新时期中国土壤科学发展现状与战略思考

土壤科学在保障国家农业可持续发展和生态文明建设中具有重要的学科战略地位。本文全面扼要分析了国内外土壤科学研究现状和发展态势,结合未来土壤科学发展的国家战略需求与关键科学问题,梳理了未来5～10年我国土壤科学拟重点发展地球关键带过程与土壤功能演变、农田土壤健康与质量提升理论与技术、区域土壤复合污染过程与绿色修复、土壤生物过程与功能等优先领域和重要方向,以期进一步推动我国土壤科学跨越式发展。     

土壤供保氮能力决定稻田氮肥增产效果和利用率

黑龙江五常和江苏常熟分属我国东北和华东单季稻区优质粳米的代表性产地,但五常维持水稻高产所需氮肥投入量通常远低于常熟而其增产效果优于常熟。由于两地水热条件、作物品种、农田管理和土壤类型均不同,究竟是何原因导致这种区域差异尚不清楚。为探究土壤因素的影响,在两地稻田分别取黑土型水稻土(BS)和乌栅土(WS),设不施氮(CK)、低氮和高氮(N 150和300 kg·hm^-2标记尿素)处理,开展盆栽试验,比较水稻产量、氮肥利用及总损失的土壤差异,并结合室内淹水矿化培养试验,研究两种水稻土氮素矿化特征。结果发现：在相同气候和水稻品种及管理条件下进行的盆栽试验中,各处理水稻产量、氮肥增产效果及地上氮素吸收累积量BS均优于WS,差值法氮肥利用率BS较WS高出20.0～28.7个百分点,然而¹⁵N示踪法氮肥利用率BS却仅较WS高5.56～8.01个百分点。尽管施氮后水稻吸收土壤氮均增加,但BS土壤来源氮增量较WS高95.0%～215%。根据CK和相应施氮处理水稻地上部土壤来源氮差值可计算土壤氮素表观激发量在BS为173～354 mg·pot^-1     

Robot系统测定旱地N2排放的方法优化及其与其他方法的对比研究

反硝化是生态系统氮循环的最后一环同时也是活性氮转化为惰性氮（N2）的最主要过程。由于空气中背景N2浓度高达78%,在如此高的背景浓度N2环境中直接和准确测定反硝化过程产生的微量N2,一直是个巨大的挑战。Robot系统（Robotized incubation and analyzing system）是基于无N2背景（氦环境）的用以研究纯菌或土壤体系N2排放速率的方法,该系统平台搭建简单且测定效率高,目前应用比较广泛。但该系统在运行过程中需要频繁利用微量注射器进行取样和测定,极易造成外界N2的渗漏。为解决这一问题,本文通过使用预先置于氦（He）环境的橡胶隔垫、采用充He后的蒸馏水配制溶液及实施破坏性取样的处理,对Robot系统测定旱地N2排放速率的方法进行了优化,同时与乙炔抑制法和RoFlow系统（Robotized continuous flow incubation system）的测定结果进行了对比。研究结果表明,通过方法优化,可以大幅降低Robot系统的N2渗漏率,未优化前系统的渗漏率为5.15 μL·L-1·h-1,方法优化后系统的渗漏率在0～0.8 μL·L-1·h-1之间。优化后的Robot系统对碳源和氮源添加后N2排放速率差异的响应较好,并且对旱地土壤背景N2排放速率的测定误差最小（0.003～0.045 mg·kg-1·d-1）,显著优于乙炔抑制法（0.34～3.29 mg·kg-1·d-1）和RoFlow系统（0.41～1.02 mg·kg-1·d-1）。综上,优化后的Robot系统在测定旱地N2排放速率时具有N2渗漏率低,对外源底物添加响应好及测定结果精确度高的特点,未来在研究旱地土壤背景N2排放及相关机理方面有较好的应用前景。     

温室气体排放量空间尺度扩展方法的误差来源分析——以CH4MOD模型为例

在估算区域温室气体排放量时往往需要利用模型,从可验证的点的排放量扩展至区域排放总量,这一尺度扩展过程中会产生误差。为比较不同扩展方法的误差大小,本研究收集江苏省内稻麦轮作体系水稻田59个样点的与CH4排放相关的信息,以CH4MOD模型模拟了CH4排放,比较了以下种尺度扩展方法的结果:1)取区域内多个点的模型输入参数平均值,计算区域平均排放量;2)以区域内一个代表样点的参数输入模型,计算区域平均排放量。3)根据区域内各模型参数的统计学特征,随机生成100个虚拟点,以其输出结果的平均值为区域平均排放量,此为蒙特卡罗法。研究发现,以真实参数模拟计算的59个样点CH4排放量均值作为基准,则第一和第二种方法的相对误差分别为-19.60%和-19.74%,采用多点代面的蒙特卡罗法可将误差降低至3.29%。对第一和第二种方法的误差来源进行了分析。     

不同施肥技术对单季稻田CH4和N2O排放的影响研究

以麦茬稻田为对象,采用静态箱-气相色谱法对巢湖地区常规施肥、高产施肥、高产施肥+脲酶抑制剂、控失肥4种肥料处理下稻田CH4和N2O的排放进行测定,研究控失肥和脲酶抑制剂两种技术措施对单季稻CH4和N2O排放的综合影响。结果表明：各处理间CH4排放的季节变化模式没有明显不同,但排放量大小有明显差异;高产施肥+脲酶抑制剂与控失肥处理的CH4季节累积排放量分别为28.81 g·m-2和32.68 g·m-2,较常规施肥处理分别减少了25.8%和15.8%,而N2O的季节累积排放量没有明显差异。对CH4 和N2O     

中国稻田水稻生长季N2O排放估算

由于土壤水分状况的不同,水稻生长季土壤N2O排放量明显不同于旱地作物。基于多元统计模型,通过多点代面的方法进行尺度扩展,并应用蒙特卡洛方法模拟影响因素的变异程度,模拟了中国稻田水稻生长季的N2O排放情况。所模拟的378个点的水稻生长季N2O排放通量为6.0～74.3μgN.m-2.h-1,其均值接近于原始观测结果;378个点位的N2O排放通量空间分布不均,排放量较高的点位于北纬20°到30°之间;378个点中单季稻、稻-旱轮作中的水稻和双季稻的生长季N2O平均排放量分别占年总排放量的53%、34%和59%。多点代面的尺度扩展结果显示2008年中国稻田水稻生长季N2O排放量均值为22.48Gg,其95%的概率区间为20.5～24.8Gg;化肥氮的N2O排放系数为0.27%,与IPCC缺省值0.3%接近。用秩相关关系表征影响因子对中国稻田水稻生长季N2O排放量的不确定性的贡献,结果表明水分管理类型、有机肥类型、土壤属性、氮用量等对结果均有显著影响。     

长期施肥对华北小麦-玉米轮作土壤物理性质和抗蚀性影响研究

土壤侵蚀是土壤及其母质在水力、风力、冻融、重力等外营力作用下,被破坏、剥蚀、搬运和沉积的过程,土壤侵蚀的直接后果是降低土壤中有机质和各种营养元素的含量,破坏土体结构,且随着土壤的流失而造成一系列环境问题,土壤侵蚀及其     

不同栽培模式对杂交粳稻常优3号产量及养分吸收利用效率的影响

 【目的】旨在探讨水稻高产与养分高效利用协调的栽培技术。【方法】以杂交粳稻常优3号为材料,设置未施氮处理（0N）、当地高产栽培（对照）、增产增效栽培、再高产栽培、再高效栽培和保产增效栽培等6种栽培模式,比较分析不同栽培模式下水稻产量的形成特点和养分吸收利用特征。【结果】增产增效栽培、再高产栽培、再高效栽培和保产增效栽培两年的平均产量分别为9.5、11.5、10.7和9.0 t•hm-2,较对照分别提高了14.5%、38.6%、28.9%和8.4%。与对照相比,上述各处理的氮肥吸收利用率分别提高了39.5%、93.9%、86.1%和31.0%（相对值）,氮肥农学利用率分别提高了66.5%、84.4%、98.2%和70.1%。不同栽培模式下水稻穗分化至抽穗期的氮、磷、钾的吸收量与产量呈显著正相关。【结论】通过栽培技术的集成优化,可以大幅度同步提高水稻的产量和养分利用效率。     

我国NH3-N排放量及空间分布变化初步研究

NH3-N的排放量增加引起了水体富营养化、土壤酸化等一系列环境问题.所以对NH3-N排放情况的研究越来越受到科学家的重视.而有关我国NH3-N排放量历史变化情况,尤其是近20多年来的排放量报道很少.参照已有的各个NH3-N源的排放因子,利用中国农业年鉴统计等数据资料,计算了1980-2005年我国NH3-N排放量.结果表明,1980年,NHr-N排放量为5.50Tg,到2005年达到13.38 Tg,增加了143%,年均增长率为5.51%.因使用化学肥料产生的NH3-N排放最最大.约占总排放量的29.4%～47.4%,畜牧业中动物厩舍及其排泄物储存产生的NH3-N排放量居第二位.我国NH3-N排放量空间分布不均匀,主要分布在我国东部河南、山东、江苏、河北以及西南的四川等省.2005年约占总排放量的36.2%.我国NH3-N排放总量的时间变化最大的几个省份分别是黑龙江、天津、河北、河南、山东等,其年均增长在8%以上.而我国的西北和青藏高原地区排放量变化最小,仅为0-44%.     

农业土壤氧化亚氮排放模型研究进展

农业土壤产生的氧化亚氮气体(N2O)是重要人为N2O源.农业土壤N2O排放模型众多,根据模型建立方法的不同,可分为过程机理模型和经验模型.为探讨产生N2O的具体过程(硝化过程和反硝化过程)和关键因子,着重介绍了DNDC、DAYCENT、Ecosys、WNMM等机理过程模型,指出尽管各个模犁的N循环过程类似,但不同侧重因子造成N2O排放量不同,并列出不同模型的特点和应用现状.对目前应用得比较广泛的经验统计模型,如经验归纳模型、回归模型以及其他统计模型等,归纳了其特点并介绍了国内外研究进展.通过对比过程机理模型和经验统计模型的优缺点,指出前者参数较多、过程复杂,用于点位模拟准确度高,后者所需参数少,适用区域范围模拟,点佗模拟结果不确定性差.在此基础上指出区域N2O模拟排放量和排放特性将是以后发展的重点方向,并提出区域模拟关键问题的解决方向.