长期定量施肥对黑土呼吸的影响

通过盆栽模拟试验,用静态箱法采样,气相色谱测定样品CO2浓度,研究大豆出苗到开花期长期定量施肥土壤CO2排放速率的变化规律。结果表明,长期定量施肥大豆生长对土壤呼吸影响有明显的规律性,NPK+OM>NPK>NP>NK>CK;长期定量施肥对裸土呼吸速率影响较小,NPK+OM呼吸速率较大为53.8mgCm-2h-1,NP次之为50.7mgCm-2h-1,其它施肥影响不大,气温对裸土呼吸影响较大,而对种植大豆的土壤呼吸前期(出苗后9天)影响较大,生长后期(出苗9天以后)影响较小。裸土呼吸速率变化与气温变化趋势相似,种植大豆促进土壤呼吸增大。如果忽略大豆生长对土壤有机质分解的激发效应,大豆根际呼吸占总土壤呼吸的23%～56%。     

两种形态氮源条件下磷对大豆结瘤固氮的影响

用营养液培养大豆7周,研究两种氮源条件下,磷对大豆结瘤固氮的影响.在本试验的各取样时期,随营养液中磷水平的增加,生物固氮植株的根瘤数增加较多,尤其是处理后第6周,磷对根瘤形成的影响最大.磷对硝态氮处理根瘤数的影响不大,但本试验条件下,在16μmol/L磷水平,根瘤数较多.硝态氮处理根瘤数远没有生物固氮处理多,表现出氮素对大豆结瘤的抑制作用,导致根瘤固定的氮量减少.因此,硝态氮植株体内含氮量随磷水平的增加而降低,而生物固氮植株增加.生物固氮处理根中N/P与根瘤数之间存在显著的负相关关系,r=-0.5816*,硝态氮处理根中N/P与根瘤数之间不相关.     

小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

农田土壤有机碳固存的主要影响因子及其稳定机制

农田生态系统作为陆地生态系统的重要组成部分,在陆地生态系统碳循环过程中发挥重要作用。明确影响农田土壤有机截获的主要因素及土壤固碳的稳定机制,有助于控制和加强农田土壤碳库的固碳潜力,以及正确评价农业生产对全球气候变化的影响。因此,本文综合论述了影响农田土壤碳含量的自然和人为因素,详细阐述了土壤碳固定的物理、化学和生物稳定机制。并总结了已有研究的不足,对今后土壤固碳研究中的热点问题进行了展望。认为从土壤微生物学角度出发,深入研究微生物在土壤有机碳循环中的作用机制,并将地上部和地下部生态系统联系起来探讨土壤碳素稳定性机制更具有重要的意义。     

黑土区长期施肥对大豆光合产物分配的影响

在东北黑土区中心-中同科学院海伦实验站进行盆栽试验,研究不同施肥处理对大豆光合产物分配的影响.设5个肥料处理,分别为无肥(CK)、氮磷(NP)、氮钾(NK),氮磷钾(NPK)和化肥有机肥配施(NPK+OM),同时进行相应肥料的无作物处理.结果发现:光合产物的分配趋势表现出分配到地上部的比例逐渐增加,由35%增加到66%,同时地下部所占有的比例相应减少,南65%降低到34%.其中分配到根中的光合产物有4%～20%通过根系呼吸而消耗.碳同化产物的分配受施肥的影响(P＜0.05).随着大厦的生长,土壤呼吸速率逐渐增加,在培养后的第77天,CK、NP、NK、NPK和NPKOM处理土壤呼吸速率达到最大值,分别为113、164、143、222、274 mg C·cm-2·h-1,然后逐渐降低,到生育末期达到最小值.不同施肥处理土壤呼吸速率存在差异,大小顺序为NPK+OM＞NPK＞NP＞NK＞CK,在整个生长季的变化范围分别为29～302,25～238,25～185,24～160 and 20～129 mg C·m-2·h-1.     

缺磷胁迫对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响

采用砂培培养方法研究了缺磷胁迫对大豆根瘤生长和结瘤固氮的影响.结果表明:缺磷胁迫抑制了大豆根瘤的生长,表现为根瘤干重重下降,根瘤数量减少;缺磷胁迫显著降低了大豆的固氮能力,表现为根瘤吲氮酶活性和豆血红蛋白含量降低;缺磷胁迫降低了大豆的固氮量,固氮量随磷水平的增加而增加,随着生育时期的推进,固氮量表现为先增加后降低再增加的趋势,无磷(0μmol·L~(-1))与高磷(50 μmo·L~(-1))以及低磷(30μmol·L~(-1))与高磷处理间均达到了5%的显著差异.因此,缺磷胁迫抑制了大豆的结瘤固氮作用,使大豆的同氮效率降低.     

东北风沙土区玉米田剖面土壤障碍因子分析

以位于东北风沙土区的杜尔伯特蒙古族自治县域内6对玉米低产田与同一微区域内高产田土壤为研究对象,对比分析剖面(表土层、稳定层、犁底层和心土层)土壤的物理指标10项,包括层厚度、容重、孔隙度、硬度、三相比结构距、田间持水量、团聚体平均重量直径(MWD)、砂粒、粉粒和黏粒;化学指标10项,包括pH值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、阳离子交换量、C/N。结果表明,高低产田土壤的差异主要表现为表土层土壤的容重、MWD、砂粒、粉粒、粘粒、有机质、碱解氮、速效钾、全氮、全磷和阳离子交换量显著不同;稳定层土壤的三相结构距、MWD、砂粒、粘粒、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾、全氮、全磷和阳离子交换量差异显著;犁底层的差异表现在MWD、粘粒、有机质和全氮;心土层土壤主要是三相结构距、田间持水量、MWD和粘粒。     

基于耕作指数评价耕作措施对东北风沙土耕层土壤质量的影响

为准确评价构建风沙土合理耕层的土壤质量特征,采用聚类分析方法建立了东北风沙土耕层质量诊断最小数据集(MDS),利用最小数据集的耕作指数(TI-MDS)定量评价了耕作措施对东北风沙土农田耕层土壤质量的影响,旨在为科学选择风沙土区耕作措施提供依据。试验始于2017年,在黑龙江省杜尔伯特蒙古族自治县第一粮种场,设化肥、秸秆还田和有机肥3种施肥模式,常规、旋耕、翻耕、深翻和超深翻5种耕作方式,共15个处理。测定了玉米收获期0～20 cm耕层土壤pH值、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、全氮、全磷、全钾、阳离子交换量(CEC)、团聚体平均重量直径(MWD)、容重、硬度、含水量、田间持水量、孔隙度和渗透速率16项评价指标。结果表明,全量耕作指数(TI-TDS)与TI-MDS的相关系数r为0.928,Nash有效系数Ef为0.761,偏差系数Er为0.079,TI-MDS取值范围为0.26～0.85,与玉米产量呈显著正相关(r=0.767),故TI-MDS可作为定量评价土壤质量的指标。施有机肥处理土壤耕作指数达到Ⅱ级水平;秸秆还田耕作指数达到Ⅲ级水平;施化肥耕作指数达到Ⅲ级水平,这表明风沙土区施用有机肥是构建合理耕层有效培肥方式,秸秆还田对合理耕层构建效果不明显。翻耕施用有机肥耕作指数最大,为0.85,达到I级;深翻+秸秆还田和超深翻+化肥措施土壤质量严重下降,降为Ⅳ级。在风沙土区应用翻耕+有机肥措施是构建合理耕层的有效措施。     

不同耕作模式对东北风沙土区玉米产量及氮素利用率的影响

研究优化集成耕作模式对东北风沙土区玉米产量、肥料氮素利用率及去向的影响,探讨不同耕作模式下玉米产量及氮肥利用率之间的关系,为东北风沙土区玉米生产合理耕作模式的选择提供科学依据。在东北风沙土区传统耕作模式(CT)、优化集成耕作模式1(ITP1)和优化集成耕作模式2(ITP2)小区内设置~(15)N标记微区框栽,以CT处理为对照,研究ITP1和ITP2耕作模式下玉米产量、氮肥利用率及肥料氮去向。结果表明:2种优化耕作模式玉米籽粒产量显著高于传统耕作模式,分别增产30.10%和15.53%。3种耕作模式氮肥利用率介于27.10%～35.46%,ITP1处理和ITP2处理氮肥利用率分别为35.46%和31.40%,比CT处理分别提高了30.85%和15.87%。与CT处理相比,IPT1处理氮肥残留量增加18.67%,损失量降低45.65%;IPT2处理肥料氮残留量介于IPT1和CT处理之间,差异不显著,IPT2氮肥损失率比CT处理降低24.36%,比IPT1增加39.17%。2种优化集成耕作模式增加玉米产量,提高氮肥利用率,减少氮肥污染,IPT1和IPT2两种优化耕作模式适合东北风沙土地区玉米种植。     

黑土农田有机碳平衡与消长动态

以中国科学院海伦农业生态实验站长期肥料试验区为研究平台,采用静态箱-气相色谱法原位测定CO2排放通量,进而估算出土壤有机碳矿化速率。秋季收获时测定玉米根系、凋落物、根际沉积碳和施用有机肥对土壤碳的输入量。从土壤有机碳输入和输出角度来研究黑土农田有机碳平衡与消长动态。结果表明,施用有机肥增加了土壤有机碳的输入量,但同时增加了土壤有机碳矿化输出量,从碳收支平衡的角度来分析,土壤有机碳呈现出增加趋势,年际间增加138kg／hm^2,0～20cm耕层土壤有机碳含量增加了0．08g／kg,占土壤有机碳含量的0．28％,在测量误差范围内。长期不施肥的CK处理,土壤有机碳输入量较小,每年仅为754kg／hm^2,而土壤有机碳通过矿化输出量却较大,仅次于NPKOM处理,达到1202kg／hm^2,致使土壤有机碳下降速率加快,以每年0．22g／kg下降,经过17年试验,有机碳下降1．7g／kg。平衡施肥NPK和NP处理,每年输入和输出碳量相近,每年碳收支在12-44kg／hm^2之间,土壤有机碳含量基本保持不变,维持在27～28g／kg之间波动。NK处理土壤有机碳呈下降趋势,理论上以每年0．07g／kg速度下降,但实际上是在测定误差范围内,很难测定出有机碳的消长量。