生物有机肥提高设施土壤生产力减缓黄瓜连作障碍的机制

【目的】针对土壤连作障碍问题，探索高强度连作条件下生物有机肥在减缓土壤连作障碍发生、平衡土壤养分、调控土壤酶活性等方面的作用机制，为生物有机肥在改良土壤、防控黄瓜连作障碍、促进农业可持续发展等方面的应用奠定基础。【方法】以如皋市农业科学研究所设施蔬菜种植基地为试验平台，采用田间定位试验的方法，设置CK (空白对照)、B10 (生物有机肥施用量为10 t/hm2)、B20 (生物有机肥施用量为20 t/hm2) 3个处理，于第一季黄瓜种植前将生物有机肥一次性施入试验小区，于2016年12月5日、2017年6月28日和2017年11月26日，连续三季，在黄瓜成熟采集0—20 cm土壤样品。将土壤样品分成两份，一份放于4℃冰箱冷藏保存，用于测定土壤生物学性质；另一份风干后过筛处理，以供土壤理化性状分析。同时，调查黄瓜产量。【结果】随着黄瓜连续种植季数增加，CK处理中土壤容重和电导率呈增加趋势，土壤各肥力指标、酶活性、微生物量碳氮含量及黄瓜产量呈下降趋势；在同一季黄瓜成熟期，与CK相比，施用生物有机肥可降低土壤容重和电导率，增加土壤总孔隙度、pH、有机质、全氮、硝态氮和速效磷含量，其中连续种植3季黄瓜过程中，土壤有机质、速效磷和硝态氮含量分别增加了39.3%～83.9%、5.98～14.2%和10.0～22.0%，而土壤电导率降低了8.57%～12.7%。同一季黄瓜成熟期，不同处理中土壤脲酶、过氧化氢酶、蔗糖酶和磷酸酶活性由大到小排列均表现为B20 > B10 > CK，且连续种植3季黄瓜后B10和B20处理中4种土壤酶活性均高于第一季黄瓜成熟期CK处理；连续种植3季黄瓜期间，施用生物有机肥处理中土壤微生物量碳、氮含量均明显高于CK，B10和B20处理中微生物量碳、氮含量较CK分别增加了4.26%～23.2%和21.8%～56.2%。与CK相比，第一季、第二季、第三季B10处理黄瓜产量分别提高了3.93%、9.73%、10.6%，B20处理分别提高了12.9%、18.8%、20.2%。黄瓜连作过程中，土壤容重、有机质、硝态氮和速效磷与生物学指标和黄瓜产量相关显著，且土壤pH和电导率与土壤过氧化氢酶活性、蔗糖酶活性、微生物量氮含量和黄瓜产量呈显著相关关系。【结论】生物有机肥可改善黄瓜连作过程中土壤耕性变差、养分失衡和酸化等理化性质变劣的现象，缓解黄瓜连作土壤的次生盐渍化状况，还能提高土壤酶活性、微生物量碳氮含量和黄瓜产量，且黄瓜连作过程中土壤理化性质和生物学特性指标无明显变化，从而减缓黄瓜连作障碍的发生。     

生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响

分析生物质炭施用对潮土理化性状、酶活性及黄瓜产量的影响,为生物质炭在农业中的推广应用提供科学依据。以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,通过田间小区试验,研究了不同生物质炭施用量(0,5,10,20,30,40t/hm~2)条件下土壤理化性状、酶活性及黄瓜产量变化。结果表明:生物质炭施用对土壤理化性状及土壤酶活性有显著的影响。高施用量(40t/hm~2)处理对土壤物理性状的改良效果最好,当生物质炭施用量为30t/hm~2时对土壤养分含量提升效果最好。与对照相比,施用生物质炭各处理土壤容重降幅为0.88%~10.52%,而土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有机质、全氮、硝态氮、铵态氮和速效磷含量的增幅分别为3.68%~7.53%,27.96%~119.25%,30.73~55.05%,1.89%~224.61%,10.39%~54.56%,6.06%~22.58%,2.33%~45.63%,235.71%~414.29%和19.37%~77.76%。土壤脲酶和过氧化氢酶的活性及黄瓜产量随着生物质炭施用量的增加均呈先增加后降低的趋势,两种酶的活性分别在生物质炭施用量为30t/hm~2和20t/hm~2时最大,较对照分别提高了104.57%和15.38%;生物质炭施用量为30t/hm~2时对黄瓜增产效果最好,该处理下黄瓜产量较对照提高了21.80%。主成分分析结果表明,不同生物质炭施用量处理下的土壤质量次序为C4C5C3C2C1CK。在土壤中施用生物质炭不仅可以促进黄瓜增产,改善土壤理化性状,提高土壤养分含量,还可以改良土壤生物学性质,提升土壤酶活性。     

生物质炭对黄瓜连作土壤理化性状、酶活性及土壤质量的持续效应

【目的】 探讨不同生物质炭施用量对连作黄瓜根区土壤环境的作用效果,为用生物质炭修复黄瓜连作土壤以及在农业中的推广应用提供科学依据。 【方法】 以如皋市农业科学研究所大棚示范区为试验基地,一次性向设施农田土壤中添加0 (CK)、5 (C1)、10 (C2)、20 (C3)、30 (C4)、40 (C5) t/hm2的生物质炭,通过连续两年温室定位试验,测定生物质炭施用后黄瓜连作根区土壤的物理性状、养分含量及酶活性的变化状况,采用土壤质量指数 (SQI) 评价不同生物质炭施用量对黄瓜连作两季后土壤质量的影响。 【结果】 随着生物质炭施用量的增加,第一季与第二季黄瓜根区土壤的理化性状变化趋势一致,具体表现为容重不断降低,土壤孔隙度、饱和含水量、田间持水量、饱和导水率、有效磷及有机质含量不断升高,且当生物质炭施用量为30 t/hm2(C4处理) 时,土壤中全氮、硝态氮和铵态氮含量最高。与CK相比,生物质炭的施用可以减少黄瓜根区土壤 < 0.25 mm粒径的微团聚体含量,而增加 > 0.25 mm粒径的大团聚体含量,土壤中0.25～0.5 mm和0.5～1 mm粒径的团聚体含量都在高施用量 (40 t/hm 2) 处理中达到最大值。生物质炭施用后的连续两季,黄瓜根区土壤中脲酶与过氧化氢酶活性均随生物质炭施用量的增加呈先增加后降低的趋势,其活性分别在生物质炭施用量为30 t/hm2和20 t/hm2时最大。当生物质炭施用量为30 t/hm2时,两季黄瓜产量都达到最高,分别为3.24 × 104 kg/hm2和6.18 × 104 kg/hm2。通过土壤质量指数 (SQI) 对生物质炭施用后两季黄瓜土壤质量进行评价可知,不同生物质炭施用水平下土壤质量指数依次为C4 > C5 > C3 > C2 > C1 > CK,相应的土壤质量指数分别为0.774、0.740、0.728、0.650、0.635、0.583。 【结论】 施用生物质炭对黄瓜连作田土壤的理化性状和酶活性均有显著影响,高施用量 (40 t/hm2) 条件下对土壤物理性状改善效果最好,当生物质炭施用量为30 t/hm2 (C4处理) 时对黄瓜连作根区土壤的养分含量提升效果最佳。SQI可以客观定量地评价生物质炭施用对连作黄瓜根区土壤质量的影响,其分析结果表明改善黄瓜连作土壤环境的最佳生物质炭施用量为30 t/hm2。      

4种典型土壤上玉米产量潜力的实现程度及其因素分析

土壤条件是否或在多大程度上限制了我国玉米产量潜力的实现是亟需回答的科学问题。本文选择我国4个玉米主产区的典型土壤(黑龙江黑土、陕西黑垆土、河南潮土和四川紫色土)进行了实证研究。结果表明:不同土壤条件下玉米产量潜力的实现程度不同,黑龙江852农场、陕西长武、河南温县与四川简阳4个试验点在设定的高产栽培管理条件下获得的产量分别为10.7 t.hm 2、14.1 t.hm 2、9.2 t.hm 2与6.7 t.hm 2,分别实现了当年光温水条件下该栽培体系产量潜力的92%、104%、84%与78%。相关分析表明,土壤容重与产量潜力实现程度呈显著负相关,根干重密度与产量潜力实现程度呈显著正相关。土壤物理(容重)与肥力(有机质含量)条件对玉米根系的生长和产量潜力的实现有显著影响。对土壤容重和有机质含量分析表明,黑龙江852农场黑土土壤容重适中,土壤有机质含量高,耕层有机质为69.3 g.kg 1,陕西长武黑垆土土壤容重最小,耕层容重为1.15 g.cm 3,土壤质地为壤质土,两地的土壤条件有利于根系生长,玉米根量较大,0～40 cm横向分布广泛,有利于产量潜力的实现,分别实现92%和104%产量潜力;河南温县潮土10 cm以下土壤容重大,尤其10～20cm的犁底层容重最大为1.53 g.cm 3,土壤有机质含量较低,四川简阳紫色土土壤有机质含量较低,整个土体容重较高,并且土壤黏重,两地的土壤性状不利于根系生长,分别实现了产量潜力的84%和78%。因此,应根据各主产区的土壤状况进行针对性的土壤改良与培肥,为实现玉米产量潜力与大面积均衡增产奠定基础。     

生物有机肥对绿洲温室黄瓜产量、品质及土壤酶活性的影响

采用以假劣玉米种子为辅料生产的生物有机肥,研究了不同用量生物有机肥对绿洲温室黄瓜果实产量、品质及土壤酶活性的影响,结果表明:施用生物有机肥的各处理土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性提高,温室黄瓜株高、叶片数量、产量性状与果实中的可溶性糖、游离氨基酸和维生素C含量均高于对照,果实内硝酸盐含量显著降低;生物有机肥用量为4.05 t/hm^2的A3处理,其土壤蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶的活性在黄瓜结瓜的初期、中期、末期均为最高,不同生长时期各处理对蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性的影响大小均为中期>末期>初期;A3处理的黄瓜产量最高,且果实中可溶性糖、游离氨基酸和维生素C的含量最高,硝酸盐含量最低,品质最优。因此,绿洲温室黄瓜适宜的生物有机肥用量为4.05 t/hm^2。     

施用生物有机肥对黄瓜不同生育期土壤肥力特征及酶活性的影响

为了探讨生物有机肥对潮土土壤肥力特征及酶活性的影响,采用田间小区试验,以黄瓜为试验作物,研究了生物有机肥对黄瓜不同生育期潮土0—15cm和15—30cm土层肥力特征及酶活性的影响,其中生物有机肥施用量分别为0t/hm~2(CK),10t/hm~2(Y1),20t/hm~2(Y2)。结果表明:(1)在黄瓜同一生育期,不同土层中土壤全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷和有机质含量均随着生物有机肥施用量的增加呈上升趋势。在黄瓜成熟期,Y1和Y2处理0—15cm土层中土壤全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、土壤有机质含量与CK相比,分别增加了5.99%,11.21%,17.48%,5.98%,39.30%和6.59%,25.86%,21.99%,10.78%,61.76%,其中土壤铵态氮和有机质含量在各处理中的差异达到显著水平(P0.05),而Y1和Y2处理15—30cm土层中土壤硝态氮和速效磷较CK分别增长了18.83%~23.27%和39.30%~61.76%。(2)在黄瓜同一生育期,随着生物有机肥施用量的增加,不同土层中土壤脲酶和过氧化氢酶的活性均逐渐增强。在黄瓜成熟期,施用生物有机肥的Y1和Y2处理0—15cm土层中土壤脲酶和过氧化氢酶活性与CK相比分别增加了47.02%~62.08%和14.41%~23.73%,且不同处理之间差异显著(P0.05),而15—30cm土层中土壤脲酶和过氧化氢酶活性与CK相比,分别增加了49.17%~67.75%和40.01%~63.33%,且Y1和Y2处理与CK差异达到显著水平(P0.05)。(3)随黄瓜生育期的延长,不同土层中各肥力指标和土壤脲酶活性均呈下降趋势,而土壤过氧化氢酶活性呈先增加后降低的趋势,且0—15cm土层土壤各肥力指标和酶活性均高于15—30cm土层。综上所述,施用生物有机肥可提高潮土不同土层的土壤肥力水平和土壤酶活性,且土壤肥力和酶活性随生物有机肥施用量的增加而增加。     

柠条堆肥结合翻耕对设施黄瓜产量和土壤质量的协同影响

研究柠条堆肥结合不同翻耕深度对土壤质量和产量的影响,为西北地区农业废弃资源利用及设施农田稳定健康发展提供理论依据。本研究以设施主栽黄瓜为研究对象,利用连续3茬的田间定位试验,设计传统鸡粪和柠条堆肥两个底肥处理,在此基础上进行不同耕作处理,分别为免耕、翻耕15 cm、翻耕35 cm、翻耕45 cm,共8个处理。分析底肥和翻耕对黄瓜连作土壤养分、酶活性、黄瓜生物量和产量的协同影响作用。结果表明:(1)与传统鸡粪相比,柠条堆肥施用下pH和土壤肥力指数分别显著提升了1.42%和1.84%,土壤EC值、有机质含量、有效磷含量、脲酶活性和磷酸酶活性分别降低了2.61%、5.36%、27.84%、3.51%和3.44%,连续种植后这种差异逐渐减弱,两种肥料处理对黄瓜产量无显著影响。(2)土壤EC值、全氮含量、全磷含量、有效磷含量、脲酶活性均随翻耕深度增加而降低,且免耕和翻耕15 cm处理间的氮素和磷素含量无显著差异,并显著高于其他翻耕处理,而不同耕作处理间黄瓜产量无显著差异。土壤肥力指数随翻耕深度的增加呈先增加后降低的趋势,翻耕15 cm处理土壤肥力指数最高,较其他处理分别显著提高1.20%、5.35%和9.92%。(3)连续种植后土壤有机质和磷素得到累积,且黄瓜产量受栽培季节的影响,秋冬茬黄瓜产量低于早春茬,但土壤肥力变化趋势与之相反。因此,柠条堆肥的连续施用促进了设施黄瓜的增产和土壤肥力的提升,同时结合深翻改善了土壤养分的表层累积,有效缓解了土壤酸化和盐渍化,栽培季节显著影响土壤肥力和黄瓜产量。     

连续施用不同比例鸡粪氮对水稻土有机质积累及土壤酸化的影响

【目的】土壤酸化是自然过程。随着农业集约化发展,土壤酸化在部分农田呈加速趋势,而施肥是目前农田土壤酸化加速的重要诱因,研究有机肥和化肥对土壤酸化的作用差异及机理,对合理指导施肥及耕地保育有重要的意义。【方法】通过测定不同施肥处理的不同组分有机质含量及酸碱缓冲容量,探明不同施肥处理的酸化影响,从土壤有机质和盐基累积角度对有机-无机肥料不同比例配施条件下土壤酸化特征进行了研究。【结果】① 连续5年在等氮量（N 270 kg/hm2）且有机－无机肥料不同配施比例的处理中,水稻产量以有机肥比例为25%~50%的处理最高,其平均产量比单施化肥处理提高了5.1%,比对照提高44.9%。但处理间无显著性差异;② 土壤各活性有机质及总有机质等指标中仅总有机质含量随鸡粪施用比例的增加而持续增加,不同比例有机无机肥配合施用后,土壤的高活性有机质及低活性有机质均高于CK和纯化肥氮处理,但随着有机肥投入比例的升高,除中活性有机质和水稻产量之间呈显著的正相关外（P=0.0067**）,高活性有机质、活性有机质及总有机质含量与水稻产量之间的相关性不显著（对应的概率值分别为P=0.192,P=0.208,P=0.160）;③ 施肥提高了土壤的碳库管理指数（CPMI）,且其随有机肥施用比例的上升呈增加趋势。增施鸡粪提高土壤的交换性盐基离子（Ca2+、 Mg2+、 K+、 Na+）含量,导致阳离子代换量（CEC）和pH随鸡粪施用比例的提高而升高。供试土壤酸碱缓冲容量为2.07~2.36 cmol/kg,随鸡粪施用比例的上升而增加,其与土壤阳离子代换量及有机质含量呈显著正相关。表明增施鸡粪可使土壤pH及酸碱缓冲容量上升,与鸡粪使土壤盐基累积量及有机质含量的提高有关。【结论】连续有机-无机肥施用下,土壤pH上升和酸碱缓冲容量的提高可能与该试验点下盐基离子和有机质含量随鸡粪施用比例上升有关,但其最终上升幅度及平衡点尚需进一步研究。鸡粪氮替代化肥氮比例为25%~50%时,土壤性质最优,水稻产量最高。     

鸡粪与木醋液配施对滨海盐碱土化学性质和酶活性的影响

施用有机肥是盐碱土改良与培肥地力的有效方式。选鸡粪和木醋液为改良剂,通过土壤培养试验,研究未施肥(CK)、单施鸡粪(CM)、单施木醋液(PA)、鸡粪+木醋液配施(CP)共4个处理对滨海盐碱土化学性质和酶活性的影响。结果表明:与CM相比,CP处理的pH值显著降低0.34个单位,电导率(EC)降低14.52%。与PA相比,施用鸡粪处理(CM和CP)的土壤养分含量和酶活性均显著提高。CP的全氮、有效磷、水溶性有机碳、水溶性有机氮和硝态氮含量较CM分别高出55.32%、103.35%、16.64%、55.68%和45.43%;而土壤α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶、几丁质酶、亮氨酸氨基肽酶、碱性磷酸酶、多酚氧化酶和脱氢酶活性分别显著增加49.58%、67.85%、40.84%、104.94%、17.66%、62.05%和37.50%。回归分析表明,土壤有机质、全氮、有效磷和水溶性有机碳、氮含量的增加促进酶活性的提高。综上所述,鸡粪与木醋液配施可显著降低盐碱土的pH值,并能显著提高盐碱土养分含量和酶活性。     

平菇栽培废料等有机肥对土壤活性有机质和土壤酶活性的影响

通过大田试验研究了不施有机肥(CK)、施用平菇栽培废料(T1)、施用干腐熟牛粪(T2)和烘干鸡粪(T3)在种植黄瓜01～50.d内土壤中活性有机质和4种土壤酶活性的变化。结果表明:施入不同有机肥对土壤总有机质含量的影响为烘干鸡粪平菇栽培废料干腐熟牛粪对照;对活性有机质含量的影响为平菇栽培废料烘干鸡粪干腐熟牛粪对照;施用平菇栽培废料的土壤中脲酶、转化酶和脱氢酶活性最高,施用干腐熟牛粪的土壤中过氧化氢酶活性最高。相关性分析显示,脲酶、转化酶和脱氢酶活性与土壤活性有机质显著相关。用平菇栽培废料做有机肥能有效提高土壤活性有机质含量和土壤酶活性。     

绿肥生产利用方式对云南高原红壤理化性状及玉米产量的影响

[目的]比较不同绿肥作物及其不同翻压方式对云南高原红壤理化性状的作用,为云南高原红壤持续高产稳产制定简易高效的绿肥利用技术提供理论依据.[方法]2011—2019年以玉米为主要作物,在云南高原红壤上进行了绿肥生产利用田间定位试验,试验设冬闲–玉米(CK)、种植并翻压肥田萝卜–玉米(R)、种植并翻压光叶紫花苕子–玉米(V...     

基于土壤肥力质量综合指数评价化肥与有机肥配施对红壤稻田肥力的提升作用

  【目的】  准确评价有机肥料提高农田土壤肥力的效果,是正确选择土壤培肥措施的基础。通过比较两种土壤肥力质量综合指数的计算方法评价有机肥培肥效果的可行性。  【方法】  3年田间定位试验 (2015—2017) 在长江中下游的红壤双季稻田进行。共设7个处理:不施肥 (CK),等氮磷钾投入量下的单施化肥 (CF) 和一半化肥氮配施一半的牛粪 (+CM)、猪粪 (+PM)、鸡粪 (+ChM)、绿肥 (+GM) 与秸秆 (+SR)。在2017年晚稻收获后,采集耕层土壤样品,分析土壤理化性状和土壤生物学性状。筛选用于评价土壤肥力的指标,用雷达图分析稻田土壤肥力水平的制约因素,采用土壤肥力质量综合指数 (IFI) 评价不同有机肥料的培肥效果。  【结果】  1) 团聚体结构、pH、有机质3个指标属于弱变异性,其余指标属于中等强度变异,以有效锌、有效磷以及酸性磷酸酶的变异系数较大,对施肥处理的响应比较灵敏;2) 由隶属度值制成的雷达图显示,土壤阳离子交换量 (CEC)、速效钾与全磷含量是制约稻田土壤肥力水平最主要的3个因子;3) 运用全量数据集与最小数据集计算的肥力指数IFI均表明,相对于不施肥CK,6个施肥处理均可以显著提高土壤肥力指数IFI,5个有机无机肥配施处理的IFI均显著高于单施化肥处理,且+PM与+ChM处理的IFI指数显著高于+CM与+GM处理;在全量数据集下,+SR处理的IFI指数显著高于+CM与+GM处理,而在最小数据集下,3个处理间差异不显著;4) 全量数据集的土壤肥力质量综合指数IFI_TDS和最小数据集的土壤肥力质量综合指数IFI_MDS均与双季稻总产量呈极显著正相关关系。  【结论】  基于全量数据集和基于最小数据集的土壤肥力质量综合指数 (IFI_TDS、IFI_MDS) 均可客观表征土壤肥力质量。依据该指标,化肥配施猪粪提高土壤肥力的效果最佳,其次是配施鸡粪或秸秆,最低是配施牛粪或紫云英绿肥。     

辽西褐土区高产土壤理化性质及影响玉米产量的主要因子

  【目的】  土壤耕层结构与肥力水平是影响玉米生长及其产量的重要因素。厘清辽西褐土区不同产量玉米田的土壤结构与肥力水平及其与玉米产量之间的关系，进而提出土壤合理耕层构建的评价指标，最终为该地区玉米产量的提高提供理论基础。  【方法】  本研究在辽西褐土区选取不同产量玉米田共56块，将其分为产量 < 6000、6000～9000和 > 9000 kg/hm2 3个水平，分析调查土壤耕层与犁底层厚度、紧实度、容重、孔隙度、有机质、有效磷、速效钾、碱解氮含量和玉米根系生长状况。采用预测变量重要性分析方法明确影响玉米产量的主要因素，提出辽西褐土区玉米高产所需的土壤耕层结构与肥力特征。  【结果】  玉米产量随土壤耕层厚度增加而增加，随犁底层厚度增加而减小。不同产量玉米田的紧实度、容重和孔隙度在0—10 cm土层差异不大，而在10 cm—犁底层和犁底层差异较大，即产量 > 9000 kg/hm2玉米田的各项结构指标均优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。土壤有机质、有效磷、速效钾和碱解氮等肥力状况在产量 > 9000 kg/hm2玉米田同样优于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。不同产量地块的玉米根系生长情况出现明显差异。产量> 9000 kg/hm2玉米田的根干重和根长均明显高于产量 < 9000 kg/hm2玉米田。分土层来看，所有玉米田的根系都主要分布在0—20 cm土层，产量 < 6000、6000～9000和 > 9000 kg/hm2玉米田在0—20 cm土层的根干重分别占0—40 cm总量的83.3%、79.8%和81.1%，根长分别占83.0%、74.6%和71.7%。这不但说明根系对水分和养分的吸收主要集中在0—20 cm土层，同时也表明产量 > 9000 kg/hm2玉米田在20—40 cm土层的根系分布仍然比产量 < 9000 kg/hm2玉米田要丰富。所有结构性质与肥力因素中，耕层厚度和有效磷含量是影响辽西玉米高产的最重要因素。  【结论】  辽西褐土区高产玉米田具有以下特征:耕层厚度18～26 cm，平均23 cm；紧实度低于1000 kPa；耕层土壤容重处于1.14～1.39 g/cm3，平均1.27 g/cm3；耕层土壤总孔隙度为47.4%～58.5%，平均52.2%，毛管孔隙度平均33.5%，通气孔隙度平均18.7%；耕层土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾平均含量分别为14.8 g/kg、34.7 mg/kg、21.2 mg/kg、159.9 mg/kg。提高土壤有效磷含量、增加耕层厚度是培肥中低产田最迫切的任务。     

长期秸秆还田显著降低褐土底层有机碳储量

  【目的】  秸秆还田作为一种有效的培肥方式,对土壤固碳效果显著,但对于深层土壤有机碳的影响还存在不确定性。分析不同秸秆还田方式下褐土剖面土壤有机碳(SOC)储量变化,为褐土区秸秆还田措施优化和固碳减排等提供科学依据。  【方法】  长期秸秆还田试验开始于1992年,采用裂区设计,主区为化肥春季和秋季施用,副区为4个秸秆还田处理:秸秆不还田 (CK)、秸秆覆盖还田 (SM)、秸秆粉碎后直接还田 (SC) 和秸秆过腹还田 (CM)。在2013年春玉米收获后采集0—100 cm土层土壤样品,分析不同秸秆还田方式下SOC和土壤养分含量。  【结果】  在春季和秋季施肥下,与CK相比,CM、SM和SC处理表层 (0—20 cm) SOC含量显著提高,而SM和SC处理40—60和80—100 cm SOC含量显著降低。同时,与CK处理相比各处理SOC储量变化量在处理间存在显著差异。在春季和秋季施肥下,与CK相比,SM、SC和CM处理表层SOC储量平均分别增加2.32、5.42和12.60 t/hm2,且CM处理显著高于SM和SC处理;而在底层 (40—100 cm) 平均分别降低3.98、6.99和3.76 t/hm2;0—100 cm,CM处理SOC储量增加9.62 t/hm2,而SM和SC处理平均分别降低1.81和5.36 t/hm2。冗余分析结果表明,有机碳输入和土壤养分对表层碳储量变化的总解释率为90.10%,而对下层 (20—100 cm) 的总解释率仅为31.80%。其中,影响表层碳储量变化的主要因子是有效磷 (解释率为80.10%),而下层则是全氮 (25.28%)。  【结论】  在施用化肥基础上,长期秸秆还田促进表层碳累积,但底层氮素供应不足引起碳耗竭。总体上,秸秆过腹还田是褐土区农田培肥和增产的最优秸秆还田方式。     

东北典型县域稻田土壤肥力评价及其空间变异

  【目的】  明确东北典型县域稻田土壤肥力空间变异特征，为该区域稻田土壤合理培肥管理提供科学依据。  【方法】  以黑龙江省方正县为研究区域，2017年在该研究区域采取114个代表性点位的稻田土壤，选取容重、pH、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量、有机质含量和阳离子交换量作为土壤综合肥力评价指标，采用相关系数法确定各个指标的权重，根据东北稻田土壤特征，选择隶属度函数曲线，并确定隶属度函数转折点，依据模糊数学法的加乘原理，利用各土壤肥力指标的权重值和隶属度值计算土壤综合肥力指数；采用GIS和地统计学相结合的方法，确定各项肥力指标和综合肥力指数的空间变异特征和分布格局；通过主成分分析探究土壤肥力差异的主控因子。  【结果】  描述性统计分析表明，方正县稻田土壤综合肥力指数在0.18～0.99，平均值为0.60。土壤容重和pH的变异系数分别为9.15%和5.69%，属于弱变异强度，其他肥力指标的变异系数在20.01%～36.18%，属于中等变异强度。地统计学研究表明，土壤容重、全氮含量、有机质含量和阳离子交换量的块金系数在39%～50%，它们具有中等强度的空间自相关性，土壤pH、有效磷含量、速效钾含量和综合肥力指数的块金系数均在25%以下，它们具有强烈的空间自相关性。方正县土壤综合肥力指数值在0.70以上的稻田占16%，在0.60～0.70的稻田占45%。各个肥力指标中，土壤有效磷含量和速效钾含量的分布特征与综合肥力指数相似，呈南高北低的分布格局；土壤pH和阳离子交换量由稻区中部向南北方向逐渐降低；土壤容重由西北向东南呈逐渐降低的趋势；土壤有机质和全氮含量均表现为由东南向西北逐渐降低的趋势，土壤有机质含量在30 g/kg以上的稻田占比为97%，土壤全氮含量在1.5 g/kg以上的稻田占比为84%；其中北部蚂蚁河沿岸土壤全氮、有效磷、速效钾和有机质含量相对较低。利用主成分分析得到各项肥力指标的综合得分值由大到小依次为:土壤有效磷含量、速效钾含量、有机质含量、阳离子交换量、全氮含量、pH和容重。  【结论】  方正县61%的稻田土壤肥力处于中等及以上水平，稻田土壤肥力整体呈现出南高北低的分布格局。土壤有效磷和速效钾含量是造成土壤肥力差异的主要因子。     

小麦根际解钾微生物与土壤钾含量、钾素利用率及根系活力的关系

  【目的】  探讨肥料施用方式和施钾量对土壤不同形态钾含量及小麦根系活力的影响,以期为提高土壤钾素利用效率提供技术支持。  【方法】  2018—2020年连续两年,采用裂裂区设计,主区为肥料 (A):设20%有机肥 (鸡粪)+80%氮肥 (A1),100%氮肥 (A2) 2个水平;副区为施钾量 (B):设不施钾 (B1)、减量施钾80 kg/hm2 (B2)、常规施钾120 kg/hm2 (B3)、增施钾肥160 kg/hm2 (B4) 4个水平;副副区为小麦品种 (C):西农979 (C1)、豫农202 (C2)。分别在冬前、返青、拔节、开花、灌浆、成熟时,调查分析根际解钾微生物数量、土壤不同形态钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率。  【结果】  联合方差分析结果表明,有机肥、施钾量、品种及年份对根际解钾微生物数量、土壤速效钾含量、小麦根系活力、钾素利用效率和产量的影响均达5%或1%显著水平。在小麦全生育期内,与单施化肥相比,有机肥和化肥配施条件下根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力显著提高,缓效钾和矿物钾含量降低;随施钾量提高,根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力、钾素利用效率提高,而施钾量过大时则有所降低;有机肥和常规施钾量配施处理的根际解钾微生物数量、速效钾含量、根系活力较其他处理显著提高,而缓效钾和矿物钾含量降低幅度最大。有机肥和钾肥配施较单施化肥处理的钾素利用效率提高2.24%,与不施钾相比,在两年中常规施钾植株钾素利用效率提高幅度最高可达75.15%,且有机肥和常规施钾配施处理下钾素利用效率提高幅度最大达4.66%。相关分析结果表明,不同生育时期根际解钾微生物数量与小麦根系活力、土壤速效钾、缓效钾或矿物钾含量呈显著或极显著正相关。  【结论】  有机肥和化肥配施可增加土壤根际解钾微生物数量,提高土壤速效钾含量而降低缓效钾和矿物钾含量。钾肥减施条件下,采用有机无机肥配施模式有利于提高土壤钾素利用率,增强小麦根系活力,本研究条件下,黄淮平原典型麦田的施钾策略是有机无机肥配施,K₂O施用量以120 kg/hm2为宜。     

长期有机培肥提高红壤性水稻土生物学特性及水稻产量的微生物学机制

  【目的】  依托位于江西红壤研究所的有机肥长期定位试验，探究长期施用紫云英、猪粪和秸秆还田对土壤微生物量、酶活性和产量的影响，阐明土壤微生物学特性对土壤肥力的生物指示功能，揭示影响作物产量和微生物学特性的关键环境因子。  【方法】  长期定位试验始于1981年，选取的6个处理分别为:CK (不施肥)、NPK (单施化肥)、M1 (早稻施绿肥)、M2 (早稻加倍施绿肥)、M3 (早稻施绿肥+晚稻施猪粪) 和M4 (早稻施绿肥+晚稻秸秆还田)，此外，有机处理 (M1、M2、M3和M4) 在施用有机物料的基础上，每季还补充一定量化肥（N 69 kg/hm2、P₂O₅ 30 kg/hm2、K₂O 67.5 kg/hm2）。于每季收获后测定水稻产量。2018 年早稻收获后，采集耕层 (0—20 cm)土壤，测定土壤化学指标、微生物量碳氮、脲酶及其他参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性。  【结果】  1) 2009—2018年间，长期施肥处理明显提高了水稻产量，其中M3处理的产量最高，其次为M2处理，二者均明显高于NPK处理；2) 土壤微生物量及酶活性均以有机处理 (M1、M2、M3和M4) 较高，其中M3处理土壤微生物量碳含量及各类土壤酶活性最高，M2处理土壤微生物量氮含量最高。有机处理较CK和NPK处理提高了土壤微生物熵。此外，微生物量碳氮和土壤酶活性与有机碳、全氮间存在显著或极显著相关关系；3) 有机碳与土壤微生物量 (0.895)、碳循环相关酶活性 (0.903)、氮循环相关酶活性 (0.854) 及水稻产量 (0.827) 呈显著正影响 (P < 0.05)；土壤pH与土壤碳循环相关酶活性 (0.378) 和氮循环相关酶活性 (0.365) 呈显著正影响 (P < 0.05)，对水稻产量 (0.211) 也表现为正影响，但不显著 (P > 0.05)。相较于pH，土壤有机碳含量在提高水稻产量、改善土壤微生物学特性上发挥了更为重要的作用。  【结论】  土壤微生物量碳氮和参与土壤碳、氮、磷和硫循环的胞外酶活性均可作为土壤微生物学指标表征土壤肥力的变化。土壤有机碳含量是提高作物产量、调控土壤微生物量和酶活性的关键因子。在供试条件下，长期实行早稻施绿肥+晚稻施猪粪的有机培肥，是提高土壤微生物量及酶活性并提高水稻产量的最佳选择。     

玉米–绿肥轮作体系下光叶紫花苕的氮肥替代和土壤肥力提升效应

  【目的】  研究光叶紫花苕 (Vicia villosa Roth var. glabrescens)不同 翻压量对玉米生长及土壤性状的影响,明确绿肥的养分供应潜力,为玉米–绿肥轮作系统中的化肥减施提供科学依据。  【方法】  于2018和2019年在云南省嵩明县开展玉米 (黑糯1号) 田间试验,共设5个处理:冬闲 (CK);不施氮肥但翻压绿肥光叶紫花苕15000 kg/hm2 (G1)、30000 kg/hm2 (G2)、45000 kg/hm2 (G3);冬闲+常规氮肥N 270 kg/hm2 (FN)。光叶紫花苕冬季种植,在玉米播种前翻压。在玉米收获期,测定玉米地上部氮、磷、钾含量和积累量,测定产量和产量构成因素,同时测定土壤全量和速效氮磷钾含量、pH和有机质含量。  【结果】  2018年各绿肥处理G1、G2、G3的玉米产量分别相当于FN处理的78.14%、88.88%及92.86%,2019年G1、G2、G3处理的产量水平相当于FN处理的98.92%、104.22%和113.91%,相较第一年,次年各绿肥处理产量水平有较大幅度增长;2018和2019年各绿肥处理株高、穗位高、秃穗长及单穗重等相较于FN多无显著差异;2018年FN处理籽粒氮含量显著高于其他各处理,秸秆氮含量显著高于CK和G1处理。2019年G3处理地上部氮积累量比FN、G1处理分别显著提高42.02%、33.91%。2018年玉米FN处理地上部磷积累量显著高于CK和G1处理,钾积累量各施肥处理间无显著差异。2019年,4个施肥处理间磷积累量无显著差异,3个绿肥处理的钾积累量均显著高于FN处理;2018年各处理土壤养分含量无显著差异,2019年随绿肥翻压量的增加土壤碱解氮、速效钾、全氮及有机质含量等显著增加,即土壤培肥效果随绿肥应用年限增加有所提升;聚合增强树分析表明,土壤全氮及单穗重对玉米产量的贡献率最大,均为20.89%。  【结论】  无需施用氮肥,第一年翻压高量光叶紫花苕,第二年翻压常量光叶紫花苕即可为玉米提供与常量氮肥相当的氮素养分,获得相近甚至更高的玉米产量。连续两年翻压绿肥后,土壤速效及全量氮、钾及有机质含量均有显著的提升效果。     

有机肥替代化学氮肥提升红壤抗酸化能力

  【目的】  长期过量施用化学氮肥加剧了红壤区农田土壤酸化,严重制约着该区域农业的可持续发展。施用石灰和有机肥是防治红壤酸化的主要措施,我们研究了有机无机肥配合提高红壤抗酸化能力的作用与机理。  【方法】  本研究基于2009年在湖南祁阳中国农业科学院红壤站开展的有机肥替代化学氮肥长期定位试验,其中4个处理分别为单施化肥(由于酸化严重,于2018年底添加石灰改良)、有机肥替代化肥氮20%、40%和60%,供试有机肥为猪粪。采集2018和2020年的土壤样品,分析各施肥处理红壤pH、交换性酸铝、阳离子交换量、有机质、酸缓冲能力等指标的变化及相互关系。  【结果】  至2018年,单施化肥处理较试验之初土壤pH降低了0.48个单位,交换性酸、铝分别增加了2.74和1.06 cmol/kg;添加石灰改良后,土壤pH升高了0.58个单位,交换性酸、铝分别降低了2.62和1.45 cmol/kg。有机肥替代化肥氮40%和60%处理均可有效防治红壤酸化,其中以替代60%处理效果最佳;至2020年60%有机替代处理土壤pH较初始值提高了0.78个单位,交换性酸和交换性铝分别降低了1.10和1.25 cmol/kg。有机肥替代化肥氮40%和60%处理较单施化肥处理显著提高了土壤阳离子交换量,而石灰改良前后土壤阳离子交换量无显著变化。土壤酸缓冲曲线表明,土壤交换性铝含量随着pH的降低而显著升高,单施化肥、有机肥替代化肥氮20%、40%和60%处理的斜率分别为2.71、2.42、1.93和0.16;土壤交换性铝对pH响应斜率与土壤pH、交换性镁、阳离子交换量、交换性钾、有机质含量呈极显著或显著负相关关系。  【结论】  有机肥替代40%以上化学氮肥既能防治红壤酸化,又能提升红壤抗酸化能力。土壤阳离子交换量和有机质可能是导致土壤交换性铝对pH响应差异的主要因素,即阳离子交换量和有机质含量高的土壤pH降低1个单位时,交换性铝增幅较小,但其作用机理还有待进一步研究。