制种玉米连作恒量施磷对灌漠土与潮土中磷素利用的影响

[目的]研究恒量外源磷施用对玉米种子生产的影响,为合理施磷提供依据。[方法]通过大田定位与实验室分析相结合,选用河西走廊石灰性潮土及灌漠土定位施肥。[结果]制种玉米连作8a,恒量磷二铵525kg/(hm^2·a)施用,除无机态二钙磷(Ca_2-P)外,2种不同土类总磷(T-P)、速效性磷(Av-P)、总无机磷(T-IP)、总有机磷(T-OP),以及其他各分级无机、有机磷组分均显著增加。无机磷占全磷总量65.2%~70.2%,有机磷占全磷总量6.5%~11.4%。无机磷中十钙磷(Ca₁₀-P)>八钙磷(Ca8-P)>铝磷(Al-P)>铁磷(Fe-P)>闭蓄态磷(O-P)。有机磷中活性有机磷(MLO-P)>高稳性(HRO-P)>中稳性有机磷(MROP)>活性有机磷(LO-P)。随连作年限增加,灌漠土Ca₁₀-P在连作第5a达到最大,Al-P,O-P均持续增加;潮土Ca₁₀-P持续增加,Fe-P,O-P在连作第5a达到最大,磷增加量为3.94%~37.28%。0—60cm土层,两种土类无机磷各组分含量均呈现由表层至下层递减特点,但不同分级磷在不同土层所占比例不同,Ca₁₀-P,Al-P,O-P,MRO-P底聚,Ca_2-P,HRO-P表聚,制种玉米连作生产8a,磷肥最大表观利用率为4.89%,磷素活化系数<2%,外源磷肥以174.3kg/(hm^2·a)残余在土壤中。[结论]制种玉米连作,总磷转化率低,磷素移动缓慢,大部分以溶解性较低的磷素形态在土壤表层积累,但随连作年限增加,土壤对磷素的固持及转化率下降,表现底聚趋势,对生态环境健康存在极大风险,应减量或停止施磷。潮土磷肥施用应采取更加合理措施。     

西北干旱灌溉区种植春小麦和牧草对耕地盐渍化的影响

[目的]研究西北干旱灌溉区种植春小麦和牧草对耕地盐渍化的影响差异,为该区防治土壤次生盐渍化工作提供科学依据。[方法]以小麦(Triticum aestivum)和混播牧草披碱草/苜蓿(Elymus dahuricus/Medicago sativa)及其下部土壤为研究对象,通过测定植被的盖度、高度、地上生物量及其下部土壤的水、盐含量等指标,来分析和比较种植春小麦和牧草对耕地盐渍化的影响,以及不同植被特征指标与土壤水、电导率间的定量关系。[结果]小麦和牧草的盖度、高度、地上生物量均随生长时间的延长呈显著升高趋势。小麦收获后,小麦地裸露类似于裸地,而牧草继续生长并保持覆盖耕地。当耕地被植被覆盖时,其地表的日照强度、表层土壤(0—5cm)的温度和盐含量均显著低于裸地,而地表的湿度和表层土壤的含水率正好相反,均显著高于裸地。相关分析显示,植被地上生物量与土壤含水率、植被盖度与土壤盐含量间相关性最强,土壤含水率与盐含量间呈显著负相关关系。进一步回归分析显示,植被地上生物量每提高1kg/m2,可使植被覆盖区的表层土壤含水率升高6%,盖度每提高1%,可使表层土壤的电导率降低2.2μS/cm。[结论]西北干旱灌溉区种植春小麦因生育期较短易引发土壤的次生盐渍化,而牧草覆盖耕地时间较长可预防耕地发生盐渍化危害。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

Impacts of silicon on biogeochemical cycles of carbon and nutrients in croplands

Crop harvesting and residue removal from croplands often result in imbalanced biogeochemical cycles of carbon and nutrients in croplands, putting forward an austere challenge to sustainable agricultural production. As a beneficial element, silicon (Si) has multiple eco-physiological functions, which could help crops to acclimatize their unfavorable habitats. Although many studies have reported that the application of Si can alleviate multiple abiotic and biotic stresses and increase biomass accumulation, the effects of Si on carbon immobilization and nutrients uptake into plants in croplands have not yet been explored. This review focused on Si-associated regulation of plant carbon accumulation, lignin biosynthesis, and nutrients uptake, which are important for biogeochemical cycles of carbon and nutrients in croplands. The tradeoff analysis indicates that the supply of bioavailable Si can enhance plant net photosynthetic rate and biomass carbon production (especially root biomass input to soil organic carbon pool), but reduce shoot lignin biosynthesis. Besides, the application of Si could improve uptake of most nutrients under deficient conditions, but restricts excess uptake when they are supplied in surplus amounts. Nevertheless, Si application to crops may enhance the uptake of nitrogen and iron when they are supplied in deficient to luxurious amounts, while potassium uptake enhanced by Si application is often involved in alleviating salt stress and inhibiting excess sodium uptake in plants. More importantly, the amount of Si accumulated in plant positively correlates with nutrients release during the decay of crop biomass, but negatively correlates with straw decomposability due to the reduced lignin synthesis. The Si-mediated plant growth and litter decomposition collectively suggest that Si cycling in croplands plays important roles in biogeochemical cycles of carbon and nutrients. Hence, scientific Si management in croplands will be helpful for maintaining sustainable development of agriculture.     

林地转变为耕地对紫色土N2O排放的影响

土地利用方式变化是造成大气中温室气体浓度变化的主要原因之一,但土地利用方式转变,如林地转变为耕地过程对土壤氧化亚氮(N_2O)排放的影响还缺乏系统研究。本研究于2016年7月中旬在四川盆地丘陵区将林地转变为耕地,并按照耕地冬小麦-夏玉米轮作方式,采用静态暗箱-气相色谱法,对比分析了耕地翻耕不施肥(CL-T)、翻耕施肥(CL-TF)和邻近林地(CK)的土壤N_2O排放过程特征。结果表明,试验期间CL-T、CL-TF土壤N_2O排放通量较CK均显著增加(P0.01),且二者的N_2O排放通量在林地转变为耕地初期均有明显的排放峰。小麦季和玉米季土壤N_2O排放通量[μg(N)·m-2·h-1]均值CK分别为2.52和4.60,CL-T分别为3.55和11.63,CL-TF分别为6.26和22.16,N_2O排放通量玉米季显著高于小麦季。CK、CL-T和CL-TF的土壤N_2O全年累积排放量[mg(N)·hm-2]分别为0.271、0.515和0.957,CL-T、CL-TF较CK分别显著增长89.8%、253.0%,说明林地转变为耕地,紫色土N_2O排放迅速增加。首先翻耕改变土壤结构并显著增加土壤无机氮含量(P0.05),其次施肥大幅增加土壤无机氮含量导致土壤N_2O的激发排放。而土壤温度和水分未发生显著改变(P0.05),种植作物短时间内也未显著改变土壤的N_2O排放。结果表明,林地转变为耕地激发土壤N_2O排放的根本机制可能是提高了土壤有机氮矿化速率。但土地利用转变对土壤氮转化过程的影响以及进而改变土壤N_2O的排放特征的机理有待进一步研究。     

绿洲化过程中塔里木地区农田土壤固碳速率与驱动因素分析

通过对不同时期塔里木北部灌区农田样地土壤采样及剖面分析,结合第二次全国土壤普查和塔里木北部灌区相关农业资料,利用Arc GIS软件分析农田土壤有机碳储量和碳密度变化,揭示绿洲化过程中塔里木北部灌区农田土壤有机碳库的演变规律,分析影响土壤有机碳固存的主要因素。结果表明:1灌区不同类型土壤的固碳能力差异显著,有机碳含量从高至低依次为草甸土、盐土、潮土和风沙土;剖面土壤有机碳含量自上而下递减,其中表层土壤有机碳含量高达2~8 g·kg~(-1)。2剖面0~20 cm和20~40 cm深度的平均土壤有机碳密度分别为(1.36±0.09)kg·m~(-2)和(1.10±0.07)kg·m~(-2),其中风沙土的土壤有机碳密度远低于该区平均水平。3与1981年相比,2011年塔里木北部灌区土壤有机碳密度增量不明显,固碳速率为-0.01~0.03 kg·m~(-2)·a~(-1);不同类型土壤的有机碳密度变化差异显著。总体而言,在绿洲化过程中,新疆塔里木北部灌区的土壤有机碳含量呈增加趋势,土地开发年限及农田管理措施是影响该变化的主要因素。     

贵州大型灌区续建配套与节水改造综合效益指标体系构建研究

研究适合贵州大型灌区续建配套与节水改造项目综合效益评价体系。根据系统学理论,采用专家咨询法,划分灌区续改建项目的效益指标结构,运用AHP法、熵值法,基于博弈论的综合集成赋权法,对指标权重赋权,并运用MATLAB等软件计算。研究得出续改建项目的综合效益指标体系,以及指标的主观权重、客观权重、综合集成权重,并且基于博弈论的综合集成赋权法,较好的平衡了主客观的差异,较为合理的体现贵州灌区的现状。贵州灌区建设需要一套科学合理的综合效益评价体系,指导今后的项目评价,总结前期工作经验,为灌区实现现代化农业明确方向。     

县域耕地占补时空变化及其规划管控效果——以江苏省南通市通州区为例

[目的]分析2001—2010年江苏省南通市通州区耕地占补的时空特征,初步探讨县级土地利用总体规划对耕地占补的管控效果,为进一步改进土地利用总体规划的编制与实施提供科学依据。[方法]以通州区2001和2010年2个时期的土地利用动态数据为基础,采用GIS空间分析方法,分析该区2001—2010年耕地时空变化。[结果](1)2001—2010年通州区耕地总面积由92 503.47hm2减少到72 466.52hm2,补充速度慢于占用速度,占用和补充的水田比例都较高。(2)耕地占用的主要去向是建设占用,96.80%是农村居民点占用,耕地补充的主要来源是建设用地,水域及其他农用地,其中农村居民点整理补充耕地的比例为71.67%。(3)耕地占用主要集中在通州区西北部和中部地区,耕地补充主要集中于研究区中部以及北部地区。(4)从空间规模与空间结构控制效果来看,通州区土地利用总体规划在2001—2010年对耕地占补的管控效果较差,对具体地类而言,对新增城镇工矿占用耕地的管控效果要优于农村居民点用地。[结论]2001—2010年通州区耕地总面积减少,其占用的主要去向和补充的主要来源均是建设用地,且呈现一定的空间分布规律,土地利用总体规划对耕地占补的管控效果较差。     

基于Meta-Analysis研究施肥对中国农田土壤有机碳及其组分的影响

【目的】施肥是影响农田土壤有机碳至关重要的因素之一。探讨施肥对不同利用类型与种植制度下土壤有机碳的影响程度,对于深刻认识农田土壤有机碳及其可持续管理均具有重要意义。【方法】收集已公开发表文献数据,建立具备相同有机碳分组方法但相对独立的286组数据库。采用数据整合分析方法（Meta-analysis）,定量分析种植制度、利用类型等人为管理及土壤属性（质地）等因素下施肥（化肥和有机肥）对土壤总有机碳及矿物结合态组分含量的影响程度。【结果】与不施肥相比,施肥均能显著提高土壤总有机碳和矿物结合态组分的含量,其提高的幅度分别为39.4%和27.7%;且施用（增施或配施）有机肥对土壤总有机碳及矿物结合态组分的提高幅度（58.4%和41.9%）是化肥（13.4%和8.0%）的3.4倍和5.2倍。不同种植制度、利用类型和土壤质地条件下,施用化肥和有机肥对土壤总有机碳和矿物结合态组分的影响程度存在显著差异。一年一熟下,施用有机肥对土壤总有机碳的提高幅度（58.5%）显著高于一年两熟制（55.6%）,施用化肥对矿物结合态组分含量的提高幅度（10.7%）也显著高于一年两熟（7.3%）;但两种种植制度下施用有机肥对矿物结合态组分含量的提高幅度基本相当（42.6%-43.5%）。不同利用类型下,施肥能显著提高旱地土壤总有机碳及矿物结合态组分,且提高的幅度均高于水田;但施用化肥并没有显著提高水田中土壤总有机碳和矿物结合态含量。不同土壤质地条件下,施用有机肥能使土壤总有机碳水平较低的砂土提高64.4%,显著高于土壤有机碳水平较高的壤土和黏土（48.7%和50.3%）;施用化肥使矿物结合态组分含量较低的砂土提高15.6%,其提高的幅度均显著高于矿物结合态组分含量较高的壤土和黏土（7.8%和8.1%）。【结论】有机肥的施用（增施或配施）,尤其在一年一熟及有机碳水平较低的砂土上,对于农田土壤有机碳积累及肥力维持与提升均具有重要意义。     

玉米/鹰嘴豆间作条件下不同施磷量对灌耕灰钙土无机磷组分的影响

在甘肃引黄灌区的灌耕灰钙土区域,通过玉米／鹰嘴豆间作种植,采用蒋柏藩、顾益初石灰性土壤无机磷分级方法研究了施磷水平和间作种植方式对玉米、鹰嘴豆土壤无机磷素形态的影响。结果表明：研究区各无机磷形态含量顺序为O－P＞Ca10－P＞Ca8－P＞Al－P＞Fe－P＞Ca2－P ,施磷能够显著提高玉米和鹰嘴豆土壤中Ca2－P、Ca8－P、Al－P和Fe－P的含量,O－P和Ca10－P的含量不随施磷量增加发生显著性变化;与单作相比,间作种植对鹰嘴豆土壤带各无机磷组分含量没有显著影响,但间作玉米种植带土壤各组分无机磷含量均低于单作土壤,其中不施磷肥处理下Fe－P、施纯磷40 kg·hm－2处理下Al－P及施纯磷80 kg·hm－2处理下Ca10－P的含量显著低于单作土壤。