农业有机废弃物对黑土腐殖质元素组成的影响

以循环农业为指导,选取5种具有代表性的农业有机废弃物(秸秆、牛粪、鸡粪、菌渣、树叶)与化肥配施进行腐解培养还田试验,以不施肥(CK)和单施化肥(NPK)作为对照,系统的研究了3a后它们对黑土腐殖质胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)元素组成的影响。结果表明,与CK相比,NPK处理并没有对黑土腐殖质元素组成产生明显影响。不同种类有机废弃物与化肥配施可显著提高HA的N、H和O元素含量,降低C元素含量,其中牛粪与化肥配施处理结果不同;5种配施处理均降低了HA的缩合度,且有利于HA中含氮基团的形成。配施处理提高了FA的C和N元素含量,降低O元素含量,但FA的缩合度几乎不变,其中,牛粪和菌渣与化肥配施处理对FA的元素组成影响具有相似性。无论单施化肥还是配施处理,HA的[O]/[C]原子个数比均小于FA,说明FA中含有较多的烷氧基和羧基。配施处理使HMi的H元素含量降低,而O元素含量升高,且各处理之间差异显著;同时提高了HMc的芳香度,使其结构变复杂,以鸡粪与化肥配施作用最为显著。由此可见,有机废弃物与化肥配合施用均对黑土腐殖质元素组成产生了一定的影响,显著优于单施化肥,具有良好的培肥效果,其中以牛粪和秸秆与化肥配施较好,菌渣、树叶及鸡粪与化肥配施次之。     

玉米秸秆及相关废弃物对黑土腐殖质结合形态的影响

通过3年盆栽试验,系统研究施用玉米秸秆及相关废弃物后黑土腐殖质结合形态含量及其组成的变化。结果表明,秸秆直接配施化肥(MS+NPK)、牛粪配施化肥(秸秆作为饲料养牛,CM+NPK)、菌渣配施化肥(秸秆培养食用菌,FD+NPK)3种处理的松结态腐殖质含量及其H/F比值始终显著高于对照(CK)及单施化肥(NPK),有利于增强土壤养分的供应能力。CK和NPK处理联结态腐殖质含量3年持续降低,而3种配施处理呈现出先增加后降低的趋势,更有利于联结态腐殖质的积累。各处理对土壤稳结态腐殖质及其HA、FA含量的影响无明显差异,受施肥影响较小。与CK和NPK处理相比,3种配施处理紧结态腐殖质含量逐年降低,促进土壤腐殖质的活化;同时它们的松/紧比值逐年增加,可提高腐殖质的品质。综上,玉米秸秆及相关废弃物与化肥配施能够一定程度改善土壤腐殖质结合形态含量及其组成的性质,产生良好的培肥效果,其中以秸秆、牛粪较好,菌渣次之。     

长期施肥对小麦-玉米作物系统土壤腐殖质组分碳和氮的影响

通过对华北平原小麦–玉米轮作农田生态系统18年田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层（0—20 cm）土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的影响。试验设化肥NPK不同组合（NPK、NP、NK、PK）,全部施用有机肥（OM）,一半有机肥+化肥NPK（1/2OMN）及不施肥（CK）共7个处理。结果表明,各施肥处理均能在不同程度上增加土壤腐殖质（胡敏酸、富里酸和胡敏素）及活性腐殖质（活性胡敏酸和活性富里酸）组分碳和氮含量,提高可浸提腐殖质（胡敏酸和富里酸）及活性腐殖质组分碳和氮分配比例;但施肥对土壤活性腐殖质组分碳和氮含量的增加率均分别高于腐殖质组分碳和氮。各处理土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮含量均为OM处理最高,且有机肥与化肥NPK配施高于单施化肥各处理;而化肥处理中NPK均衡施用效果最好。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是增加土壤腐殖质及活性腐殖质组分碳和氮的关键;活性腐殖质组分碳和氮较腐殖质组分碳和氮对施肥措施的响应更灵敏。     

太湖地区黄泥土表层氮库变化与水稻产量间的关系研究

24年田间定位试验研究表明,长期不施肥处理和化肥PK配施处理土壤表层N呈下降趋势,而施入化肥N处理(包括化肥N、化肥NP配施、化肥NK配施、化肥NPK配施处理)N增加较缓慢,有机与无机肥结合处理土壤表层N增加迅速。以长期不施肥为对照,长期有机肥 NPK处理水稻增产最多,达35.94%。随着N肥的逐年施入,土壤表层全N含量与产量间由显著正相关关系变为相关性不显著。     

长期施肥对土黑碳积累的影响

通过长期定位试验,探讨了20年不施肥（CK）、 单施化肥（NPK）、 秸秆和化肥配施（SNPK）、 常量有机肥和化肥配施（M1NPK）以及高量有机肥和化肥配施（M2NPK）5个施肥处理对土中黑碳含量及积累的影响。结果表明: 与CK处理相比,NKP处理对黑碳含量和积累没有明显影响; 有机肥和化肥配施（M1NPK、 M2NPK）对耕层（020 cm）土壤黑碳含量的影响较大,与CK处理相比,在土壤表层（05 cm）,M1NPK、 M2NPK分别提高了黑碳含量的108%和134%, 510 cm土层中黑碳含量增幅最高,分别提高164%和176%,在整个土层,M1NPK、 M2NPK处理分别增加了1.51和1.55倍; 秸秆和化肥配施（SNPK）下表层黑碳含量也有所增加,但增加幅度相对施用有机肥来说明明显较小。施肥对黑碳含量的影响主要发生在土壤表层,深层土壤黑碳受施肥影响较小。     

长期定位施肥对潮土腐植酸含量及其相关因素的影响

利用中国科学院封丘农业生态国家实验站潮土农田生态系统养分平衡长期定位试验地,研究不同施肥处理对春秋两季土壤腐植酸含量、微生物生物量碳及转化酶活性的影响。结果发现,与不施肥对照相比,单施NK或单施PK对土壤pH和有机碳含量均没有显著影响;单施有机肥、施NPK化肥、1/2 OM + 1/2 NPK有机无机配施以及施NP等4种处理均显著抑制了土壤pH的升高,提高了土壤有机碳与全氮含量;其中单施有机肥还显著提高了土壤腐殖质中胡敏酸的含量以及微生物生物量碳和转化酶活性,有机肥与化肥配施效果次之。结果表明,长期施用有机肥更有利于提高土壤肥力质量与健康质量。     

潮土长期定位施肥对小麦根际土壤营养的影响

在长期定位施肥的基础上,采用盆栽试验,研究了不同施肥处理对冬小麦根际土壤与非根际土壤中pH、有机质含量及速效养分含量差异的影响。结果表明,(1)CK和PK处理在不同生育期其根际pH值均低于根外,土壤有机质含量逐渐下降。氮肥及和P、K配施的处理中,根际和非根际的pH值均低于PK和CK。N、NP、NPK处理的根际土壤有机质从拔节到成熟期有先下降后上升的趋势,而NK处理根际和非根际土壤有机质含量均逐渐下降。有机肥和化肥配施的处理中,在拔节期根际pH值均小于根外,在抽穗期和成熟期却相反,有机质含量从拔节期到成熟期均高于化肥处理。(2)CK和PK处理,土壤速效氮在各个时期均较其它处理低。长期施用氮肥和其它肥料配施(N、NP、NK、NPK)处理,在拔节期时,根际与非根际土壤的速效氮含量差异不明显,而根际的速效磷含量最高;到成熟期时,以N、NK处理的速效氮含量最高;偏施钾肥(NK和PK)处理的根际与非根际土壤速效钾含量变化不明显,但高于NPK处理;长期施用有机肥和NPK处理根际土速效氮含量较化肥处理高,以MNPK和1.5MNPK处理表现最明显。除SNPK外,各处理根际和非根际土速效磷含量均明显高于化肥处理,以1.5MNPK处理含量最高。     

灰漠土长期定位施肥对小麦品质和产量的影响

新疆灰漠土不同施肥制度的12年长期定位试验结果表明,N、NP、NK、NPK处理小麦某些品质指标较CK有不同程度的改善;长期不施氮肥(PK处理),小麦子粒的蛋白质含量、总氨基酸和必需氨基酸含量、面粉品质和面团品质中的多数指标明显低于CK和长期施用氮肥的处理,灰分含量增加;有机无机常量配施(NPK+M)小麦面粉与面团品质中的多数指标优于单施无机肥(N、NP、NK、PK、NPK)和CK处理。与CK相比,秸秆还田(NPK+S)处理的小麦千粒重、面团抗延伸性略有提高,其它品质指标则有不同程度的下降。生产中,N、P、K化肥与有机肥合理配合施用对培肥土壤、提高小麦产量和改善品质具有重要作用。     

长期施用化肥对塿土微生物多样性的影响

【目的】土壤微生物在土壤有机质分解、营养循环、植物生长等方面都发挥着重要作用,研究长期施用化肥对其产生的影响可为农田合理施用化肥、培肥土壤和高产高效可持续性农业生产提供理论依据。【方法】以陕西杨凌"国家黄土肥力与肥料效益监测基地"的长期定位试验为基础,利用BIOLOG分析并结合常规分析研究了6种长期不同化肥施用方式不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮钾配施(NK)、磷钾配施(PK)、氮磷配施(NP)和氮磷钾配施(NPK)对土土壤微生物量和微生物功能多样性的影响。【结果】与不施肥CK相比,长期单施氮肥(N)的SMBC、SMBN没有显著变化,但明显降低了土壤微生物商和土壤微生物对氮素的利用;NP和NPK配施能够显著增加土SMBC和SMBN含量,明显提高了土壤微生物商,使土壤微生物种群结构发生了明显变化但土壤微生物对氮素的利用没有显著提高;长期偏施肥处理(NK、PK)的SMBC、SMBN和微生物商虽轻微增加,但土壤微生物种群结构没有显著改变。BIOLOG分析结果显示施磷处理(PK、NP和NPK)对微生物代谢活性的促进作用较大且在培养初期代谢活性较不施磷处理(CK、N和NK)增加显著。长期单施氮肥(N)对于提高土壤微生物多样性没有显著作用而其他化肥施用处理可以提高土土壤微生物群落的碳源利用能力、物种的丰富度和优势度,其中NP和NPK处理配施效果最好。化肥施用对土土壤微生物群落的均匀度没有显著影响。主成分分析的结果表明不同处理的土壤微生物对碳源利用表现出显著差异,氮磷养分的差异是产生分异的主要原因。【结论】土区小麦玉米轮作下,平衡施肥(NP或NPK配施)对于改善农田土壤微生物特性具有良好作用。     

长期施肥对黄壤有机碳平衡及玉米产量的影响

基于长期定位试验,以黔中典型黄壤为研究对象,采用单因素方差分析、可持续性指数、稳定性指数等方法对长期定位试验获取的数据进行分析和比较,以探讨长期不同施肥处理对黄壤有机碳含量、有机碳平衡量、玉米产量稳定性、可持续性及其相互关系的影响。结果表明:(1)与施化肥和对照处理相比,施有机肥处理土壤有机碳含量明显升高,按大小排序依次为:MMNPK1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPK;(2)施有机肥处理黄壤有机碳平衡量为正值,且随有机肥施用量增加而增加,相反,施化肥和对照处理均为负值,大小依次为:MNPK、M1/2M+1/2NPK1/4M+3/4NPKNPKNKNPN、CKPK,各处理差异显著;(3)有机肥与化肥配施、有机肥单施及氮磷钾化肥协调施用更有利于提高玉米产量,排序为:MNPK1/4M+3/4NPK、1/2M+1/2NPKNPK、MNPNK、PK、NCK;(4)适量有机肥与化肥配施可提高玉米产量稳定性和可持续性(可持续性指数0.6,变异系数0.3),其中,1/4M+3/4NPK处理玉米产量稳定性和持续性最好;(5)玉米年产量与黄壤有机碳平衡量相关度较高,而玉米可持续性、稳定性则主要受有机碳含量影响。综上,有机肥与化肥配施有利于黄壤有机碳含量提升、玉米维持高产稳产。按适量"减肥"原则,以25%有机肥配施75%氮磷钾化肥效果最佳。     

稻草不同途径还田对土壤结构及有机质特征的影响

通过3年的田间定位试验,系统的研究了稻草不同途径还田对稻田土壤容重、孔隙度、团聚体、有机碳总量、腐殖质组成及腐殖质结合形态的影响。结果表明,与无肥(CK)及纯施化肥(NPK)对照相比,稻草直接深埋还田(NPK+S)及利用后的菌渣、牛粪、沼渣深埋还田(NPK+FD、NPK+CD、NPK+BD)均能一定程度的降低土壤容重、增加孔隙度、增加>0.25 mm水稳性团聚体的数量和提高土壤团聚体的稳定性,有利于形成和保持良好的土壤结构;同时能提高土壤腐殖质中胡敏酸含量和HA/FA比值,增加松结态腐殖质含量和提高松/紧腐殖质比值,能一定程度的改善土壤腐殖质的组成、性质及结合形态,提高腐殖质品质,不过这4个处理间的差异不明显。稻草焚烧还田(NPK+S′)在以上方面效果均不显著,且带来严重的大气污染,并不可取。     

长期不同施肥对黑土团聚体及有机碳组分的影响

本文研究了32年不同施肥对黑土团聚体组成、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、腐殖酸、微生物量碳(microbialbiomass carbon,MBC)及颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)的影响。结果表明:化肥区与CK团聚体以10~50μm粒级为主,有机肥化肥混施与休闲以50~250μm粒级为主,表明有机肥化肥混施促进大团聚体的生成,有利于良好土壤结构的形成。在不同施肥条件下,"特征微团聚体比例"也存在差异,表明有机肥化肥混施使黑土保供水肥性能提高。化肥,尤其N肥单施使MBC、POC含量降低。有机肥化肥混施区SOC、MBC、POC含量显著高于其他处理区。与化肥单施相比,有机肥化肥混施明显提高了黑土腐殖酸、HA、FA、HS含量,也提高了腐殖质活性。不同类型化肥处理HA/FA差异较大,N肥的施加降低了腐殖酸含量,却能提高腐殖质活性。     

Composition and Structural Features of Calcium—Bound and Iron—and Aluminium—Bound Humus in Soils

Calcium-bound and iron-and aluminium-bound humus extracted from different soils collected from north to south of China were characterized by chemical and spectroscopic methods.Meaningful differences in the composition and structure between them were revealed by ^13 C NMR,visible spectroscopy and elemental analysis.Results showed that the contents of carbon,hydrogen and nitrogen were higher in iron-and aluminium-bound humus than in calcium-bound humus while oxygen content in calcium-bound humus was shown to be higher .The calcium-bound humus had higher C/N and O/C ratios than iron-and aluminiumbound humus.The calcium-bound humic acid(HA1) showed higher E4/E6 ratios than iron-and aluminumboud,humic acid(HA2)while iron-and aluminum-bound fulvic acid(FA2) showed higher E4/E6 ratios than calcium-bound fulvic acid(FA1).An inverse relationship between E4/E6 ratios and aromaticity as determined by 13C NMR spectra was observerd for HA and FA from black soil.The 13C NMR spectroscopy revealed that HA2 was more aromatic than HA1.On the other ,FA1 exhibited a higher aromaticity than FA2.     

Application of Near Infrared Reflectance Spectroscopy for the Assessment of Soil Quality in a Long‐Term Pasture

Abstract

The objective of the present study was to assess the ability of near infrared reflectance spectroscopy (NIRS) to analyze chemical soil properties and to evaluate the effects of different phosphorus (P) and potassium (K) fertilization rates on soil quality in different layers of a long‐term pasture. The NIRS calibrations were developed for humus, total Kjeldahl nitrogen (N_Kjeldahl), and several humic substances (HA1, “mobile” humic acids fraction; ΣHA, sum of humic acids; FA1, “mobile” fulvic acids; ΣFA, sum of fulvic acids, etc.) using soil samples of rather heterogeneous origin, collected during 1999–2003. Different spectral preprocessing and the modified partial least squares (MPLS) regression method were explored to enhance the relation between the spectra and measured soil properties. The equations were employed for the quality prediction of a sod gleyic light loam (Cambisol) in five PK fertilization treatments. The soil was sampled in 2000 and 2003 in three field replicates at depths of 0–10, 10–20, 20–30, and 30–50 cm, n=60 samples yr^?1. The best coefficients of correlation, R², between the reference and NIRS‐predicted data were as follows: for N_Kjeldahl, 0.965; humus, 0.938; HA1, 0.903; HA2, 0.905; HA3, 0.924; ΣHA, 0.904; and FA1, 0.911; and ΣFA, 0.885. Our findings suggest that it is feasible to use NIRS for the assessment of the effects of the inorganic PK fertilizer on the soil quality in different depths of a long‐term pasture.     

盐渍土熟化过程中腐殖质特性的研究

综合研究了河北省曲周试验区不同改良年代盐渍土的有机质含量、腐殖质组成、含氧官能团含量及腐殖质红外光谱特征等。研究结果表明：随着盐渍土治理年限的延长，施肥及管理水平的提高，从盐荒地经三代、二代到一代试验区，土壤有机质含量逐步提高；有机质的质量也得到改善，主要表现在：腐殖质总量提高、胡富比增大、E465／E665比值减少、官能团含量上升等。红外光谱分析结果表明：试验区土壤腐殖质是极相似的多官能团复杂体系，表现在胡敏酸的类型上，由盐荒地到一代试区土壤胡敏酸逐渐由Rp型向B型转变，表明土壤腐殖质向着结构复杂化、功能多样化方向发展。盐渍土有机质含量和质量逐渐接近当地非盐渍土——浅色草甸土的水平。     

连续提取对土壤腐殖质组分数量与特性的影响

以暗棕壤为供试土壤,研究了NaOH和NaOH+Na4P2O7连续提取对土壤腐殖质组分数量和特性的影响。结果表明:用两种提取剂得到的土壤腐殖质组分总量相差不大,并且其中HA组分的数量均高于FA组分。随提取次数增加,胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(HM)的绝对数量均下降,HA、FA的相对数量也下降,而HM的相对数量则增加。以NaOH为提取剂时,最后得到的腐殖质组分中FA的相对比例高于HA;而用NaOH+Na4P2O7为提取剂时,最后得到的腐殖质组分中HA的相对比例则高于FA。连续提取过程中,HA、FA的色调系数(Δlogk)和活化度(AD)通常呈增加趋势,而相对色度(RF)下降,说明后提取出的HA、FA的缩合度较低,脂族性较强。用RF来表征HA、FA特性变化更为合适。     

油/麦-稻轮作和施肥对土壤养分及团聚体碳氮分布的影响

通过田间定位试验探究油菜-水稻与小麦-水稻轮作在不同施肥措施下的土壤养分及团聚体碳氮分布差异,为长江中游油麦交错区水旱轮作模式选择及培肥地力提供依据。利用湖北沙洋的定位试验,选择油-稻和麦-稻轮作的不施肥（CK）、施用化肥（NPK）、化肥与秸秆还田相结合（NPK+S）3个处理,在试验布置的第4年于油菜和小麦收获后取0～20 cm土壤样品,测定土壤有机质和氮磷钾养分含量、孔隙度、团聚体分布和稳定性、团聚体有机碳和全氮贡献率等指标。结果表明：（1）与麦-稻轮作相比,油-稻轮作土壤有机质和有效磷含量在各施肥处理中分别提高了13.1%～19.2%和18.8%～59.5%,土壤全氮含量在秸秆不还田时提高了28.1%(CK处理)和29.2%(NPK处理);（2）秸秆不还田时,油-稻轮作土壤总孔隙度较麦-稻轮作显著提高了8.1%(CK处理)和10.3%(NPK处理),相应的毛管孔隙度分别提高了11.7%和10.5%;(3)与麦-稻轮作相比,油-稻轮作土壤团聚体的平均重量直径（MWD）、平均几何直径（GMD）和大团聚体含量（WSMA）在各施肥处理中均显著提高,且提高了大团聚体有机碳和全氮贡献率;（4）...     

土壤中钙结合和铁铝结合腐殖质的组成及结构特征

Calcium-bound and iron- and aluminium-bound humus extracted from different soils collected from north to south of China were characterized by chemical and spectroscopic methods. Meaningful differences in the composition and structure between them were revealed by ¹³C NMR, visible spectroscopy and elemental analysis. Results showed that the contents of carbon, hydrogen and nitrogen were higher in iron- and aluminium-bound humus than in calcium-bound humus while oxygen content in calcium-bound humus was shown to be higher. The calcium-bound humus had higher C/N and O/C ratios than iron- and aluminium-bound humus. The calcium-bound humic acid (HA1) showed higher E₄/E₆ ratios than iron- and aluminum-bound humic acid (HA2) while iron- and aluminum-bound fulvic acid (FA2) showed higher E₄/E₆ ratios than calcium-bound fulvic acid (FA1). An inverse relationship between E₄/E₆ ratios and aromaticity as determined by ¹³C NMR spectra was observed for HA and FA from black soil. The ¹³C NMR spectroscopy revealed that HA2 was more aromatic than HA1. On the other hand, FA1 exhibited a higher aromaticity than FA2.     

长期施有机肥和化肥对潮土胡敏酸结构特征的影响

以河南封丘长期肥料试验为平台,选择有机肥(OM)、化肥NPK(NPK)和不施肥(CK)3种处理,研究了不同施肥措施对潮土胡敏酸(HA)结构特征的影响。HA样品经提取纯化后,采用一系列固态~(13)C核磁共振(NMR)技术并结合元素分析和稳定碳同位素(δ~(13)C)技术对其结构进行定量表征。其中NMR技术包括高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(multiCP/MAS)、偶极相移、化学位移各向异性过滤和质子碳编辑技术。结果表明:长期施有机肥和NPK肥增加了HA的饱和程度、氧化程度和极性,但缩合程度降低;HA的δ~(13)C值降低,表明有新的有机碳进入HA中。潮土HA以脂肪族化合物为主,烷基比例最高,占全碳的24.1%~26.3%;δ64~44处同时存在含氮烷基和甲氧基,且含氮烷基比例更高;另外异头碳和烷氧基中的非质子碳比例均很低。HA的芳香族成分中,δ142~113芳香碳以质子碳为主,且有少量质子芳香碳存在于δ113~93。结果还表明施肥均降低了HA的羧基和δ142~113芳香碳比例,增加了烷氧基和甲氧基比例;施有机肥还增加了酚碳和含氮烷基比例,降低了烷基比例。本研究表明长期施用有机肥和NPK肥使潮土HA结构向着疏水性程度和分解程度降低的方向发展;OM和NPK处理均使糖类物质增加,OM处理还使木质素和多肽增加,脂类物质降低。不同施肥模式下HA的形成机制不同。