不同轮作模式对土壤活性碳组分及矿化的影响

为研究不同花生轮作模式下土壤活性碳库变化，在大田条件下进行定位试验。试验以春花生一年一作（CP）为对照，设置4种轮作种植模式：春花生→冬小麦-夏玉米两年三作（P→W-M）、冬小麦-夏玉米一年两作（W-M）、冬小麦-夏花生一年两作（WP）、冬小麦-夏花生→冬小麦-夏玉米两年四作（W-P→W-M），共计5个处理，研究不同种植模式下土壤有机碳及土壤可溶性有机碳、微生物生物量碳等活性碳组分含量变化和碳矿化特征。结果发现：相较于CP模式，P→W-M模式显著提高了0~40 cm土层有机碳（52.7%~53.3%）、可溶性有机碳（13.3%~344.8%）及微生物生物量碳含量（25.3%~101.4%），W-P模式显著提高了0~40 cm土层有机碳（39.3%~46.8%）及0~20 cm土层可溶性有机碳（271.4%）、微生物生物量碳含量（44.3%），W-P→W-M模式则显著降低了20~40 cm土层各碳组分含量。各种植模式土壤有机碳矿化速率均符合一级动力学模型。CP和W-P模式具有较低的潜在矿化有机碳库，W-M和W-P→W-M模式显著提高了潜在矿化有机碳库与土壤有机碳的比值。研究表明，P→W-M和W-P模式可提升土壤有机碳和活性碳组分含量，有效降低土壤潜在矿化有机碳量，提高土壤有机碳的固持。     

中国土壤模式-作物系统重金属生物富集模型建立

针对土壤模式建立土壤和作物重金属含量关系模型,旨在消除土壤属性对作物重金属吸收量的影响。当作物类型或品种确定后,作物重金属吸收量只与土壤重金属含量有关。提出了农田作物重金属生物富集的"土壤重金属含量-作物特性-土壤属性"关系理论,定义了土壤模式、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型、土壤模式-作物系统重金属生物富集模型图谱等概念,确定了土壤模式的划分方法和使用方法,在此基础上以最近30年来中文期刊发表的土壤镉含量与水稻和小麦镉含量关系作为案例验证了以上方法。结果表明:水稻和小麦同一部位镉吸收量随土壤镉含量增加而增加,水稻和小麦吸收镉能力顺序为根>茎>叶>籽粒,水稻和小麦籽粒镉吸收量在同一范围内。     

黄土高原旱地种植体系对土壤水分及有机氮和矿质氮的影响

 【目的】研究不同作物长期连作或轮作对旱地土壤水分和不同形态有机氮及矿质氮含量的影响,以确定旱地作物配置、提高土壤肥力、优化养分管理。【方法】利用黄土高原中部旱地23年的长期定位试验,研究了休闲、小麦连作、玉米连作、苜蓿连作、豌豆-小麦-小麦-糜子及玉米-小麦-小麦-糜子轮作6种作物种植体系,对土壤水分、有机氮、轻质有机氮和矿质氮含量的影响。【结果】长期休闲土壤有机氮、轻质有机氮和矿质氮含量最低;苜蓿连作能较好地保蓄浅层水分,有利于提高土壤有机氮和轻质有机氮含量,特别是0～20 cm的表层土壤,但较深土层的水分和矿质态氮消耗增加;玉米或小麦连作均可显著提高土壤的有机氮和轻质有机氮含量,但长期小麦连作增加土壤轻质有机氮含量的作用更为明显;两种轮作土壤的有机氮含量与小麦连作无显著差别,而两种轮作土壤0～20 cm表层土壤的轻质有机氮含量却既高于玉米连作土壤,也高于小麦连作土壤;土壤矿质氮含量高低与采样时是否有作物生长或施肥有关。【结论】长期免耕种植豆科作物虽能通过增加土壤轻质有机氮来提高有机氮累积,但增加下层土壤的水分消耗;豆科作物与禾谷类作物轮作,或深浅根作物轮作,是优化土壤水分利用,增加土壤有机氮累积和协调土壤氮素供应的重要措施。     

不同耕作和轮作方式下作物生育期内土壤酶活性的动态变化特征

采用大田试验研究了在秸秆还田的基础上免耕(5 cm)、旋耕(15 cm)、浅耕(22 cm)、深耕(32 cm)4种耕作方式以及在免耕基础上小麦-玉米、小麦-大豆、小麦-花生3种不同轮作方式对河南省褐潮土区作物主要生育时期土壤硝酸还原酶、脲酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶和酸性磷酸酶活性的动态变化特征.结果表明,作物主要生育时期内,不同耕作方式和轮作方式下的土壤酶活性变化趋势与作物的生长及需肥规律基本一致;不同耕作方式对土壤硝酸还原酶活性影响较大,免耕的酶活性最高;对土壤脲酶活性的影响在小麦生长前期不明显,在小麦灌浆期脲酶活性依次为:免耕>旋耕>浅耕>深耕:对磷酸酶活性影响不明显.不同作物对土壤酶活性影响不同,小麦-玉米的硝酸还原酶和脲酶活性较花生和大豆高,而3种磷酸酶在小麦-花生处理中更活跃.     

旱冬瓜体内7种矿质元素含量与立地土壤的相关性

采用原子吸收分光光度法和相关分析法对主要造林树种旱冬瓜体内各营养器官的7种矿质元素含量的分布规律、元素之间以及植物与立地土壤之间的相关性进行了研究.结果表明,旱冬瓜不同器官各元素含量有着显著的差异,K、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn在叶片中含量最多,Ca在树皮中含量最高;大多数元素在树干中含量最低.旱冬瓜对K、Ca、Mg、Zn、Cu有较强的吸收富集能力,对土壤富集系数大小依次为Mg＞Ca＞Cu＞K＞Zn＞Mn＞Fe,一般叶的富集系数最高.元素间和元素与立地土壤的相关分析表明,K、Mg、Mn、Fe、 Cu之间有显著的相关性,Ca和Mn之间的相关性显著,除Fe元素外,植物体中K、Mg、Mn、Zn、Cu元素含量与土壤中元素含量关系相一致.     

微量元素形态分布与小麦子实吸收量间的关系

以小麦为供试作物,研究了土壤中微量元素Fe、Mn、Cu、Zn各形态含量与作物子实含量之间的关系.长期定位试验表明,小麦子实中Fe、Mn、Cu、Zn含量与土壤中有效态和交换态Fe、Mn、Cu、Zn之间达显著相关水平.相关分析表明,交换态与有效态成正相关关系.     

不同轮作体系土壤残留硒锌对小麦产量与营养品质的影响

采用盆栽试验,通过玉米-小麦和大豆-小麦轮作,探讨了不同种植模式中,土壤残留硒锌对小麦产量与营养品质的影响。结果表明,土壤中残留硒锌对小麦生物量和产量的影响与作物轮作体系有关。玉米-小麦轮作,土壤残留硒锌并没有表现出增加小麦产量的趋势,而大豆-小麦轮作,土壤残留硒锌对小麦生物量和产量呈增加趋势。土壤残留硒锌可改变作物体内元素组成。玉米-小麦轮作,土壤残留硒锌有利于小麦籽粒对氮、钾、硫、钙、铁、锌、硒、铜元素的吸收累积。大豆-小麦轮作,土壤残留硒锌促进小麦对钾、硫、镁、铁、锌、硒、铜、锰、硼的吸收,而氮、磷、钙吸收减少。     

猪粪-秸秆还田对土壤、作物重金属铜锌积累及环境容量影响研究

为评价畜禽养殖废弃物和种植业废弃物还田对土壤、作物安全性的影响,通过水稻-小麦轮作田间试验,设置不同猪粪-秸秆还田处理,研究土壤、作物重金属Cu、Zn的含量变化,开展污染评价和农田土壤重金属静态环境容量及猪粪最高施用量研究,以期为养殖业与种植业废弃物的农田利用和农业安全生产提供合理建议。结果表明:在猪粪-秸秆还田下,稻麦两季表层土壤重金属Cu、Zn含量略有升高,但处理间的差异性不显著(P0.05),且均在土壤环境质量一级标准范围内,土壤地累积指数Igeo均小于0;稻麦籽粒重金属Cu、Zn含量均在食品安全国家标准食品中污染物限量之内,单因子污染指数PI均小于1。因此,猪粪-秸秆还田对土壤、作物的Cu、Zn污染影响不显著。稻麦轮作后,土壤Cu、Zn静态环境容量均降低,最小静态环境容量分别为11.32、135.06 kg·hm-2。综合考虑土壤铜锌的污染安全问题,在稻麦轮作后建议猪粪还田的最高施用量为1 028.77 t·hm-2。     

作物定位轮作体系长期试验研究--土壤微生物在作物可生育期间的数量变化(Ⅰ)

1994～ 2 0 0 2年在东北农业大学校内农学试验田进行了作物定位轮作的长期试验研究 ,分别就不同作物轮作体系的土壤微生物、土壤优质真菌及土壤肥力的演变做了研究和分析 ,现将 1997年大豆、玉米、小麦可生育期间对其土壤微生物环境影响结果加以总结。结果表明 ,土壤细菌和放线菌数量均前期较低 ,生育盛期和成熟期较高 ,土壤真菌数量以前期最高 ,生育中后期数量有所减少 ;三种作物相比 ,大豆对微生物的繁衍有较好的促进作用     

成都平原不同种植模式下重金属镉污染风险和经济效益评价

为了评估成都平原常规粮油种植模式下的重金属镉污染风险和经济效益,寻求稳定、高产且利于推广的安全种植模式。选取成都平原最常见的6种粮油作物,设置了小麦-玉米轮作、油菜-玉米轮作、小麦-红苕轮作、油菜-红苕轮作、小麦-大豆轮作、油菜-大豆轮作、小麦-水稻轮作、油菜-水稻轮作8种种植模式,在轻中度污染农田开展了两年田间试验,对各个种植模式的产量、经济产出,以及收获物、秸秆和土壤的重金属镉含量进行测定。结果表明,当前试验区最广泛使用的小麦-水稻种植模式下的小麦和水稻籽粒镉含量均超标,存在极大的生产风险。玉米-油菜种植模式的籽粒镉含量最低,均未超标,能够实现安全生产,但经济产出较小麦-水稻轮作模式显著降低。油菜-水稻轮作模式的农田产出效益最大。相比种植小麦,种植油菜后,后茬水稻对应的重金属镉含量降低70.2%。综合生产和环境效益,将小麦-水稻种植模式更换为油菜-水稻模式是目前既能保证农民收益又能有效降低重金属镉污染风险的最佳措施。     

不同复合种植模式滇龙胆中矿质元素化学计量学研究

为了研究不同复合种植模式滇龙胆的矿质元素计量特征,探讨滇龙胆药材化学成分及其疗效的影响因素,采用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定4种种植模式(单一种植、茶树+滇龙胆、旱冬瓜+滇龙胆、杉木+滇龙胆)下滇龙胆(根、茎、叶)及其生长土壤中8种矿质元素(B、Ca、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni和Zn)的含量,结合多元统计分析方法对其所含元素计量特征进行分析和评价。结果表明,不同种植模式滇龙胆中均含有丰富的Ca、Fe、Mn等多种矿质元素,Mo元素均未检出(0.15μg/g);单一种植滇龙胆叶中Ca元素含量最高,达8 181μg/g,根中Fe元素含量最高,达2 228μg/g,旱冬瓜+滇龙胆复合种植的叶片中Mn元素含量最高,达910μg/g。同一种植模式滇龙胆根、茎、叶中Ca、Cu、Fe、Mn、Ni元素含量均差异显著(P0.05)。不同种植模式滇龙胆中Fe、Mn元素含量差异很大。单一种植及旱冬瓜+滇龙胆、杉木+滇龙胆复合种植下,滇龙胆与土壤中部分元素含量具有一定相关性。不同种植模式的滇龙胆对矿质元素的富集能力差异较大,其中对Ca、Cu、Mn、Zn元素的富集能力较强,茶树+滇龙胆种植模式下的叶片对Cu元素的富集能力最强。多元统计分析和滇龙胆生物富集系数分析表明,滇龙胆自身的生物学特性及种植模式影响体内矿质元素的分布特征。     

贵州野生小檗属植物土壤与植株微量元素相关性及富集特征

【目的】了解贵州野生小檗植物属土壤和植株(根)中微量元素含量及其富集特征,为其种植提供理论依据。【方法】测定贵州野生小檗属土壤和植株(根)中微量元素含量,分析讨论土壤与植株(根)中微量元素的相关性与植株(根)对微量元素的富集能力。【结果】毕节小檗、易门小檗、威宁小檗、永思小檗及壮刺小檗土壤全量为FeMnZnCuMo,巴东小檗、古宗金花小檗及平坝小檗为FeMnCuZnMo;土壤Cu全量最高为巴东小檗,Fe为永思小檗,Mn为威宁小檗,Mo为壮刺小檗,Zn为威宁小檗;土壤Cu有效量最大值为毕节小檗,Fe为巴东小檗,Mn和Mo为威宁小檗,Zn为古宗金花小檗;根中Cu、Mn全量最高为古宗金花小檗,Fe和Mo为壮刺小檗,Zn为永思小檗。【结论】土壤-植株系统中微量元素有一定的相关性,毕节小檗中以微量元素Cu富集系数最高且大于1,其余微量元素富集系数均小于1;贵州野生小檗属不同地区土壤微量元素有效量比全量的地区差异性更明显。     

旱冬瓜体内7种矿质元素含量与立地土壤的相关性

采用原子吸收分光光度法和相关分析法对主要造林树种旱冬瓜体内各营养器官的 7种矿 质元素含量的分布规律、元素之间以及植物与立地土壤之间的相关性进行了研究。结果 表明,旱冬 瓜不同器官各元素含量有着显著的差异,K、Mg、Fe、Zn、Cu、Mn在叶片中含量最多,C a在树皮中 含量最高;大多数元素在树干中含量最低。旱冬瓜对K、Ca、Mg、Zn、Cu有较强的吸收富 集能力, 对土壤富集系数大小依次为Mg>Ca>Cu>K>Zn>Mn>Fe,一般叶的富集系数最高。元素间和 元素与立地土壤的相关分析表明,K、Mg、Mn、Fe、 Cu之间有显著的相关性,Ca和Mn之 间的相关 性显著,除Fe元素外,植物体中K、Mg、Mn、Zn、Cu元素含量与土壤中元素含量关系相一 致。     

栽培模式对马铃薯植株镉积累和产量及品质的影响

以马铃薯费乌瑞它为材料,设水稻-马铃薯轮作氮零栽培模式(RP–N0)、水稻-马铃薯轮作传统栽培模式(RP–T)、水稻-马铃薯轮作高产栽培模式(RP–H)、水稻–马铃薯轮作超高产栽培模式(RP–SH)、玉米–马铃薯轮作高产栽培模式(MP–H)5个处理,研究了不同栽培模式对马铃薯植株镉积累和产量以及品质的影响。结果表明,同一处理不同时期马铃薯植株叶片的镉含量4.23~5.52 mg/kg,茎的镉含量4.85~5.02 mg/kg,显著高于块茎的镉含量(0.34~0.39 mg/kg);马铃薯茎叶的镉生物富集系数为10.15~13.25,显著高于块茎生物富集系数的(0.82~0.92);不同栽培模式的马铃薯产量和商品薯率以RP–N0处理的最低,为11.12 t/hm~2和71%,显著低于其他4个处理的产量及商品薯率,以MP–H处理的产量最高,达42.07 t/hm~2,淀粉含量以RP–N0最高(11.55 g/(100 g));马铃薯块茎的镉含量与土壤pH呈负相关(r=–0.65),块茎的镉生物富集指数与土壤p H呈显著负相关(r=–0.81)。     

不同施肥水平对长期麦豆轮作体系土壤氮素及产量的影响

探索施肥对长期轮作下土壤氮素变化及产量的影响,对优化氮素管理具有重要作用。通过优化施肥方案,对关中地区冬小麦-夏大豆长期轮作模式下作物产量及土壤全氮、硝态氮、铵态氮、微生物生物量氮含量动态变化进行定位研究。结果表明：土壤全氮、硝态氮、铵态氮含量秋冬季较高,春夏季较低,微生物生物量氮变化趋势与之相反。土壤中氮素各组分含量均表现为表层土高于下层土,土壤全氮、硝态氮、铵态氮平均含量及铵态氮层化比、土壤硝态氮与铵态氮比值随着化肥施用量的增加而增加,硝态氮层化比随施肥量的增加而减少。与不施肥相比,优化施肥促进微生物生物量氮含量的提升,而常规施肥导致微生物生物量氮含量下降。试验连续运行9 a后,施肥导致土壤pH和水分含量下降,对小麦、大豆产量有显著影响,与不施肥处理相比,小麦、大豆平均增产50.20%、45.29%。麦豆长期轮作种植模式下优化施肥在基本保证作物产量的同时,降低土壤中全氮、硝态氮、铵态氮含量,增加微生物生物量氮含量,减少化肥施用量。     

O3浓度升高对麦季土壤-植株系统中微量元素的影响

利用O3-FACE平台研究近地面臭氧浓度升高(目标值比周围大气高50％)对2009-2010年间麦季各生育期不同深度(0～5 cm,5～10 cm和10～15 cm)耕层土壤微量元素有效性和成熟期地上部分微量元素累积量的影响.结果表明,近地层大气O3浓度增加提高了麦季耕层(0～15 cm)土壤中有效性Fe、Mn含量,降低了有效性Cu、Zn含量,对Zn的减幅达27.3％(P＜0.05);大气O3浓度升高对土壤5～10 cm土层DTPA提取态Fe、Mn、Cu、Zn的影响最大;高O3浓度显著降低了5～10 cm和10～15 cm土壤DTPA-Zn含量(P＜0.05).O3浓度升高降低了小麦成熟期生物量和微量元素累积量.对不同层次土壤有效态微量元素和成熟期微量元素累积量对O3浓度升高响应进行了分析,同时指出应从土壤性质和作物生长两个方面进一步研究全球大气环境变化对土壤有效态微量元素的影响机制.     

长期氮磷化肥配施对不同种植体系土壤交换性镁分布与累积的影响

为了解不同种植体系对土壤交换性镁的影响,从陕西省长武县黄土高原长期定位试验站采集6个种植体系[小麦连作、豌豆-小麦(2a)+糜子轮作、红豆草-小麦(2a)轮作、豌豆-小麦(2a)+玉米轮作、玉米-小麦(2a)+糜子轮作、小麦(2a)+糜子-玉米轮作]的0～200cm土壤剖面样品,研究22年连续施用氮磷(NP)化肥下6个种植体系交换性镁在土壤剖面上的分布与累积状况。结果表明:不同种植体系交换性镁在土壤剖面上发生淋溶累积现象,在60～100cm土层产生累积峰;交换性镁的累积峰值由高至低分别为:红豆草-小麦(2a)轮作263mg.kg-1、小麦(2a)+糜子-玉米轮作255mg.kg-1、玉米-小麦(2a)+糜子轮作250mg.kg-1、豌豆-小麦(2a)+糜子轮作248mg.kg-1、小麦连作244mg.kg-1、豌豆-小麦(2a)+玉米轮作243mg.kg-1;不同种植体系0～200cm土壤交换性镁的总累积量由高至低分别为:红豆草-小麦(2a)轮作6 152kg.hm-2、小麦(2a)+糜子-玉米轮作5 855kg.hm-2、豌豆-小麦(2a)+糜子轮作5 853kg.hm-2、玉米-小麦(2a)+糜子轮作5 755kg.hm-2、豌豆-小麦(2a)+玉米轮作5 740kg.hm-2、小麦连作5 347kg.hm-2。不同种植体系交换性镁在土壤剖面上分布与累积差异的原因主要是由作物和种植方式的不同引起的。     

苏南地区汞污染农田土壤植物套作修复模式的筛选

为探究不同作物-超富集植物套作模式对修复汞污染农田土壤的效果,本研究通过盆栽试验,以小麦、大豆、油菜等作物为研究对象,将其分别与野艾蒿、乳浆大戟、悬钩子等汞富集植物搭配套作,研究不同套种体系修复汞污染农田土壤的效果。结果表明：与富集植物进行套作时,作物根、茎、叶和籽粒的汞含量有不同程度的下降,其中根部汞含量下降最明显,作物与富集植物套作可以降低作物体内汞含量。与小麦单作相比,野艾蒿、悬钩子与小麦套作可以增加小麦地上部生物量,增加幅度分别为49.37%和42.45%。小麦/野艾蒿套作和小麦/悬钩子套作富集植物中汞的转移系数（Transfer factors,TF）接近,但野艾蒿汞的生物富集系数（Bioconcentration factor,BCF）显著高于悬钩子,是其的2.59倍;大豆的两种套作模式下,乳浆大戟的TF、BCF值皆高于野艾蒿,分别是其的1.41倍和1.50倍;油菜的两种套作模式下,悬钩子和野艾蒿的TF值接近。结果分析显示野艾蒿适合与小麦套作,乳浆大戟适合与大豆套作。综上所述,小麦/野艾蒿、大豆/乳浆大戟套作模式可以降低作物体内汞含量,并在一定程度上提高小麦和大豆产量。     

施用锰肥对根际土壤锰有效性及小麦镉吸收转运的影响

为探究施用锰肥对重度污染土壤中小麦Cd吸收的影响，采用盆栽试验，研究了施加不同浓度（13、26、66 mg·kg^-1）和不同种类（常规锰肥、缓释锰肥）锰肥对根际土壤Cd、Mn有效性和小麦Cd、Mn吸收转运的影响。结果表明：施用锰肥可显著增加土壤有效态Mn含量，且缓释锰肥在小麦生长后期对土壤Mn的供给显著高于常规锰肥。与对照（不施锰肥）相比，常规锰肥在小麦生长前期使土壤有效态Mn含量增加了8%~61%；缓释锰肥在小麦生长后期使土壤中有效态Mn含量增加了6%~105%。施用常规锰肥显著增加了小麦拔节期根部Mn含量，而施用缓释锰肥在小麦灌浆期和成熟期显著增加了小麦根部Mn含量。施用锰肥处理显著降低了小麦拔节期和孕穗期根部Cd含量和成熟期地上部Cd含量。所有处理中，仅施用中、高浓度常规锰肥和中浓度缓释锰肥显著降低了小麦籽粒中Cd含量，降幅分别为14%、27%和17%。相关性分析显示，在小麦全生育期，小麦根部Mn含量与地上部Cd含量、小麦根部向地上部Cd转移系数均呈负相关关系。研究表明，施用锰肥可通过增加土壤有效态Mn含量，促进小麦根部Mn吸收，从而抑制小麦根部Cd吸收，减少小麦根部Cd向地上部的转运。在中、重度Cd污染土壤中，单施锰肥不能保证小麦的安全生产，需要同时采取更多有效措施或综合农艺技术，进一步降低Cd在小麦籽粒中的积累。     

不同植物轮作提取深层土壤累积硝态氮的效果

【目的】利用不同植物轮作,通过生物修复耗竭深层土壤剖面的累积硝态氮,从而控制集约化粮田过量施氮造成的硝酸盐淋洗。【方法】通过田间试验,比较小麦-玉米轮作、休闲-玉米、小麦-休闲、紫花苜蓿连作、紫花苜蓿+苇状羊茅间作、黑麦-苋菜轮作、黑麦-高丹草轮作、黑麦-甜高粱轮作对土壤剖面硝态氮累积和淋洗的降低效果。【结果】紫花苜蓿、高丹草、黑麦1-2 m土体根系占0-2 m土体总根系的比例最高;黑麦-苋菜、黑麦-高丹草和黑麦-甜高粱处理具有较高的年吸氮量（330-390 kgN•hm-2）;与小麦-玉米传统轮作相比,夏季休闲增加了土壤硝态氮淋洗。经过1年的田间试验,5个修复植物处理0-1 m、1-2 m的硝态氮累积量分别降低124.3和81.2 kgN•hm-2,其中苋菜、甜高粱、高丹草对深层土壤中硝态氮的消减作用较大;甜高粱、高丹草、苋菜种植下1 m处土壤溶液中硝态氮浓度一直处于最低水平,平均仅8.6 mg•L-1。【结论】在本试验条件下,黑麦-高丹草轮作是一年内提取深层土壤累积硝态氮效果最好的种植模式。