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)。     

典型喀斯特洼地植被恢复过程中土壤碳氮储量动态及其对极端内涝灾害的响应

西南喀斯特地区是我国主要的生态脆弱区之一,石漠化严重,旱涝灾害频发。植被恢复是提升脆弱生态系统土壤碳氮固持的有效方式,但该区不同植被恢复方式土壤碳氮动态监测的研究还很缺乏。本研究以典型喀斯特峰丛洼地为对象,选取人工林、牧草地、人工林+牧草地、撂荒地自然恢复4种最主要的植被恢复方式为研究对象,以耕地作为对照,对比分析退耕前(2004年)、退耕10年(2014年)和13年后(2017年)土壤碳氮储量动态变化特征。其中2004—2014年研究区未发生极端内涝灾害, 2014—2017年连续发生2次极端内涝灾害事件。研究结果表明,退耕10年后, 4种恢复方式下土壤有机碳(SOC)储量均显著增加,但退耕13年后,除撂荒地SOC持续增加外,其他3种恢复方式下SOC表现出下降趋势。植被恢复后土壤全氮(TN)储量提升相对缓慢,退耕10年仅牧草地显著增加,退耕13年后人工林+牧草和撂荒地TN增加,且撂荒地在退耕后呈持续增加趋势。相关性分析结果表明,土壤交换性Ca~(2+)与SOC、TN均呈显著正相关关系,且与2014年相比, 2017年不同植物恢复方式下土壤交换性Ca~(2+)均显著下降,这可能与研究区2015年和2016年连续内涝灾害有关。以上结果说明,不同恢复方式均能显著提升喀斯特地区土壤碳氮固持,并以自然恢复最佳,其生态系统能有效抵御极端气候灾害带来的负面影响。     

秸秆覆盖及播种方式对马铃薯耗水特性和产量的影响

为明确西北旱作雨养农业区不同秸秆带状覆盖种植模式下马铃薯耗水规律、水分利用效率及产量的变化规律,以地膜覆盖和露地种植(CK)为对照,设置4种秸秆带状覆盖模式(①种植带和覆盖带各40 cm、单行播种,②种植带和覆盖带各40cm、双行播种,③种植带和覆盖带各50cm、单行播种,④种植带和覆盖带各50 cm、双行播种),研究不同秸秆带状覆盖模式对旱地马铃薯耗水特性和产量的影响。结果表明:秸秆带状覆盖处理与CK相比,马铃薯薯块产量和水分利用效率平均分别显著提高34.0%、21.5%,分别平均较地膜覆盖显著降低31.3%、25.0%;其中40 cm覆盖种植结构产量和水分利用效率较50 cm覆盖种植结构分别明显提高4.5%和6.8%,双行播种较单行播种增产4.4%,二者水分利用效率无明显差异。秸秆带状覆盖条件下,播种—现蕾阶段的耗水量、耗水强度及耗水模系数平均较CK显著降低14.5%、15.2%、15.4%,平均较地膜覆盖显著增加20.9%、19.0%、31.5%;与CK相比,现蕾—块茎膨大阶段耗水量、耗水强度及耗水模系数无显著性差异,相比于地膜覆盖,则分别平均显著减少20.7%、22.2%、13.9%;块茎膨大—成熟阶段分别平均较CK显著提高51.7%、52.4%、50.0%。同时,相比于CK,单薯重、商品薯率分别显著提高17.3%、31.8%,单株结薯数和小薯率降低7.5%、17.6%。可见,秸秆带状覆盖栽培可通过降低现蕾前的耗水和增加块茎膨大后的耗水,一定程度上缓解马铃薯植株后期对水分的需求,延长块茎膨大后植株光合作用,提高有机物的积累量,从而提高薯块产量和水分利用效率。而秸秆带状覆盖中,单行种植以种植带∶覆盖带=40 cm︰40 cm最好,双行种植以种植带︰覆盖带=50 cm︰50 cm较适宜。     

施氮量对农田土壤有机氮组分及酶活性的影响

【目的】探讨不同施氮量条件下土壤氮素转化酶活性和有机氮组分含量的变化规律,并分析氮素转化酶活性与各有机氮组分之间的关系,为陇中黄土高原旱作农业区合理制定施肥量和施肥方案提供参考依据。【方法】基于设置在陇中黄土高原定西市李家堡镇麻子川村的不同施氮量（0（CK）、52.5（N1）、105（N2）、157.5（N3）、210（N4）kg N·hm^-2）春小麦长期定位试验,收获后使用Bremner法测定0—40 cm土层中有机氮组分含量,以及4种氮素转化相关酶的活性。【结果】土壤有机氮组分分配比例顺序为氨基酸态氮>酸解铵态氮>酸解未知态氮>氨基糖态氮,同一土层随着施氮量的增加土壤有机碳、全氮、酸解总氮、氨基酸态氮、酸解铵态氮和脲酶活性、蛋白酶活性均呈先增大后降低的趋势,除全氮外其余都在N2处理时最大,全氮含量在N3处理时达到最大;同一处理不同土层间均随土层加深而降低。冗余分析结果表明,全氮含量和蛋白酶活性是影响陇中黄土高原农田有机氮组分分布与转化的关键因子;碳氮比与所有有机氮组分均呈负相关,蛋白酶、有机碳和脲酶与氨基酸态氮呈极显著正相关。【结论】综合而言,N2处理土壤供氮潜力最高,全氮和蛋白酶是影响该区春小麦土壤有机氮组分转化的关键因子。氮肥合理施用能明显提高土壤有机氮含量,不同施氮量条件下土壤有机氮组分变化差异明显,改变了氮素相关转化酶的活性。     

Soil carbon increases with long-term cattle stocking in northern temperate grasslands

Grassland management aimed at enhancing carbon (C) in soil is an important tool in mitigation of rising atmospheric CO₂, yet little is known of how grassland soil C changes with livestock stocking rate (SR). We relate soil organic and inorganic C mass (t ha⁻¹ to 60 cm depth) with cattle stocking over periods of 7–27 year for 32 paddocks distributed across nine community pastures in the mixed-grass prairie of Saskatchewan, Canada. Initial analysis comparing Akaike information criterion models showed that cattle SR explained a greater proportion of variance in soil C, particularly soil organic C, than rainfall. Soil organic C mass increased with cattle SR (R² = .293; p = .001), even when the latter was normalized to account for differences in vegetation composition and growing conditions among pastures. Normalized SR varied from 0.49 to 2.30 times recommended levels, over which SOC increased from 24.7 to 57.4 t ha⁻¹. Increases in soil organic C under greater stocking coincided with increased abundance of introduced vegetation, particularly the rhizomatous grass Poa pratensis. Inorganic soil C accounted for 34.6% of total soil C, being particularly large below 30 cm soil depth, but did not vary with stocking rate. These findings indicate that both organic and inorganic C are important pools of C in northern temperate grassland soils, with soil organic C positively associated with long-term cattle SR. Further studies are recommended to understand more fully the mechanisms regulating grazing impacts on soil C mass in northern temperate grasslands.     

沉积物中生物活性磷赋存形态对耗氧有机物的响应

[目的] 本研究为验证耗氧有机物影响沉积物中生物活性磷的赋存形态的假说。[方法]以葡萄糖代替耗氧有机物，将沉积物暴露于耗氧有机物30天。[结果表明] 不充气时，葡萄糖浓度0、2、4、8 mg/L下的表层沉积物Ex-P含量为0.02±0.01、0.02±0.01、0.03±0.01、0.02±0.01 μmol/g；充气时，相应葡萄糖浓度下的表层沉积物Ex-P含量为0.03±0.00、0.03±0.01、0.03±0.01和0.06±0.02μmol/g，葡萄糖浓度8mg/L下的Ex-P含量高于葡萄糖浓度0mg/L下的（P< 5%）。不充气时，葡萄糖浓度0、2、4和8mg/L 下的表层沉积物IP含量为0.96±0.42、0.74±0.29、0.97±0.78和0.88±0.22μmol/g；充气时，相应葡萄糖浓度下的表层沉积物IP含量为0.37±0.10、0.46±0.16、0.41±0.06和0.69±0.05μmol/g，葡萄糖浓度8mg/L下的IP含量高于葡萄糖浓度0mg/L下的（P< 5%）。[结论]耗氧有机物对沉积物中生物活性磷有双重阈值作用。     

有机肥部分替代化肥对甘蓝生长、品质及土壤状况的影响

为探明化肥的减施并增施有机肥对甘蓝生长的影响,改善因施用过量化肥导致的蔬菜品质下降、肥料利用率降低和土地盐碱化等问题。本试验在冬闲田种植条件下,以鸡心甘蓝‘探春’为试验材料,采用田间小区（100%化肥、75%化肥+25%有机肥、50%化肥+50%有机肥）试验方法研究化肥减量及有机肥增施对甘蓝生长、品质以及土壤状况的影响。结果表明,化肥减量同时增施一定量有机肥对甘蓝产量和生物量无显著影响;随着有机肥施用量的增加,甘蓝横径有显著增加;随着有机肥施用比重的增加,硝酸盐含量逐渐从26.3 mg/kg降至17.7 mg/kg,亚硝酸盐含量从0.86 mg/kg降至0.60 mg/kg;同时土壤放线菌数量显著提高至300.99×10⁴CFU/g,土壤真菌数量显著降低至149.99×10³CFU/g;减施化肥显著提高了土壤pH（土壤pH提高至7.03）,土壤有机质含量无显著变化。可见,有机肥部分替代化肥可满足甘蓝生长过程中对肥料的需求,T50处理的甘蓝能够在化肥减量50%的情况下保持产量与品质不下降,同时提高土壤状况与放线菌数量,是相同条件下冬闲田甘蓝栽培一种稳产合理的施肥模式。     

Variation in glomalin in soil profiles and its association with climatic conditions,shelterbelt characteristics,and soil properties in poplar shelterbelts of Northeast China

Glomalin-related soil protein(GRSP)sequesters large amounts of carbon and plays important roles in maintaining terrestrial soil ecosystem functions and ecological restoration;however,little is known about GRSP variation in 1-m soil profiles and its association with stand characteristics,soil properties,and climatic conditions,hindering GRSP-related degraded soil improvement and GRSP evaluation.In this study,we sampled soils from 1-m profiles from poplar(Populus spp.)shelterbelts in Northeast China.GRSP contents were 1.8–2.0 times higher in the upper 40 cm soil layers than at 40–100 cm.GRSP-related soil organic carbon(SOC)sequestration in deeper soil layers was*1.2 times higher than in surface layers.The amounts of GRSP-related nutrients were similar throughout the soil profile.A redundancy analysis showed that in both surface and deeper layers,soil properties(pH,electrical conductivity,water,SOC,and soil nutrients)explained the majority of the GRSP variation(59.5–84.2%);the second-most-important factor in GRSP regulation was climatic conditions(temperature,precipitation,and altitude),while specific shelterbelt characteristics had negligible effects(<5%).Soil depth and climate indirectly affected GRSP features via soil properties,as manifested by structural equation model analysis.Our findings demonstrate that GRSP is important for carbon storage in deep soils,regardless of shelterbelt characteristics.Future glomalin assessments should consider these vertical patterns and possible regulating mechanisms that are related to soil properties and climatic changes.     

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。     

旱作覆膜玉米生长和水分利用对气候变化的响应

基于3 a连续冬小麦-夏玉米覆膜轮作试验校准和验证AquaCrop模型的适用性,模拟研究了气候变化对夏玉米生长、产量和水分利用的影响,分析了覆膜措施对气候变化的应对效果。结果表明:关中地区(以武功、宝鸡和西安地区为例)年平均温度呈逐年递增趋势,温度增加幅度由高到低依次为宝鸡、西安和武功,增温速率分别为0.20、0.12℃·10a~(-1)和0.09℃·10a~(-1);降雨量呈逐年递减趋势,减少幅度大小依次为西安、宝鸡和武功,减小量分别为3.59、3.23 mm·10a~(-1)和2.64 mm·10a~(-1)。AquaCrop模型在关中地区表现出了良好的适用性,可以较好地模拟连续覆膜条件下作物的产量指标、水分利用和生长的动态变化,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的均方根误差(RMSE)介于1.1%～15.3%,生物量模拟值和实测值之间的RMSE介于0.626～2.540 t·hm~(-2),土壤贮水量模拟值和实测值之间的RMSE介于12.6～47.4 mm。模拟研究表明,上世纪60年代以来,随着气温不断升高,武功、宝鸡和西安地区的夏玉米生育期均呈逐年缩短趋势,特别是1980s以来,减少幅度达2.76、4.82 d·10a~(-1)和5.94 d·10a~(-1);在不同的降水年型下,覆膜处理产量均高于裸地处理,且其变异系数较小;在干旱气候条件下,覆膜处理依然可以获得一定的籽粒产量,与裸地处理相比,覆膜处理表现出了较好的稳产效应。同时,覆膜处理有效减少了玉米苗期土壤表层蒸发(平均减少7.6 mm),从而在土壤中保蓄更多的降雨;覆膜处理虽然增加了土壤耗水量,但其通过保蓄土壤水分,稳定作物产量,有效提高了玉米的水分利用效率。因此,关中地区旱作覆膜可以有效适应当地气候变化,在一定程度上应对干旱气候,具有较好的增产稳产效应。