土壤钾素形态转化机制与测定方法优化的研究进展

土壤钾素形态转化在土壤钾肥力提升与评价、钾肥高效施用技术和植物钾素营养调控等方面发挥着重要作用。近些年中国科学院南京土壤研究所土壤钾素研究团队在土壤不同钾素形态的区分方法及其含量范围、植物高效利用土壤钾的机制、土壤非交换态钾的释放机制及其影响因素,尤其是土壤非交换态钾的生物有效性评价方法等方面进行了一系列研究。基于强的四苯硼钠法,土壤非交换态钾含量在不同种类的土壤中存在最大值,通过交换和扩散提取的土壤非交换态钾可占土壤全钾的20%～60%。矿物非交换态钾释放主要取决于其他离子含量和环境钾浓度,植物高效吸收非交换态钾也主要取决于根系吸收低浓度钾的能力。证实土壤非交换态钾的形成和释放对土壤保钾能力及土壤钾的生物有效性起重要作用,建立了土壤非交换态钾总量的测定方法、土壤钾素变化测定方法以及土壤有效钾分级测定的方法体系。这些研究结果可为土壤钾素肥力的准确评价、预测和土壤钾素相关研究提供有力的方法手段,并将推动土壤钾素研究由定性、半定量向定量研究方向发展。     

根际促生菌对植物生长的影响及其作用机制

长期以来,我国农业生产过度依赖化肥,忽视了植物-微生物-土壤系统巨大的生物学潜力。植物根际促生菌可以在根际释放养分,具有促进植物生长的功能,是微生物肥料的主要来源菌种,具有广阔的应用前景。在我国化肥减施政策的约束下,研究植物根际促生菌的促生特性及其作用,对于推动农业的高产和高效具有重要作用。因此,本文综述了国内外关于植物根际促生菌在促进植物生长方面的作用机制及土壤-促生菌-植物互作机制的研究进展,并对其在微生物肥料开发、应用及推动绿色农业发展中的应用进行展望。     

工程扰动对黄土抗蚀性与抗冲性的影响

为研究工程扰动对黄土抗蚀性和抗冲性的影响,以兰州市城关区北山为研究区,选取1年填方样地(T1a)、5年填方样地(T5a)、7年挖方样地(W7a)和天然草地(C)4个样地采集原状土样,在室内使用干筛—湿筛法测定土壤团聚体相关指标研究土壤抗蚀性,用抗冲槽研究土壤抗冲性,并分析了影响土壤抗蚀性和抗冲性的因素。结果表明,各样地表层(0—10 cm)土壤水稳性团聚体的平均质量直径(MWD_w)和0.25 mm团聚体占比(w_((δ0.25)w))表现为CW7aT5aT1a,土壤团聚体破坏率(PAD)表现为T1aT5aW7aC,挖填方样地表层土壤水稳性团聚体颗粒分形维数(D_w)均值为2.82,C样地D_w为2.74,C样地表层土壤的抗蚀性显著强于挖填方样地;T5a和W7a样地中下层土壤(10—20,20—30 cm)MWD_w和w_((δ0.25)w)显著低于表层土壤;各样地表层土壤抗冲系数为W7aCT5aT1a, W7a和C样地的值较为接近。影响土壤抗蚀性与抗冲性的主要因素有土壤电导率、有机质和根系,土壤生物结皮也会影响土壤抗冲性。这些影响因素与挖填方样地搁置年限密切相关,即随着挖填方样地搁置年限增长,这些因素逐渐发生变化,有益于受扰动土壤MWD_w和w_((δ0.25)w)的增加以及PAD的降低,其表层土壤的冲刷强度慢慢接近草地。工程扰动显著降低黄土的抗蚀性和抗冲性,应当做好必要的水土保持措施以降低土壤侵蚀风险。     

雅江河谷防沙治沙生态工程实施年限对沙地持水性能的影响

为探究雅鲁藏布江(下称"雅江")河谷阶地2种类型防沙治沙生态工程(砂生槐灌木林、杨树人工林)实施对沙地持水性能的影响,测定了该区6,12,30年生态工程样地0—30 cm土层沙地持水性能和土壤理化性质,采用模糊数学法计算了土壤质量指数,分析了沙地持水性能的影响因素,并采用多元逐步回归法确定了主要影响因素。结果表明:(1)研究区0—10 cm土层砂生槐和杨树人工林土壤饱和持水量、毛管持水量和田间持水量指标从6～30年增幅分别为5.81%～9.19%和51.47%～71.48%,杨树人工林上述持水量指标是砂生槐的1.02～1.60倍。(2)杨树人工林促进沙地0—10 cm土层机械组成、容重、孔隙度等结构变化和有机质、全氮等养分含量提高均优于砂生槐。随实施年限变化,砂生槐上述土壤指标变化整体为12年最好,杨树人工林则依次为30年10年6年。(3)2种生态工程0—30 cm土层土壤综合质量指数平均值随年限的增加呈增加趋势。相关分析和多元逐步回归分析结果表明,沙地持水性能与沙地机械组成、容重、孔隙度、有机质、全氮和全磷均呈极显著相关,其主要影响因素为毛管孔隙度、全氮和极细砂。综合可知,杨树人工林作为当地引进乔木种,其对沙地持水性能提升效果及持续作用均优于乡土种灌木砂生槐,能够很好地促进沙地恢复。研究结果可为认识区域沙地生态水文功能变化和生态工程建设提供数据参考。     

小麦秸秆粉碎还田配施氮肥与多酚对土壤侵蚀阻力的影响

小麦秸秆粉碎还田可改变土壤性质,进而影响土壤侵蚀阻力。以北方土石山区褐土为研究对象,利用L_9(3~4)正交表对秸秆长度(2,5,8 cm)、秸秆还田量(2 000,4 000,8 000 kg/hm~2)、纯氮施加量(100,140,180 kg/hm~2)及纯多酚施加量(0,40,80 kg/hm~2)4因素3水平进行正交设计,加空白对照共计10个处理。采用JET土壤侵蚀阻力测定仪测定土壤可蚀性和临界剪切力,分析秸秆粉碎还田对土壤侵蚀阻力的影响。结果表明:与对照相比,秸秆粉碎还田后各处理土壤临界剪切力均有所增大,但差异不显著(P0.05),氮肥量对土壤临界剪切力影响显著,随氮肥量增加土壤临界剪切力先增加后减小。秸秆长度、还田量、氮肥量和多酚量对土壤可蚀性均具有显著影响,其中秸秆还田量和多酚量的影响贡献率较大,分别为50.61%和23.84%,其影响分别为负效应和正效应。秸秆粉碎还田条件下,土壤可蚀性可用土壤饱和含水量、0.25 mm团聚体含量进行线性拟合(R~2=0.81,P0.01);0.25 mm水稳性团聚体含量与土壤可蚀性能较好地模拟土壤临界剪切力(R~2=0.76,P0.05)。研究结果有助于理解秸秆粉碎还田后土壤侵蚀阻力变化与机制,并可为模型模拟提供数据支持。     

青海省东部不同土地利用方式下土壤饱和导水率分布及其影响因素

研究高寒地区土壤饱和导水率分布特征及其影响因素可为评估脆弱生态系统水源涵养能力和构建区域水文模型提供参数。通过测定青海省东部南北样线24个样点(0—30 cm)土壤基本理化性质和饱和导水率(K_s),分析了不同土地利用方式下K_s分布特征及其影响因素。结果表明:K_s均值表现为林地(1.89 cm/h)草地(1.62 cm/h)农地(1.41 10 cm/h),其中农地K_s(0.10～3.92 cm/h)随着土层深度增加逐渐减小,而林地(0.28～7.69 cm/h)和草地K_s(0.10～5.34 cm/h)随土层深度增加表现为先增加后减小。不同利用方式下K_s均与pH、容重、孔隙度、黏粒含量、有机质含量及饱和含水量显著相关(P0.05)。利用多元回归分析获得了农地以总孔隙度、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数,林地以毛管孔隙度和非毛管孔隙度为输入因子的K_s传递函数和草地以容重、非毛管孔隙度和饱和含水量为输入因子的K_s传递函数。研究结果可为其他高寒地区不同土地利用方式下K_s的模拟和预测提供参考。     

磷和土霉素对小麦和紫花苜蓿幼苗生长和根系发育的影响

采用盆栽试验的方法,研究不同磷添加量(0,20,80 mg/kg)和土霉素添加量(0,40,160 mg/kg)对小麦和紫花苜蓿幼苗生物量及根系发育的影响。结果表明:所有水平土霉素处理中,20,80 mg/kg磷处理的小麦地上部生物量均比不加磷时高,分别高22.7%～34.1%,10.0%～30.0%和9.1%～18.3%。除160 mg/kg土霉素加80 mg/kg磷的处理外,所有处理的苜蓿根生物量均小于不加磷和土霉素的对照。小麦的根长和根表面积随着土霉素添加量的增加总体上呈减少的趋势。总体来看,施磷显著促进了小麦幼苗地上部的生长,但对苜蓿幼苗生长的影响不显著。土霉素对苜蓿幼苗的根系发育有抑制作用。研究结果可为评价土壤中土霉素残留对作物早期生长的影响和指导合理施用磷肥提供理论依据。     

52份波兰小麦种子性状分析

为了解波兰小麦籽粒及其品质性状,对52份波兰小麦品种籽粒性状进行了测定,并对其品质性状间的相关性进行了分析。结果表明：（1）供试波兰小麦籽粒千粒重变异系数最高为42.27%,其次为粗蛋白、湿面筋含量,变异系数分别为11.47%和11.74%;较高原448,10号的籽粒千粒重提高46.95%,20号的粗蛋白含量提高105.83%,2号的湿面筋含量提高94.31%,这些品种可以作为较高千粒重和籽粒品质的重要种质资源;供试小麦籽粒长度、宽度与千粒重呈极显著正相关,籽粒大小可以作为千粒重选择的指标。（2）主成分分析表明,波兰小麦面粉的形成时间对其品质影响的权重最高（W=0.24）,其次是稳定时间对品质的影响（W=0.23）;面粉的稳定时间和形成时间与籽粒含水率、粗蛋白含量呈显著或极显著负相关,与籽粒千粒重呈极显著正相关,湿面筋含量与面粉形成时间呈显著正相关。可选择千粒重较大、籽粒含水率较低、粗蛋白含量适宜的波兰小麦作为我国小麦遗传基础拓展和品种改良的亲本材料。     

地块尺度的山区耕地精准提取方法

山地丘陵区域耕地资源稀缺,耕地碎片化现象严重,耕地地块细小狭窄且结构复杂,导致了地块级别的耕地信息难以快速、精准获取,阻碍了基于高分辨率遥感影像的精准数字农业服务在山地丘陵地区的应用。现有基于边缘检测/语义分割的耕地提取方法忽略了地块的结构化特征,对于狭长地块提取效果不佳,存在边界模糊问题。针对上述问题,该研究以西南山区湖南省邵东县为研究区,提出一种面向地块尺度的山区耕地遥感影像高精度提取方法。该研究模型主要有以下特征：1）将耕地边缘作为独立于耕地地块外的新类别,使得语义分割能够更好地区分耕地地块边缘和内部区域;2）级联语义分割网络和边缘检测网络,实现耕地边缘线特征和面特征的融合,使耕地边缘特征强化,提高耕地地块边缘检测精度;3）针对高分影像中耕地边缘像素远少于耕地内部像素问题,借助聚焦训练方法,使模型在训练过程中更加关注边缘像素,提高边缘检测精度。试验结果证明,该研究提出的方法在测试集上分类准确率和交并比分别为92.91%和82.84%,相比基准方法分别提升4.28%和8.01%。该研究所提取的耕地地块相比于现有方法更符合耕地的实际分布形态,为地块尺度的耕地信息精准提取提供了实用化方法。     

利用地基激光雷达估算不同地表条件下土方量

不同地表条件下土方量估算对土壤侵蚀量监测以及高标准农田工程建设具有重要意义,但基于地基激光雷达（Terrestrial Laser Scanning,TLS）的估算精度尚需求证。在江西省鹰潭市红壤生态实验站获取了7种不同地表条件下（植被覆盖度、砾石含量、地形起伏）填/挖土前后两期TLS数据,采用移动曲面拟合滤波与反距离加权插值方法计算填/挖土方量并验证,分析了TLS测站数量、位置与点云间距对计算精度的影响。结果表明：1）TLS在不同地表条件下估算土方量误差为1.69%～18.17%;2）在保证土方量计算精度的前提下,植被覆盖度小于1%、20%～30%的样方可分别将测站数量减少至2个和3个,低地势测站位置更有利于获取地表完整信息;3）TLS计算土方量的精度随点云间距增加而降低,近地表无覆盖、有覆盖的样方最优点间距分别为1～8和1～4 cm。研究为估算厘米级土体三维时空变化研究提供技术支持,为TLS野外观测设置提供依据。