植烟根际土壤生物活性对生物炭配施有机菌肥的响应

通过大田试验研究植烟土壤在生物炭与不同比例复方有机菌肥配施的条件下,烤烟根际土壤生物活性的动态变化,为植烟土壤的合理施用生物炭及有机菌肥提供理论依据。在施用等量烟草专用复合肥的基础上,设置CK(不施有机肥,烟农习惯施肥即仅施复合肥525 kg/hm2)、T1(增施生物炭1500 kg/hm2)、T2(增施复方有机菌肥1500 kg/hm2)、T3(增施60%复方有机菌肥+40%生物炭)、T4(增施50%复方有机菌肥 +40%生物炭)、T5(增施40%复方有机菌肥+60%生物炭)6个处理。结果表明,T2处理提高了整个生育期的土壤蔗糖酶活性,T2和T3处理显著提高了30 d的土壤脲酶活性,其酶活性分别为0.74 mg/(g.d)和0.75 mg/(g.d)。T2处理显著提高了30 d的土壤微生物量碳(达到810.09 mg/kg)和微生物碳熵,T3处理提高了整个生育期的微生物量氮和微生物氮熵；同时施用菌肥可明显提高土壤细菌、真菌和放线菌的数量,尤其T2处理的细菌和放线菌数量在整个生育期均最高。在豫中烟区,施用复方有机菌肥及60%复方有机菌肥配施40%生物炭对改善根际土壤微生物环境和土壤肥力效果最好。     

不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分及酶活性变化特征

【目的】通过研究黄淮平原潮土区不同轮耕模式下小麦各生育时期土壤养分、微生物量碳氮和酶活性的动态变化,为该地区筛选适宜的耕作制度提供理论依据。【方法】采用大田小区试验,在2016—2019年小麦季设置5个轮耕模式：（1）连续旋耕（RT-RT-RT）;（2）深耕-旋耕-旋耕（DT-RT-RT）;（3）深耕-旋耕-条旋耕（DT-RT-SRT）;（4）深耕-条旋耕-条旋耕（DT-SRT-SRT）;（5）深耕-条旋耕-旋耕（DT-SRT-RT）。3年为一个周期,在3年周期的第3年即2019年小麦返青期（GS）、拔节期（JS）、灌浆期（FS）和成熟期（MS）采集0—40 cm土层土壤样品,测定并分析土壤碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）、微生物量碳（SMBC）、微生物量氮（SMBN）及脲酶、蔗糖酶和中性磷酸酶活性。【结果】整个小麦生育期所有土壤指标均随土层加深而降低。相对于RT-RT-RT,深耕基础上配合旋耕或条旋耕对20—40 cm土层速效养分的提升效果明显高于0—20 cm土层,但均显著影响两土层中土壤微生物量和酶活性。小麦主要生育时期不同处理下各土壤指标的动态变化趋势与作物的生长和需肥规律基本一致。随着小麦生育期的推进,土壤AP、AK、SMBC、SMBN和脲酶、中性磷酸酶活性均呈“增加—降低—增加”的变化趋势,其中在拔节期达到最大峰值,而蔗糖酶活性则表现为逐渐增加的趋势。在0—20 cm土层,拔节期DT-SRT-RT处理的AN、AP和AK含量显著高于RT-RT-RT处理,其值分别为91.74、27.17和139.81 mg·kg^-1。不同轮耕模式及土层深度显著影响AN及AP的含量;而小麦生育时期、不同土层和各轮耕模式等因素均能显著影响AK的含量,但各因素之间的交互作用不明显。在整个生育期,DT-RT-RT、DT-SRT-RT处理0—40 cm土层的SMBC、SMBN含量较高。而相较于RT-RT-RT处理,DT-SRT-RT处理则显著提高了土壤脲酶、蔗糖酶及中性磷酸酶活性,其增长率分别为3.79%—27.69%、12.29%—36.10%和8.61%—35.91%。小麦生育时期、不同土层深度和轮耕模式等因素显著影响土壤微生物量和酶活性,但三者对微生物量氮含量以及蔗糖酶、中性磷酸酶活性的交互作用不显著。各耕作处理2019年的小麦季产量显著高于RT-RT-RT处理,其中以DT-SRT-RT处理的产量最优,为6 557 kg·hm^-2。【结论】黄淮平原不同轮耕模式中,深耕-条旋耕-旋耕提高了土壤速效养分、微生物量碳氮含量及土壤酶活性,保障了小麦产量。     

烟草农艺性状和烟叶化学成分对不同碳氮比有机物料的响应

采用盆栽方法,利用玉米秸秆和芝麻饼肥进行碳氮比的调节,共设置6个碳氮比水平(0,6,20,40,60,90),研究了不同碳氮比的有机物料对烤烟生长发育和化学成分特征的影响。结果表明,土壤碳氮比过高(C/N=90)或过低(C/N=0,6)均抑制烤烟农艺性状的发育,进而减少了根茎叶干物质累积;而土壤碳氮比在20~40时,则可以提高烟叶的叶面积(圆顶期达到600 m2左右),有利于根茎叶干物质的累积(圆顶期叶片干重达到80~95g·株-1)。碳氮比过高的处理(C/N=90)阻碍了烤烟叶片对氮、磷的吸收,降低了中下部烟叶烟碱的含量,但有利于烤烟中下部叶片钾的吸收和累积,最高达31.3 g·kg~(-1),同时提高了钾氯比。烤烟的总糖和还原糖含量基本随土壤碳氮比增加而增加,淀粉含量则呈现相反趋势。综合来看,土壤碳氮比在20~40时,更有利于烤烟农艺性状的发育,同时促进碳氮代谢的协调发展,有利于烤烟主要化学组分的合理分配。     

铵态氮/硝态氮配比对豫中烟区烤烟生长及品质调控研究

为明确豫中浓香型烟区施肥适宜的铵态氮/硝态氮配比(即铵硝比),采用大田小区试验,在氮肥、钾肥和磷肥施用量相同的基础上,设计4个不同铵硝比(6∶4、5∶5、4∶6、3∶7)处理,研究了豫中烟区不同铵硝比对烤烟农艺性状、化学成分及香气物质含量的影响。结果表明,在烟株移栽后30、45 d,烟株的叶长、叶宽、茎围和叶面积随硝态氮比例增加呈先增加后降低的趋势,且以铵硝比4∶6处理表现最好。在成熟期(移栽后90 d),各处理间烟株株高和叶宽无明显差异,而叶长和叶面积随硝态氮比例增加呈降低趋势。各生育时期不同铵硝比处理下烟叶氮、磷、钾含量差异表明,铵硝比为4∶6时有利于烟株对氮、磷、钾的吸收。硝态氮不利于烤后烟叶的总糖、还原糖、总氮、氯离子含量的合成或累积,而铵态氮则促进烟叶的碳、氮代谢;烟叶钾含量则随着硝态氮比例的增加呈先增加后降低的趋势,且以铵硝比为4∶6时(钾含量1.34%)显著高于其他处理,说明硝态氮在一定程度上有利于烟叶对钾的吸收。香气成分分析发现,硝态氮有利于烤烟中部叶类胡萝卜素降解产物的合成,过高或过低的铵硝比都不利于西柏烷类致香物质和棕色化反应产物的合成,二者含量均以铵硝比4∶6时最高,且致香物质总量也以铵硝比4∶6时最高。综合考虑烟株的生长情况、烟叶的化学成分和致香物质含量,在河南浓香型烟区推荐以铵硝比4∶6进行氮肥施用。     

不同碳饱和水平下典型农田土壤有机质的红外光谱特征

【目的】比较长期施肥定位站点的土壤有机质红外光谱,旨在探究不同碳饱和程度下土壤有机质光谱特征。【方法】基于进贤红壤和原阳潮土长期定位试验站典型施肥处理,利用碳饱和公式计算两个站点不同处理的碳饱和水平,通过傅里叶红外光谱测定不同处理的土壤有机质官能团特征,分析不同站点不同处理间有机碳饱和特征及光谱特征。【结果】原阳潮土的土壤有机碳年变化率与碳投入之间呈线性关系,但进贤红壤则呈"曲线"关系。进贤红壤的碳饱和亏缺度(saturation deficit,SD)为0.118—0.413,显著小于原阳潮土的0.462—0.616。进贤红壤和原阳潮土的处理中含有相同的官能团:芳香类碳(1 636 cm~(-1),695 cm~(-1)),脂肪族碳(3 000—2 850 cm~(-1),1 455 cm~(-1)),碳水化合物或多糖类(1 080 cm~(-1),1 033 cm~(-1)或1 034 cm~(-1)),有机态硅类(1 100—1 008 cm~(-1),526cm~(-1),795 cm~(-1),778 cm~(-1),470 cm~(-1))。进贤红壤的芳香族、脂肪族和硅类特征峰的吸收强度明显高于原阳潮土的偏施肥处理;而原阳潮土偏施肥和有机肥处理的羧基类、烷烃类和碳水化合物类特征峰的吸收强度明显高于进贤红壤有机肥处理。综合分析两个站点各处理,土壤有机碳含量与透光率之间呈显著负相关关系。相对于原阳潮土,进贤红壤各处理碳投入、土壤黏粒含量和铁铝氧化物含量均较高,且进贤为水田双季稻轮作制度,水分管理措施更有利于土壤有机碳的累积。【结论】综合两站点的土壤有机碳年变化率与碳投入关系以及碳亏缺度显示进贤红壤有机碳已经趋于饱和,而原阳潮土则还距碳饱和较远。两站点的红外光谱特征表明进贤红壤以芳香族、脂肪族和硅类等难分解惰性官能团为主,而原阳潮土则以羧基类、烷烃类和碳水化合物类易分解官能团为主。红外光谱透光率水平可以半定量土壤有机质官能团。     

小麦播量与减氮对潮土微生物量碳氮及土壤酶活性的影响

【目的】以我国黄淮平原粮食主产区潮土为研究对象,通过探讨小麦-玉米轮作体系下,不同小麦播量与减量氮肥下,土壤微生物量碳、氮和酶活性的差异和变化,以了解小麦播量和氮肥对土壤微生物量的影响。【方法】试验设4个处理,分别为：（1）常规播量+常规施氮肥（CK）;（2）增播30%+常规施氮（T1）;（3）增播30%+减氮20%（T2）;（4）常规播量+减氮20%（T3）。2016—2018年3季作物收获后,采取不同土层土壤,测定有机碳（SOC）、全氮（TN）、微生物量碳氮（SMBC、SMBN）及其相关酶活性。【结果】总体上,3季中各处理土壤微生物量碳氮、有机碳、全氮以及3种酶活性均随土壤深度增加而下降。常规施肥处理（CK和T1）的SMBC的含量在2017年的小麦和玉米季0—20 cm土层以及2018年小麦季则0—30 cm基本表现为显著高于减氮处理（T2和T3）,其中T1处理最高为170.89 mg?kg ^-1。SMBN与SMBC表现出类似的趋势,在3季中均以常规施肥处理显著高于减氮处理,其中CK处理的SMBN在3季中0—30 cm土层均表现较高,最高为57.24 mg?kg ^-1。各处理SOC含量的差异在前两季主要集中在0—20 cm土层,而第3季则集中在10—30 cm土层;其中2017年玉米季0—20 cm土层减氮处理的SOC含量显著高于常规施肥处理,以T3处理SOC含量最高,为12.85 g?kg ^-1。2017年小麦季各处理TN含量在0—30 cm土层基本差异不显著;而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层均以CK处理TN含量显著高于其他处理,最高为1.57 g?kg ^-1。各处理土壤碳氮比（C/N）在2017年小麦季没有明显规律,而在2017年玉米季和2018年小麦季的0—20 cm土层基本表现为减氮处理的C/N显著高于常规施肥处理。各处理的微生物熵（C_mic/C_org）、微生物量氮/全氮（N_mic/N_total）分别在0.5%—2.5%、2%—6%之间,微生物量碳氮比（C_mic/N_mic）在5﹕1以下。各处理C_mic/C_org除2017年小麦季10—20 cm土层,其他作物季节和土层均表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。各处理N_mic/N_total与C_mic/C_org类似,除2017年玉米季的10—20 cm和2018年小麦季处理间N_mic/N_total基本差异不显著,其他季节和土层则表现为常规施肥处理显著高于减氮处理。2017年T1处理的C_mic/N_mic在0—20 cm土层均显著高于其他处理;而在后两季的0—10 cm处理间C_mic/N_mic均差异不显著。土壤脲酶活性在2018年小麦季显示增播处理显著高于常播处理。各处理蔗糖酶活性在玉米季明显高于小麦季,其中在2017年玉米季10—30 cm土层的减氮处理高于常规施肥处理。减氮处理的土壤中性磷酸酶活性在2017年小麦季0—30 cm土层均显著高于常规施肥处理。减氮处理2018年小麦季产量显著高于常规施肥处理,同时提高了地上部氮素积累量,最高达到了322.30 kg?hm ^-2。 【结论】在黄淮平原小麦-玉米轮作区,在供试条件下,减氮处理降低了土壤微生物量和全氮含量,但提高了土壤酶活性和地上部氮素积累量,能增加或维持小麦产量,其中小麦常规播量下减氮20%处理综合效果较好。     

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.     

相同碳氮比有机物料矿化1年对植烟土壤养分的影响

为探索不同有机物料相同碳氮比矿化1年对植烟土壤肥效作用,通过盆栽试验,将猪粪、玉米秸秆和生物炭调节碳氮比为25:1,经过1年自然矿化后在添加基础肥料的基础上分析不同有机物料对植烟土壤酶活性及氮磷钾含量的影响。结果表明,猪粪和玉米秸秆分别显著提高了土壤脲酶(最大值2.91 mg/(g·d))和蔗糖酶活性(最大值17.02 mg/(g·d))。与对照(不施有机物料)相比,施用有机物料在自然矿化1年后对土壤氮素仍有显著提升作用,其中猪粪处理表现出明显优势。同时,猪粪与生物炭显著提高了土壤速效钾和有机质含量,最大值分别达到1101 mg/kg和54.56 g/kg;猪粪也明显提升了土壤速效磷含量(727.95 mg/kg)。综上所述,相同碳氮比下豫中烟区土壤施用猪粪和生物炭在自然矿化1年后对植烟土壤养分含量的提升作用显著。     

生物炭对不同氮水平下烤烟生长发育、碳氮代谢及品质的影响

为了探索不同氮水平下配施生物炭对烤烟生长、碳氮代谢及品质的影响,筛选最佳氮肥施用量。采用大田试验,设计5个处理,在磷肥和钾肥施用量相同的基础上,除对照不施生物炭与氮肥外,其余4个处理皆添加1 600 kg·hm^-2的生物炭,施氮量分别为0、37.5、52.5、67.5 kg·hm^-2,研究生物炭与氮肥交互对烤烟农艺性状、碳氮代谢相关酶活性及烤后烟叶化学品质的变化特征。结果表明,氮肥水平对烤烟农艺性状的影响差异显著,而单施生物炭作用不明显。施用氮肥显著提高了烤烟碳氮关键酶活性,其中N3处理烟叶硝酸还原酶活性最高为51.19 μg·g^-1·h^-1,N2的淀粉酶活性最大为19.98 mg·g^-1·min^-1,N1的转化酶活性最大为3.90 mg·g^-1·h^-1。与对照相比,生物炭与氮肥处理提高了烟叶氮、钾含量,而对烟叶磷含量无明显影响。同时,生物炭能够提高上部烟叶钾氯比以及中部烟叶总糖、还原糖、钾含量及糖碱比和钾氯比,其中N3施氮水平对烤烟化学成分的调控效果最优。生物炭与氮肥均可提高烤烟中性致香物质总量,且N0含量最高为616.29 μg·g^-1。生物炭可以促进烤烟碳氮代谢作用,对烤烟化学品质具有一定的调控作用,而增施氮肥对烤烟生长及品质的调控主要表现在农艺性状、烤后烟叶化学成分及中性致香物质上。综上所述,在豫中烟区生物炭配施氮肥67.5 kg·hm^-2措施下烤烟品质最佳。本研究为豫中烟区土壤在生物炭改良的基础上筛选最佳氮肥施用量提供了理论依据。     

生物炭对不同氮水平下植烟土壤碳氮转化的影响

[目的]通过大田试验,探索不同氮水平下配施生物炭对植烟土壤碳氮转化及养分含量的影响,筛选最佳氮肥施用量。[方法]试验设5个处理：在磷肥和钾肥施用量相同的基础上,除对照处理不施生物炭与氮肥外,其余4个处理皆添加1600 kg/hm2的生物炭,施氮量分别为0 kg/hm2(N0),37.5 kg/hm2(N1),52.5 kg/hm2(N2),67.5 kg/hm2(N3),研究生物炭与氮肥交互对植烟土壤碳氮转化相关酶活性及活性养分含量的变化特征。[结果]结果表明,植烟土壤在生物炭的改良作用下施用不同量的氮肥可以显著提高土壤脲酶与蔗糖酶的活性;对土壤碱解氮含量也有显著提高作用,其中N3处理土壤碱解氮含量最高为261.86 mg/kg;但对土壤速效磷含量影响不显著;施氮量在烤烟移栽后60天时提高了土壤速效钾含量,且速效钾含量随施氮量的增加呈先上升后降低的趋势。生物炭配施氮肥提高了土壤微生物量碳与微生物熵,N3和N2处理最大值分别达到355.00 mg/kg和3.01%。[结论]综上所述,在豫中烟区生物炭配施氮肥量67.5 kg/hm2措施下最有利于提高土壤养分。