施用河道污泥对水稻和土壤重金属含量及 水稻氮素利用的影响

2013—2014年以苏州市相城区望亭镇某河道污泥为研究对象,以农田施用污泥20 kg?m~(-2)和不施用污泥为主处理,以施氮肥120 kg(N)?hm~(-2)(LN)和240 kg(N)?hm~(-2)(NN)为副处理,连续两季种植粳稻品种‘武运粳24’,研究河道污泥农田施用对水稻和土壤重金属含量及水稻氮素利用的影响。结果表明:1)河道污泥农田施用,显著提高了稻田土壤有机质含量、速效氮含量和重金属Cu、Zn、Pb含量,水稻产量平均增加7.05%,水稻籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量分别增加53.66%、18.71%和802.29%,水稻吸氮量显著增加,氮素利用效率显著降低。2)河道污泥施用后,较高施氮量(NN)增加了稻田土壤有机质含量和速效氮含量,对稻田土壤重金属含量和水稻籽粒中重金属含量影响不大,水稻产量、水稻吸氮量显著增加,但氮素利用效率显著降低。3)污泥处理条件下,与第1季相比较,第2季稻田土壤重金属Cu、Zn、Pb含量平均下降5.0%左右、籽粒中重金属Cu、Zn、Pb含量下降7.27%~12.65%,但均显著大于不施河道污泥的对照处理。4)污泥×氮肥、污泥×年度、氮肥×年度和污泥×氮肥×年度的互作效应对稻田土壤养分含量、重金属含量,水稻产量、籽粒重金属含量和水稻氮素吸收利用的影响均未达显著水平。     

秸秆还田配施氮肥对稻田增产及田面水氮动态变化的影响

针对我国南方稻田氮素流失污染严重问题,为明确高产稻田秸秆还田下氮肥施用效应,采用田间试验,研究秸秆全量还田下不同氮肥用量对水稻产量及稻田田面水氮素动态变化的影响,以期为长江下游径流易发地区探寻兼顾产量与环境效益的秸秆还田配施氮肥措施。结果表明:(1)秸秆还田下配施氮肥可显著提高水稻产量,但当氮肥用量过高则增产效应降低,连续秸秆还田4年以上可以发挥秸秆部分替代氮肥的增产效应;(2)稻田田面水总氮TN、NH_4~+-N在每次施肥后1～2 d达到峰值,之后迅速下降至相对低浓度水平,施肥后一周内是氮素径流损失的风险期,秸秆还田可有效降低水稻生育前期稻田田面水TN浓度,但同时一定程度增大了可溶性有机氮(DON)的流失潜力;(3)秸秆还田下搭配减氮施肥(SN1)较推荐氮肥(SN2)与常规施肥(SN3)可分别减少25%、40%氮肥用量,同时可分别降低田面水中9.6%、20.8%TN含量(P 0.05),是兼顾产量与环境效益的最佳措施。因此,推荐长江中下游径流易发的水稻种植区,对秸秆长期全量还田,配施氮肥用量180～225 kg·hm~(–2)。     

麦秸秆和沼液配施对水稻苗期生长和土壤微生物的调控

研究了等量氮素肥料处理下小麦秸秆全量还田结合化肥(S-CF)、小麦秸秆全量还田结合沼液(S-BS)和全量化肥(CF)处理对水稻幼苗生长、氮磷积累及土壤微生物群落的影响。结果表明,不同施肥处理的水稻幼苗生长明显被促进,其中CF处理的促进效果最好,其次是S-BS处理。S-BS处理的水稻叶片可溶性糖含量明显高于其他施肥处理,其叶片含氮量也明显高于CF处理。CF处理的土壤细菌总量明显高于S-BS处理,而S-BS处理的土壤细菌总量均显著高于对照(CK,不施肥)和S-CF处理;其中CF处理变形菌门细菌相对丰度显著高于其他处理。而CK和S-CF处理的真菌总量明显高于S-BS和CF处理,S-BS处理的真菌总量最低,其中,CK土壤优势真菌子囊菌门、担子菌门的相对丰度显著高于其他处理,S-CF处理土壤的壶菌门真菌相对丰度也显著高于其他处理。S-CF和S-BS处理的细菌Chao1丰富度指数和香农(Shannon)多样性指数要明显高于CF处理和CK,而S-CF处理的土壤真菌的Chao1指数和香农指数要明显高于CK,CF处理的土壤真菌Chao1指数和香农指数最低。秸秆、沼液短期替代化肥的处理下水稻植株生长低于全化肥处理的,但秸秆、沼液、化肥结合施用对水稻幼苗的促生作用依然很明显,尤其是秸秆还田结合沼液灌溉的全量替代化肥处理。全量替代化肥处理下,即秸秆和沼液处理的土壤质量和细菌丰富度及多样性即使在短期施用条件下也被明显促进。     

沼液稻田消解对水稻生产、土壤与环境安全影响研究

为研究稻田消解沼液对水稻安全生产、土壤肥力及质量的影响,评价沼液施用后对水体及大气环境污染的风险,提出稻田沼液消解安全容量,在浙江省嘉兴市青紫泥田（属脱潜潴育型水稻土）上,进行3a定位田间小区试验,考察了不同沼液用量下水稻产量、稻谷及土壤中有害重金属含量差异,测定了稻田氨挥发通量及田面水、下渗水氮含量,并确定了稻田沼液消解容量。结果表明,连续3a、每年水稻生长季施灌沼液135～540kgN·hm-2的范围内,水稻产量与全化肥区持平或略有增产,施灌沼液处理的稻谷中有害重金属镉、铅、汞、砷含量没有明显增加;除高沼液用量处理土壤速效钾、缓效钾含量明显增加外,其他土壤肥力指标没有明显增加,土壤中重金属含量也没有明显积累;施用沼液处理田面水中铵态氮含量明显高于全化肥处理,但对土壤下渗水氮含量影响较小;2倍氮沼液用量下,水田消解中氨挥发量占总氮投入量的13%,高于全化肥处理10倍以上。在水稻生产安全、农产品安全、土壤质量可持续、农田水环境友好的前提下,水稻生长季沼液稻田消解的安全容量为540kgN·hm^-2·a^-1;氨挥发是目前沼液稻田消解中主要的环境风险。     

长期化肥配施不同有机肥对土壤和玉米中重金属累积的影响

  【目的】  明确长期化肥配施有机肥对重金属元素在土壤和农作物籽粒、秸秆中积累的影响及其环境效应，为安全高效施肥提供科学依据。  【方法】  在北京市农林科学院新型肥料长期定位试验站进行了为期10年的田间试验，其种植模式为冬小麦–夏玉米轮作，试验处理为不施肥 (CK)、单施化肥 (NPK)、氮磷钾 + 鸡粪堆肥的有机肥料 (NPKJF)、氮磷钾 + 污泥堆肥的有机肥料 (NPKWN)、氮磷钾 + 垃圾堆肥的有机肥料 (NPKLJ) 和氮磷钾 + 秸秆粉碎还田 (NPKJG) 共6个处理，施肥处理依据等氮量施肥原则，每季作物施 N 180 kg/hm2、P₂O₅ 90.0 kg/hm2、K₂O 90.0 kg/hm2。在玉米收获后测定了玉米秸秆、籽粒和0—20 cm耕层土壤中重金属全量。  【结果】  添加污泥处理显著提高了土壤中Cd、Hg、As、Cu、Zn的含量，单因子污染指数分别比对照提高了45.10%、150.00%、104.00%、44.60%、65.80%。不同施肥处理对土壤中全量Cd、Cr、Hg、Cu、Zn存在一定的富集效果。各处理重金属单项污染指数在0.02～0.46，远小于1，综合污染指数为0.23～0.36，均小于0.7，试验区土壤重金属均为无污染等级。施用有机废弃物堆肥的处理玉米籽粒Cd、Cu、Zn含量比对照显著增加，各处理间Hg、As、Cr、Pb、Ni含量差异不显著，连续10年定位施肥后试验站土壤以及玉米籽粒中重金属含量均未超标。同一作物不同部位对重金属的富集能力不同，玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤Pb、Cu、Zn含量存在正相关性，玉米秸秆中Cd、Hg、Cr、Ni含量与土壤中Cd、Hg、Cr、Ni含量呈正相关或者显著负相关。  【结论】  在施氮总量不变的前提下，连续施用供试有机堆肥10年后，土壤重金属含量均未超标，土壤重金属单项污染指数在0.02～0.46，综合污染指数为0.23～0.36，无污染风险。只有污泥堆肥需要加强土壤Cd的监测。玉米秸秆对重金属的富集能力大于籽粒。玉米籽粒中Pb、Cu、Zn含量与土壤相应重金属含量存在正相关性，秸秆中Cd、Pb、Hg、Zn与Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈正相关，而秸秆中Cr、Ni含量与土壤中相应重金属含量呈负相关。     

长期肥料试验对土壤和水稻微量元素及重金属含量的影响

长期肥料试验会影响土壤中微量元素和重金属状况以及作物对微量元素和重金属的吸收。本文研究了长期的不同施肥处理对土壤、糙米中微量元素Cu、Zn、Fe、Mn和重金属Pb、Cd含量的影响,结果表明:经17a连续施用猪粪及秸秆还田显著增加了土壤Cu、Zn和Cd全量,而土壤Fe、Mn和Pb全量在不同施肥处理间没有显著差异;施肥增加了土壤有效态Cu、Zn和Fe含量,其中施用猪粪及秸秆还田的3个处理显著增加了土壤有效态Cu、Zn和Cd含量,而土壤有效态Pb含量在不同施肥处理间没有显著差异。不同处理糙米Cu、Zn、Fe、Mn和Pb含量变化较小或没有显著性差异,而在3个施猪粪和秸秆还田处理中,糙米Cd含量均超过国家食品卫生标准(>0.2 mg kg-1)。水稻地上部吸收积累Cu、Zn、Fe、Mn、Pb和Cd总量与其地上部生物量呈正相关,土壤Cu、Zn、Cd有效态与全量含量呈极显著相关关系,而糙米中的镉含量与土壤镉含量有较好的相关关系。长期施用畜粪导致土壤Cd污染问题应引起高度重视。     

掺混控释肥侧深施对稻田田面水氮素浓度的影响

为了明确掺混控释肥侧深施对稻田氮素损失的控制效果,采用大田试验,以武运粳23号为试验材料,通过设置无机化肥常规用量分次施用(CN)、掺混控释肥梯度减量一次性基施(常规用量、减量10%、减量20%和减量30%)共5个处理,研究了掺混控释肥(RBB)减量对太湖地区稻田田面水不同形态氮素浓度的影响及产量效益。结果表明,与无机化肥常规用量分次施用CN处理(270 kg/hm~2)相比,RBB减量10%～30%不会造成水稻减产。田面水氮素以铵态氮为主,无机化肥施用后田面水氮素浓度在施肥后1～2 d即达到峰值浓度,此后逐渐下降;掺混控释肥处理的3个肥期田面水氮素峰值浓度较低,均显著低于CN处理。由于田面水氮素以铵态氮为主,因此总氮均值浓度降低幅度与铵态氮较一致。其中,基肥期、蘖肥期、穗肥期田面水总氮均值浓度两年降低幅度分别为87.19%～93.87%(2015年)和76.93%～83.48%(2016年),69.74%～79.73%(2015年)和74.46%～87.52%(2016年),94.43%～96.69%(2015年)和95.52%～96.57%(2016年)。RBB减量能够降低前期(基肥期和蘖肥期)田面水氮浓度,总体呈随用量减少而降低的趋势。但减量幅度相近处理的田面水氮素浓度未呈现一致性规律变化。结果说明,RBB施用减少了太湖地区稻田肥期氮素流失风险,RBB肥料用量为189～216 kg/hm~2能够在保证水稻产量的前提下降低前期田面水氮素浓度,减少氮素流失风险。     

穗肥期沼液消解对稻田水体氮素的影响

为研究农田沼液安全消纳及农业面源污染源头减量减排技术,通过设置不同量沼液消解处理,监测了稻田穗肥期水体氮素动态变化情况。结果表明:水稻穗肥期沼液消解明显增加了田面水总氮浓度,且随沼液施灌量的增加而增大。在施灌3d后田面水总氮含量出现明显的下降趋势。与施灌后1d比较,各处理总氮浓度降解率达51.10%~78.36%。300%沼液替代化肥处理在施灌后1~7d对下渗水40cm处和60cm处总氮的影响均超过了常规施肥处理,200%沼液替代化肥处理在施灌后的1~7d对下渗水40cm处总氮的影响超过了常规施肥处理,对60cm处总氮的影响1~5d略高于常规施肥处理,7d后低于常规施肥处理,而100%沼液替代化肥处理对下渗水总氮的影响总体上呈现低于常规施肥处理的趋势。沼液消解对水体氮素的影响以铵态氮为主,对下渗水硝态氮的影响较小。可见,施灌沼液后的前3d是稻田生态系统消解沼液中氮素的关键时期,也是控制稻田径流氮损失的关键时期。从下渗水水质安全考虑,水稻穗肥期沼液一次消解安全量应控制在100%沼液替代化肥处理(折合沼液用量141.18t/hm2)范围内。     

紫色土减磷配施有机肥的磷肥效应与磷素动态变化

为探索长江上游稻油轮作系统减少农田磷素流失和有效提高磷肥利用率的最佳施肥模式,降低磷对水体富营养化的影响,采用长期田间定点试验并结合室内试验分析,研究了化肥配施猪粪和水稻秸秆还田对紫色土磷肥效应及磷素迁移的影响。结果表明:在常规作物施肥基础上配合施用有机肥,适当减少化学磷肥施用量,对作物产量没有显著的减产效应,且能在一定程度上减少农田磷素损失,提高磷肥利用率。水稻磷肥利用率总体表现为常规施磷量减20%+猪粪有机肥(MDP)常规施磷量减20%+秸秆还田(SDP)常规施肥+猪粪有机肥(MP)常规施肥+秸秆还田(SP)≈优化施肥(P),各处理利用率在20%~25%之间。油菜磷肥利用率总体表现为SDPMDPMPSPP,各处理利用率在17%~29%之间。在水稻生长前一个月内,田面水总磷含量随着施磷水平的增加而增加,其中常规施肥(P)比不施磷肥(P0)处理总磷含量高4倍左右。各处理中磷含量大小表现为PMPSPMDPSDPP0,配施有机肥可以提高稻田土壤对磷的吸附,降低前期土壤磷向水体中释放,配施秸秆比配施猪粪对减少土壤磷素流失效果更好,磷肥施用后的7~10天内是控制稻田磷素流失的关键时期。油菜蕾苔期的土壤有效磷含量较苗期明显降低,但在油菜开花期和收获后期,土壤有效磷含量明显上升,油菜生长花期以后是土壤有效磷淋失的主要时期。有机无机肥配施可以显著提高土壤有效磷含量。化学磷肥减量并配施有机肥是应对农业面源污染"控源节流"的较好措施。     

浮萍对不同氮肥用量下稻田水中氮含量动态的影响

为探究不同施氮量下2种浮萍[青萍(Lemma minor)和紫萍(Spirodela polyrrhiza)]对稻田田面水氮含量动态的影响,设置5个氮梯度(0、90、180、270、360 kg N·hm^-2),研究浮萍对稻田田面水氨态氮(${NH_{4}}^{+}$-N)、硝态氮($NO_{3}^{-}$-N)及全氮含量动态的影响。结果表明,田面水${NH_{4}}^{+}$-N和全氮含量随着施氮量的增加而增加,添加2种浮萍的稻田田面水${NH_{4}}^{+}$-N含量随培养时间延长呈逐渐降低的趋势。通过对不同氮梯度下${NH_{4}}^{+}$-N含量进行比较分析,发现添加紫萍的田面水${NH_{4}}^{+}$-N含量较青萍低,表明添加紫萍更有利于减少稻田${NH_{4}}^{+}$-N的流失。在N270和N360处理下,全氮含量在整个培养期间呈先降低后升高再降低的趋势,表明高氮量输入(270 及360 kg N·hm^-2)下,添加的浮萍在前期氮素浓度较高时可吸收氮素,而在后期浓度较低时可通过自身腐解向田面水中释放氮素,从而提高后期(培养30 d)田面水氮含量,对于降低施肥初期田面水氮素径流流失风险和保证施肥后期作物的氮营养供应具有重要的作用。本研究为通过放养浮萍优化稻田氮素利用、减少稻田氮素流失提供了理论依据。     

水稻分蘖期沼液施灌对农田水体氮素的影响

沼液作为农牧生产废弃物能源化的副产物,是农业面源污染物的重要来源,又是水环境保护亟待解决的薄弱环节。为研究农田安全消纳沼液技术,本文通过设置BS10(一次性基施沼液1 000 t·hm?2)、300%BS(沼液300%常规施N替代,分蘖期施灌沼液635.29 t·hm?2)、200%BS(沼液200%常规施N替代,分蘖期施灌沼液423.53 t·hm?2)、100%BS(沼液100%常规施N替代,分蘖期施灌沼液211.76 t·hm?2)、CF(常规施肥)、CK(不施肥)等处理,监测了稻麦两熟制农田稻季分蘖期田面水及不同深度下渗水水体氮素动态变化情况。结果表明:水稻分蘖期沼液施灌明显增加了田面水总氮和铵态氮浓度,且随沼液施灌量的增加而增大。各沼液施灌处理田面水中氮素含量以铵态氮为主,浓度随着时间推移明显降低。与施灌后1 d比较,各处理总氮浓度在施灌后3 d下降达46.67%~73.26%,铵态氮浓度下降达47.52%~67.60%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理26.59%、26.43%、24.38%、10.25%,铵态氮下降速率分别高出CF处理14.73%、17.29%、20.08%、6.47%;施灌后7 d总氮浓度下降69.15%~86.43%,铵态氮浓度下降75.25%~83.73%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理13.16%、12.27%、11.60%、5.96%,铵态氮下降速率分别高出CF处理6.05%、6.21%、8.48%、3.55%。因此认为沼液施灌后的前3 d是稻田消解沼液的关键时期,也是通过控制灌排水减少径流氮损失的关键时期。与常规施肥处理比较,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理对40 cm处下渗水总氮和铵态氮含量的影响不明显,但增加了60 cm处下渗水总氮和铵态氮浓度,施灌后7 d,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理60 cm处下渗水总氮含量分别高出CF处理0.37 mg·L–1、0.67 mg·L–1、0.13 mg·L–1、0.23 mg·L–1。BS10、200%BS处理60 cm处下渗水铵态氮含量分别高出CF处理0.02 mg·L–1、0.36 mg·L–1。施灌3 d后100%BS处理对田面水影响最小,对不同深度下渗水的影响也较低。40 cm处下渗水和60 cm处下渗水总氮浓度各处理重复值之间变化幅度较大,方差分析显示在0.05水平下无显著性差异。结合水稻安全生产,建议分蘖期沼液施灌应控制在211.76 t·hm?2范围内。     

休闲稻田消解沼液生态效应及其对水稻安全生产影响研究

为研究利用休闲稻田消解沼液生态效应及对后季水稻安全生产、土壤肥力及质量的影响,在浙江省嘉兴市脱潜潴育型水稻土青紫泥田上,进行4年定位田间试验,考察了休闲季灌施不同用量沼液对水稻产量、稻谷、土壤中有害重金属含量差异以及土壤中养分含量的变化,提出休闲稻田沼液消解安全容量。研究结果表明：休闲稻田灌施沼液可有效消解单一水稻轮作制地区沼气工程冬春季产生的沼液,每公顷休闲稻田每年安全消纳沼液3000t,后季水稻可在不施化学氮、钾肥,减半施用磷肥的基础上获得与全化肥处理相近或略高的产量;休闲季灌施沼液对土壤肥力有明显改善作用,土壤有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾、缓效钾都明显高于不灌沼液处理,但除土壤速效钾和缓效钾外,各种养分含量年度递增趋势并不明显,没有出现养分过度累积导致的富营养化;与全化肥处理相比,休闲季灌施沼液后土壤及稻谷中有害重金属含量没有明显增加;综合沼液灌溉对产量、土壤质量、稻谷安全品质监测结果,在水稻生产安全、土壤可持续利用的目标下,确定休闲稻田沼液安全消解容量为N1500kg·hm-2。     

稻田消解沼液工程措施的水环境风险分析

为研究稻田消解沼液的能力及消解沼液过程中潜在的水体环境污染风险,该文通过田间定位试验,采取工程措施,监测并分析了稻田主要生育期消解沼液过程中田面水及不同深度下渗水总氮、铵态氮和硝态氮质量浓度变化情况。结果表明:1)稻田消解沼液的关键时期是施灌后的前3 d,总氮降解幅度达46.67%~78.36%,铵态氮降解幅度达47.52%~85.27%,且穗肥期消解速率大于基蘖期。施灌后3 d内若产生径流造成周边水体富营养化的环境风险较大,可采取封闭大田排水口或增加小区田埂高度5~10 cm等田间工程措施,控制地表径流产生量和产生时间,确保安全消解,实现农业面源污染源头减量减排。2)沼液消解量在200%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的2倍,即沼液量705.88 t/hm2)以上,基蘖期和穂肥期对周边水体潜在的污染风险均高于常规施肥处理,100%BS处理(沼液氮量为常规施肥氮量的1倍,即沼液量352.94 t/hm2)与常规施肥处理相比潜在的环境污染风险稍低。因此,稻田工程措施消解沼液应采取少量多次的消解方式。3)稻田工程措施消解沼液对下渗水的污染风险主要集中在基蘖期,以铵态氮污染风险为主,硝态氮污染风险较小,污染程度因下渗水深度不同而有所差异。研究表明基蘖期稻田每次沼液消解量应控制在211.76 t/hm2以内,穗肥期稻田消解沼液能力较强,污染风险较小,单次消解量低于423.53 t/hm2在该试验的一个稻米生长周期内可视为安全的。该研究结果可为稻田沼液安全消解技术及农业面源污染源头减量减排技术提供理论支撑。     

不同有机物及其堆肥与化肥配施对小麦生长及氮素吸收的影响

采用15N示踪技术,选用水稻土和灰潮土在宜兴进行小麦盆栽试验,研究了稻草、猪粪及其堆肥与化肥配施对作物生长及氮素吸收的影响。结果表明,在水稻土和灰潮土上,不同有机物及其堆肥与化肥配施分别比单施化肥增产4.46%～24.82%和1.01%～20.53%,稻草堆肥和猪粪堆肥配施化肥处理籽粒产量分别高于稻草和猪粪直接与化肥配施处理。稻草和猪粪堆肥后更利于作物吸收氮素,增加植物体内15N累积。两种土壤上15N回收率表现为相同配比的堆肥处理未堆肥处理单施化肥处理。随着小麦生育期的推进,土壤微生物量氮和矿质态氮含量均呈下降趋势,稻草和猪粪处理的微生量氮含量始终高于稻草堆肥和猪粪堆肥处理。有机无机肥配施处理土壤矿质态氮在小麦生育前期低于单施化肥,成熟期则高于单施化肥。整个生育期中,稻草堆肥和猪粪堆肥处理土壤矿质态氮含量分别高于稻草和猪粪处理。因此,有机物堆肥后与化肥配施更有利于提高产量,促进作物对氮素的吸收利用。     

沼液处理对土壤微生物性状及西瓜枯萎病发生的影响

采用室内盆栽模拟的方法,研究了沼液保湿和淹水处理对马肝土和潮土微生物性状的影响以及对西瓜枯萎病的防效。结果表明,沼液处理土壤21 d对西瓜枯萎病的防效和病原菌的消减效果较好。两种土壤中,铵强化沼液淹水处理西瓜枯萎病发病率均最低。沼液保湿处理发病率平均比对照降低15%。马肝土中,铵强化沼液淹水处理尖孢镰刀菌数量最少;潮土中秸秆沼液淹水处理对病原菌数量的消减效果最好。沼液处理提高了土壤可溶性有机碳、氮含量以及荧光素二乙酸酯酶活性,其中沼液淹水处理提高幅度更大。对各处理Biolog-ECO板孔平均颜色变化的主成分分析表明,沼液淹水处理、沼液保湿处理的微生物群落结构与水保湿对照处理有明显差异。沼液淹水和铵强化沼液淹水处理能提高土壤微生物功能多样性指数,秸秆沼液淹水处理则显著降低土壤微生物功能多样性指数。     

沼液替代化学氮肥对滨海稻田土壤有机氮和细菌群落的影响

  【目的】  明确沼液替代化肥对稻田土壤有机氮(SON)矿化的影响及其与土壤微生物群落变化的关系。  【方法】  田间试验于2017年在江苏滨海稻田上进行,在总氮投入量225 kg/hm2的前提下,设置4个沼液替代化肥氮比例:0%、33%、66%、100% (即,BS0、BS33、BS66、BS100处理)。试验连续进行3年后(2019年),取土测定了有机氮的矿化特征,分析有机氮中酸解氮、非酸解氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、氨基糖态氮、酸解未知态氮的含量及细菌组成结构。  【结果】  与BS0处理相比,BS66处理的土壤氮矿化势(N₀)增幅最大,达39.7%。氨基酸态氮和非酸解氮含量沼液施用处理有显著升高(P<0.05),BS66处理的氨基酸态氮较BS0增加了39.2%,BS100处理的非酸解氮含量增加了73.9%。沼液替代化肥提高了土壤Chloroflexi (绿弯菌门)与Actinobacteria (放线菌门)的相对丰度,显著降低了Nitrospirae (硝化螺旋菌门)的相对丰度(P<0.05)。不同细菌属对沼液替代化肥水平的响应差异较大,随着沼液替代化肥比例的上升Subgroup_6_unclassified的相对丰度增加;而Subgroup_17_unclassified的相对丰度则呈下降趋势;KD4-96_unclassified的相对丰度在BS33处理下降低而在BS66处理及BS100处理下升高;沼液替代化肥模式下新增了相对丰度≥1%的细菌属Subgroup_7_unclassified。冗余分析结果显示,土壤N₀与Thermodesulfovibrionia_unclassified呈极显著负相关(P<0.01),非酸解氮与Subgroup_6_unclassified呈显著正相关(P<0.05),而与Betaproteobacteria_unclassified呈显著负相关(P<0.05),氨基酸态氮与Proteobacteria_unclassified、氨基糖态氮与KD4-96_unclassified呈显著正相关(P<0.05),酸解未知态氮和Desulfarculaceae_unclassified呈显著负相关(P<0.05)。  【结论】  沼液替代化肥改变了土壤微生物群落结构,增加了土壤氮库容量,显著提高了土壤氮矿化势,增强了土壤供氮能力。     

微塑料输入与秸秆添加对潮土和黄棕壤氮淋溶的影响

为探究微塑料输入与秸秆添加对农田土壤氮淋溶的影响，以潮土和黄棕壤为研究对象，每种土壤各设置8个处理，包括对照（CK）、低量微塑料（PE1）、中量微塑料（PE2）、高量微塑料（PE3）、秸秆（S）、秸秆+低量微塑料（S+PE1）、秸秆+中量微塑料（S+PE2）、秸秆+高量微塑料（S+PE3），研究了添加秸秆与不添加秸秆条件下，不同微塑料输入量对土壤氮淋溶的影响。结果表明，仅添加微塑料条件下，与对照（CK）相比，潮土PE1、PE2、PE3处理总氮（TN）淋溶量均无显著差异，黄棕壤仅PE1处理显著增加了TN淋溶量。在添加秸秆（S）处理中，与对照（CK）相比，潮土添加秸秆后显著降低了硝态氮（NO₃^--N）、铵态氮（NH₄⁺-N）、TN淋溶量，分别降低了31.15%、13.45%、15.26%，黄棕壤添加秸秆后显著增加了TN淋溶量，增加了22.56%。添加秸秆处理相较于不添加秸秆处理，潮土各浓度微塑料输入下NO₃^--N、NH₄⁺-N、TN的累计淋溶量呈降低趋势，而黄棕壤低量微塑料输入降低了TN淋溶量，高量微塑料输入增加了TN淋溶量。偏最小二乘路径模型（PLS-PM）分析表明，在潮土中添加秸秆主要通过影响淋溶液pH和NO₃^--N淋溶量影响氮素淋溶，微塑料添加量对氮淋溶无显著影响；在黄棕壤中添加秸秆主要通过影响淋溶液NO₃^--N、NH₄⁺-N淋溶量影响氮淋溶，微塑料添加量主要通过影响淋溶液NH₄⁺-N淋溶量影响氮淋溶。研究结果可为农田土壤微塑料污染风险的管控及减少土壤氮素的淋失提供依据。     

秸秆全量还田下沼液替代化肥对潮土团聚体及结合有机碳的影响

  目的  通过探究黄淮海平原秸秆全量还田条件下长期沼液替代化肥对潮土水稳性团聚体及结合有机碳影响,以期为改善土壤结构,增加土壤有机碳积累及推动种养结合循环农业发展提供科技支撑。  方法  采集长期持续进行不同沼液替代化肥处理（不施肥对照,CK;单一施用沼液,BS;单一施用化肥,CF;以及沼液半量替代化肥,BSCF）的表层（0 ~ 20 cm）土壤,利用湿筛法分离水稳性团聚体并测定不同粒径团聚结合有机碳分布变化情况。  结果  相较于对照,各施肥处理均能显著增加了外源有机碳投入,增加水稳性大团聚体质量组成比例,提高团聚体稳定性,其中沼液半量替代化肥处理 > 0.25 mm粒径水稳性团聚体质量组成比例提升效果最为明显,平均重量直径和几何平均直径最高,而团聚体破碎率和分形维数最低。不同处理团聚体结合有机碳含量随粒径增加表现出先升高后降低的趋势,其中以0.25 ~ 2 mm粒径最高。同时各施肥处理均增加各粒径团聚体结合有机碳含量,显著提高 > 0.25 mm粒径大团聚体结合有机碳贡献率,降低 < 0.053 mm粒径粘粉粒结合有机碳的贡献率。  结论  在黄淮海平原秸秆全量还田条件下通过沼液半量替代化肥不仅有利于水稳性大团聚体的形成和团聚体稳定性的提高,达到改善土壤结构的目的,而且能够调控各粒径团聚体结合有机碳贡献率,达到平衡土壤有机碳的维持和养分的释放目的。