长期稻草还田对胡敏酸化学结构的影响——高级13C NMR研究

为了从分析技术上对胡敏酸的结构分异进行定量化研究,以湖南桃源地区的长期(1990—2011年)田间试验为平台,采用元素分析、稳定碳同位素分析和高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(Multiple cross-polarization/magic angle spinning,multi CP/MAS)定量测定技术结合选择性官能团测定的固态13C核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)方法,旨在利用系列技术阐明连续22年稻草还田对土壤胡敏酸化学结构的影响。结果表明,稻草还田后胡敏酸含量增加了78%,但元素组成没有发生显著变化,其分子饱和程度、氧化度和极性都与不施肥对照很接近。稻草还田土壤胡敏酸的δ~(13)C值低于对照,表明长期稻草还田提高了非极性物质来源的碳。定量multi CP/MAS NMR方法则证实稻草还田后主要提高了土壤胡敏酸的脂类、芳香族物质和木质素比例,而蛋白质、多肽和糖类物质的比例则有所降低,从而导致烷基/烷氧基比值及疏水性指数增大,表明其分解程度增加,疏水性特征更加明显。高级NMR技术进一步发现胡敏酸中有大量的质子化碳,稻草还田后质子化芳香碳比例增加,但质子化异头碳和烷氧基比例降低,而它们的非质子化碳相对稳定;δ113~93化学位移内除异头碳外还含有芳香碳,且稻草还田的芳香碳在此化学位移内的比例更高。可见稻草还田后土壤胡敏酸的量和结构均有所变化,高级测定技术对结构的刻画有助于了解长期稻草还田肥力的提升机制。     

地膜覆盖与施肥对秸秆碳氮在土壤中固存的影响

【目的】作物秸秆不仅含有较高的有机碳,而且含有丰富的矿质营养元素。秸秆还田是东北黑土地区培肥土壤和农业可持续发展的重要技术措施。然而不同地膜覆盖（简称“覆膜”）及施肥方式下秸秆碳（C）和氮（N）在土壤中的固持特征还不是很明确。本研究通过定量分析秸秆碳对土壤有机碳（SOC）和秸秆氮对土壤全氮（TN）的贡献,探讨不同覆膜和施肥条件下秸秆碳和氮在土壤中固定的差异,以期为土壤肥力提升和东北黑土地保护提供依据。【方法】基于覆膜与施肥的长期定位试验,选择覆膜和不覆膜（裸地）栽培条件下不施肥（CK）、单施氮肥（N₄）和有机肥配施氮肥（M₂N₂）处理,在表层（0—20 cm）土壤添加¹³C¹⁵N双标记秸秆后在田间原位培养150 d,测定SOC含量及其δ¹³C值、TN含量及其δ¹⁵N值,分析SOC中秸秆来源C（¹³C-SOC）、TN中秸秆来源N（¹⁵N-TN）和土壤碳氮比随时间的动态变化特征。【结果】施肥、覆膜及其它们的交互作用显著影响（P<0.05）¹³C-SOC和¹⁵N-TN含量。整个培养期间,M₂N₂处理秸秆碳对SOC的贡献率（¹³C-SOC/SOC）和秸秆氮对TN贡献率（¹⁵N-TN/TN）平均分别为10.48%和3.18%;施肥（N₄和M₂N₂）处理¹³C-SOC/SOC和秸秆碳残留率在覆膜方式下平均分别为12.65%和37.14%,不覆膜方式下分别为12.08%和34.50%。同一栽培方式培养第150天,N₄处理¹³C-SOC/SOC和秸秆碳残留率平均分别为14.33%和39.40%,其他施肥处理平均分别为11.77%和33.21%;CK处理¹⁵N-TN/TN平均为4.56%,分别比N₄和M₂N₂处理高26.00%和44.53%。培养第150天,秸秆氮残留率在覆膜和不覆膜条件下CK处理最高,平均为10.03%;不覆膜N₄处理最低,为7.87%。无论覆膜与否,N₄处理¹³C-SOC与¹⁵N-TN比值为32—39,其他施肥处理均<30。【结论】秸秆碳氮在土壤中的固存对覆膜与施肥的响应敏感。单施氮肥有利于秸秆碳在土壤中的积累和有机碳的更新,不施肥处理秸秆氮对土壤氮库的固定起正反馈效应,而有机肥配施氮肥土壤碳氮的更新相对滞后。     

含水量对14C标记秸秆和土壤原有有机碳矿化的影响

 【目的】研究土壤含水量与土壤有机碳矿化的关系。【方法】标准培养条件（25℃，100%空气湿度）下，应用14C示踪技术研究了6个水分梯度下（30%、45%、60%、75%、90%和105%WHC，WHC为最大田间持水量）添加物料和旱地土壤有机碳的矿化特征。【结果】在100 d的培养期内，添加物料和土壤原有有机碳的累积矿化量随含水量的提高而增加，且与含水量呈极显著正线性相关关系。在105%WHC的处理中，添加物料和土壤有机碳的累积矿化量均最大，为146 ?g·g-1和0.76 mg·g-1，是其它处理中添加物料和土壤有机碳矿化量的1.24～1.68和1.33～3.01倍。100 d内，添加物料的矿化率约20%～33%，土壤有机碳的矿化率约1.0%～3.1%。【结论】在30%～105%WHC的范围内，含水量对土壤原有有机碳矿化量的影响更明显，且渍水促进添加物料和旱地土壤有机碳的矿化。     

A 15N-Labeling Study of the Capture of Deep Soil Nitrate from Different Plant Systems

The objective of this study was to determine the efficiency of different plant systems in capturing deep soil nitrate （NO3-） to reduce NO3- leaching in a field plot experiment using 15N labelling. The study was conducted on a calcareous alluvial soil on the North China Plains and the plant systems evaluated included alfalfa （Medicago sativa）, American black poplar （Populus nigra） and cocksfoot （Dactylis）. ^15N-labelled N fertilizer was injected to 90 cm depth to determine the recovery of ^15N by the plants. With conventional water and nutrient management, the total recovery of ^15N-labeled NO3--N was 23.4% by alfalfa after two consecutive growth years. The recovery was significantly higher than those by American black poplar （12.3%） and cocksfoot （11.4%）. The highest proportion of soil residual ~SN from the labeled fertilizer N （%Ndff） was detected around 90 cm soil depth at the time of the 1st year harvest and at 110-130 cm soil depth at time of the 2nd year harvest. Soil %Ndff in 0-80 cm depth was significantly higher in the alfalfa treatment than those in all the other treatments. The soil %Ndff below 100 cm depth was much lower in the alfalfa than those in all the other treatments. These results indicated that ^15N leaching losses in the alfalfa treatment were significantly lower than by those in the black poplar and cocksfoot treatments, due to the higher root density located in nitrate labeling zone of soil profile. In conclusion, alfalfa may be used as a plant to capture deep soil NO3- left from previous crops to reduce NO3- leaching in high intensity crop cultivation systems of North China Plain.     

不同耕作措施下添加秸秆对土壤有机碳及其相关因素的影响

【目的】探究添加秸秆对不同耕作措施下土壤有机碳及其相关因素的影响,为北方旱作农田固碳增产管理提供理论依据。【方法】采集长期进行传统耕作（CT）和免耕（NT）的大田土壤样品进行室内培养试验,共设置4个处理,分别为传统耕作土壤不加秸秆（CT）、免耕土壤不加秸秆（NT）、传统耕作土壤加秸秆（CTS）和免耕土壤加秸秆（NTS）,每个处理15次重复。在25℃恒温培养箱中进行通气培养,培养时间共180 d,此间定期取样进行有机碳含量、水稳性团聚体构成、土壤微生物量碳和相关土壤酶活性的测定。【结果】（1）添加秸秆显著提高土壤有机碳含量和大团聚体含量。与CT相比,CTS提高土壤有机碳含量15%—46%;与NT相比,NTS提高土壤有机碳含量12%—21%;培养结束时,CTS、NTS处理的有机碳含量较初始分别提高26.8%和7.0%。CTS和NTS处理以2 000—250 μm团聚体含量最高,占全部团聚体的41%—50%,CTS较CT提高>250 μm团聚体比例235%—310%,NTS较NT提高>250 μm团聚体比例96%—149%。（2）添加秸秆显著增加土壤有机碳δ¹³C值,CTS处理为80.93‰—115.22‰,NTS为48.92‰—80.49‰;CTS秸秆来源碳所占比例显著高于NTS,较NTS处理提高13%—66%。（3）添加秸秆显著提高微生物量碳（MBC）含量、β-葡萄糖苷酶（BG）、β-纤维二糖苷酶（CBH）和β-木糖苷酶（BXYL）活性。CTS较CT提高MBC含量239%—623%,提高BG、CBH和BXYL活性58%—170%、52%—337%和117%-170%;NTS较NT处理提高MBC含量124%—555%,提高BG、CBH和BXYL活性28%—181%、4%—304%和13%—118%。（4）土壤有机碳含量与BG、CBH和BXYL活性、MBC及>2 000 μm、2 000—250 μm团聚体比例呈显著正相关关系,与250—53 μm、＜53 μm团聚体比例呈显著负相关关系;BG、CBH、BXYL 3种酶活性彼此之间表现为极显著正相关关系,且均与MBC、>2 000 μm团聚体、2 000—250 μm团聚体显著正相关,与＜53 μm团聚体极显著负相关。线性相关分析结果表明水稳性大团聚体（>250 μm）可解释有机碳变化的48%,MBC可解释有机碳变化的45%,BG、CBH和BXYL酶活性分别可解释有机碳变化的66%、44%、53%。【结论】添加秸秆可显著提高土壤有机碳和大团聚体含量,促进微生物数量增加和土壤酶活性增强,且对传统耕作土壤有机碳及其相关因素的影响更大,有机碳在土壤中的固定除了受团聚体物理保护外,还受土壤中微生物作用的调节。     

不同的秸秆还田对土壤理化性质及水稻产量的影响

研究了不同的作物秸秆还田对土壤理化性质及水稻产量的影响。结果表明,秸秆还田对土壤物理性质的影响明显,与单施化肥的对照相比,秸秆还田处理的土壤容重下降。添加了秸秆的处理都比单施化肥的对照稻谷产量高,最多增产500.00 kg/hm~2,增产率为7.62%;添加了秸秆腐熟菌剂的秸秆还田处理均比不添加秸秆腐熟菌剂的秸秆还田处理的稻谷产量高,最多增产438.34 kg/hm~2,增产率为6.62%。化肥+麦秸+腐熟菌剂与化肥+油菜秸+腐熟菌剂的稻谷产量最高。不同的秸秆还田处理都比单施化肥处理的有效穗多。秸秆还田能够改善土壤的物理性质,增加水稻的产量。     

Microbial Transformation Process of Straw-Derived C in Two Typical Paddy Soils

【Objective】 The straw degradation rate, microbial community structure changes and functional microbial community composition involved in straw decomposition in soils were researched, and the research results could provide the theoretical foundation for revealing microbial mechanism of the soil organic matter transformation and accumulation. 【Method】 Two typical subtropical paddy soil in China, including Changshu Wushan soil and Yingtan Red paddy soil, were collected as the research materials. We anaerobically incubated the soils with/without ¹³C-enriched rice straw for 38 days. Gaseous samples were regularly collected to investigate mineralization rate of straw in dynamic changes. The soil samples were collected to analyze the dynamic changes of the microbial community composition related to straw decomposition by using ¹³C-PLFA-SIP technology. 【Result】 At the early stage before day 12 of the anaerobic culture, straw degraded slowly, and straw had positive priming effect on soil organic matter (SOM). At the stage of day 12-18, straw degraded rapidly and then the rate tended to be slow after day 18. At the end of incubation, straw mineralization rate was 24% and 33% in Red paddy soil and Wushan soil, respectively. The contribution of straw C to C efflux increased with incubation time, which was 53%-60% and 54%-57% to CO₂ and CH₄ efflux, respectively. The microbial biomass and activity were improved in the soil with straw, and the microbial activity in Wushan soil was higher than that in Red paddy soil. During straw degradation, 16:0 (general bacteria) was the main groups. i16:0, i15:0 (G ⁺ bacteria) and 18:1ω9c (fungi) were also important microbial groups involved in straw degradation. The relative abundance of straw-derived gram-positive (G ⁺) bacteria and actinomycetes increased and gram-positive (G ^-) bacteria decreased with incubation time. The proportions of straw-derived PLFAs were 27%-32% and 18%-24% in Red paddy soil and Wushan soil PLFAs, respectively. The straw utilization efficiency was higher in fungi and general bacteria, while G ^- bacterial and actinomycetes PLFAs were preferentially linked to extant soil organic matter (SOM) mineralization. The microbial community composition was different between Wushan soil and Red paddy soil with rice straw. The straw-derived microbial community composition was similar in two soils, but the SOM-derived microorganisms were differences. 【Conclusion】 The mineralization of straw C lagged behind extant SOM during anaerobic straw degradation. The microbial activity and diversity in soil were important factors influencing the efficiency of straw mineralization. After adding straw in soil, it’s showed differences from the microbial community composition, which were mainly involved in the differences between SOM-derived microorganisms, and SOM was an important factor leading to these differences.     

两种典型水稻土中秸秆碳转化的微生物过程

【目的】研究土壤中秸秆腐解速率、腐解过程中微生物群落结构变化和参与秸秆腐解的功能微生物群落组成,为揭示土壤有机质转化和积累的微生物学机制提供理论依据。【方法】以我国亚热带两种典型水稻土——常熟乌栅土和鹰潭红壤性水稻土为研究对象,设置不添加秸秆（CK）和添加 ¹³C标记的水稻秸秆（RS）处理,厌氧恒温培养38 d,在培养过程中定期测定气体释放量,研究秸秆矿化速率的动态变化;采集土壤样品,利用 ¹³C-PLFA-SIP技术分析参与秸秆降解的微生物群落的动态变化。【结果】培养前12 d,秸秆降解缓慢,此时秸秆对土壤有机质（SOM）产生正激发效应;培养12-18 d秸秆快速降解,18 d后趋缓。培养结束时,秸秆碳在红壤性水稻土和乌栅土中的矿化率分别为24%和33%。秸秆碳对CO₂和CH₄贡献率随培养时间的延长而增加,在培养末期分别为53%-60%和54%-57%。添加秸秆可以提高土壤微生物生物量及微生物活性,乌栅土微生物活性高于红壤性水稻土。16:0（一般细菌）是参与秸秆分解主要类群,i16:0和i15:0（G ⁺细菌）和18:1ω9c（真菌）也是参与秸秆分解的重要微生物类群。随培养时间增加,G ⁺细菌和放线菌的相对丰度增加,G ^-细菌呈降低趋势。红壤性水稻土和乌栅土PLFAs中标记利用秸秆碳的PLFAs的比例分别为27%-32%和18%-24%。真菌和一般细菌对秸秆碳的利用效率较高,而土壤原有有机质（SOM）矿化主要与G ^-和放线菌相关联。添加秸秆造成乌栅土和红壤性水稻土两种水稻土微生物群落结构呈现明显差异,但分解利用外源秸秆碳的微生物群落结构相似,而分解利用SOM微生物群落结构有差异。【结论】秸秆厌氧降解过程中秸秆碳的矿化滞后于土壤自身SOM;不同本底微生物活性和多样性是影响秸秆碳矿化速率的重要因素;添加秸秆后不同土壤微生物群落结构的差异主要是参与SOM降解的微生物差异,土壤原SOM是导致这种差异的重要因素。     

长期施肥对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响

 【目的】研究长期施用化肥以及化肥与稻草配合施用对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响。【方法】试验土壤采自湖南省望城无机有机肥长期定位试验田小区,各施肥处理为：CK（不施肥）、NP（施氮磷肥）、NPK（施氮磷钾肥）、NP+RS（施氮磷肥和稻草）和NPK+RS（施氮磷钾肥和稻草）。【结果】氮磷钾长期平衡施用和化肥与稻草长期配合施用有利于2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体含量增加。与CK处理相比,化肥与稻草长期配合施用处理能提高2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体内的有机碳含量和全氮、可矿化氮含量,同时也显著提高了二者在较大粒径（2～5 mm,0.5～2 mm）水稳性团聚体内有机碳、全氮和可矿化氮储量。与CK处理相比,NPK长期平衡施用的处理,也能提高大粒径水稳性团聚体（2～5 mm,0.5～2 mm）内的有机碳、全氮、可矿化氮的含量和储量,但提高的幅度小于化肥与稻草长期配合施用的处理。【结论】水稳性大团聚体对土壤有机碳、氮具有强富集和物理保护作用;化肥和稻草长期配合施用能显著提高大团聚体内有机碳、氮的含量和储量,是改善土壤团粒结构,提升红壤水稻土肥力的有效措施。2～5 mm和0.5～2 mm粒径团聚体是红壤水稻土有机碳、全氮和可矿化氮的主要载体。     

不同碳氮比培养基质组合对赤子爱胜蚓生长繁殖的影响

在实验室条件下,以不同配比的牛粪和稻秆作为培养基质,研究了赤子爱胜蚓Eisenia foetida在不同碳氮比培养基条件下生物量以及数量变化情况.结果表明:100%牛粪(碳氮比为21.8)和80%牛粪+20%稻秆组合(碳氮比为24.9)堆置30、60、90 d后的蚯蚓生物量显著高于其他处理;60%牛粪+40%稻秆组合(碳氮比为28.7)堆置60和90 d后蚯蚓总数量最多,显著高于其他处理,在第90天达到324条;另外,培养基质的碳氮比与蚯蚓的生物量和数量均呈显著负相关关系(P<0.001).由此可知,碳氮比在21.8～24.9之间的牛粪和稻秆基质组合适宜蚯蚓生长,碳氮比为28.7的牛粪和稻秆基质组合适宜蚯蚓繁殖.     

长期秸秆还田对稻麦轮作区土壤有机碳组分构成的影响

为研究长期秸秆还田对太湖地区稻麦轮作土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量的影响,依托10a田间定位试验,以无秸秆还田为对照(CK),设置稻秸秆不还田+麦秸秆全量还田(W)、稻秸秆全量还田+麦秸秆不还田(R)、稻麦秸秆均半量还田(HRW)、稻麦秸秆均全量还田(ARW)4个秸秆还田处理,分析5种...     

Soil CO2 and N2O Emissions in Maize Growing Season Under Different Fertilizer Regimes in an Upland Red Soil Region of South China

Upland red soils have been identified as major CO2 and N2O sources induced by human activities such as fertilization. To monitor characteristics of soil surface CO2 and N2O fluxes in cropland ecosystems after continuous fertilizer applications over decades and to separate the respective contributions of root and heterotrophic respiration to the total soil CO2 and N2O fluxes, the measurements of soil surface CO2 and N2O fluxes throughout the maize growing season in 2009 were carried out based on a fertilization experiment （from 1990） through of the maize （Zea mays L.） growing season in red soil in southern China. Five fertilization treatments were chosen from the experiment for study： zero-fertilizer application （CK）, nitrogen-phosphorus- potassium （NPK） fertilizer application only, pig manure （M）, NPK plus pig manure （NPKM） and NPK with straw （NPKS）. Six chambers were installed in each plot. Three of them are in the inter-row soil （NR） and the others are in the soil within the row （R）. Each fertilizer treatment received the same amount of N （300 kg ha-1 yr-1）. Results showed that cumulative soil CO2 fluxes in NR or R were both following the order： NPKS〉M, NPKM〉NPK〉CK. The contributions of root respiration to soil CO2 fluxes was 40, 44, 50, 47 and 35% in CK, NPK, NPKM, M and NPKS treatments, respectively, with the mean value of 43%. Cumulative soil N2O fluxes in NR or R were both following the order： NPKS, NPKM〉M〉NPK〉CK, and soil N2O fluxes in R were 18, 20 and 30% higher than that in NR in NPKM, M and NPKS treatments, respectively, but with no difference between NR and R in NPK treatment. Furthermore, combine with soil temperature at -5 cm depth and soil moisWxe （0-20 cm） together could explain 55-70% and 42-59% of soil CO2 and N2O emissions with root interference and 62- 78% and 44-63% of that without root interference, respectively. In addition, soil CO2 and N2O flUXeS per unit yield in NPKM （0.55 and 0.10 kg C t^-1） and M （0.65 and 0.13 g N t^-1） treatments were lower than those in other treatments. Therefore, manure application could be a preferred fertilization strategy in red soils in South China.     

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其 ¹³C、 ¹⁵N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤（种植大豆年限大于60年,作为对照）和改种不同年限的稻田土壤（3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆）,利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0—60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2—0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25—0.053 mm和<0.053 mm团聚体组成有所增加,>2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2—0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径（MWD）与>2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系（P<0.01）,与0.25—0.053 mm、<0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系（P<0.01或P<0.05）;水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0—40 cm土层,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3—25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0—60 cm土层,>2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）,在0—20 cm土层,2—0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）;<2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而>0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ ¹³C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5—25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ ¹⁵N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3—25年间,团聚体中δ ¹³C、δ ¹⁵N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ ¹³C随着土层的加深而增大,δ ¹⁵N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2—0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。     

秸秆还田条件下不同供钾能力土壤水稻、油菜、小麦钾肥减量研究

【目的】研究不同供钾能力土壤在秸秆还田条件下钾肥减量施用对水稻、油菜、小麦的产量、钾素吸收量及钾肥利用率的影响,计算秸秆还田条件下3种作物的钾肥适宜用量,为秸秆还田条件下钾肥资源的合理利用及农田钾素养分管理和调控提供理论依据。【方法】2013—2015年在湖北省38个县(市)的水稻、油菜及小麦3种作物上开展秸秆还田钾肥减量施用田间试验。试验设置6个处理,分别为(1)对照,不施钾(CK);(2)施用全量化学钾肥(+K);(3)秸秆还田处理(+S);(4)秸秆还田配施50%钾肥(S+1/2K);(5)秸秆还田配施75%钾肥(S+3/4K);(6)秸秆还田配施全量钾肥(S+K)。参考不施钾肥处理的作物相对产量(即CK处理产量/+K处理产量)将土壤供钾能力分为高、中、低3个水平。【结果】不同供钾水平土壤施钾和秸秆还田均能不同程度增加水稻、油菜和小麦的产量和地上部钾素吸收量。其中,高供钾能力的土壤水稻、油菜和小麦仅通过上季作物秸秆全量还田即可满足作物高产的钾素需求;中等供钾能力的土壤3种作物可在秸秆还田条件下减少50%钾肥用量;而低供钾能力的土壤,秸秆还田条件下水稻季可减少25%钾肥用量,油菜和小麦季可减少50%钾肥用量。从土壤钾素表观平衡来看,秸秆还田可缓解土壤钾素亏缺,其中油菜季平均盈余量为14.1—152.6kg K_2O·hm~(-2),小麦季平均盈余量为25.5—95.9 kg K_2O·hm~(-2),水稻季则仍表现为钾素亏缺。在考虑秸秆钾素投入量的情况下,通过一元二次方程和线性加平台方程拟合秸秆还田条件下钾肥用量与作物产量之间的关系,以+K处理产量为标准得到秸秆还田条件下的适宜钾肥用量。结果表明,在前茬作物秸秆全量还田的条件下,供钾能力为中、高等水平的土壤3种作物钾肥适宜施用量为20—33 kg K_2O·hm~(-2),油菜钾肥施用量低于水稻和小麦;而供钾能力低的土壤上,秸秆还田土壤钾肥适宜施用量为45—49 kg K_2O·hm~(-2),油菜钾肥推荐用量高于水稻和小麦。与目前钾肥经济施用量60 kg K_2O·hm~(-2)相比,3种作物在供钾能力为中、高等水平的土壤通过秸秆还田可节省钾肥45.0%—66.7%,供钾能力低的土壤也可节省钾肥18.3%—25.0%。【结论】秸秆还田条件下水稻、油菜及小麦可以在减少18.3%—66.7%钾肥用量的同时保证作物产量,钾肥施用量减少的比例应根据土壤供钾水平进行调整。     

连续秸秆还田对油菜水稻轮作土壤磷素有效性 及作物磷素利用效率的影响

【目的】探究长江流域水旱轮作制度下,化学磷肥和秸秆还田配施磷肥对作物生产力的贡献,以及对土壤磷有效性和磷素效率的影响,为农田土壤磷素管理提供科学依据。【方法】试验于2014—2018年在湖北省武汉市华中农业大学进行,选取定位试验中的3个处理,分别为：（1）不施磷（NK）;（2）施磷（NPK）;（3）施磷配合秸秆还田（NPK+S）。通过测定作物产量、磷含量及土壤有效磷,分析作物磷素利用效率,探讨土壤有效磷变化与磷累积盈亏的响应关系。【结果】与NK处理相比,NPK处理的油菜和水稻平均产量分别提高530.3%和35.9%,磷积累量分别提高495.3%和98.5%;与NPK处理相比,NPK+S处理的油菜和水稻平均产量分别提高19.1%和11.0%,磷积累量分别提高20.6%和11.7%;油菜产量和磷积累量对磷肥和秸秆的响应优于水稻。秸秆还田条件下,油菜和水稻的平均磷素农学效率分别提高6.8%和33.9%,油菜、水稻和周年的磷素累积利用率分别提高8.6%、17.0%和19.8%。秸秆还田对水稻磷素利用率和农学效率的影响更为显著。4年油菜水稻轮作后,不施磷处理土壤磷素累积亏缺110.2 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓为1.9 mg·kg ^-1;施磷处理土壤磷素累积盈余210.9 kg P₂O₅·hm ^-2,有效磷浓度（4.3 mg·kg ^-1）较不施磷处理提高126.3%;施磷配合秸秆还田处理土壤磷素累积盈余（222.1 kg P₂O₅·hm ^-2）较NPK处理增加5.3%,有效磷浓度（5.1 mg·kg ^-1）较NPK处理提高18.6%。秸秆还田显著提高了土壤有效磷浓度,但土壤磷盈余量没有明显增加。连续秸秆还田和施用化学磷肥条件下,水稻土每盈余100 kg·hm ^-2的磷,NPK和NPKS处理土壤有效磷分别提高1.8和2.0 mg·kg ^-1。秸秆还田促进了土壤磷素有效化。【结论】施磷显著增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提升了土壤磷盈余量和有效磷浓度;秸秆还田在施磷肥的基础上进一步增加了油菜、水稻的产量和磷积累量,提高了作物特别是水稻对磷素的利用率和农学效率,同时能够在避免土壤磷素过量积累的情况下提高土壤有效磷浓度。     

有机物料对红壤几种形态碳氮及酸度的影响

 【目的】为合理施用有机物料调节土壤碳、氮以阻控土壤酸化,对有机物料施入红壤后土壤几种形态碳、氮及酸度变化进行了研究,并分析了相关关系。【方法】通过室内恒温培养试验研究了添加3种有机物料（稻草、紫云英和猪粪）后红壤中铵态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）、可溶性有机氮（WSON）、可溶性有机碳（WSOC）、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）和土壤pH动态变化。【结果】与对照相比,添加有机物料均提高了土壤WSOC、SMBC和pH,且有机物料添加量越大,增幅越大。猪粪处理中土壤NH4+-N、NO3--N和WSON含量显著增加;而稻草和紫云英处理中土壤NO3--N和WSON含量下降,NH4+-N含量没有显著变化。施用稻草和紫云英7～14 d左右,土壤pH达到最大值,随后逐渐下降趋于平衡;而施用猪粪后土壤pH立即升高,随后逐渐下降趋于平衡。84 d培养试验结束时,与对照相比,猪粪、稻草和紫云英处理的土壤pH分别平均增加了0.26、0.23和0.09。几种有机物料处理中,土壤pH与SMBC和WSOC均存在显著的正相关关系。稻草和紫云英处理中,土壤pH与WSON和NO3--N之间存在显著负相关性,而猪粪处理中pH与WSON和NO3--N相关性不显著。【结论】施用有机物料能够显著提高红壤WSOC、SMBC和pH,其中酸度改良效果猪粪>稻草>紫云英;土壤碳、氮动态与土壤pH变化紧密相关,且相关性与有机物料的性质有关。     

Mineralization and Availability of Azolla and Cyanobacteria Biomass Nutrients in Rice Soil

Two sets of experiments were conducted to study the chemical composition, mineralization and availability of nutrients （particularly N） of Azolla biomass and cyanohacteria blooms in submerged rice soil. One set of experiment was conducted with Azolla without soil and the other with both Azolla and cyaobacteria with soil, in laboratory condition. Large samples were collected from the rice fields. The study shows that Azolla and cyanobacterial biomass contain good amounts of C, N, P and Ca. The chemical analysis of oxidizable C, total N, P and Ca showed that Azolla biomass contain 20.7% oxidizable C, which is higher than the cyanobacterial biomass （9.18%）. The N content in Azolla biomass was found to be 4.32%, than that of cyanobacterial biomass, i.e., 2.57%, however, P and Ca contents were also found to be higher in Azolla averaging to 124.83 ppm and 345.3 mg/100 g, respectively than cyanobacteria. The leachate analysis revealed that Azolla biomass release about 39.18% to 64.48% oxidizable C and about 19.23% to 33% N after 45 days of incorporation of soil dilution. Incorporation of Azolla and cyanobacterial biomass N@ 100 kg/ha significantly improved the oxidizable organic C, total as well as available N content in soil up to 75 days of incubation. Due to the incorporation of Azolla in soil, oxidizable organic C increased 25.51%, total N 4.10% and available N 47.65%. Almost similar trend of increase was also observed with the incorporation of cyanobacterial blooms.     

小麦-水稻秸秆还田对土壤有机质组成及不同形态氮含量的影响

通过4年田间定位试验,研究小麦-水稻轮作方式下秸秆还田对土壤有机质组成及不同形态氮含量的影响.试验设置不施秸秆不施肥对照(CK)、秸秆还田不施肥(S)、秸秆还田+基肥增施N肥45 kg·hm^-2(SF1,C/N=12:1)、秸秆还田+基肥正常N肥施用量(SF2,C/N=18:1)、秸秆还田+基肥减施N肥45 kg·hm^-2(SF3,C/N=24:1)共5个处理.结果表明:与对照处理(CK)相比,秸秆还田不施肥处理(S)使土壤有机质、全氮和有机氮的含量分别增加7.8%、10.6%和10.9%,而使土壤中无机氮的含量减少17.1%;秸秆还田配施不同化肥处理中,当碳氮比为18:1时,土壤全氮、有机氮和无机氮含量最高,分别比对照处理增加27.2%,27.2%和25.7%.元素分析结果显示,秸秆还田S、SF1、SF2、SF3处理土壤全量有机质(SOM)中的碳、氮元素含量均有所增加,同时SOM中的C/N、H/C和O/C比值都下降.红外光谱结果表明,秸秆还田S、SF1、SF2、SF3处理,在1650~1640 cm^-1和3400 cm^-1处的峰强度增加,表明土壤有机质中含氮基团、酚羟基、羟基或羧基含量增加;2920 cm^-1处的吸收峰增强,表明SOM中脂肪族结构增加,芳香性增强.与对照处理(CK)相比,秸秆还田不施肥(S)处理的当年水稻产量下降8.8%;配施化肥后,SF1、SF2、SF3处理水稻实际产量分别比对照(CK)处理增加12.6%、22.7%、19.1%,且当碳氮比为18:1时,增产效果最为明显;单独秸秆还田提高了土壤有机质含量,降低了其碳氮和氢碳比例,使SOM中脂肪族化合物增加,酰胺结构和芳香性增强,同时提高了土壤全氮和有机氮的含量,减少了土壤无机氮含量.     

有机肥和无机肥与土壤调节剂配施对水稻产量的影响

[目的]探索水稻生产中有机肥与化肥配合施用及土壤调节剂对水稻产量的影响。[方法]设置施用不同类型的有机肥、无机肥处理,并设施用土壤调节剂和不施用处理,研究其对水稻产量的影响。[结果]有机肥能促进水稻分蘖,但肥效较慢,水稻前期生长不及单施化肥,而后期明显强于对照。随着施用有机肥比例的增加,水稻产量逐渐增加,其中处理复混肥75.0 kg/hm2＋磷铵22.5 kg/hm2＋干稻草4 000.0 kg/hm2的平均产量最高,达到8 724.30 kg/hm2,比对照增产6.7%。施用土壤调节剂后有利于增产,平均产量水平达8 440.05 kg/hm2。[结论]有机肥和土壤调节剂能促进水稻的生长发育,使其分蘖增多,增产效果明显。施用复混肥75.0 kg/hm2,磷铵22.5 kg/hm2,干稻草4 000.0 kg/hm2并施用土壤调节剂时产量最高,平均单产达8 791.95 kg/hm2。     

丘陵红壤旱地稻草覆盖与保水剂对秋糯玉米生长及产量的效应

在丘陵红壤旱地伏秋干旱条件下,研究了稻草覆盖与施用保水剂对鲜食糯玉米生长及产量的效应。结果显示:稻草覆盖和施用保水剂可以提高土壤的含水率和肥力,并改善玉米的产量构成因子,从而提高产量。在5个处理中,以5000kg/hm2稻草覆盖+施用30 kg/hm2保水剂处理的保水、增产效果最好。