大气CO_2升高与农田土壤碳循环研究

大气CO2浓度的升高通过植物-土壤-微生物的相互作用对陆地生态系统中最大碳库土壤的稳定性产生重要影响。大气CO2浓度升高,影响许多植物生长发育过程,进而影响土壤有机碳输入量。与此同时,土壤微生物的群落与功能也会随之发生变化,参与土壤碳的转化,深刻影响陆地生态系统的碳循环。文章分析了大气CO2浓度升高影响农田土壤碳循的有关过程,包括高CO2浓度条件下,作物地下部分的生长响应,以及向土壤中输入作物光合有机物量和质的变化,探讨了土壤碳库对大气CO2浓度升高反馈的土壤微生物作用机制,进一步解析了土壤微生物群落结构在土壤碳与大气CO2浓度之间的相互作用,提出研究土壤有机碳转化的土壤微生物作用机制是预测全球气候变化条件下的农田土壤碳循环规律的关键。图1,参79。     

菜用大豆食用品质关键组分及其积累动态研究

选用30个菜用大豆品种(系),测定其食用品质与籽粒的化学组分,分析二者的相关性;再选其中3个可溶性糖含量不同的品种(系)测定食用品质组分,并采用主成分分析方法探讨每个组分的作用,研究其积累动态。结果表明,蔗糖、果糖+葡萄糖、蜜三糖、水苏糖、蛋白质、游离氨基酸和脂肪对菜用大豆食用品质的总贡献率为67.8%;其中蔗糖含量与菜用大豆食用品质呈极显著正相关(0.864**),蛋白质含量与菜用大豆食用品质评分呈显著负相关(–0.439*)。鲜食期不同菜用大豆品种籽粒中蜜三糖和水苏糖的平均含量仅有成熟期的7.4%和12.4%,对菜用大豆食用品质影响有限。菜用大豆的鲜食期一般在开花后42 d,可维持一周左右。此期蔗糖含量最高,蛋白质含量比成熟期低3%左右,氨基酸含量明显高于成熟期,而蜜三糖、水苏糖含量最低,果糖+葡萄糖居中,食用品质最佳;鲜食期过后,籽粒中蔗糖和单糖含量降低,脂肪与蛋白质积累增加,蜜三糖和水苏糖含量显著增高,导致食用品质下降。     

东北北部冷凉区免耕土壤的特性及作物效应

【目的】研究东北冷凉区免耕对土壤性状、作物产量的影响及其水土保持作用。【方法】利用平地和坡地9年长期定位田间试验,设置免耕和旋耕处理,系统监测土壤性状和作物产量。【结果】与传统旋耕相比,免耕下耕层土壤含水量提高3—5个百分点,110 cm土层储水量增加;10 cm处土壤温度降低2.1℃;0—15 cm土层有机质含量增加11%;土壤动物多样性增加;地表径流和土壤流失量分别减少90%和98%以上;玉米减产20%以上,大豆却增产10%左右;免耕在坡地上的效果好于平地。【结论】免耕对退化黑土恢复和水土保持作用显著,但冷凉区作物对免耕反应不同：大豆增产,玉米减产。因此,免耕适宜于大豆和坡耕地。     

不同轮作系统中作物根渗出物对大豆种子萌发的化感作用

为明确不同作物根渗出物对大豆种子的化感作用,用滤纸法研究了6种轮作系统中5种作物根渗出物对大豆种子发芽及芽生长的影响.结果表明:大豆种子在大豆连作(S…SS) 12年区土壤中种植后,在其根渗出物中大豆种子的发芽率为63.3％,与玉米-大豆-玉米(CSC)轮作区相比(发芽率96.7％),对大豆种子萌发有明显的抑制作用.在小麦-大豆-小 麦(WSW)、大豆-小 麦-玉米(SWC)和玉米-大豆-玉米(CSC)轮作区种植甜菜后,与相应轮作系统中种植其它作物相比,大豆种子在甜菜根渗出物中的发芽率和发芽势几乎最低,且在所有供试轮作系统中种植甜菜后均不利于下茬大豆种子发芽后的芽生长;而在所有轮作系统中种植亚麻后,其根渗出物更好地促进了下茬大豆种子发芽,且芽长势良好.玉米除了在小麦-大豆-小 麦(WSW)轮作区外,在其它轮作系统中种植后对大豆种子发芽影响不大.在玉米-大豆-玉米(CSC)、大豆-小麦-大豆(SWS)和裸地(Nudation)中小麦根渗出物利于大豆种子发芽和芽生长.总之,同一作物在不同轮作系统中种植或不同作物在同一轮作系统种植后,作物的根渗出物对大豆种子发芽和芽生长的影响有显著差异.     

珍珠粟对降低土壤中大豆胞囊线虫密度的作用

一年生草本珍珠粟是有价值的饲料作物,珍珠粟除了作为饲料外,在种植后还有减少多种植物寄生线虫在土壤中密度的作用,为了探讨珍珠粟对大豆胞囊线虫在土壤中密度的作用,2010年和2011年进行了哈尔滨和海伦2个地点的大豆连作田种植珍珠粟CFPM-101试验,以大豆为对照作物,在种植前和收获后采集耕层土壤,测定大豆胞囊线虫胞囊和卵密度。试验结果表明,珍珠粟种植后可很好地控制大豆胞囊线虫在土壤中的胞囊密度,在哈尔滨和海伦试验区对大豆胞囊线虫胞囊防治效果在31.1%~100%,而种植大豆后收获季节土壤中胞囊增加20.6%~97.5%。珍珠粟种植也可很好地控制大豆胞囊线虫在土壤中卵的密度,防治效果在53.2%~100%,而种植大豆后收获季节土壤中大豆胞囊线虫卵增加了23.5%~550%。研究结果证明了珍珠粟可有效地降低连作大豆田大豆胞囊线虫虫源密度。图8,表2,参21。     

预处理方式对昆虫病原线虫冷冻存活的影响

【目的】探讨提高昆虫病原线虫冷冻存活能力的方法,以改进昆虫病原线虫储存技术。【方法】以我国高寒地区分离、筛选出的高致病力昆虫病原线虫Heterorhabditis bacteriophora-HBN(HBN,45°45′N)和从美国引进的同种不同品系昆虫病原线虫H.bacteriophora-NJ(NJ,40°13′N)为研究对象,在实验室条件下研究了不同预处理方式对2个品系线虫冷冻存活率的影响。【结果】HBN经过25℃7d、10℃7d、4℃7d、25℃3d10℃3d和25℃3d10℃3d4℃3d的预处理后,于-4℃冷冻5d时的存活率为86.1%~95.2%,显著高于直接冷冻法(25℃0d)的存活率17.7%,而NJ经25℃3d10℃3d4℃3d的预处理后,于-4℃冷冻5d时的存活率为83.0%,显著高于其他预处理(2.2%~58.5%)。【结论】适当的预处理可提高2个品系线虫的冷冻存活率,但生活在不同地理纬度的同种线虫(HBN和NJ)适于不同的驯化方式。     

白草塬植被恢复后沟头草本植物多样性与土壤因子的关系

[目的] 探究黄土塬沟头在植被恢复后的草本植物多样性变化与土壤因子间的关系,为该区沟头水土保持效益评估提供科学依据。[方法] 以农地沟头为对照,选择不同植被恢复年限(5,13,18,22 a)的白草塬草地沟头,调查和测定了各植被恢复年限沟头的草本植物多样性和表层土壤(0—10 cm和10—25 cm)的土壤性质因子。[结果] 随植被恢复年限的增长,Patrick丰富度指数呈现先增大后稳定的变化趋势;Shannon-Wiener指数呈现持续上升的趋势,植被恢复18 a和22 a时的Shannon-Wiener指数高于恢复13 a,但没有显著性差异;Pielou均匀度指数呈现增加—降低—再增加的波动趋势,且在恢复22 a时达到最大值(0.89)。白草塬沟头0—10 cm和10—25 cm的土壤容重均在恢复22 a时达到最小值,较农地分别显著降低13.1%和17.8%(p＜0.05);0—10 cm和10—25 cm的土壤有机质含量、水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径和饱和导水率均随植被恢复年限的增加而显著增加,两土层的土壤因子在各植被恢复年限上呈现出显著性差异。相关性分析显示草本植物多样性指标与容重间呈负相关关系,与土壤有机质、水稳性团聚体、团聚体平均重量直径以及饱和导水率呈显著正相关(p＜0.05)。冗余分析表明土壤团聚体含量与草本植物多样性变化密切相关。[结论] 植被恢复显著提高了沟头草本植物多样性,可改善表层土壤性质,在稳固沟头过程发挥重要作用。     

不同覆沙厚度下松嫩平原盐碱裸地上的种植效果

松嫩平原土地盐碱化严重限制了当地农牧业的可持续发展,覆沙并在覆沙层种植作物是盐碱化土地的有效利用途径.为此在松嫩平原盐碱裸地上进行不同厚度覆沙(10、20、30、40 cm),并连续2年分别种植玉米(Zea mays)、向日葵(Helianthus annuus)、大麦(Hordeum vulgare)及苜蓿(Medicago sativa)(第2年补播),探究不同厚度覆沙4种作物的种植效果.结果表明,覆沙后第1年种植4种作物均能生长,但长势较弱,第2年长势较强.覆沙40 cm玉米产量为5621 kg·hm?2,是覆沙10 cm的3.27倍(P<0.05),但与覆沙20、30 cm差异不显著(P>0.05).覆沙30 cm苜蓿的干草产量和根干重高于其他覆沙厚度,分别达8597和3367 kg·hm?2,且分别是覆沙10 cm的3.00倍(P<0.05)和1.29倍(P<0.05).覆沙40 cm向日葵和大麦籽粒产量显著高于覆沙10 cm,分别提高33.4％和269.5％,而覆沙20、30 cm与覆沙10 cm之间差异不显著(P>0.05).因此,覆沙后种植玉米和苜蓿分别推荐覆沙20 cm以上和覆沙30 cm;种植向日葵和大麦推荐覆沙40 cm.研究结果表明,盐碱裸地上覆沙可成功种植作物.     

覆沙对松嫩平原盐碱裸地的改良和利用效果研究

本文研究不同覆沙厚度及覆沙后种植农作物和饲草对松嫩平原盐碱裸地的改良和利用效果。结果表明：覆沙后沙土层土壤含水量、pH和电导率明显低于盐碱土层,且随沙土深度的增加而增加,在同一沙土层随覆沙厚度的增加而降低。不同厚度覆沙后表层盐碱土电导率由初始621 μS/cm降低至389~594 μS/cm。2013年覆沙30 cm玉米产量较2012年高51.1%,且比覆沙20 cm高32.29% (P<0.05),比覆沙40 cm低8.9% (P>0.05)。2013年覆沙30 cm紫花苜蓿产量和总根生物量分别是2012年的2.04倍和3.65倍,总根生物量较覆沙20 cm和覆沙40 cm显著增加55.9%和106.3%。2012年和2013年覆沙30 cm种植紫花苜蓿沙土层电导率分别降低23.1%和43.5%。不同厚度覆沙对盐碱地有一定改良作用,覆沙后连续2年种植玉米和紫花苜蓿增产效果显著,推荐覆沙30 cm。     

实施16年保护性耕作下黑土土壤结构功能变化特征

通过东北典型黑土区旱作平地连续16 a保护性耕作田间长期定位试验，研究保护性耕作实施后对土壤结构功能的影响，分析土壤结构功能的生育期动态特征及其与土壤有机碳的相关关系，探究作物产量变化的原因。以玉米-大豆轮作黑土农田为研究对象，设置4个耕作处理：秸秆覆盖免耕（No-tillage with straw returning，NT）和少耕（Reduced-tillage，RT）保护性耕作；平翻（Moldboard-tillage，MT）和旋耕（Rotary-tillage，Rot）传统耕作，探讨大豆幼苗期（Seeding-stage，SS）、开花期（Flowing-stage，FlS）、鼓粒期（Filling-stage，FiS）和成熟期（Maturing-stage，MS）耕层0~20 cm土壤容重、孔隙度、水分状况以及水稳性团聚体含量对耕作方式的响应。在大豆收获后取样测定不同耕作处理土壤有机碳和地表土壤水分入渗速率。结果表明：1）NT改善并稳定土壤结构。NT可以保持容重在生育期内的相对稳定；NT可以有效克服机械压实作用；表层土壤NT水稳性大团聚体（>0.25 mm）含量最多，平均重量直径（Mean weight diameter，MWD）达到0.49 mm，高于其他耕作处理。2）NT提高土壤持水蓄水能力。NT增加表层0~5 cm土壤田间持水量；NT改善地表土壤水分入渗，整体初始入渗速率为其他处理的1.26~1.63倍，非种植带处稳定入渗速率为其他处理的2.24~6.63倍。3） NT显著增加土壤表层0~5 cm有机碳的积累，NT分别比MT、RT和Rot处理高32.59%、30.28%和25.79%。4）NT不会导致作物减产。长期连续保护性耕作尤其是秸秆覆盖免耕在改善土壤的结构功能，并显著增加表层土壤有机碳积累的同时，维持土地生产力，有效克服保护性耕作短期不良效应，提升黑土质量的作用明显。