生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响

[目的] 探讨生物炭对侵蚀黑土团聚体的修复效果,揭示生物炭对侵蚀黑土团聚体的影响机制,为修复侵蚀黑土提供科学依据。[方法] 以侵蚀黑土为研究对象,研究未剥离农田（CK）、未剥离农田施生物炭（CK+BC）、模拟侵蚀土壤（RS）、侵蚀土壤施生物炭（RS+BC）4个处理生物炭对黑土团聚体的影响。[结果] 与CK处理相比,CK+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量增加了14.01%,RS+BC处理中0.25～2 mm粒级团聚体含量比RS处理增加了12.11%,生物炭提高了团聚体的几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量,增加了CK+BC和RS+BC两个处理的原土和>0.25 mm粒级团聚体中的土壤有机碳含量（SOC）,GMD分别与SOC和交换性钠呈正相关和负相关,且SOC对团聚体的胶结作用大于交换性钠的分散作用,提高了侵蚀黑土团聚体稳定性。[结论] 生物炭改善黑土侵蚀后的结构,促进了土壤团聚化,对侵蚀土壤具有良好的修复作用,是修复侵蚀黑土的有效措施。     

东北农田黑土N2O排放研究进展

农田是温室气体氧化亚氮（N2O）的重要排放源,位于东北地区的黑土地是我国重要的粮食生产基地。目前我国农田N2O排放增速正在放缓,但是东北黑土区仍在加快。针对我国东北黑土区的自身特点和N2O排放研究现状,本文综合分析了黑土N2O排放特征、产生过程与影响因素。结果表明,东北农田黑土N2O-N背景排放量平均为0.56±0.29 kg·hm?2,施用化肥黑土N2O-N平均排放量为1.49±1.09 kg·hm?2,化肥氮诱导的N2O排放系数（EF）为0.45%±0.42%。与中国旱地和世界其他黑土区相比,东北农田黑土的背景排放量和EF均处于较低水平。这是因为在正常降雨条件下,东北黑土N2O主要是由硝化作用产生,反硝化作用受到活性碳缺乏的限制。冻融过程则可能促进反硝化作用进行,诱导春融期N2O出现爆发式排放。与我国其他农田相比,东北黑土N2O排放研究明显不足,今后应加强对不同区域黑土N2O排放的原位观测,阐明冻融过程N2O的产生机制,评估黑土N2O排放对气候变化的响应;同时应加强研究秸秆还田、有机肥施用等措施对N2O排放的影响效应,从而制定出黑土地质量提升和N2O减排的双赢措施。     

秸秆还田及添加生物炭对黑土玉米生长季N2O排放的影响

为比较秸秆还田与添加生物炭对黑土氧化亚氮(N₂O)排放的影响,基于中国科学院海伦农业生态实验站建立的定位田间试验,设单施化肥(NPK)、秸秆还田配施化肥(NPK+SR)、生物炭配施化肥(NPK+BC) 3个处理,采用静态箱-气相色谱法测定黑土区玉米生长季N₂O排放通量。在试验进行的第3年,采集生长季土壤排放的气体,测定N₂O排放通量。结果表明：较单施化肥相比,NPK+SR处理N₂O累积排放量增加了83.1%,而NPK+BC处理降低了32.4%。尽管土壤N₂O排放通量与土壤温度的相关系数因不同处理而存在差异,但各处理均表现出显著正相关关系(P<0.05)。而土壤含水量与N₂O排放通量未呈现相关关系(P>0.05)。与单施化肥处理相比,秸秆还田和添加生物炭后玉米总产量增加了12.0%和34.3%。由此可见,玉米秸秆制成生物炭还田既增加玉米产量,又达到N₂O减排的目的,在本试验条件下,生物炭是玉米秸秆还田的有效方式。     

大气温度和CO2增加对黑土有机碳稳定性的影响

[目的]从有机碳分子结构角度来揭示气候变化对黑土有机碳(SOC)稳定性的影响,阐明未来气候变化对黑土有机碳稳定性以及土壤肥力的影响。[方法]以中国科学院海伦农业生态试验站长期定位模拟气候变化开顶箱(OTC)试验为平台,对当前大气温度和CO₂浓度(aTaCO₂),增温2℃和当前大气CO₂浓度(eTaCO₂),增温2℃和CO₂浓度增为(700±25)μmol/mol(eTeCO₂)3个处理条件下0—20 cm黑土耕层土壤的团聚体和密度组分的有机碳含量和红外光谱特征进行分析。[结果]与aTaCO₂相比,eTaCO₂和eTeCO₂均未对全土有机碳含量产生显著影响(p>0.05),但是eTaCO₂使<0.053 mm团聚体和闭蓄态轻组(occluded light fractionation, OF)中SOC含量分别增加了13.45%和52.89%(p<0.05...     

开垦对黑土有机质化学结构的影响

基于傅里叶红外光谱研究东北黑土开垦对土壤有机质化学结构特征的影响,探明各粒级团聚体及密度组分中有机质化学结构变化特征,为开垦黑土农田土壤有机质结构变化提供理论参考。依托中国科学院海伦农业生态试验站长期定位试验研究平台,以试验开垦前自然草地土壤为对照,选取开垦8年、没有有机物料投入的耕层(0～20 cm)土壤为研究对象,采用湿筛法、密度分组将土壤有机质分成不同组分,用傅里叶红外光谱仪测定原土及各组分有机质红外光谱,分析开垦对土壤有机质化学结构的影响。结果表明:开垦前后,有机质红外结构特征峰相似,均以多糖C—O和醇酚—OH为主。全土芳香族CC含量较开垦前显著减少4.77%,有机质稳定性下降6.32%。在>0.25 mm团聚体中芳香族CC和羰基CO相对强度较开垦前分别显著降低29.91%和27.16%,醇酚—OH相对强度显著增加15.60%;0.25～0.053 mm团聚体中,多糖C—O相对强度增加4.57%,脂肪族—CH相对强度显著减少23.85%。<0.053 mm团聚体中,脂肪族—CH相对强度显著减少16.33%。有机质游离态轻组(LF)、闭蓄态组分(OF)中多糖C—O特征峰相对强度分别显著增加15.82%和18.15%,在矿质态组分(MF)中变化不显著。主成分分析表明,开垦对>0.053 mm粒级团聚体和LF、OF组分有机质结构影响最大,各官能团中多糖C—O相对强度增加最明显。综上,开垦使黑土大团聚体和LF的有机质芳香族组分减少,有机质结构趋于简单化,有机质结构稳定性下降。     

不同类型土壤下增温对小麦养分吸收和分配的影响

为了解不同类型土壤下小麦生物量及养分吸收和分配对增温的响应,于2020年11月在南京信息工程大学农业气象试验站以冬小麦品种扬麦13为研究对象,采用开放式增温系统对小麦进行全天增温,通过裂区试验,分析了增温（日平均增温1.5 ℃）后棕壤、灰钙土、黄土、潮土、砖红壤和黄棕壤等6个不同类型土壤下小麦成熟期根、秸秆及籽粒生物量和氮磷钾含量的变化。结果表明,与常温对照相比,增温处理的小麦生物量增加了9.9%,而植株氮、磷和钾含量分别降低了10.6%、17.7%和12.1%,三种养分的总积累量分别减少了3.4%、12.0%和3.5%。增温使小麦秸秆和籽粒氮、磷和钾含量较常温对照分别降低了33.6%、18.8%、9.4%和8.0%、18.9%、18.7%。在棕壤和灰钙土下增温有利于小麦干物质积累,但不利于黄土和潮土下小麦干物质及养分积累。由此可见,增温改变了小麦干物质积累及养分吸收和分配,且与土壤类型密切相关。     

东北风沙土区不同玉米产量田块土壤剖面基础性质差异研究

依据玉米产量选取高、中、低产田进行剖面调查和取样测定,揭示风沙土区高、中、低产田土壤剖面基础性质差异特征。结果表明,不同生产力风沙土区玉米产量差异较大,高、中、低产田速效氮磷钾差异主要表现在表土层和稳定层,表土层碱解氮含量为高产田中产田低产田,高产田含量是中产田的1.64倍,低产田仅为37.3 mg/kg。在稳定层速效磷差异明显,变化范围为7.66～27.3 mg/kg,高产田比中产田速效磷高出77.0个百分点。从整个剖面来看,在高、中、低产田中土壤有机质含量为高产田中产田低产田,全氮与有机质变化趋势相似。在表土层和稳定性高产田的全磷高于中、低产田,表土层中产田高于低产田。全钾在剖面差异不明显,剖面土壤属性间存在着较好的线性相关。在东北风沙土玉米种植区,高、中、低产田土壤基础性质差异主要发生在表土层和稳定层,改良中、低产田应该从培肥表土层和稳定层着手,表土层和稳定层施有机肥配施氮、磷肥是提高风沙土区玉米产量有效途径。     

CO2浓度增加和秸秆还田对黑土团聚体有机碳的影响

为研究土壤团聚体有机碳分布对CO₂浓度增加和秸秆还田的响应,本研究以东北黑土区长期CO₂增加定位试验平台为依托,设置4个处理,分别为对照(CK)、增加CO₂浓度达1 259.72 mg·m^-3(EC)、秸秆还田(ST)和增加CO₂浓度结合秸秆还田(EC+ST)。结果表明：EC与ST处理对土壤总有机碳含量无显著影响,但EC+ST处理使土壤总有机碳含量提升3.09 g·kg^-1(P<0.05)。EC处理下土壤团聚体占比变化无显著影响,但分形维数(D)增加0.06,土壤团聚体稳定性降低。ST与EC+ST处理使>0.5～1 mm大团聚体占比分别提高14.98个百分点与8.20个百分点,此外,ST处理使≤0.053 mm微团聚体占比减少12.88个百分点,水稳性团聚体数量(R0.25)增加0.14,平均质量直径(d MW)增加0.08 mm,D减少0.11(P<0.05),土壤团聚体稳定性增强;EC+ST处理使>1 mm大团聚体占比增加4.0...     

模拟降雨对稻田氮素损失修复效果的影响研究

为探索减少稻田氮素流失的有效措施，研究暴雨下不同修复方式对稻田氮素流失的影响。采用盆栽试验和人工模拟降雨的方式，设置2个降雨强度(4、80 mm/h)和3个田面水层深度(2、5、8 cm)，选取秸秆还田和生物炭添加2种修复措施，研究了降雨强度与修复措施对雨后和水稻不同生育期稻田氮素流失的影响。结果表明：在相同降雨量条件下，与对照处理(NPK)相比，模拟4 mm/h降雨后，添加秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度分别降低了15.1%和59.4%，然而，秸秆和生物炭处理田面水中NO₃^--N浓度略高于对照处理。当短时强降雨(80 mm/h)后，秸秆和生物炭处理田面水中的NH₄⁺-N浓度比对照分别降低55.4%和63.9%,NO₃^--N浓度比对照分别降低了38.7%和48.1%。在2个降雨强度条件下，田面水中NO₃^--N和NH₄⁺     

增温对不同土壤上冬小麦保护酶活性的影响

为探究全球气候变暖背景下冬小麦生长发育情况，通过全生育期增温，研究温度升高对冬小麦叶片保护酶活性和产量的影响。2021年11月，在南京信息工程大学农业气象试验站进行框栽试验，以常温为对照（CK），以开放式增温装置模拟大气增温1.5℃（eT）条件，以在南移的黑龙江黑土、北移的海南砖红壤和江苏南京黄棕壤上生长的冬小麦为研究材料，以成熟期小麦株高、单穗粒数、千粒质量等指标体现生长量的变化，以拔节期和开花期冬小麦叶片的叶绿素（SPAD）和丙二醛（MDA）含量，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）活性等指标表征保护酶系统的变化。结果表明：全生育期增温使生长在黄棕壤、黑土和砖红壤上的小麦叶绿素含量分别显著减少了9.51%、19.03%和4.60%，使开花期MDA含量分别显著增加了10.59%、14.83%和13.72%，说明增温通过影响光合作用和膜脂过氧化衰减了叶片功能使开花期叶片SOD、POD和CAT活性显著升高，这表明冬小麦叶片在增温条件下仍保持了较高的抗氧化能力。相关性分析表明，开花期MDA含量、POD活性与产量指标呈显著负相关（P<0.05）。此外，全生育期增温显著降低了生长在黄棕壤和黑土上冬小麦的株高、单穗粒数和千粒质量，最终导致产量分别减少33.86%和16.53%，然而黑土上生长的冬小麦各参数对增温的响应程度低于黄棕壤。增温导致砖红壤上生长的冬小麦千粒质量有所降低，但是最终产量未达到5%的显著差异。综合而言，增温能通过降低光合作用、提升膜脂过氧化水平导致冬小麦生长减缓，且这种减缓作用在黑龙江黑土冬小麦上的效应较弱，但对黄棕壤上的冬小麦影响较大。