大豆重迎茬减产的原因及农艺对策研究Ⅴ.重迎茬大豆的水分问题

通过连续8年在全省5个生态区9个9区固定轮作场圃综合试验,试验区专项研究,框区、盆栽试验,实验室分析,以及大量的大面积生产调查,发现大豆重迎茬种植,土壤水分有一些不利的变化,但其程度低于重茬玉米、重茬小麦,某些时期重茬大豆耕层土壤的水分含量还会高于正茬轮作.这说明土壤水分没有明显恶化,不是造成大豆重迎茬减产的一个重要原因.     

东北黑土区大豆生长、结瘤及产量对氮、磷的响应

氮肥和磷肥显著影响大豆的结瘤和产量。然而在土壤肥力较高、速效养分有效性差的东北地区,有关氮肥和磷肥施用量对大豆结瘤和产量影响的研究较少。本试验采用裂区田间试验,设置3个氮（N）水平（0、20 和 50 kg/hm2）和 3 个磷（P）水平（0、 20 和 40 kg/hm2）,研究氮、 磷及其交互作用对大豆生长发育、 结瘤特征及产量的影响。结果表明, 单施氮肥大豆生物量和产量随着施氮量的增加而增加,而根瘤数量、 干重、 大小和结瘤指数呈逐渐下降的趋势。单施磷肥促进大豆生物量、 产量、 根瘤数量、 干重、 大小和结瘤指数的增加,但其增幅低于施氮处理下的增幅。氮磷对大豆生长和产量促进作用高于单施氮和单施磷处理,但差异不显著;氮磷处理下的根瘤数量、 干重、 大小和结瘤指数低于单施磷处理;氮磷处理下N2（N 50 kg/hm2）处理下的大豆根瘤数量、 干重、 大小和结瘤指数高于N1处理（N 20 kg/hm2）下的,随着施磷量的增加大豆根瘤数量、 干重、 大小和结瘤指数增加,施磷能够抵消氮对大豆根瘤产生和形成的抑制。氮、 磷及其交互作用对大豆根瘤的影响都是直接的,并且不是通过促进大豆生长间接促进的。因此氮和磷均是限制东北地区大豆结瘤和产量的因素,但氮是主导因素。若要获得大豆高产,氮肥施用量需要控制在50 kg/hm2,磷肥在40 kg/hm2;但若想最大的发挥大豆的结瘤固氮功能,那么应该不施或者减少氮肥的施用量到20 kg/hm2,磷肥仍在40 kg/hm2。     

不同土地利用下黑土密度分组中碳、氮的分配变化

陆地生态系统植被覆盖会影响有机质在土壤及其各组分中的分布,是控制土壤有机质储量的重要因子。通过对黑土有机碳、氮含量的估算,阐明土地利用变化对土壤有机碳库及轻组、重组有机碳、氮含量和结合态腐殖质有机碳含量的影响以及有机碳、氮的消长变化。结果表明:(1)不同土地利用方式下土壤0～20cm土层总有机碳(TOC)、全氮(TN)含量存在显著差异(p<0.05),自然土壤被破坏或转为农田,土壤总有机碳和全氮含量会持续下降,但农田化肥和有机肥配施后,土壤总有机碳和全氮含量显著增加;草地经过20年的植被恢复,土壤总有机碳含量显著高于农田化肥和无肥处理,有机碳库储量显著提高;(2)游离态轻组(Free-LF)和重组(HF)有机碳和氮含量与土壤总有机碳和全氮呈显著或极显著正相关,闭蓄态轻组(Occluded-LF)有机碳和氮在土壤中呈随机分布;(3)游离态轻组的C/N比高于全土和其他组分,易受微生物作用而降解,是土壤不稳定碳库的主要成分;(4)松结态胡敏酸碳含量与土壤总有机碳显著相关(p<0.05),土壤肥力随着胡敏酸的增加而提高。农田有机培肥不但能够提高有机质含量和土壤质量,也能显著提高农田生态系统抵押大气CO2的能力。     

不同生态恢复方式及施肥管理对退化黑土物理性状的影响

研究了不同生态恢复方式（苜蓿休闲、自然恢复、种植作物）和不同施肥管理（化肥＋有机肥、化肥＋秸秆还田、化肥、无肥）对退化黑土物理性状的影响。结果表明,与自然恢复相比,不同施肥管理对退化黑土物理性状改良效果皆较好,表现为容重减小,孔隙度、毛管持水量、最大持水量、田间持水量和水稳性团聚体含量增加,其中化肥与有机肥配施效果最好;而苜蓿休闲方式由于恢复年限较短,仅容重和孔隙度变化较明显。苜蓿和自然恢复对0-10cm土层的容重、总孔隙度、毛管持水量、最大持水量、田间持水量影响较大,而10-20cm土层由于恢复年限较短,变化不明显。0-20cm土层水稳性团聚体（〉0．25mm）含量和平均重量直径表现为不同施肥管理〉苜蓿休闲〉自然恢复。     

东北黑土区土壤温度变化特征

应用MILOS520自动气象站观测了海伦地区三叶草地全年土壤温度,为说明地温和气温年际间变化规律,对比气温获得黑土区年际间存在的两个土温和气温大致相等的转折期,将全年分成三个类型区,分别比较这几个时期土温气温的变化特征.得出黑土区土温气温年际间变化的四个特征时期:土温气温升高重合区(3月);土壤温度上升区(4、5、6、7、8月份);土温气温降低重合区(9月);土壤温度降低区(10月到来年2月份).     

有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响,优化草甸土耕作层结构、提高作物产量,2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地,在玉米播种前设置了秸秆浅混还田（CT,0～15 cm）、秸秆深混还田（STS,0～35 cm）、秸秆和有机肥深混还田（STSM,0～35 cm）、无秸秆还田常规耕作（CK）4个处理。对玉米收获后的土壤进行取样分析,测定0～35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构,并采用结构方程模式、Mantel test和随机森林方法分析土壤孔隙结构调控玉米产量的途径。结果表明,经CT、STS和STSM处理后的0～15 cm土层土壤容重与CK处理相比显著下降了5.2%～7.8%(P<0.05),而田间持水量和饱和导水率均呈现上升趋势,分别显著增加了7.8%～16.6%和77.5%～325%(P<0.05);STS和STSM处理进一步显著改变了>15～35 cm土层上述3个土壤物理性质。CT扫描结果显示,有机物料还田显著改善了相应土层土壤结构。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0～15 cm土层>1 000μm孔隙数量和孔隙度;与CT...     

秸秆还田后效对玉米氮肥利用率的影响

【目的】玉米秸秆还田已经成为培肥土壤的重要农艺措施之一,研究玉米秸秆还田后效对氮肥利用率的影响,旨在为提出提高氮肥利用率的秸秆还田方式提供理论依据。【方法】以中国科学院海伦农业生态实验站为研究平台,以质地黏重的黑土为研究对象,运用¹⁵N同位素示踪技术,以2011年进行秸秆还田的田间试验为基础,于2016年开展不同秸秆还田方式后效对化肥氮利用率影响的研究。以未进行秸秆还田的处理为对照（CK）,在同等秸秆还田量下（10 000 kg·hm^-2）设置免耕秸秆覆盖（D₀）,粉碎后的秸秆均匀混于0—20 cm土层（D_0-20）、0—35 cm土层（D_0-35）和20—35 cm土层（D_20-35）,秸秆平铺于35 cm深度（D₃₅）和50 cm深度（D₅₀）7个处理。【结果】不同秸秆还田方式后效通过促进玉米干物质积累,提高玉米对氮素的吸收,增加玉米的氮素积累进而提高氮素利用率。不同处理对玉米各器官干物质积累的影响表现为D_0-35>D_20-35>D_0-20>CK≥D₀>D₃₅>D₅₀,其中D_0-35和D_20-35（秸秆深混还田后效）处理比其他处理分别显著提高了7.1%—47.7%和2.0%—39.1%（P<0.05）（叶子除外）。不同秸秆还田方式后效对玉米各器官氮含量没有显著影响（P>0.05）,但是D_0-35、D_20-35和D_0-20处理显著增加了玉米各器官氮素积累量（P<0.05）,与CK、D₀、D₃₅、D₅₀处理相比分别提高了15.8%—20.2%、8.5%—18.2%和27.9%—39.5%（P<0.05）。与其他处理相比,D_0-35和D_20-35处理玉米各器官¹⁵N累积量分别显著提高了5.1%—38.4%和9.3%—31.8%。74.1%以上的¹⁵N累积在玉米的籽粒中,不同秸秆还田方式后效没有显著影响¹⁵N在玉米各器官的分配比例,说明玉米秸秆还田后效通过促进玉米植株整体对肥料氮的吸收来提高氮肥的利用率。D_0-35处理氮肥利用率和¹⁵N肥料氮的残留率与其他处理相比分别提高了1.9—12.7个百分点和6.9—21.2个百分点,而氮肥损失率则降低了8.8—31.3个百分点;但是与CK处理相比,D₀、D₃₅和D₅₀（秸秆层铺后效）处理没有显著增加氮肥利用率,同时D₀和D₅₀处理氮素损失率提高了3.6和4.4个百分点;说明秸秆层铺后效有增加氮素损失的风险,而通过秸秆深混还田后效构建肥沃耕层是一种提高氮肥利用率的有效地途径。与CK处理相比,D_20-35、D₃₅和D₅₀处理的氮肥贡献率分别显著提高了3.74、4.26、3.79和4.51个百分点（P<0.05）,但是不同秸秆还田方式后效之间没有显著查差异（P>0.05）。Pearson相关分析结果表明秸秆还田后效通过促进玉米根系生长、增加土壤中轻组有机碳含量及改善土壤物理性质来提高氮肥利用率。【结论】对于质地黏重的黑土,可以通过增加秸秆还田混合深度,构建肥沃耕层提升土壤肥力和改善土壤结构,能够有效提高氮肥的利用率。     

施肥对小麦、玉米和大豆连作土壤微生物群落功能多样性的影响

为了明确长期施肥和不施肥条件下作物连作对土壤微生物群落功能多样性的影响,以典型黑土为研究对象,选取长期定位实验站长期施肥和不施肥条件下的小麦、玉米和大豆连作处理,通过稀释平板法和Biolog Eco微平板法,测定土壤细菌、真菌、放线菌数量、碳源代谢活性等指标,为建立合理的农田管理措施提供数据支撑和理论依据。结果表明:长期施肥条件下大豆、小麦和玉米连作土壤细菌、真菌和放线菌数量均高于不施肥处理,且均以大豆连作处理细菌和真菌数量最高。不施肥条件下小麦和玉米连作土壤细菌总数较大豆连作处理分别下降了24.8%和31.0%,真菌总数分别下降了64.0%和51.2%;施肥条件下小麦和玉米连作土壤细菌总数则较大豆连作处理分别下降了29.0%和45.5%,真菌总数分别下降了26.7%和31.5%。Biolog结果表明,不施肥条件下小麦连作处理的平均颜色变化率(AWCD)高于玉米和大豆连作处理,施肥条件下则是大豆连作处理的AWCD值高于小麦和玉米连作处理。不施肥条件下大豆、玉米和小麦连作处理利用最多的碳源是碳水化合物类,施肥后不同连作处理利用最多的是碳水化合物类和多聚物类。大豆和小麦连作不施肥条件下土壤微生物利用率最高的碳源均是α-D-乳糖,施肥条件下利用率最高的碳源均是D,L-α-甘油,而不论施肥与否,玉米连作条件下土壤微生物利用率最高的碳源均是D-半乳糖醛酸;葡萄糖-1-磷酸盐和γ-羟基丁酸是农田黑土微生物群落特异利用的关键碳源。主成分分析得出,施肥对土壤微生物碳源代谢能力的影响大于作物的影响。     

典型黑土的黑度与土壤有机质组分关系研究

土壤颜色作为土壤的一项重要物理指标，被广泛应用于土壤诊断、分类以及土壤性质判断。在矿物成分大致相同条件下，土壤有机质(SOM)是控制土壤变黑的重要因素。采用基于CIEL^*a^*b^*颜色分析系统的分光测色仪，并结合土壤物理分组方法，对30个典型黑土及其物理组分(轻组、粗颗粒、细颗粒和矿质结合态有机质)的黑度进行了分析，旨在明确黑土SOM含量与其黑度间的定量关系，揭示不同物理组分对土壤黑度的贡献。结果表明：黑土的黑度与SOM、以及各物理组分的黑度与相应组分的有机碳含量之间，均呈显著正相关关系。而且随着组分稳定程度的增加，这种相关性逐渐增强。从不同组分看，轻组和粗颗粒组分的黑度值大于细颗粒和矿质结合态组分，但相关分析表明，轻组和粗颗粒组分的黑度与原土黑度无显著相关关系，二者对土壤黑度的贡献率仅为2.6%。而矿质结合态组分作为土壤腐殖质的主要储存位置，其对土壤的黑度贡献率达81%以上，是黑土呈现黑色的决定性因素。