田(BI)、常规施肥(CF)、秸秆还田配施氮肥(NST)、生物炭还田配施氮肥(NBI)6个处理,研究等量氮素投入条件下秸秆还田及其炭化还田对热带土壤-水稻系统氨挥发排放的影响。结果表明,与CF处理相比,NST处理在分蘖期显著(P<0.05)降低了田面水的pH值,提高了田面水的NH₄⁺-N含量;NBI处理显著(P<0.05)提高了水稻成熟期的土壤pH值和土壤NH₄⁺-N含量,降低了土壤NO₃^--N含量。总的来看,NBI处理在试验条件下对土壤氨挥发具有较好的抑制作用,氨累积挥发量较CF处理显著(P<0.05)降低28.9%。     

生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田氨挥发的影响

通过土柱模拟实验,研究了生活污水尾水灌溉对秸秆还田稻田田面水氮素转化、氨挥发排放以及水稻产量的影响。结果表明:生活污水尾水灌溉显著提高了稻田田面水NO_3~--N浓度和田面水pH,并显著提高了产量、植株吸氮量和土壤脲酶活性。与清水灌溉处理相比,不施氮肥时生活污水尾水灌溉可使秸秆还田稻田氨挥发累积排放量显著降低35%;正常施氮时生活污水尾水灌溉增加了秸秆还田稻田氨挥发排放总量,但由于显著增加了水稻产量,因此单位产量氨挥发排放量有所降低。由此可见,秸秆还田稻田利用生活污水尾水灌溉,不仅可消纳净化生活污水、替代部分氮肥,还可增加水稻产量、降低单位产量稻田氨挥发排放。     

棉花秸秆及其生物炭对滴灌棉田氨挥发的影响

土壤氨挥发是干旱区农田氮肥损失的重要途径之一,通过田间试验研究了施用棉花秸秆及其生物炭对滴灌棉田土壤无机氮含量及氨挥发的影响。试验设对照、施用棉花秸秆(12 t·hm-2)和等碳量生物炭(4.5t·hm-2)三个处理,每个处理设置不施氮肥和施氮450 kg N·hm-2两种条件。试验结果表明,施用棉花秸秆和生物炭可显著降低土壤NH+4-N含量,分别较对照降低8.01%~19.88%和5.49%~9.90%。棉花秸秆及其生物炭处理土壤NO-3-N含量和脲酶活性在不施氮肥条件下显著降低,而在施氮肥条件下显著增加。不施氮肥条件下,棉花秸秆和生物炭处理土壤氨挥发较对照分别降低22.06%和21.27%;而在施氮450 kg N·hm-2条件下,分别降低30.58%和40.59%。因此,棉花秸秆及其生物炭还田都可以减少滴灌棉田氨挥发,其中生物炭还田效果更显著,是一种更好的秸秆利用方式。     

玉米秸秆生物炭及其老化对石灰性农田土壤氨挥发的影响

为探明玉米秸秆粉末、新鲜和老化(自然老化、高温老化、冻融循环老化)玉米秸秆生物炭对黄土高原石灰性农田土壤氨挥发的影响,将不同材料按2%(质量比)与土壤充分混匀,开展为期29 d的室内静态土壤培养实验,研究土壤氨挥发速率的日变化以及整个培养期间的氨挥发累积量。同时,为探究不同材料对土壤氨挥发影响的机理,测定了培养初态和终态土壤样品的无机氮含量、氨氧化速率和氨氧化细菌数量,并研究了不同材料对水中NH_4~+-N的吸附特性。结果表明,在整个培养过程中,与未添加外源材料处理相比,添加冻融循环老化生物炭或高温老化生物炭处理的氨挥发累积量减少了30%,添加自然老化生物炭或新鲜生物炭处理的氨挥发累积量减少了23%,添加玉米秸秆粉末处理的氨挥发累积量减少了19%。施氮肥后1~10 d为土壤氨挥发的主要阶段,该阶段氨挥发累积量占整个培养过程氨挥发累积量的90%以上。不同材料对土壤氨挥发影响的机理研究表明,冻融循环老化生物炭和高温老化生物炭较强的氨挥发抑制作用与其较强的土壤氨氧化促进作用以及NH_4~+-N吸附能力有关。本研究有助于深刻理解新鲜和老化玉米秸秆生物炭还田对石灰性农田土壤氨挥发的影响,为降低土壤氨挥发提供有效途径,为生物炭在黄土高原的农业工程应用提供理论借鉴。     

砂姜黑土水溶性有机物对秸秆还田配施化肥的响应

土壤水溶性有机物（DOM）是土壤有机碳动态变化的敏感指标,为了探究砂姜黑土水溶性有机物对秸秆还田配施化肥的响应特征,为砂姜黑土区土壤培肥和土壤有机质提升提供科学依据。基于砂姜黑土区麦玉轮作制度下的3年田间定位试验（2018—2021年）,田间试验设置不施肥（CK）,单施秸秆（S）、推荐施肥（F）、秸秆+推荐施肥（SF）4个处理,采用常规测定以及光谱学分析方法,对水溶性有机碳含量及其组分的变化进行分析。结果表明,施肥处理土壤溶解性有机碳（DOC）、溶解性总氮（TDN）、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量较对照或单施秸秆均显著提高（P < 0.05）;SF处理DOC含量显著高于F处理（P < 0.05）,增加18.9%;而TDN、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量显著低于F处理（P < 0.05）,分别降低55.0%、64.1%和51.3%。通过紫外-可见、三维荧光和红外光谱分析表明,秸秆还田和施肥不同程度上提升了土壤DOM中类腐殖质物质含量,使结构相对简单的类蛋白质物质含量减少,类腐殖质物质占比依次为SF（59.6%）> S（57.5%）> F（55.9%）> CK（55.1%）,类蛋白质物质占比依次为CK（44.9%）> F（44.1%）> S（42.5%）> SF（40.4%）,其中以秸秆配施化肥效果最明显,且其DOM中类腐殖质物质结构趋于复杂化。