有机培肥与耕作方式对稻麦轮作土壤团聚体和有机碳组分的影响

为了明确不同外源有机物和耕作方式对土壤地力培育的影响,以水稻-小麦轮作系统为对象,通过2个年度(2016—2018年)大田试验研究了外源有机物(秸秆和有机肥)和耕作方式及其交互作用[稻麦秸秆还田配合旋耕(SR),稻麦秸秆还田配合翻耕(SP),秸秆不还田、增施有机肥配合旋耕(MR),秸秆不还田、增施有机肥配合翻耕(MP),秸秆不还田、不施用有机肥、旋耕深度15 cm(CKR)]对土壤团聚体和有机碳组成的短期影响。结果表明:SR处理能够降低水稻季土壤容重并增加总孔隙度。相比CKR,小麦季SR处理显著增加0.05mm水稳性团聚体含量,增加量为7.2%。此外,外源有机物和耕作对土壤有机碳活性组分具有显著影响。其中,易氧化有机碳(EOC)主要受耕作与有机物交互作用影响,酸水解有机碳(LPIc和LPII_c)主要受耕作措施的影响, SR处理的土壤EOC和LPI_c含量比CKR提高0.3～2.6 g·kg~(-1)。颗粒有机碳(POC)主要受外源有机物的影响,并且秸秆还田处理POC平均含量高于增施有机肥处理,增加量为0.75g·kg~(-1)。短期内,外源有机物和耕作及其交互作用对稳定性有机碳(黑碳和矿物结合态有机碳)的影响较小。综上,秸秆还田配合旋耕有助于提高土壤水稳性团聚体和活性有机碳的含量(EOC、LPI_c和POC)。     

保护性耕作对土壤团聚体、微生物及线虫群落的影响研究进展

保护性耕作具有良好的生态效益，有利于农业生态系统的可持续发展。本文对比分析了国内外有关常规耕作和保护性耕作措施对土壤团聚体、土壤有机碳、土壤微生物及土壤线虫影响的研究进展。结果表明：保护性耕作减少土壤大团聚体的破坏，降低团聚体周转速率，提高土壤结构的稳定性；保护性耕作提高表层土壤总有机碳及活性有机碳含量；保护性耕作可以提高耕层微生物生物量，尤其对真菌生物量影响显著；保护性耕作不同程度地提高了团聚体中微生物量和微生物多样性，但并未改变微生物在团聚体中的分布模式；保护性耕作可提高土壤线虫多度，提高原状土壤和土壤各粒级团聚体中线虫群落的成熟度指数和结构指数，但并未改变线虫总数、营养类群、功能团及生态指数在团聚体中的分布模式。针对目前国内外研究现状，展望了保护性耕作今后的研究重点，以期为因地制宜选取保护性耕作措施提供理论支持，推进我国农业可持续发展。     

秸秆生物炭配施沼液对土壤有机质和全氮含量的影响

为增加沼液中养分在土壤中的滞留量,提高沼液利用效率,本文采用室内土柱试验,研究了不同生物炭混掺量(CK、0.5%、1.0%、2.0%)、生物炭混掺厚度(0、5、10、15、20 cm)和土壤容重(1.30、1.35 g·m^-3)对土壤有机质和全氮含量的影响。结果表明:土壤容重相同时,土柱入渗液渗出速率随生物炭混掺量和混掺厚度的增加而增大;土壤容重不同时,1.35 g·cm^-3土壤土柱入渗液渗出速率小于1.30 g·cm^-3土壤,土壤有机质和全氮含量均呈1.30 g·cm^-3土壤容重小于1.35 g·cm^-3土壤容重;土柱内有机质和全氮含量随生物炭混掺量增大而逐渐增加,生物炭混掺量为2.0%时对土壤有机质和全氮含量影响最大;土柱内有机质含量随生物炭混掺厚度增大而逐渐增加,生物炭混掺厚度为20 cm时对土壤有机质含量影响最大,而全氮含量在土壤容重为1.30 g·cm^-3、混掺厚度10 cm时影响最显著,土壤容重为1.35 g·cm^-3、混掺厚度15 cm时效果较为显著。研究表明生物炭配施沼液时土壤有机质和全氮含量受生物炭混掺厚度、混掺量和土壤容重综合作用的影响。     

基于文献计量的国际有机农业生物多样性研究现状与热点分析

为探究有机农业生物多样性这一领域的研究现状、热点与态势,基于Web of Science数据库,利用文献计量分析方法,对1986—2019年有机农业生物多样性领域研究文献的发文量、研究力量的分布及合作、期刊分布、研究热点和主题等方面进行数据挖掘和可视化分析。研究表明:检索到的文献最早发表于1996年,2005年之前此领域处于初步发展期,2005年进入稳步增长期,文献数量总体呈逐年增多的趋势。研究主要集中在欧洲和北美发达国家,如德国、美国、英国和瑞典等;发文量最多的机构是法国国家农业研究所和瑞典农业科学大学;学者Tscharntke T发文量最多,近5年Batáry P发文量较多;刊文量最多的期刊是《Agriculture EcosystemsEnvironment》《Journal of Applied Ecology》和《Sustainability》,刊文量前16的期刊中《Journal of Applied Ecology》影响因子最高(6.533)。德国和英国与其他国家合作交流频繁,瑞典农业科学大学和慕尼黑工业大学是机构合作网络的两个中心,Tscharntke T和Bommarco R等较多学者表现出紧密合作的学术形式。通过关键词共现分析发现,国际研究热点从仅关注种植模式对生物多样性影响的基础性研究,逐步拓展到不同尺度或景观复杂性对有机农业生物多样性和生态系统服务影响的应用型研究。我国研究起步较晚,发文量和篇均被引频次等与欧美国家还存在差距,但近5年发文量增长较快,具有良好的发展趋势。今后此领域仍将是全球有机农业研究和实践的热点方向,涉及多尺度、多学科交叉融合的基础性研究和地域性应用研究仍是未来研究的重点。     

山西省畜禽粪污土地承载力及粪尿替代化肥潜力分析

为明确山西省畜牧业的发展规模,优化畜牧业发展的空间格局,进一步为山西省农牧业实现绿色发展提供科学依据。研究基于农牧生产系统养分平衡的方法,测算了山西省县域尺度的畜禽粪污土地承载力。结果表明,山西省的种植业与畜牧业发展规模在空间上存在一定的错位,种植业发达的地区主要分布在省域南部和中部的区县,而畜牧业发达的地区则分布在省域北部、中部和东南部的区县;山西省当前的畜牧业发展规模折合为2 371.77万猪当量,以粪尿氮作为约束指标,山西畜牧业可发展规模为5 976.01万猪当量;以粪尿磷(纯磷,下同)作为约束指标,山西畜牧业可发展规模为7 212.27万猪当量。综合粪尿氮磷承载力指数结果分析,超载区域主要分布在省域北部种植业欠发达的区县和省城太原周边的区县;全省粪尿氮、磷的有效供给量分别为18.28万t和3.15万t,可以分别有效替代氮、磷肥39.79%和33.21%。无论以粪尿氮或磷作为约束指标,山西畜牧业整体上仍有较大的发展空间,可适度增加畜禽养殖规模,但需要关注城市近郊区县的畜禽粪尿氮磷的环境排放和大中型养殖企业的点源污染问题。在畜禽粪尿养分资源管理策略上,则应考虑优化农牧业生产布局和区域间协同管理。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。     

Novel soil quality indicators for the evaluation of agricultural management practices: a biological perspective

Developments in soil biology and in methods to characterize soil organic carbon can potentially deliver novel soil quality indicators that can help identify management practices able to sustain soil productivity and environmental resilience. This work aimed at synthesizing results regarding the suitability of a range of soil biological and biochemical properties as novel soil quality indicators for agricultural management. The soil properties, selected through a published literature review, comprised different labile organic carbon fractions [hydrophilic dissolved organic carbon, dissolved organic carbon, permanganate oxidizable carbon (POXC), hot water extractable carbon and particulate organic matter carbon], soil disease suppressiveness measured using a Pythium-Lepidium bioassay, nematode communities characterized by amplicon sequencing and qPCR, and microbial community level physiological profiling measured with MicroResp^TM. Prior studies tested the sensitivity of each of the novel indicators to tillage and organic matter addition in ten European long-term field experiments (LTEs) and assessed their relationships with pre-existing soil quality indicators of soil functioning. Here, the results of these previous studies are brought together and interpreted relative to each other and to the broader body of literature on soil quality assessment. Reduced tillage increased carbon availability, disease suppressiveness, nematode richness and diversity, the stability and maturity of the food web, and microbial activity and functional diversity. Organic matter addition played a weaker role in enhancing soil quality, possibly due to the range of composition of the organic matter inputs used in the LTEs. POXC was the indicator that discriminated best between soil management practices, followed by nematode indices based on functional characteristics. Structural equation modeling shows that POXC has a central role in nutrient retention/supply, carbon sequestration, biodiversity conservation, erosion control and disease regulation/suppression. The novel indicators proposed here have great potential to improve existing soil quality assessment schemes. Their feasibility of application is discussed and needs for future research are outlined.     

Managing soil quality for humanity and the planet

Rather than a human-centric, the basic strategy of achieving Sustainable Development Goals must be focused on restoring and sustaining planetary processes. The urgency of meeting the demands of the humanity must be reconciled with the necessity of enhancing the environment. Increasing and restoring soil organic matter content of the degraded and depleted soils is critical to strengthening planetary processes.     

广西西北喀斯特不同植被不同土层的土壤颗粒有机质

以广西西北喀斯特地区不同植被(草丛、灌丛、原生林)生态系统表层(0～10 cm)及深层(70～100 cm)土壤为研究对象,采用热裂解–气相–质谱(Pyr–TMAH–GC/MS)技术,研究不同植被表层与深层土壤颗粒有机质(POM)的变化特征。结果表明:表层土壤的pH值、有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量均随植被的正向演替呈上升趋势;草丛表层土壤的有机碳、总磷和碱解氮含量均显著高于深层土壤的(P0.05);灌丛表层土壤的有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著高于深层土壤的(P0.05),灌丛表层土壤的pH值和总钾含量显著低于深层土壤的(P0.05);原生林表层土壤的总磷、速效磷和速效钾含量显著高于深层土壤的(P0.05);随着植被的正向演替,土壤POM总量呈增加趋势,表层土壤POM总量显著高于深层土壤的;土壤POM热裂解产物类型主要有木质素类、酚类、芳烃、多环芳烃及脂类化合物,木质素类化合物仅存在于表层土壤,稠环芳烃(此处指除萘和茚外的多环芳烃)占比则随植被的正向演替呈下降趋势;植被显著影响POM总量和POM热裂解产物中对羟基苯基、稠环芳烃、脂肪酸、正构烯烃、萘、氰的占比,土层深度显著影响POM总量和POM热裂解产物中对羟基苯基、愈创木基、丁香酚基、茚、脂肪酸、酮、苯、烷基苯、酚类和氰的占比,植被与土层的交互作用显著影响POM热裂解产物中对羟基苯基、萜烯和脂肪酸的占比;POM总量与有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效钾和速效磷含量呈显著正相关,与容重和总钾含量呈显著负相关,稠环芳烃与有机碳、总氮、总磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量呈显著负相关,且碱解氮和pH值显著影响POM化合物组成。可见,在喀斯特地区,土壤POM含量能反映土壤中潜在活性养分含量,可作为喀斯特地区评价不同植被恢复对土壤有机质库及土壤质量动态变化影响的敏感指标。     

江西省耕地土壤pH值和养分状况调查

按中国第二次土壤普查推荐的土壤养分和pH值的分级标准，对2014年江西省5个不同区域(赣南、赣北、赣中、赣西、赣东北)的94个县(市)具有代表性的4 188个耕地土壤的养分和pH值的测定数据进行比较分析，探明江西省耕地土壤养分及pH状况。结果表明：江西省耕地土壤pH值平均为5.3，偏酸性；赣南、赣北耕地土壤有机质质量分数均值分别为28.5、25.8 g/kg，属中等水平，而赣中、赣西和赣东北土壤有机质质量分数均值分别为31.9、33.9、31.1 g/kg，属较丰富水平；赣南土壤碱解氮质量分数均值为144.4 mg/kg，属较丰富水平，其他4个区域的均值均高于150 mg/kg，属丰富水平；赣南、赣中土壤有效磷质量分数均值分别为21.8、21.6 mg/kg，属较丰富水平，其他3个区域的属中等水平；5个区域土壤速效钾质量分数均值均在50～100 mg/kg，属较缺乏水平。可见，江西省耕地土壤酸化严重，养分极不平衡。