褐土区农田土壤氮磷淋溶特征及其管理措施

自20世纪90年代以来,持续过量氮磷化肥投入导致农业面源污染日益严重,了解农田土壤氮磷淋溶特征是降低地下水污染的基础。基于田间调查、长期定位肥料试验和田间试验,分析褐土区氮磷的盈余状况,阐明该区农田土壤氮磷的盈余变化、淋溶特征;评价田间管理措施对农田土壤氮磷淋溶的影响。结果表明,典型褐土区关中平原过量施氮的土壤达到83%以上,大量土壤硝态氮已经迁移到100cm土层以下,15%的水井地下水的硝态氮含量超过10 mg·L~(-1)(WHO饮用水标准);80%耕层土壤有效磷(Olsen-P)含量已超过20mg·kg-1,富磷土壤已出现可溶性磷素向耕层以下迁移的现象。氮肥和磷肥的投入量、氮磷吸收量和土壤氮磷残留量之间存在着3个发展阶段:环境友好-资源高效阶段、环境低风险-资源低效阶段和环境有害-资源无效阶段。与当地常规水肥投入量相比,在保证产量的前提下,化肥减量、降低灌溉量、施用生物炭或秸秆还田都可以降低氮磷淋失量;其中化肥减量、降低灌溉可显著降低氮磷的淋失,其次是施用生物炭和秸秆。施用秸秆条件下,阻控硝态氮淋失与微生物生物量碳氮的提高、土壤硝化势降低或反硝化势升高有关。此外,需要关注褐土区粮果复合系统中土壤氮磷淋溶的环境效应、地下水硝酸盐污染的溯源等问题。     

秸秆、猪粪混施对麦田根际土壤过氧化氢酶与蔗糖酶活性的影响

本研究于2012—2014年在成都平原稻麦轮作区开展田间试验,分析秸秆、猪粪施用对小麦各生育期内根际及非根际酶活性的动态变化影响,为种养废弃物的合理施用提供科学依据。试验共设置不施肥对照、纯化肥、秸秆全量还田+纯化肥、秸秆全量还田+低量猪粪替代化肥、秸秆全量还田+高量猪粪替代化肥等5个处理。结果表明,同一处理下的根际土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性均显著强于非根际土壤(P0.05);猪粪还田处理能提高土壤的过氧化氢酶活性,秸秆和猪粪还田处理能提高土壤蔗糖酶的活性;从小麦的整个生育期来看,其根际及非根际土壤过氧化氢酶活性均呈减弱趋势;而根际土壤蔗糖酶活性在小麦生育期内存在较大波动,非根际蔗糖酶活性呈"单峰"变化。     

基于稻麦轮作农田土壤锌累积的猪粪安全施用量

【目的】 针对江苏省规模养殖废弃物超排,严重引起环境污染且资源大量浪费的突出问题,开展了稻麦农田猪粪有机肥替代化肥后耕层土壤重金属Zn的变化特征研究,并基于耕层土壤Zn累积速率探讨了猪粪有机肥安全施用量,为规模养猪场有机肥安全利用技术推广提供科学依据。【方法】 采用田间定位试验方法,根据稻麦两熟制农田猪粪有机肥用量,设对照（CK）、化肥（CF）、25%猪粪+75%化肥（25% PM）、50%猪粪+50%化肥（50% PM）、75%猪粪+25%化肥（75% PM）、100%猪粪（100% PM）、125%猪粪（125% PM）和200%猪粪（200% PM）,共8个处理,每个处理3次重复。在2013和2014年水稻收获期,分0-10 cm和10-20 cm两个土层采集5点混合土壤样品。采用HF-HNO₃-HClO₄消煮和DTPA浸提-原子吸收分光光度法分别测定土壤总Zn和有效态Zn含量,分析不同量猪粪有机肥施用后土壤总Zn和有效态Zn的变化特征和累积速率。根据农业安全生产二级标准,结合不同猪粪有机肥施用量的耕层土壤总Zn年累积速率,分析稻麦农田猪粪有机肥可安全施用年限。【结果】 稻麦农田猪粪有机肥施用后第3、4年水稻收获期,0-10 cm和10-20 cm土层总Zn和有效态Zn含量,以及总Zn和有效态Zn的累积速率,均随着猪粪有机肥施用比例提高呈线性增加趋势。2014年水稻收获期,不同猪粪有机肥处理耕层0-10 cm土壤总Zn和有效态Zn含量的变化范围分别为91.1~236.5和8.9~49.4 mg/kg,年累积速率变化范围分别为6.6~42.9和1.9~2.0 mg/（kg·a）,即耕层土壤年累积的有效态Zn含量占总Zn含量的比例为28.0%~31.3%。由耕层0-10 cm土壤总Zn的年累积速率可知,稻麦农田猪粪有机肥可安全施用年限随着猪粪有机肥施用比例提高呈现乘幂方程的降低趋势。在农业安全生产二级标准内50年尺度上猪粪有机肥氮替代比例为11.1%~12.5%,20年尺度上猪粪有机肥氮替代比例为33.6%~35.5%。【结论】 猪粪有机肥连续施用后,稻麦两熟农田耕层土壤Zn存在累积效应,并随着猪粪有机肥施用量增加呈线性增强的趋势。基于该定位试验的耕层土壤总Zn累积速率,建议短期猪粪有机肥氮替代率不超过35%,中长期猪粪有机肥氮替代率不超过12.5%。     

不同有机物料与部分化肥长期定位配合施用对土壤养分的调控效应

为了明确有机物料替代部分化肥长期定位施用对冬小麦连作农田土壤养分的调控效应。在陇东黄土旱塬进行连续11年的定位试验,比较不施肥(CK)、施用等量氮磷养分的3种有机物料(生物有机肥、秸秆还田、农家肥)与氮磷化肥配施的农田土壤养分含量变化。结果显示:2016年冬小麦收获后,相比于CK,施用有机肥明显增加了0~60 cm土层硝态氮积累量,而有机质、全量氮磷钾及其速效养分含量在0~60 cm土层范围内随土层深度增加逐渐降低,且0~20 cm土层为硝态氮、有机质、全量氮磷钾及速效氮、磷富集区。从0~20 cm土层平均养分含量来看,施用有机肥显著提高了土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量。其中生物有机肥处理11年土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾含量分别较CK提高了18.39%、11.49%、15.62%、2.76%、14.94%、143.25%、36.33%,农家肥处理分别提高了14.42%、14.94%、14.06%、2.84%、10.87%、100.7%、41.58%,秸秆还田分别提高了7.20%、10.34%、9.38%、1.46%、9.24%、54.66%、8.82%。因此,在陇东半湿润偏旱雨养农业区,采用化肥与有机肥配施,兼顾钾肥的施肥措施是最合理的施肥方式,有利于保持黑垆土养分平衡,促进农田生产力稳定可持续。     

连续全量秸秆还田与氮肥用量对农田土壤养分的影响

秸秆每季或隔季机械化全量还田可能是未来稻麦轮作农田秸秆还田的主流方式。该文研究了两种秸秆全量还田方式下不同氮肥用量对土壤养分保持和供应能力的影响,以期为该种还田方式的应用提供依据。通过田间小区试验,比较稻作一季与稻麦两季秸秆全量还田条件下不同氮肥用量对土壤有机质(SOM)、全氮(TN)、碱解氮(AN)、速效磷(AP)、速效钾(AK)、铵态氮(NH4-N)和硝态氮(NO3-N)的影响。结果表明:单季秸秆还田下,土壤SOM、TN、AN、AP、AK随着氮肥用量的增加而增加,分别比CK(不施秸秆与氮肥)增加了3.7%～11.2%,2.2%～16.2%,6.4%～22.8%,25.7%～106.5%,30.2%～58.7%,土壤NH4-N、NO3-N的含量比CK显著降低,分别减少了1.30,1.32mg/kg;同等氮肥用量(N1～N3)时,双季秸秆还田比单季秸秆还田土壤SOM、AP、AK分别增加了1 000～2 400,7.9～14.5,11.0～15.0mg/kg,土壤AN、NH4-N、NO3-N分别降低了6.1%～10.0%,9.9%～11.3%,14.7%～22.8%,对土壤TN无显著影响;秸秆和氮肥的交互作用对SOM、TN有显著影响。氮肥施用提高了土壤中SOM、TN、AN、AP、AK、NH4-N、NO3-N含量;秸秆还田显著增加了土壤SOM、AN、AP、AK的含量,显著降低了土壤NH4-N、NO3-N的含量,土壤AN、NH4-N、NO3-N含量与秸秆用量呈显著负相关;秸秆与氮肥的交互作用能显著提高土壤中SOM、TN的含量。     

猪粪替代氮肥对稻麦轮作条件下土壤有机氮组分的影响

合理的有机肥投入水平对于保障土壤肥力和粮食生产有重要的意义。因此,本试验以猪粪作为试验材料,采用田间小区定位试验,通过设置对照(T0)、不施氮(T1)、100%化肥氮(T2)、25%猪粪氮+75%化肥氮(T3)、50%猪粪氮+50%化肥氮(T4)、100%猪粪氮(T5)6个不同施肥处理,探讨稻麦轮作体系下不同猪粪氮替代氮肥对土壤有机氮组分的影响。结果表明:猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作体系下土壤酸解性总氮、非酸解性总氮和酸解性氮各个组分的含量,在水稻季,T4处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理提高了17%、8%、133%;在小麦季,T3处理的土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量相较T0处理分别增加了11%、8%、127%;各个猪粪替代氮水平对稻麦两季的土壤氨态氮和氨基糖态氮含量的影响均不显著。总体而言,水稻季50%猪粪替代氮肥和小麦季25%猪粪替代氮肥可以提高稻麦轮作条件下土壤酸解性总氮、氨基酸态氮和酸解未知氮的含量,进而增加土壤供氮潜力。     

稻麦轮作周年氮磷运筹对作物产量和土壤养分含量的影响

通过稻麦轮作两周年四季作物的田间小区试验,研究了氮磷减量及磷肥运筹对水稻、小麦产量和第二周年稻麦收获后土壤养分含量的影响。结果表明:在习惯施肥的基础上减少氮肥用量10.8%和磷肥25.0%,对第一周年小麦、水稻产量和第二周年小麦产量没有显著影响,却显著降低了第二周年水稻产量;氮磷减量处理显著降低了第二周年水稻收获后土壤有效磷的含量,而对土壤pH值、有机质、碱解氮和速效钾含量没有显著影响;在氮磷减量条件下,小麦、水稻两季均施用磷肥与小麦一季集中施用磷肥进行比较,二者之间两周年四季作物产量没有显著差异。据此,建议稻麦轮作区实施"氮肥适当减量、磷肥隔年集中施用在小麦季"的氮磷施肥原则,可以达到降低肥料用量和劳动力投入,同时保证产量的目的。     

施用绿肥条件下减施化肥对土壤养分及持水供水能力的影响

以长期定位试验为基础,设置7个紫云英和化肥施用配比试验处理,以探索施用绿肥情况下减施化肥对土壤养分、持水和供水能力的影响。结果表明:在翻压紫云英条件下,即使不施化肥土壤氮也可基本得到满足,应适量施用化学钾肥,必须合理施用磷肥,以保证土壤全量和速效养分得到平衡和持续供给,化肥施用量减少未显著降低水稻产量;土壤持水、供水能力在处理间的趋势表现为:紫云英+40%化肥紫云英+60%化肥紫云英+80%化肥、紫云英+100%化肥单施100%化肥、单施紫云英CK,与CK相比,其它6个处理田间持水量提高了1.6%~15.4%,有效含水量增幅更大,平均提高1.5%~30.5%,说明紫云英化肥配施能显著提高土壤的持水、供水能力,且化肥施用量越少效果越好,而单施化肥或单施紫云英效果有限。因此,紫云英施用量一定时(22 500 kg/hm~2),化肥施用量应减少至40%甚至更低。     

沼液施用条件下添加浮萍对稻田氮素流失和Cu、Pb变化的影响

养分流失和重金属积累是沼液还田资源化利用过程中的主要问题。为探讨利用浮萍吸收氮磷、富集重金属的能力调控沼液施用中环境污染问题的可行性,在上海市金山区开展了水稻田间试验,研究沼液施用条件下添加浮萍对稻田氮素流失和Cu、Pb的影响。试验设置4个处理:常规化肥、常规化肥+浮萍、沼液全量替代化肥和沼液全量替代化肥+浮萍,测定并比较了不同处理下稻田田面水氮素浓度变化、径流水氮素流失负荷,土壤、水稻籽粒及秸秆中Cu和Pb含量差异。结果表明:不同处理田面水总氮、铵态氮(NH_4~+-N)浓度变化趋势基本一致,均在每次施肥后第1d达到峰值,此后逐日递减,在施肥后第5d降至峰值的30%以下;硝态氮(NO_3~–-N)浓度峰值滞后3～7 d。稻田中添加浮萍能够显著降低田面水TN含量,沼液全量替代化肥+浮萍处理的TN总径流流失负荷为3.67 kg·hm~(-2),比常规化肥处理显著降低37.2%。沼液全量替代化肥+浮萍处理土壤Cu和Pb含量为22.65mg·kg~(-1)和49.05mg·kg~(-1),与其他处理间无显著差异;但土壤有效态Cu和Pb含量较常规化肥处理显著提高18.6%和17.5%。不同处理水稻秸秆Cu和Pb、籽粒Pb含量无显著差异,但沼液全量替代化肥+浮萍处理水稻籽粒Cu含量较沼液全量替代化肥处理显著减少41.1%。综上,沼液施用条件下添加浮萍可以降低稻田氮素流失,在控制土壤、籽粒和秸秆中重金属Cu和Pb含量增加方面具有一定效果,在短期内可以作为沼液还田模式下水体和土壤污染有效的调控手段。     

猪粪厌氧、有氧发酵物氮源对甘蓝生长及土壤养分的影响

探讨了在等氮量供应下,猪粪厌氧发酵物(沼液)及有氧发酵物(堆肥)氮源对甘蓝生长及土壤养分的影响,结果表明:在等氮量供应的情况下,施用猪粪沼液不仅可以替代化肥为作物提供生长所必需的氮素,而且提高了养分的利用效率,对甘蓝的增产效果显著;而施用猪粪堆肥处理的甘蓝产量较低,但是施用猪粪堆肥可以提高土壤有机质和土壤p H值,减少施用化肥带来的土壤酸化危害;在等氮量供应的情况下,单施猪粪堆肥处理的土壤有效磷、速效钾含量最高。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

土壤质量的酶学指标研究

土壤质量日益衰退,寻找能够准确标示其变化的敏感指标非常重要。土壤酶几乎参与了土壤中全部的生物化学反应,与土壤中多种生态过程密切相关。土壤酶的敏感性、专一性和综合性等特点使其可以作为一个反映土壤质量的生物学指标。本文在概述了土壤酶作为土壤质量指标可行性的基础上,综述了土壤肥力质量、环境质量等的土壤酶活性和酶动力学指标的研究,并对今后相关研究提出了几点建议。     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

非表层剖面层次土壤生产力评价研究

研究了盆栽条件下4个非表层土壤剖面层次(AB,Ab,Bk,Bg)土壤在3种肥料处理下对“京绿2号”小白菜根系发育和养分水分吸收的影响,并评价了其生长障碍因子。结果表明,各处理出苗无明显差异;施加尿素和磷二铵有利于干物质积累量增加,且磷二铵的效应更显著;施磷二铵处理的根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处理;施加尿素和磷二铵后作物含N量增加;施加磷二铵后各土壤剖面层次土壤中的植株P浓度明显提高。综合分析表明,正常情况下只要补充N肥和P肥,作物耕层以下的各土壤剖面层次对作物生长并无明显的阻碍作用,且通过适当的耕作和灌溉,可使非耕层土壤生产力状况得到改善。     

磺胺类兽药对土壤生化功能及氮素的影响

研究了磺胺类药物对土壤呼吸作用、硝化作用、氨化作用、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮及全氮的影响。结果表明,相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响呈现"激活-抑制"循环的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响则呈现"抑制-激活-抑制"的规律,因此,磺胺类药物残留会抑制土壤呼吸作用。相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用呈现"激活-恢复"的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用则一直呈现"激活"的状态,因此,磺胺类药物残留会刺激土壤的硝化作用与氨化作用。土壤氮素是生物圈内氮循环的重要指标,磺胺类药物残留对土壤氮素有一定的抑制作用,若长期保持着较高残留水平,则会破坏土壤的氮循环。     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

Soil structure and the effect of management practices

To evaluate the impact of management practices on the soil environment, it is necessary to quantify the modifications to the soil structure. Soil structure conditions were evaluated by characterizing porosity using a combination of mercury intrusion porosimetry, image analysis and micromorphological observations. Saturated hydraulic conductivity and aggregate stability were also analysed.

In soils tilled by alternative tillage systems, like ripper subsoiling, the macroporosity was generally higher and homogeneously distributed through the profile while the conventional tillage systems, like the mouldboard ploughing, showed a significant reduction of porosity both in the surface layer (0–100 mm) and at the lower cultivation depth (400–500 mm). The higher macroporosity in soils under alternative tillage systems was due to a larger number of elongated transmission pores. Also, the microporosity within the aggregates, measured by mercury intrusion porosimetry, increased in the soil tilled by ripper subsoiling and disc harrow (minimum tillage). The resulting soil structure was more open and more homogeneous, thus allowing better water movement, as confirmed by the higher hydraulic conductivity in the soil tilled by ripper subsoiling. Aggregates were less stable in ploughed soils and this resulted in a more pronounced tendency to form surface crust compared with soils under minimum tillage and ripper subsoiling.

The application of compost and manure improved the soil porosity and the soil aggregation. A better aggregation indicated that the addition of organic materials plays an important role in preventing soil crust formation.

These results confirm that it is possible to adopt alternative tillage systems to prevent soil physical degradation and that the application of organic materials is essential to improve the soil structure quality.