沈抚灌区耕地重金属Cd、Pb的变化特征分析

选择沈抚灌区东部13个自然村庄的农业种植区，以1500 m间距网格化布点29处，调查研究区历史耕作情况，选取18个停灌时间不同的耕地样点，每个样点按0~20、20~40、40~60 cm采集3层土壤样品，分析测定重金属Cd、Pb的全量及化学形态，并测定了地上作物的茎叶、籽粒中重金属含量，探究研究区不同停灌时间及利用类型耕地土壤中Cd、Pb的分布特征及变化规律。结果表明：0~20、20~40、40~60 cm土壤中Cd含量分别为0.65~1.57、0.66~1.18、0.61~1.18 mg·kg^-1，停灌20~25年的土壤0~20 cm土层Cd含量最高，为1.57 mg·kg^-1；各土层Pb变化范围分别为21.07~38.59、14.97~30.59、15.71~25.66 mg·kg^-1，未随停灌时间发生明显变化；Cd在20~40、40~60 cm土层迁移率分别为0.42~0.50、0.46~0.52，而Pb仅为0~0.34、0~0.68；玉米茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.47、0.02~0.07 mg·kg^-1，水稻茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.89、0.02~0.09 mg·kg^-1，Pb含量分别为1.51~2.32、0.47~0.62mg·kg^-1，Cd、Pb在作物茎叶、籽粒中未随不同耕作方式及停灌时间表现出明显差异；水田土壤可交换态Cd含量占总量的37.33%，旱田可交换态Cd含量占总量的7.82%~13.95%；水田土壤可交换态Pb含量占总量的9.03%，旱田占总量的0.87%~4.18%。研究结果可为重金属污染耕地的利用管理及污染修复提供依据。     

基于遗传算法的波长选择方法对土壤有机碳预测模型影响

以黑龙江农田黑土为研究对象,利用遗传算法(GA)波长选择结合偏最小二乘法(PLS)回归建立土壤有机碳(SOC)的预测模型。通过设定以下GA参数:波长选择数量上限k、初始种群大小P及迭代次数N,采用单点优化方式逐一确定各参数。结果表明,在主成份数为7的情况下,当GA的参数取N=300、P=300、k=50时,GA模型最优;模型的校正决定系数R2=0.922、校正均方根误差RMSEC=1.74、交叉检验均方根误差RMSECV=1.80;模型的预测决定系数R2=0.931、预测均方根误差RMSEP=1.84、预测相对误差RPD=3.81。与原始光谱的PLS模型相比,R2由0.900提升至0.922,RPD由3.38提升至3.81。结果表明,通过GA进行波长选择能够优化模型,提升模型稳定性以及预测精确性。     

下辽河平原区农田土壤有机碳含量时空变异研究

以1980年第二次土壤普查数据和2010年下辽河平原区耕地地力评价数据为基础,采用GIS空间分析的方法,对该地区耕地土壤有机碳的含量随时间和空间的变化特征进行分析和研究。分析结果表明,上世纪80年代,下辽河平原耕地土壤有机碳分布的差异越来越小,该地区耕地土壤中有机碳的整体呈减少的趋势。农田土壤有机碳含量空间分布总体而言呈现东高西低、南高北低的趋势。从土壤有机碳含量空间分布的变化看,下辽河平原区农田土壤有机碳含量呈南部增加、北部降低的趋势。30年来,在人类活动的干预下,土壤有机碳含量分布相同的趋势在慢慢减小,小范围内的变化非常明显并且变化幅度较大,整个地区的含量分布变得错综复杂。     

稳定性氮肥减施对春玉米氮素吸收及土壤无机氮供应的影响

  【目的】  稳定性氮肥减量施用在玉米上表现出良好的稳产和增产效果，但缺乏针对不同土壤和气候条件下春玉米生产的推荐施用量。为此，我们在辽中、辽南地区春玉米上开展了稳定性氮肥一次性施用最佳用量试验。  【方法】  2017年在辽宁省沈阳市和海城市两地开展田间试验。供试稳定性氮肥中同时添加了脲酶抑制剂和硝化抑制剂。两个试验区均设置了不施氮处理 (CK)、普通尿素常规施氮量 (CK1) 和普通尿素减氮10%对照 (CK2)。沈阳试验区设置稳定性氮肥比其CK1 (244 kg/hm2) 分别减氮10%、15%、20% 3个处理 (S1、S2、S3)，海城试验区设置比其CK1 (217 kg/hm2) 分别减氮10%、15% 2个处理 (S1、S2)。采集玉米生长季内各生育时期的土壤样品和植株样品，测定土壤无机氮含量和植株不同部位养分含量，每个小区单独采收，记录产量。  【结果】  与CK1相比，稳定性氮肥能显著提高玉米产量 (P < 0.05)，且以减氮15%的S2处理肥效稳定，沈阳试验较CK1增产、增收幅度分别为7.5%、1795元/hm2，较CK2增产、增收幅度分别为11.1%、2808元/hm2；而海城试验产量与CK1没有显著区别，收入减少184元/hm2，与CK2相比，增产19.5%，增收2685元/hm2。与CK1相比，稳定性氮肥处理氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力依次提高10.4%～12.4%、3.4%～6.2%和6.5%～10.8%；与CK2相比，分别提高10.2%～12.2%、3.3%～6.1%和3.3%～7.6%。与普通尿素相比，施用稳定性氮肥显著提高了玉米生育中后期植株氮素吸收强度，稳定性氮肥各处理氮素总积累量表现为S2 > S1 > S3 > CK1 > CK2。土壤无机氮含量主要在0—20、20—40 cm土层表现出较大差异，总体上稳定性氮肥处理 (S1、S2、S3) 耕层土壤无机氮含量在玉米生育前期 (苗期、拔节期) 低于普通尿素处理 (CK1、CK2)，在玉米生育中后期 (大喇叭口期至成熟期) 0—40 cm土层无机氮含量显著高于普通尿素处理，但总体上无机氮含量在0—40 cm土层中变化幅度较普通尿素处理平缓。  【结论】  稳定性氮肥减施可以维持或提高土壤无机氮含量。在沈阳试验点，稳定性尿素施氮量减少15％时，玉米的产量和经济效益、氮素累积总量和氮素表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力等都最高；而在海城试验点，由于普通尿素投入量相对较低，最佳稳定性尿素推荐量为减氮10%。     

糠醛渣改良土壤增强苕子对盐碱土的适应性

科学合理的盐碱土改良措施对植物在盐碱土上适应性栽培具有重要的科学意义与应用价值。该研究旨在通过施用糠醛渣探讨盐碱土土壤特性及植物生长适应性栽培研究,为糠醛渣在盐碱土的合理使用提供科学依据。试验按土壤质量为基数确定糠醛渣的用量,试验由添加量0、5%、10%糠醛渣的盐碱土3个处理组成,温室条件下进行盆栽试验。结果表明,施用糠醛渣不仅降低盐碱土pH和含盐量,而且显著提升了土壤微生物多样性Sobs和Shannon指数,降低了simpson指数降低。主要表现在变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)和绿弯菌门(Chloroflexi)成为优势菌门。施用糠醛渣增加了苕子叶片中叶绿素、可溶性糖含量和脯氨酸含量。显著增强了过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和超氧化物歧化酶(SOD)的活性。施用糠醛渣明显促进苕子生长发育,增加了苕子苗期生物量,5%糠醛渣用量处理改良盐碱土效果较优。研究表明糠醛渣通过改善盐碱土的其理化特性及生物多样性分布,促进苕子的生长发育,研究为糠醛渣在盐碱地土壤改良及植物适应性栽培的合理应用提供了科学依据与参考。     

寒富苹果养分吸收积累特征研究

以寒富苹果树为试材,通过实验室常规分析方法对结果叶、营养叶的营养物质含量(5月24日至9月30日)进行了研究,确定了果树对各种营养元素吸收、转运和分配的规律,旨在为合理施肥提供依据。结果表明,营养叶叶重在6月12日至7月3日增加得最快,结果叶叶重在5月24日至6月12日增加得最快,结果叶的生长早于营养叶。果树的需肥时期为5月24日至7月3日、8月4日至9月30日,为保证果树的正常生长发育,应及时补充果树需要的养分,所以应在5月24日之前和8月4日之前施肥。     

长期定位施肥和地膜覆盖对棕壤团聚体稳定性及其有机碳含量的影响

以沈阳农业大学长期定位试验（29年）不同施肥与地膜覆盖处理棕壤为研究对象,采用湿筛方法,研究了覆膜和不覆膜条件下不同施肥措施对棕壤各粒级团聚体分布及其有机碳含量的影响,为揭示施肥措施对土壤地力形成演变的影响机制提供理论基础。选取的试验处理包括：不施肥对照（CK）、单施高量氮肥（N4）、氮磷肥配施（N4P2）、单施高量有机肥（M4）、有机-氮肥配施（M2N2）、有机-氮磷肥配施（M4N2P1）以及所有相对应的覆膜处理。结果表明,连续29年的不同施肥和覆膜处理显著影响了土壤团聚体的含量、稳定性及团聚体有机碳的含量。不覆膜条件下,长期施肥处理使>2 mm团聚体的含量显著增加,而0.25~2 mm粒级团聚体含量显著下降,其中有机肥和氮磷肥处理变幅最大。有机肥的施入（M4、M2N2、M4N2P1）均显著增加了不覆膜土壤各粒级团聚体的有机碳含量,且单施有机肥能显著增加不覆膜土壤团聚体平均重量直径,说明长期有机物料投入有利于增加土壤团聚体的稳定性及有机碳在团聚体中的固持。覆膜条件下,各施肥处理也显著影响土壤团聚体的稳定性及有机碳含量,但是不同施肥处理之间的差异变小,说明相同施肥模式下覆膜与不覆膜处理对土壤团聚体的形成和稳定性会产生不同的影响。覆膜条件下,与对照相比,只有高量有机肥（M4和M4N2P1）处理能显著增加土壤团聚体的平均重量直径和各粒级团聚体有机碳含量,说明在覆膜条件下,需要投入更多的有机物质才能维持土壤团聚体的稳定性及较高的有机碳含量。不同施肥和覆膜处理下,氮磷肥配施可以显著提高土壤团聚体的平均重量直径,但对团聚体有机碳含量的影响表现为显著降低或不显著。各处理土壤中水稳性大团聚体是土壤有机碳的主要载体,施用有机肥及有机无机配施有利于促进土壤各粒级水稳性团聚体的有机碳含量,是改善土壤团聚体结构、维持和提高棕壤地力的有效措施。     

Cu2+和Zn2+在土壤电场中的极化对黑土胶体凝聚的影响

金属离子在土壤胶体固-液界面上的行为差异引起土壤胶体絮凝过程的差异,并深刻影响土壤溶液中养分或污染物的迁移转化。为明确Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子界面行为对土壤胶体凝聚的影响,本文选取黑土胶体为研究对象,利用动态/静态光散射技术研究专性吸附离子Cu和Zn体系中不同离子浓度条件下黑土胶体的凝聚行为。结果表明:(1)Cu~(2+)和Zn~(2+)两种金属离子引发黑土胶体凝聚的机制相似,均是低浓度下的慢速凝聚和高浓度下的快速凝聚,达到快速凝聚机制后,胶体的总体平均凝聚速率受离子种类影响较小。(2)Cu~(2+)对黑土胶体聚沉能力大于Zn~(2+),Zn~(2+)的临界聚沉浓度是Cu~(2+)的3.51倍,在黑土胶体的凝聚过程中存在强烈的离子特异性效应。(3)两种离子体系中颗粒间相互作用的活化能差异随离子浓度的降低而增大。此两种离子在凝聚作用的较大差异性源于Cu~(2+)较Zn~(2+)对有机配位体有较强的亲和力,以及黑土胶体表面附近强电场对离子的强烈极化作用扩大了两种离子本身的微小差异。     

猪粪厌氧发酵消化液回流体系微生物群落结构特征与产气关系研究

为明确厌氧发酵消化液回流体系中微生物群落结构的特征,采用Miseq高通量测序技术,研究回流过程中微生物的多样性和群落结构变化,并分析其与产气性能的关系。结果表明:消化液回流体系中,细菌的丰富度、多样性均高于产甲烷古菌,并随回流时间的延长明显增加,而产甲烷古菌无明显变化;细菌群落主要分为厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)等8个不同的门类,厚壁菌门、梭菌纲(Clostridia)、梭菌属(Clostridium)是不同水平上的优势细菌,相对丰度分别从初期的62.79%、58.62%、35.44%上升到81.46%、68.19%、39.10%;产甲烷古菌中,广古菌门(Euryarchaeota)占绝对优势,在接种物中,第68 d和第219 d相对丰度分别为94.76%、99.89%、99.59%,属分类上主要有7种,其中甲烷八叠球菌属(Methanosarcina)的相对丰度由23.99%升高到72.28%,而甲烷短杆菌属(Methanobrevibacter)和甲烷球菌属(Methanosphaera)分别由16.34%、21.71%降低至3.70%、12.93%;日平均产气率由初期的409 m L·g~(-1)升高至477 m L·g~(-1),在219 d的试验中,氨氮和有机酸浓度均呈升高趋势,但并未对厌氧发酵产生抑制作用。研究表明:厌氧发酵回流体系中微生物以梭菌属和甲烷八叠球菌属为优势菌属,产气率随其相对丰度的增大而升高,而与甲烷短杆菌属和甲烷球菌属呈负相关。     

生物炭提高花生干物质与养分利用的优势研究

【目的】 以秸秆为原料生产生物炭可用于改良土壤和提高养分利用率,其与秸秆直接还田以及传统的制作堆肥后还田相比是否具有优势需要用试验来验证,本研究可为生物炭的高效利用提供理论依据。 【方法】 以传统猪厩肥和秸秆直接还田为对照,连续进行了8年的花生田间微区 (2 m2) 试验。在氮磷钾总投入量相等的条件下,共设4个处理,分别为秸秆还田 (CS)、猪厩肥 (PMC)、生物炭 (BIO) 和基于生物炭的炭基花生专用肥 (BF),每个处理重复3次,随机区组排列。试验于2016年在花生苗期、开花下针期、结荚期和饱果成熟期进行采样,测定植株茎叶、根和荚果的干物质和氮磷钾养分积累量,并计算对应的分配情况,探讨其对花生产量的影响。 【结果】 生物炭处理的花生产量显著高于其它处理,达到7231.7 kg/hm2;生物炭复合肥和猪厩肥处理则相对较低,分别是生物炭处理的82.4%和83.8%,秸秆处理产量最低,为5623.9 kg/hm2。猪厩肥处理的出仁率显著高于其它处理。生育前期各处理的干物质和养分主要在茎叶中积累,从结荚期开始逐渐向荚果中转移。与对照处理相比,复合肥处理的干物质和氮磷钾养分整株积累量在各时期均较高,尤其在结荚期以前保持了良好的荚果干物质和养分分配系数;生物炭处理则至饱果成熟期时呈现出明显优势,干物质积累量达到6295.0 kg/hm2,分别高出专用肥、秸秆和猪厩肥处理43.1%、36.1%和50.8%,茎叶分配比例高达34.5%,氮、磷、钾积累量持续增长至236.4 kg/hm2、 21.7 kg/hm2、77.8 kg/hm2,显著高于其它处理,但此时期荚果的氮、钾分配系数仅有0.83和0.52,低于对照处理(CS、PMC处理) 0.02～0.03和0.15～0.21。 【结论】 在氮磷钾养分投入量相等、不考虑有机碳投入量的前提下,施用生物炭、炭基复合肥和猪厩肥效果均显著好于秸秆直接还田;生物炭可显著提高花生整株的干物质量和氮磷钾积累量,特别是提高生育后期的干物质和养分分配量,促进产量的提高,对花生高产增效有良好的促进作用;炭基复合肥在花生进入结荚期后,对花生干物质及养分积累分配的促进作用减弱,效果与施用猪厩肥相当。因此,在本试验条件下,生物炭直接施用具有维持其养分长期稳定释放,提高花生产量和肥料养分利用率的作用。