基于环境变量的中国土壤有机碳空间分布特征

研究中国土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)的空间分布特征对SOC储量估算以及农业生产管理具有重要意义。以全国第二次土壤普查2473个土壤典型剖面的表层(A层)SOC含量为研究对象,探寻地形、气候和植被等环境因素对SOC空间异质性分布的影响;以普通克里格法为对照,利用地理加权回归、地理加权回归克里格、多元线性回归和回归克里格模型建立SOC空间预测模型;并分别绘制了中国SOC的空间分布预测图。结果表明:(1)SOC含量与年均降水量、年均温、归一化植被指数、高程以及地形粗糙指数呈极显著相关关系;(2)平均绝对估计误差、均方根误差、平均相对误差和皮尔逊相关系数等模型验证指标表明地理加权回归的预测精度优于其他模型,可以更好地绘制SOC在大尺度上的空间分布特征;(3)较高SOC含量主要分布在研究区东北部、西南部以及东南部,而西北部SOC含量普遍偏低。本文以期从大尺度上探讨土壤属性与环境变量之间的相关关系,为全国土壤属性的空间制图提供一定的解决方案和思路。     

不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律研究

为揭示不同还田方式下北方旱作小麦秸秆腐解规律,以小麦秸秆为试验材料,采用尼龙网袋法,于2014-2015年度在山西临汾保护性耕作长期定位试验区进行试验,设置秸秆还田旋耕(SRT)、秸秆覆盖免耕(SNT)2个处理,分析不同耕作方式下小麦秸秆的纤维素、半纤维素、木质素、有机碳、全氮含量以及秸秆腐解率、有机碳矿化率、全氮释放率的变化。结果显示,经过375 d的田间腐解,SRT秸秆腐解率为50%,SNT秸秆腐解率为31%。SRT秸秆的纤维素、半纤维素、木质素的平均腐解率分别为65%、45%、53%,SNT分别为56%、30%、39%;SRT秸秆有机碳的矿化率为57%,SNT为40%;SRT秸秆全氮素释放率为15%,SNT为36%。研究表明,SRT可加快秸秆腐解与组成成分的分解,SNT有利于秸秆氮素的释放,可减少农田氮投入。SNT秸秆有机碳矿化率低可减少农田碳循环速率,提高麦田固碳能力。本研究结果对我国北方旱作小麦秸秆还田管理具有一定的借鉴参考价值。     

施氮量和采收时期对油蔬两用型油菜菜薹维生素合成的影响

为明确施氮量和采收时期对油蔬两用型油菜薹维生素含量的影响,以富硒1号为材料,采用裂区试验设计,设置3个施氮量(120、180和240 kg·hm^-2)和4个采收时期(以株高20、30、40和50 cm表示),分析了油菜薹维生素C、维生素E、维生素B₁和维生素B₆含量的变化;比较了半乳糖内酯脱氢酶(GalLDH)、抗坏血酸氧化酶(AAO)、抗坏血酸过氧化物酶(APX)、脱氢抗坏血酸还原酶(DHAR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(MDHAR)活性,并分析了维生素家族基因在菜薹中的表达量。结果表明,随着施氮量的增加,油菜薹还原型维生素C(AsA)含量降低;氧化型维生素C(DHA)含量在株高20 cm采收时增加,但在30 cm及以上株高采收时则降低;维生素E和维生素B₆含量先增加后降低;维生素B₁含量增加;维生素C合成关键酶GalLDH活性先略增加后降低;AAO和DHAR活性增加,APX和MDHAR活性则整体表现为先增加后降低。且施氮量增加后,维生素家族各基因在株高30和40 cm采收的菜薹中主要表现为正向调控,而在株高20和50 cm采收的菜薹中主要表现为负向调控。就采收时期而言,菜薹中的维生素含量在株高30~40 cm时高于其他时期;在同一施氮量下,随着菜薹采收株高的增加,维生素家族基因的表达量主要呈上调模式。综合分析可知,GalLDH活性的降低以及AAO/DHAR和APX/MDHAR代谢平衡是增施氮肥导致菜薹维生素C含量降低的重要原因。本研究结果为油蔬两用型油菜薹优质栽培技术提供了理论依据。     

北方夏玉米滴灌施肥一体化技术应用效果

为有效提高夏玉米水肥利用效率,通过田间试验对滴灌施肥一体化高效调控与利用技术进行系统的探究。结果表明,与常规漫灌(T1)相比,采用滴灌施肥一体化技术(T2和T3)可显著提高夏玉米大喇叭口期至灌浆期的叶面积指数;显著促进吐丝期至成熟期的干物质积累;在产量构成因素方面显著增加穗粗和穗粒数,并在一定程度上降低玉米穗的秃顶长度,进而显著提高夏玉米的产量。与T1相比,T2和T3增产5.32%~6.13%;水分利用效率提高36.10%~39.42%;氮、磷、钾肥利用率分别提高37.56%~35.29%、23.09%~30.30%、106.21%~121.51%。此外,采用滴灌施肥一体化技术可显著提高夏玉米生产经济效益。与T1相比,T2和T3可有效降低投产比,收益率平均提高4.71个百分点。在化肥用量较常规灌溉模式减少20%条件下,采用滴灌施肥一体化技术既能显著提高夏玉米产量,又能提高经济效益,是适宜在潮土区推广的一种高效节本增收的灌溉模式。     

硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性及桃幼树生长的影响

为探究硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对桃树生长的效应,以盆栽一年生瑞蟠21号毛桃(Amygdalus persica Linn.)为试验材料,设置3种不同施肥方式(T1:硅钙钾镁;T2:硅钙钾镁+黄腐酸钾;CK:空白对照),在桃幼树生长季进行追肥处理,研究硅钙钾镁肥及硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性、土壤养分状况及桃幼树根系构型和植株生长的影响。结果表明,与CK相比,T1、T2均显著提高了桃幼树生长季各时期土壤酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性,以及土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有效硅等含量,且配施黄腐酸钾后作用更明显。与CK相比,T1、T2细根比重分别提高了11.2%和26.2%,根系活力分别提高了12.2%和18.1%,根系总长度分别增加了28.1%和61.9%,且有效延缓了根系衰老;T1、T2植株总干重分别提高了1.2倍和2.0倍,根冠比分别提高了9.4%和17.0%,且差异显著。与CK相比,T1、T2各器官中全氮、全磷、全钾含量均显著增加,地上部硅含量分别提高了61.3%和91.9%,地下部硅含量分别提高了62.3%和102.5%,且差异显著。同时,T1、T2桃幼树叶片叶绿素含量和净光合速率均显著提高。综上所述,硅钙钾镁肥可有效提高土壤酶活,促进桃幼树细根的生长,延缓根系衰老进程,增加氮、磷、钾、硅等营养元素积累量,提高叶片光合速率,促进植株生长;硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾后,提高了土壤有效硅及植株硅含量,比单施硅钙钾镁肥效果更加显著。本研究结果为桃树合理施用硅钙钾镁肥提供了理论依据。     

产IAA菌株的UV和DES诱变筛选及培养条件优化

为了得到高产吲哚-3-乙酸(IAA)菌株,采用紫外(UV)诱变和硫酸二乙酯(DES)诱变的方法,对从烟草根际土壤中分离得到的一株产IAA并具有溶有机磷性状的促生菌进行诱变选育,并对获得的目标菌株的发酵培养条件进行正交优化。结果表明,菌株经UV诱变和DES诱变均能有效提高其IAA产量。诱变条件为 UV(15 W,30 cm)照射1 min或2 mg·mL^-1 DES处理30 min时,得到1株高产IAA的菌株UV19,其IAA产量为33.77 mg·L^-1,是出发菌株产量的299.48%。菌株UV19经10代继代,其产IAA能力和溶有机磷性状稳定遗传。菌株UV19产IAA培养发酵优化条件为10%装瓶量、初始pH值8、培养温度25℃、接种量3%、培养时间96 h、含500 mg·L^-1色氨酸的LB培养基,优化后IAA产量高达75.47 mg·L^-1,为优化前的2.23倍。本研究结果为菌肥及生物法生产IAA提供了基础材料及技术方案。     

Effect of environmental C/N ratio on activities of lignin-degrading enzymes produced by Phanerochaete chrysosporium

Lignin-degrading enzymes secreted by white rot fungi play an important role in the degradation of lignin and persistent organic pollutants(POPs).In this study,effect of environmental C/N ratio on the activities of lignin-degrading enzymes,lignin peroxide(Li P)and manganese peroxidase(Mn P),produced by Phanerochaete chrysosporium,a white rot fungus,was investigated.Glucose was used as C source,and ammonium tartrate of different concentrations was used as N source to provide different C/N ratios.Relationships between Li P and Mn P activities and environmental C/N ratio were explored.The results showed that the higher the N source concentration,the faster the mycelium pellets aged.The faster the mycelium dry weight increased,the higher the Li P and Mn P activities.A high C/N ratio was a necessary condition for the secretion of Li P or Mn P.In addition,mycelium dry weight essentially affected enzyme activities.In the 122 C/N ratio and 50 C/N ratio treatments,mycelium dry weight essentially affected Mn P activity and both Li P and Mn P activities,respectively.     

有机质浸染砂水泥土的力学特性及本构关系

为研究海南省海湾地区分布的有机质浸染砂水泥土的力学特性,该文首先对有机质浸染砂水泥土和标准砂水泥土进行无侧限抗压强度对比试验(采用配合比均为熟石灰掺入比7.5%、水泥掺入比20%、水灰比0.45),定量分析养护龄期对其无侧限抗压强度及试样破坏形式的影响。然后对有机质浸染砂水泥土进行单轴抗压试验,获得了水泥土材料的应力-应变全过程曲线、刚度变化规律以及改进邓肯-张本构模型。结果表明:1)有机质浸染砂水泥土试样的破坏类型为塑性剪切破坏和脆性剪切破坏;2)有机质浸染砂水泥土抗压强度随着养护龄期的增加基本呈指数形式增长,但在养护龄期14 d后,增长速度逐渐降低并趋于稳定;3)随着养护龄期增长,水泥土刚度增加。在加载初期,水泥土切线模量随着轴向应变增加而增大,呈现刚度硬化现象;4)基于单轴抗压试验得到应力-应变全过程曲线,可分为2个阶段:塑性阶段、软化阶段;5)通过对应力-应变全曲线的描述,得到了修正的邓肯-张模型,确定模型参数后,与实测数据对比发现,该修正模型可以模拟有机质浸染砂水泥土的应力-应变关系。     

炭肥比和膨润土粘结剂对炭基肥颗粒理化及缓释特性的影响

为探究炭肥比和膨润土粘结剂对生物炭基肥理化及缓释特性的影响,以生物炭为基底,分别制备了炭肥比1:4,膨润土粘结剂质量分数为20%、15%、10%、5%和粘结剂质量分数10%,炭肥比为1:6、1:5、1:4、1:3的柱状尿素和氯化钾生物炭基肥颗粒,分析了生物炭基肥颗粒的理化及缓释特性。结果表明,在炭肥比为1:4条件下,膨润土粘结剂质量分数越高,生物炭基肥微观结构越紧密,力学和缓释特性越好,质量分数为20%时,氯化钾和尿素生物炭基肥平均抗压强度分别为286.78和281.27 N,前3天养分淋出率分别为45.53%和36.87%。在膨润土粘结剂质量分数为10%条件下,炭肥比越高,生物炭基肥缓释性能越好,炭肥比为1:3时,氯化钾和尿素生物炭基肥前3天养分淋出率分别为42.06%和40.32%。同时,氯化钾生物炭基肥表面孔隙先增后减,炭肥比为1:6和1:3的平均抗压强度分别为271.25和282.42 N。尿素生物炭基肥内部结构中孔隙变多,炭肥比为1:6时,平均抗压强度为最大值267.84 N。综合考虑,满足中等肥料浓度要求时,膨润土粘结剂质量分数为20%、炭肥比为1:4或膨润土粘结剂质量分数为10%、炭肥比为1:3的生物炭基肥成型配方较优。     

种植绿肥与稻秸协同还田对单季稻田土壤有机碳库和酶活性的影响

种植绿肥和秸秆还田是稻田土壤培肥的重要措施。研究江汉平原单季稻田冬闲期种植绿肥及稻秸不同利用模式对土壤有机碳库和土壤酶活性的影响,为合理利用秸秆和土地资源提供科学依据。该研究基于3 a田间定位试验,以稻秸不还田不种绿肥(CK1)和不施肥空白(CK0)为对照,分析了冬闲期稻秸全量覆盖单独还田(RSM)、稻秸原位焚烧还田(RSB)、单种绿肥(GM)以及稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用(RSM+GM)等处理模式下土壤有机碳各组分含量、碳库管理指数、酶活性的变化及其与水稻产量的关系。结果表明:与CK1和CK0相比,RSB处理3 a后显著降低了土壤稳态有机碳含量,对土壤总有机碳、活性有机碳含量以及碳库管理指数均无显著影响;而GM、RSM及RSM+GM处理3a后显著提高了土壤活性有机碳含量、碳库指数、碳库活度、碳库活度指数和碳库管理指数,尤其是RSM和RSM+GM处理还可显著提高土壤总有机碳含量,且多数指标均以RSM+GM处理增幅为最大,其次是RSM处理。与CK1相比,RSB处理3a后显著提高了过氧化氢酶和蔗糖酶活性,但对土壤脲酶活性无显著影响;而RSM、GM及RSM+GM处理模式3 a后均可显著增加土壤过氧化氢酶、脲酶和蔗糖酶活性,其中RSM+GM处理模式在1 a后即可显著提高土壤脲酶活性,2 a后显著提高土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性,3 a后土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性增幅均是最大。相比于CK1,RSM和RSB处理模式3 a的稻谷增产效果均不显著,而GM和RSM+GM处理模式连续3 a显著提高了稻谷产量,增幅分别为6.88%～11.67%和6.00%～13.40%。相关性分析表明,土壤总有机碳、活性有机碳、碳库管理指数、土壤酶活性与水稻产量之间均呈极显著正相关关系。综上,在江汉平原单季稻作条件下,冬闲期稻秸全量覆盖还田或种植绿肥均可改善土壤肥力,增加作物产量,但前者更有助于土壤有机碳积累,后者更利于作物产量提升。为了兼顾秸秆资源利用、土壤质量改善和作物增产稳产,稻田冬闲期稻秸全量覆盖与种植绿肥协同还田利用模式是一种较好的选择。