玉米种植模式下砒砂岩与沙复配土氮素淋失特征

为探索砒砂岩与沙的最佳混合比例,使其大规模应用于毛乌素沙地土地整治,发展农业种植,防止地下水污染.本文进行了不同比例的砒砂岩与沙复配土种植玉米的小区试验,在玉米生长期采集不同深度的土壤测其铵态氮和硝态氮含量,对不同混合比例下复配土的氮素淋失特性进行研究.结果表明:(1)铵态氮含量在各混合比例的复配土中较低,均在2.5 mg/kg以下,未出现累积情况;(2)砒砂岩与沙在不同的混合比例下均存在硝态氮淋失;(3)砒砂岩与沙混合比例为1∶2时,硝态氮主要累积在0-40 cm,且无机氮累积量最高,其玉米产量高达9 900 kg/hm2.对种植玉米而言,推荐采用1∶2的砒砂岩与沙混合比例进行推广开发.     

毛乌素沙地玉米不同种植年限砒砂岩与沙复配土壤有机质与全氮的关系

[目的]研究毛乌素沙地不同种植年限下不同比例砒砂岩与沙复配土壤碳氮变化特征,分析新造复配成土结构能否持续稳定发育。[方法]根据2013—2016年田间小区试验数据,对不同种植年限下3种比例砒砂岩与沙复配土壤有机质和全氮时空变化特征及两者间的关系进行研究。[结果]①不同比例复配土壤有机质和全氮含量均随着作物种植年限的增加而呈现稳定上升趋势;②4 a间3种复配土壤有机质和全氮含量均表现为:1∶11∶21∶5,各自相对于2013年变化差异极显著(p0.01);③不同种植年限下3种比例复配土壤有机质与全氮均呈现显著正相关,相关系数分别为0.860,0.891 7,0.737 6。[结论]复配比例和种植年限是影响新造土壤有机质和全氮含量的重要因子。     

冻融交替对复配土壤团粒结构和有机质的交互作用

为了研究冻融交替作用下复配土壤团粒结构和有机质之间的关系,采用室内模拟冻融试验方法,分析冻融周期以及团粒结构含量对复配土壤有机质的影响。结果表明,冻融交替经过1,2,5,10周期时各个粒级团粒结构的分配比例有明显变化,0.5mm的小粒径团粒结构含量增加,1mm的大粒径团粒结构含量减少;冻融循环对复配土壤有机质含量产生极显著影响,1∶1,1∶2,1∶5复配土壤有机质含量均表现为随冻融周期先增加后减少的趋势,2周期时达到峰值,与冻融前相比,分别增加68%,55%,59%;冻融循环与土壤团粒结构的交互作用显著影响复配土壤有机质含量,冻融交替作用下3种比例复配土壤小团粒结构(粒径0.5mm)与有机质呈现出较为明显的正相关关系。因此,利用冻融交替作用对砒砂岩与沙复配土壤的团粒结构形成、有机质的影响以及二者之间的交互作用,进行改良土壤结构,提高土壤有机质含量,使土壤结构和有机质得到持续不断的改善和发展。     

砒砂岩与沙复配土壤质地与有机质动态变化特征

为了研究毛乌素沙地砒砂岩与沙混合构成的一种新型复配土壤在长期种植过程中土壤质量发育状况,基于2010-2018年不同比例砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配土壤的田间定位试验,综合分析了不同比例复配土壤机械组成、颗粒分形特征、有机质的变化特征及之间的关系。结果表明:(1)随着种植年限的增加,3种比例复配土壤耕层质地向变细和颗粒组成合理的方向发展,土壤颗粒分形维数和有机质含量总体呈增加趋势;(2)1∶2复配土壤粉黏粒含量、分形维数值和有机质含量增加速率均大于1∶1,1∶5;1∶2复配土壤种植9年后有机质含量达到最高值(6.24±0.30)g/kg,与种植前相比较提高了12倍;(3)不同比例复配土壤颗粒分形维数与有机质含量均存在显著正相关关系(p<0.05),粉粒和黏粒是研究区沙化土地复配土壤质地改善和有机质提升最关键的两个粒级。综上,随种植年限的增加,复配土向无机-有机胶体复合状态发展,1∶2复配土壤最适合玉米种植,提高了土壤的稳定性和农业适应性。     

季节性冻融区农业土壤矿质氮有效性变化规律原位试验

为了更好地认识冻融过程对季节性冻融农业区土壤矿质氮有效性的影响,以吉林省长春市黑顶子河流域为研究对象,采用改进的树脂芯法开展了自然状态下表层土壤氮素原位培养试验。结果表明:土壤冻结过程使各下垫面土壤铵态氮含量增加了170%,硝态氮含量减少了19%,进而增加了土壤矿质氮含量及铵态氮所占比例,同时使各下垫面土壤铵态氮含量变异系数减小36%,硝态氮含量变异系数增加了250%。冻土融化过程中,土壤铵态氮含量无显著变化,硝态氮含量显著增加后趋于稳定;冻土融化初期,积雪融化和积雪融化与冻土融化的叠加过程使各下垫面土壤铵态氮含量变异系数分别增加了39%和48%,硝态氮含量变异系数减小了65%和40%,但大部分阶段硝态氮变异系数大于铵态氮。冻融过程中,土壤含水率的变化并未对土壤中铵态氮和硝态氮含量产生显著影响。     

毛乌素沙地砒砂岩改良风沙土后土壤质量的演变

[目的] 研究毛乌素沙地砒砂岩与沙复配土壤长期作物种植后质量的演变,旨在为了解复配土壤结构发育状况及可持续利用提供科学依据。[方法] 基于2010—2018年对砒砂岩与沙体积比为1：1,1：2,1：5复配土壤的田间小区试验,主要分析不同种植年限下复配土壤水稳性团聚体、有机质含量及作物产量的动态变化特征。[结果] 随着试验开展,3种比例复配土壤>0.25 mm粒径水稳性团聚体含量、平均重量直径（MWD）值和有机质含量整体呈增加趋势,与种植前相比,种植9 a后,1：1,1：2,1：5比例复配土壤>0.25 mm粒径水稳性团聚体分别增加了2.71,3.31和4.24倍,成为团聚体的主要组成部分;1：1,1：2,1：5比例复配土壤有机质含量分别提高了8.24,10.62和13.76倍。2011年不同比例复配土壤马铃薯产量大小顺序为：1：2>1：1>1：5,种植8年后1：1,1：2,1：5比例复配土壤马铃薯产量分别增加了3.27,4.25和6.96倍,产量大小顺序为：1：5>1：2>1：1,其中1：5复配土壤马铃薯产量提升速率最显著,多年平均产量高达53 850 kg/hm²,与当地高产田产量持平。[结论] 随着马铃薯种植年限的增加,3种比例复配土壤理化性状得到改良,复配土壤结构得到日益优化,尤其是能有效促进1：5复配土壤有机化和水稳性团聚体的形成,并且马铃薯增产的效果最优。因此1：5复配比例适宜马铃薯生长。     

添加砒砂岩对风沙土性质的改良及时间效应

试验利用砒砂岩和风沙土性质上的互补性,采用田间试验,将两者按不同的比例（1:1,1:2,1:5）复配,并以黄土与风沙土1:2复配作为对照,以期为将砒砂岩与沙复配成土技术大规模推广应用于毛乌素沙地进行农业种植提供科学依据。结果表明,随着砒砂岩加入比例的增加,复配土壤砂粒含量减少,粉粒含量明显增加,砒砂岩的加入促使风沙土土壤质地由砂土向粉壤土逐渐转变。而且随着作物种植年限的增加,复配土壤砂粒含量也在明显减少,粉粒和黏粒含量增加且有逐渐下移的趋势,这种变化在0-40 cm土层尤为突出。各处理>0.25 mm水稳性团聚体含量（WR_0.25）,平均重量直径（MWD）,几何平均直径（GMD）均随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而显著增加,>0.25 mm各级别土壤团聚体含量也基本随砒砂岩加入比例和作物种植年限的增加而增加,且增加最明显的是0.25~0.5 mm级别土壤团聚体含量。各处理0-30 cm土层土壤有机质含量随作物种植年限的增加而显著增加。综上,砒砂岩与沙复配比例为1:1~1:5均可不同程度的改善土壤质地和结构,增加土壤有机质,且复配比例在1:1~1:2时效果最佳。     

冻融交替对黑土氮素转化及酶活性的影响

以黑土为试验材料,通过室内培养实验,研究了不同冻融循环(-25—5℃、-10—5℃)对黑土氮素转化速率和土壤酶活性的影响。结果表明:随着冻融频次的增加,铵态氮含量和硝态氮含量均逐渐增加。除了中强度冻融(-10—5℃)的土壤铵态氮在培养第1周期内的含量最低外,剩余培养周期内,铵态氮含量均表现为中强度冻融(-10—5℃)高强度冻融(-25—5℃)对照组(5℃);硝态氮含量对不同冻融温度的响应差异显著。与对照组相比较,冻融循环整体上降低了土壤的矿化速率和硝化速率,但实验末期有促进硝化的趋势,不同强度冻融对矿化速率和硝化速率影响显著。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤的脲酶活性和转化酶活性均低于对照组,且脲酶活性和转化酶活性均表现为中强度冻融高强度冻融(第1周期除外)。综上,冻融作用对黑土的供氮能力和土壤酶活性具有重要影响。     

不同配比下复配土的土壤颗粒组成、分形维数与质地变化特征

为探讨砒砂岩与沙复配成土后土壤颗粒及质地变化,采用不同比例的砒砂岩与沙(1∶1,1∶2,1∶5)复配成土进行了小区试验。对种植N年的砒砂岩与沙混合后的复配土颗粒特征及质地变化进行了分析。结果表明:(1) 1∶1复配土中粉粒(0.002～0.05 mm)含量较高,占49.37%,1∶2,1∶5复配土主要是砂粒(0.05～2 mm),含量分别为52.74%,75.55%。(2)复配土颗粒体积分形维数表现为1∶11∶21∶50∶1;(3)土壤体积分形维数和黏粒体积含量呈显著的正相关关系,而与粉粒和砂粒的体积含量相关性较小;(4)在风沙土中添加不同比例的砒砂岩后,砂土(0∶1)质地逐步发生从砂土—壤砂土(1∶2,1∶5)—砂壤土(1∶1)—粉砂壤(1∶1)的转变。结论表明:土壤颗粒越细粒,土壤颗粒体积分形维数越高,可很好地表征沙地质地结构变化;随着种植年限的增加,1∶1复配土地质地变化最为显著。砒砂岩中的黏粉粒改善了风沙土结构,表明砒砂岩可作为改良风沙土的材料。     

农田黑土氮素转化特征对冻融作用的响应

为了深入了解非生长季农田黑土氮素转化过程,采用室内冻融模拟培养试验研究了不同冻融因子[冻融温度(冻结温度:-3、-6、-9、-12、-15℃;融化温度:2、5℃)、冻融循环次数(1、3、6、10、15;其中在-3℃冻结6 d、2℃融化1 d为1个冻融循环次数)、水分含量(10%、20%、30%)]对农田黑土无机氮组分含量及氮素转化速率的影响。结果表明,较大的冻融温差(-15℃/2～5℃)、适宜的冻融循环次数(1～3)和水分含量(20%～30%)是影响农田黑土氮素转化的主要驱动因子。冻融土壤铵态氮含量、硝态氮含量、净氮矿化速率和硝化速率均随着冻结温度降低显著增加,均随着融化温度升高无显著性变化。随着冻融循环次数增加,冻融土壤铵态氮含量、硝态氮含量、净氮矿化速率和硝化速率均显著降低。随着水分含量增加,冻融土壤铵态氮含量显著增加,这与硝态氮的变化趋势相反,而净氮矿化速率和硝化速率均无显著性变化。可见,冻融作用显著促进非生长季农田黑土氮素转化,有利于土壤有效氮的累积。     

冻融交替对水稻土水溶性有机碳含量及有机碳矿化的影响

冻融交替影响土壤水分的有效性及土壤团聚体稳定性,进而影响土壤中微生物的活性及土壤有机碳的矿化。通过室内冻融模拟(即分别在-7℃和28℃下处理土壤)及培养实验,研究了不同冻融交替循环处理下土壤水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量及土壤有机碳矿化的变化规律。结果表明,1到3次冻融交替处理会增加土壤中水溶性有机碳的含量,其中经过1次冻融交替处理的2种土壤其WSOC含量分别增加了25%,20%;但在本实验条件下如果继续增加冻融交替次数则会使土壤水溶性有机碳含量减少。冻融交替处理降低土壤微生物生物量,因此也会影响土壤有机碳的矿化。冻融交替处理对培养第1天的土壤有机碳矿化具有激发效应,激发能力:1次冻融交替>3次冻融交替>6次冻融交替,经过1次冻融交替处理后的土壤其呼吸速率与对照相比增加了17%～40%;其后,冻融交替处理土壤呼吸速率迅速下降,在培养后期甚至低于对照处理。     

植物类型与改良方式对重构土壤氮转化速率的影响

[目的] 研究不同植物与改良方式对重构土壤氮转化率的影响,为提高矿区重构土壤可利用氮素含量提供理论依据。[方法] 以取自内蒙古自治区通辽市扎哈淖尔露天煤矿的采矿剥离物为基质配制重构土壤,分别以鸡粪肥、自制改良剂对其进行改良,并选取4种类型的植物,研究这两个因素对无机氮存在形式、氮净矿化率、净氨化率和净硝化率的影响。[结果] 硝态氮是重构土壤中无机态氮存在的主要形式,改良剂、植物及其交互作用对重构土壤氮净矿化率、净氨化率和净硝化率有极显著影响,自制改良剂改良可以显著提高重构土壤中铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的含量及净硝化率,紫花苜蓿可以显著提高重构土壤中硝态氮含量及氮净矿化率。90 d时重构土壤的氮净矿化率最高。[结论] 播种90 d内,重构土壤中无机态氮存在形式由铵态氮向硝态氮转化,添加自制改良剂能够提高重构土壤中无机态氮含量,对矿区重构土壤的净氨化率、净硝化率及氮净矿化率的提高有促进作用。     

冻融交替对农田棕壤氮素转化过程的调控效应

通过室内培养模拟试验,研究了农田棕壤可溶性氮(可溶性无机氮,DIN;可溶性有机氮,DON;可溶性全氮,DTN)含量、微生物生物量氮(MBN)含量和净氮矿化速率(NNMR)对不同冻融温度和冻融频数的响应。结果表明:冻结温度和冻融频数是影响农田棕壤氮素转化过程的主要因子。随着冻结温度降低,土壤NO3–-N、NH4+-N、DIN、DON、DTN和NNMR均显著增加,而MBN先降低后增加。随着冻融频数增加,土壤NO3–-N、NH4+-N、DIN和DTN均显著增加,这与NNMR的变化趋势正好相反;MBN则呈现降低–增加–降低的变化趋势,这与DON的变化正好相反。可见,冻融交替显著促进非生长季农田棕壤的氮素转化,增加土壤无机氮含量,提高土壤供氮能力。     

粒径对冻融过程中加氮灌溉土壤N2O排放的影响

通过室内模拟的方法,研究了冻融过程潮土两种粒径（1 cm和0.25 mm）在加氮灌溉条件下N2O的排放通量,并且分析比较了3种氮素形态（铵态氮、硝态氮和酰胺态氮）和3种浓度（40、200和800 mg/L）对土壤N2O的排放通量的影响。结果表明：冻结前,除硝态氮浓度在大于200 mg/L时,细土N2O排放通量小于粗粒径土壤,其他氮素形态和浓度得到相反结果;冻结过程细土达到N2O稳定排放通量的时间要早于粗粒径土壤;融化后细土比粗粒径土壤早出现N2O排放峰,并且该峰值总体比粗粒径土壤小;随氮素浓度增加,粗粒径土壤3种氮素形态平均N2O累积排放量分别比细粒径土壤多45.46%、7.81%和46.87%。建议土壤在加氮灌溉时应尽量避免施加硝态氮肥,铵态氮肥的施用应尽量考虑降低浓度,并建议在灌溉越冬水且土壤冻结后耙碎大土块以减少N2O排放。     

不同氮素添加对不同土地利用方式黑土氮素转化特征的影响

以吉林省典型黑土区的玉米、果树、森林、水稻和菜地土壤为研究对象,采用室内培养法研究氮素在不同土地利用方式黑土中的形态转化特征。结果表明:施加氮肥使不同土地利用方式黑土的铵态氮和硝态氮含量均有不同程度的提高,其中铵态氮含量差异不显著,硝态氮含量差异显著。对于施加尿素的处理而言,S2(129.82 mg/kg)和C2(138.01 mg/kg)硝态氮含量显著高于G2(111.89 mg/kg)和D2(105.35 mg/kg),且Y2(126.92 mg/kg)显著高于D2。对于施加磷酸二铵的处理而言,各土壤硝态氮含量由大到小的顺序为C3(160.23 mg/kg)>Y3(150.00 mg/kg)>S3(140.12 mg/kg)>G3(133.45 mg/kg)>D3(126.70 mg/kg),且C3和Y3显著高于G3和D3。土壤净矿化速率和净硝化速率分别与土壤C/N,土壤微生物量碳、土壤微生物量氮呈显著负相关。整个培养期间,Y、G、C和D土壤平均NMR由大到小的顺序均为处理2>处理3>CK处理,S土壤平均NMR由大到小的顺序为处理3>处理2>CK处理。Y、G和D土壤平均NR由大到小的顺序均为处理2>处理3>CK处理,S和C土壤平均NR由大到小的顺序为处理3>处理2>CK处理。土壤理化性质对黑土氮素转化特征有重要影响。     

基于GIS和地统计学的甘肃省白龙江流域土壤氮素空间变异分析

[目的]分析甘肃省白龙江流域土壤氮素(全氮、硝态氮和铵态氮)空间变异规律,为土壤氮素管理与流域综合生态系统调控提供科学依据。[方法]采集0—20cm土壤氮素样点,室内试验得到样本土壤氮素含量,利用ArcGIS 10.2和地统计学方法等探讨研究区内土壤氮素的空间异质性和分布格局。[结果]土壤全氮、硝态氮和铵态氮都属于中等强度变异,变异系数范围在35%~90%之间;土壤氮素半方差模型的块基比在25%~75%之间,具中等强度的空间相关性,空间变异受到结构性因素和随机性因素共同影响;土壤全氮、硝态氮和铵态氮的最佳拟合模型均为高斯模型。总体上,土壤全氮和硝态氮含量主要由西北向东南逐渐降低;铵态氮含量整体分布表现为西北低,东南高的趋势。[结论]土壤全氮和硝态氮在不同土地利用类型和海拔高度间呈极显著或显著差异;土壤铵态氮在不同土地利用类型和海拔高度间差异不明显。     

砒砂岩与沙复配土壤的冻融特征

[目的]揭示砒砂岩与沙复配土壤冻融特征及其对风蚀的影响,为毛乌素沙地土地整治可持续性提供理论依据。[方法]利用陕西省榆林市榆阳区气象资料和土壤观测数据,结合含水量变化规律,以砒砂岩与沙复配土壤为研究对象,沙土为对照,探究2种土壤冻结层形成差异、冻融过程及积雪消融特点。[结果]由于含水量的差异,复配土壤与沙冻结层形成特点具有差异,沙地表层通常会形成土壤干层,从表层之下冻结,而复配土壤的冻结层在地表形成;复配土壤的最大冻结深度为116.0cm;大于沙地的最大冻结深度96.0cm,且冻结层融解时间晚于沙地一周;积雪覆盖条件下,沙地表层存在1.0~6.4cm的土壤干层,而复配土壤表层不存在干层,复配土壤积雪盖度和厚度均大于原始沙地,阳坡尤为显著。[结论]土壤冻层和积雪在复配土壤地表形成了2层保护层,减少了休闲期的风蚀作用。     

半干旱区不同围封年限对草地土壤和微生物碳氮含量的影响

[目的]探究半干旱区草地根际土壤碳氮及土壤微生物量碳氮对不同封禁年限响应特征,为半干旱草地生态系统物质循环研究以及生态系统养分限制判定等提供依据,并为确定合理围封年限提供科学参考。[方法]以宁夏回族自治区固原市云雾山国家级自然保护区半干旱草原为研究对象,应用生态化学计量学方法对比分析放牧地与围封10,25,35 a样地根际土壤有机碳、全氮、硝态氮、铵态氮和土壤微生物量碳氮含量及其化学计量特征变化过程与规律。[结果]围封显著增加了土壤碳氮含量,其最大值出现在封育25 a样地,随后下降。围封10,25 a和35 a样地土壤有机碳含量分别是放牧样地的1.37,1.83倍和1.38倍;总氮含量分别是放牧样地1.34,1.52倍和1.24倍。但土壤C:N随围封年限增加基本保持稳定,其值与土壤有机碳含量存在极显著相关,而与土壤总氮无明显相关性。与放牧样地相比,围封样地铵态氮含量随封育年限无明显变化,硝态氮含量和硝态氮:铵态氮比值则普遍下降,在围封25 a时最低。围封增加了土壤微生物量碳氮含量,围封10,25,35 a样地土壤微生物量碳含量较放牧地分别提高了20.5%,45.7%和15.1%;微生物量氮含量分别提高了24.7%,60.5%和40.9%。而微生物量C:N则随围封年限延长而下降,微生物量碳占土壤有机碳百分比对围封年限无响应。围封10,25 a样地与放牧地相比,微生物量氮占土壤总氮百分比和化学计量不平衡性(即土壤C:N与微生物量C:N比值)均无显著差异,但其值却在围封35 a样地显著增加。[结论]围封措施能够显著提高半干旱退化草地土壤碳、氮养分,促进土壤微生物活动,有利于退化草地恢复,但封育时间过长则可能产生负效应,封育25 a是草地长期封育措施中一个较为合理的围封年限。     

不同氮形态对镉胁迫下小白菜生长及镉含量的影响

【目的】研究施用速效氮肥（全铵、全硝、硝铵复合和尿素）对镉（Cd）污染土壤小白菜生长和Cd含量的影响,为合理选择氮肥,缓解Cd对植物生长的胁迫并减少Cd在作物体内的积累提供依据。【方法】以小白菜为试材,采用菜园土进行了盆栽试验。以CdCl2溶液模拟土壤Cd胁迫,设土壤Cd含量0、1、3和5 mg/kg 4个水平,每个胁迫水平分别供应小白菜铵态氮、硝态氮、硝铵（1:1）和尿素4种氮形态,总氮添加量均为N 400 mg/kg土。收获后分析各处理间小白菜的生长、光合、氧化胁迫及Cd含量的差异。【结果】 1）与无Cd对照相比,Cd 1 mg/kg处理水平下,全铵、全硝、硝铵和尿素处理的小白菜可食部分鲜重分别下降了31%、16%、21%和26%;Cd 3 mg/kg处理水平下分别下降了58%、28%、35%和39%;Cd 5 mg/kg处理水平下分别下降了83%、38%、52%和69%。全硝和硝铵处理间小白菜Cd耐受系数（TICd）差异不显著,但均高于全铵和尿素处理。2）与无Cd对照相比,Cd 1 mg/kg处理下,全铵、全硝、硝铵和尿素处理小白菜叶片的光合速率分别下降了14%、10%、12%和13%;Cd 3 mg/kg处理分别下降了33%、22%、25%和40%;Cd 5 mg/kg处理分别下降了53%、42%、41%和56%。与无Cd对照相比,1 mg/kg Cd浓度时全铵、全硝、硝铵和尿素处理小白菜叶片的丙二醛含量分别增加了11%、4%、9%和11%;超氧自由基产生速率分别增加了5%、1%、2%和4%,综合比较,以全硝处理下小白菜受Cd的光合抑制及氧化胁迫相对最小。3）3个Cd处理水平,均以施用全铵和尿素处理的小白菜体内Cd含量最高,硝铵处理次之,全硝处理最低。【结论】在供试菜园土上,小白菜施用铵态氮和尿素易引起Cd在小白菜体内的积累。施用硝态氮可缓解Cd诱导的光合抑制和氧化胁迫,减轻Cd对小白菜的生长胁迫,降低作物体内Cd的含量。