南方稻田紫云英作冬绿肥的增产节肥效应与机制

本文对我国南方稻田紫云英作冬绿肥以及紫云英与稻草共同利用的增产和节肥效应及其植物营养学、土壤微生物学等相关作用机制进行综述。2008—2019年间开展的11个联合定位试验结果 (n = 930) 表明，冬种紫云英在不减肥或者减肥20%条件下增产效果显著，水稻产量增加幅度分别为6.53%和4.15%；在减施40%化肥时可保障水稻与常规施肥相比不减产。紫云英的增产和节肥效应随种植年限的增加而增强，5个联合定位试验连续7年的监测结果表明，冬种紫云英减施40%化肥条件下，紫云英种植第一年相对常规施肥增产0.87%，至种植第7年增幅为3.98%。紫云英与稻草联合利用是近些年稻区推行的重要技术模式，2016—2019年间开展的7个联合定位试验结果 (n = 342) 表明，紫云英–稻草联合还田相对于单独稻草还田，水稻产量增加了11.71%。本文分别从优化水稻产量构成、促进水稻养分吸收、提升土壤肥力3方面阐释了紫云英作冬绿肥的增产、节肥机制。稻田冬种紫云英可增加水稻有效穗数和每穗实粒数，优化了产量构成。与常规施肥相比，紫云英配施减量化肥的水稻吸氮量增加了6.4%～6.9%，氮肥利用率提高了6.6%～31.1%。稻田种植紫云英使土壤碳、氮库得到培育，土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性提高，土壤速效养分、土壤物理性状明显改善。以有机质和全氮为例，相比常规施肥处理，种植翻压紫云英后减施20%和40%化肥处理的土壤有机质含量分别增加3.95%和4.15%，土壤全氮含量分别增加1.22%和1.74%。在紫云英调控土壤微生物及氮转化机制方面，冬种绿肥有利于土壤微生物的生长繁殖，增强与微生物活性密切相关的土壤酶活性，并通过改变土壤微生物的群落结构及功能微生物影响土壤养分循环。紫云英配施减量化肥可提高土壤固氮菌丰度，通过合理的调控措施可优化紫云英的生物固氮作用。硝化作用对冬绿肥的响应在不同类型土壤中有较大差异，碱性水稻土中冬种绿肥可通过抑制硝化作用降低氮素淋失风险，氨氧化微生物群落结构的变化是冬绿肥影响硝化作用的重要机制。通过近十多年来的研究，逐渐明晰了我国南方稻田冬种紫云英的增产、节肥效应及其机制，为今后稻田绿肥的效应与机制研究提供了重要借鉴和参考。     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

河套盐碱地不同利用方式土壤盐碱化特征差异分析

为研究河套平原盐碱地在不同利用方式对土壤盐碱化特征分布的影响,通过野外调查取样和室内分析相结合的方法,对5种土地利用方式下(林地、农用地、牧草地、改良地、盐荒地)不同深度土壤剖面形态特征、可溶盐含量、盐分离子组成、总碱度、pH、碱化度等指标的变化规律进行了系统研究。结果表明:不同利用方式土壤剖面土体结构、颜色、根系分布、石灰性反应及碱化层分布均有明显差异;土壤剖面的可溶性盐、阴阳离子分布因土地利用方式不同而存在差异,牧草地和林地土壤剖面可溶性盐呈"橄榄"型、盐荒地和改良地呈"表聚"型、农用地呈"底聚"型;土壤pH、碱化度和总碱度在剖面中的分布特征基本一致,呈"S"型;经不同利用方式土壤的盐化程度和碱化程度均有所下降,与盐荒地相比,农用地盐碱化指标下降的最为显著(P0.05),其中0—20 cm土壤全盐量降至0.88 g/kg,pH降至7.83,总碱度、ESP降至0.17 cmol/kg和12.54%,表明苏打盐碱地经农用后更有利于土壤脱盐化过程和脱碱化过程;土壤全盐量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、总碱度、pH可作为控制区域盐碱化的主要因子。研究结果为阐明河套平原盐碱地的盐碱化过程及盐碱化土壤利用模式提供技术参考。     

基于扩散理论的华北春玉米生理成熟后籽粒脱水过程分析

玉米机收籽粒可以显著提高玉米的生产效率,是玉米生产的发展方向。生理成熟后的籽粒含水率是决定机收质量的关键,受品种、密度和气候等多种因素影响。准确估算生理成熟后玉米籽粒含水率,进而分析其主要影响因素,最终确定玉米收获时间和筛选适宜机收的品种,对玉米主产区华北的春玉米籽粒机收发展具有重要意义。因此,于2017年和2018年在河北省泊头、南大港、玉田和山西榆次进行了两年田间春玉米试验,每年设置7个共性品种,每个品种3个密度,对生理成熟后籽粒含水率、品种性状、气象和管理要素进行了监测,并利用基于扩散理论考虑空气温湿度的脱水模型对籽粒含水率进行了模拟,进而计算脱水曲线下的面积(AUDDC),用以筛选脱水优异的玉米品种。结果表明,基于扩散理论的籽粒脱水模型对玉米生理成熟后籽粒含水率的模拟效果较好;年份、地点和品种对生理成熟时籽粒含水率(M_0)和水分扩散速率(k)具有显著影响,密度对脱水参数影响不显著。逐步线性回归分析得到灌浆期参考作物蒸发蒸腾量(ET_0)、最高气温和灌水量对M_0具有显著的正效应,生理成熟后30 d内ET0和灌浆中后期降雨对k具有显著的正效应,全生育期降雨对k具有显著的负效应。品种性状中对M_0影响最大的为苞叶层数(正效应),对k影响最大的为叶片数(负效应)。通过模型计算得到,生理成熟后10d华北地区春玉米籽粒含水率可以下降到28%,籽粒含水率下降到25%的概率为50%。由模型计算得到各品种生理成熟后10 d内的AUDDC,与AUDDC平均值比较发现‘京农科728’‘张1453’‘华农887’‘广德5’和‘金科玉3306’为脱水表现优异的品种。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。     

杨庄煤矿区农田塌陷水域多介质OCPs污染特征及生态风险研究

为研究采煤活动影响下农田塌陷水域有机氯农药(OCPs)的污染特征及潜在生态风险,使用GC-MS对淮南潘一矿的杨庄农田塌陷区水体和底泥中的OCPs特征污染物六六六(HCHs)及滴滴涕(DDTs)进行质量浓度测定,利用ArcGIS进行OCPs分布特征及来源研究,并选择共识沉积物质量基准法(CB-SQGs)对潜在生态风险进行分析。结果表明:杨庄沉陷区溶解态ΣOCPs质量浓度范围为72.06～218.89 ng·L~(-1),均值为167.32 ng·L~(-1);悬浮态和沉积态ΣOCPs范围为199.35～405.04 ng·g~(-1)dw和24.34～1 247.32ng·g~(-1)dw,均值为277.07 ng·g~(-1)dw和238.78 ng·g~(-1)dw;悬浮态和沉积态OCPs质量浓度自上游向下游方向随水流呈削减趋势;杨庄塌陷水体中HCHs主要来自于林丹,DDTs主要来自于农业三氯杀螨醇;溶解态OCPs低于国家Ⅲ类水质标准限额,处于低生态风险水平;悬浮态和沉积态OCPs处于中高生态风险水平,其中沉积态OCPs毒性发生率略低于悬浮态OCPs毒性发生率。     

规模化畜禽养殖场粪便中多重耐药菌分离鉴定及其耐药特征

为了解禽畜粪便中多重耐药菌的污染特征,本研究对鸡粪、牛粪、猪粪和有机肥这4种不同样品中多重耐药菌进行了计数分析,并对不同来源的多重耐药菌株进行了分离和纯化,进一步开展了基于16S rDNA序列比对的分子生物学鉴定以确定其种属地位,以及基于药敏试验的耐药性特征分析。结果表明:不同养殖动物粪便中四环素、恩诺沙星、磺胺甲恶唑和泰乐菌素4种抗生素多重耐药菌的绝对数量和相对数量排序均为鸡粪>猪粪>牛粪,粪源有机肥中可培养的多重耐药菌的绝对数量和相对数量在堆肥后均有所下降。通过对耐药菌株鉴定和分类学分析,发现禽畜粪便中多耐药菌的菌门集中分布在Proteobacteria、Firmicutes和Actinobacteria,多重耐药菌的优势菌属为Escherichia、Corynebacterium、Kurthia;而有机肥样品中多重耐药菌的优势菌属为Staphylococcus、Glutamicibacter。菌株的药敏试验表明,3类动物粪污中的多重耐药菌都对红霉素、四环素有着较高的耐药率,均高于80%,而对阿米卡星这种抗生素表现出较好的敏感性,其耐药率低于30%。通过对Ⅰ、Ⅱ类整合子基因盒的扩增,发现PCR产物的大小从0.8 kb到1.8 kb不等,基因盒ad A2、dfr A17、dfr A1及sat2在养殖场粪污中检出率均较高。     

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。     

石灰石砂砾负载铁膜及其强化除磷效果

为研究探讨出一种成本低、适用于农村生活污水处理的人工湿地填料负载铁膜方法,通过室内小试比较了石灰石砂砾、普通河沙砂砾2种材料,以及FeCl_3溶液、FeSO_4溶液、Fe(OH)_3胶体溶液3种含铁溶液,并比较了不同的工艺条件,包括4种加液方式:载体浸泡在溶液中不捞出、浸泡2 h后捞出、浸泡1 min后立即捞出和喷淋,3种干燥方式:105℃烘干、太阳晒干和室内自然晾干;同时构建了铁膜石灰石砂砾小型人工湿地,考察了其实际运行效果。试验优选出的负载铁膜方法为:石灰石砂砾浸泡在浓度为1.5 mol·L~(-1)的FeSO_4溶液中,使石灰石砂砾与溶液充分接触1 min后捞出,再将捞出后的石灰石砂砾室内通风自然晾干。铁膜石灰石砂砾对生活污水总磷的静态吸附去除率从普通石灰石砂砾的22.7%提高到80.6%;将其应用于小型人工湿地,总磷去除率比普通石灰石砂砾湿地提高了10%～15%。     

不同施肥和保水措施对油茶土壤N2O排放的影响

为探究不同施肥和保水措施对油茶土壤N_2O排放的影响,采用静态暗箱-气相色谱法,设置对照(B0CK)、氮肥(N,0.13 g N·kg~(-1))、磷肥(P,0.065 g P·kg~(-1))、氮磷肥(NP,0.13 g N·kg~(-1)+0.065 g P·kg~(-1))、低复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B1,每盆13.65 g炭+1.35 g聚丙烯酰胺)、高复合保水材料(生物炭和聚丙烯酰胺,B2,每盆27.30 g炭+2.70 g聚丙烯酰胺)、低复合保水材料和N(NB1)、高复合保水材料和N(NB2)、低复合保水材料和P(PB1)、高复合保水材料和P(PB2)、低复合保水材料和NP(NPB1)、高复合保水材料和NP(NPB2),共12个处理,进行不同施肥和保水措施下土壤N_2O排放的差异比较。结果表明,N、P添加均显著增加土壤N_2O的累积排放量,NP添加与对照无差异。施加复合保水材料抑制土壤N_2O的排放,随着复合保水材料施用量的增加,土壤N_2O的排放显著降低,与对照相比,B1和B2处理N_2O减排50%以上。N添加条件下,与对照相比,添加复合保水材料NB1、NB2的N_2O累积排放显著降低。P与复合保水材料无交互作用。N、P和复合保水材料对土壤N_2O累积排放量具有显著作用,在NP同施时,与对照相比,添加复合保水材料NPB1、NPB2的N_2O累积排放分别降低了1.18%、30.69%。因此,高复合保水材料类型的施肥措施对减少油茶土壤N_2O排放具有重要意义,从而对缓解全球气候变化具有重要影响。