石灰性土壤肥际磷酸一铵的转化及其机制探讨

以肥际为切入点,通过土柱培养试验,研究了磷酸二氢铵(MAP)在石灰性潮土肥际的转化及肥料磷的迁移。结果表明,MAP施肥31 d后,约90%进入土壤,肥料磷的迁移距离达57 mm。无机磷形态分级结果表明,进入土壤的肥料磷仍保持较高的有效性。其中,以Ca8-P和Ca2-P增幅较大,其次为水溶态(WE-P)、Al-P和Fe-P,O-P仅有少量增加,而土壤Ca10-P没有明显变化。肥际(0~2 mm)新增含磷矿物中,Ca8-P所占比例显著增加,其它形态磷的比例则相应减少。空间上,WE-P与Al-P相似,在56 mm内显著增加,且随距施肥点距离的增加整体呈线性下降。Ca2-P亦于56 mm内显著增加,但包括0~14 mm的快速下降和随后缓慢线性下降两个阶段,并在0~14 mm内相对富集。Ca8-P分布与Ca2-P相似,但表现为集中在6 mm内快速下降。Fe-P在56 mm内显著增加,但在13 mm处含量最高,并在26 mm内相对集中形成,26 mm后缓慢线性下降。O-P仅在30 mm内略有形成。MAP施肥后,进入土壤的肥料磷相对集中,其中,约20%分布于0~2 mm内,6mm内磷的增加量即达土壤磷总增量的50%左右。MAP施肥引起土壤pH显著下降,对土壤碳酸盐及铁铝矿物溶解作用较为显著,特别是0~2 mm内碳酸盐被完全分解,6 mm内土壤碳酸盐含量显著降低。CaCO3溶解释放的Ca2 是导致进入土壤中的水溶性磷转化固定的主要因素,而土壤难溶性铁铝矿物溶解释放出的Fe3 、Al3 离子对水溶性磷的固定也有一定贡献。MAP对土壤难溶性铁的活化作用显著,明显提高了土壤铁的有效性。     

短期生物炭添加对不同类型土壤细菌和氨氧化微生物的影响

【目的】氨氧化作用是硝化作用的第一步,也是硝化作用的限速步骤,是全球氮循环的关键环节。本试验旨在研究在我国不同类型土壤中添加花生壳生物炭对细菌和氨氧化作用的影响,为生物炭的推广使用提供理论依据。【方法】试验以黄棕壤、潮土、黑土为供试土壤,通过短期培养试验,利用16SrRNA测序研究生物炭对不同类型土壤氨氧化微生物、细菌群落结构以及相关酶基因表达量的影响。每种土壤设置4个处理：CK（不施用化肥和生物炭）,F（单施化肥）,C（单施2%花生壳生物炭）,FC（施用化肥+2%花生壳生物炭）。【结果】施用生物炭后（C、FC）酸性土壤pH显著提高了0.5—1.0个单位,但碱性土壤pH显著降低了0.5—0.6个单位;单施生物炭（C）造成黄棕壤的微生物丰富度和多样性显著提高,潮土在单施生物炭（C）时仅显著提高了土壤的微生物多样性指数,在黑土中施用生物炭和化肥都未显著改变土壤微生物的丰富度和多样性;在3种土壤中氨氧化细菌的丰度皆高于氨氧化古菌,测得的氨氧化细菌的OTU丰度约为氨氧化古菌的8.1倍;生物炭和化肥并未显著改变奇古菌门中的OTU丰度,却对β和γ变形菌中的OTU丰度产生了显著性影响;3种土壤的氨氧化细菌都以β变形菌为主,约占60%;另外,生物炭的施用（C、FC）在PC1（40.4%）上显著改变了黄棕壤的微生物群落结构,在PC1（42.3%）和PC2（21.3%）上都显著改变了潮土的微生物群落结构;施用生物炭后（C、FC）,短期内潮土中氨合成相关酶基因表达量显著降低14.7%—39.9%,氨氧化古菌丰度在单一施炭（C）和化肥与生物炭同施（FC）时分别降低了70.5%和48.7%。【结论】施用生物炭后,短期内显著改变了黄棕壤和潮土的微生物群落结构,并明显抑制了潮土的氨氧化作用。     

秸秆还田对盐渍土团聚体稳定性及碳氮含量的影响

以黄河三角洲典型盐化潮土为研究对象,分析了3种盐渍化程度(轻度、中度、重度)和3 a连续秸秆还田下土壤水稳性团聚体组成、稳定性以及各级团聚体C、N含量的变化。研究结果表明:重度盐渍土0.25～2 mm和0.053～0.25 mm团聚体所占比例显著低于轻度和中度盐渍土;土壤盐分含量与0.25～2mm团聚体中有机碳和全氮的分配比例、0.053～0.25 mm团聚体中全氮的分配比例成显著负相关。秸秆还田使轻度盐渍土平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和0.25 mm团聚体所占比例(R0.25)分别增加47.6%、39.7%和54.0%,使中度盐渍土MWD、GMD和R0.25分别增加31.0%、31.9%和31.4%;各粒级中秸秆还田使轻度盐渍土0.053～0.25 mm粒级有机碳和全氮含量增加最多,增加比例分别为29.1%和28.8%,该粒级中C、N分配比例也显著提高;秸秆还田使中度盐渍土0.25～2 mm团聚体有机碳及其分配比例提高最多,比例分别为56.1%和58.7%。秸秆还田对轻度和中度盐渍土团聚体的稳定性均起到了明显的改善作用,但不同盐渍土秸秆还田对土壤团聚体C、N分布的影响明显不同。     

腐殖酸小麦专用肥及其减量在豫北潮土区小麦上的施用效果

采用大田试验,研究腐殖酸小麦专用肥及其减量在豫北潮土区小麦上的施用效果,以明确腐殖酸肥料的减肥潜力,为其高效合理施用提供理论支撑。试验设置7个处理,分别为：T1（不施肥对照）,T2（习惯施肥）和T3（优化施肥、施用普通小麦专用肥）,T4、T5、T6和T7处理（分别施用100%、90%、80%和70%腐殖酸小麦专用肥,其中T4和T3处理等养分）,考察不同处理小麦产量、养分吸收利用效率及土壤养分含量的差异。结果表明：同等养分条件下,T4处理的小麦总氮、钾吸收量较T3处理分别增加5.6%和4.7%,成熟期小麦秸秆和籽粒中磷含量以及越冬期土壤碱解氮和速效钾含量也有所提高,但产量未增加。T5处理的小麦产量最高,分别较T1、T2、T3、T4、T6和T7处理增加20.0%、4.7%、8.4%、9.8%、13.9%和18.4%;肥料农学利用效率和肥料偏生产力也最高,分别为5.18 kg/kg和31.07 kg/kg。T6和T7处理的小麦总养分积累量、开花期土壤碱解氮和有效磷含量显著下降,产量和肥料农学利用效率也低于其他施肥处理,T7处理的成熟期土壤有效磷和速效钾含量也显著降低。本试验条件下,豫北潮土区施用90%腐殖酸小麦专用肥可一定程度上实现减肥增产。     

长期施肥对华北平原潮土作物产量及农田养分平衡的影响

研究长期不同施肥处理对华北平原潮土作物产量及农田养分平衡的影响,对指导田块尺度粮食生产的高产-高效具有重要指导意义。本研究采用长期定位试验中不同施肥处理方法分析作物产量效应及农田养分平衡。结果表明,经过7年定位施肥试验,CK、P₂K₂、N₂K₂和N₂P₂处理的小麦产量分别为N₂P₂K₂处理的25.5%,34.5%,43.3%和83.2%;玉米产量分别为42.3%,52.7%,70.6%和76.2%;不施氮肥土壤氮自然供给力第1年降到59%,第2年为43%,此后稳定在40%左右;不施磷肥土壤磷自然供给力第1年降至72%,第3年为55%,之后保持在55%左右;不施钾肥土壤钾自然供给能力第1年降为93%,第3年为76%,之后基本不变;7年累计农田氮平衡状况较好的区为N₂P₁K₂和N₂P₂K₁,磷为N₂P₁K₂,钾为P₂K₂,氮磷钾综合而言为N₂P₁K₂;7年累计小麦、玉米对氮、磷、钾的表观利用率分别为44.3%,31.2%,53.0%和40.8%,28.9%,50.3%。综上可知,该区作物产量与施肥量有明显相关性,且氮是限制该区作物产量的首要因子,磷、钾次之;从7年累计实验来看,N₂P₁K₂处理农田氮、磷、钾养分平衡相对较好。     

不同耕作和轮作方式下作物生育期内土壤酶活性的动态变化特征

采用大田试验研究了在秸秆还田的基础上免耕(5 cm)、旋耕(15 cm)、浅耕(22 cm)、深耕(32 cm)4种耕作方式以及在免耕基础上小麦-玉米、小麦-大豆、小麦-花生3种不同轮作方式对河南省褐潮土区作物主要生育时期土壤硝酸还原酶、脲酶、碱性磷酸酶、中性磷酸酶和酸性磷酸酶活性的动态变化特征.结果表明,作物主要生育时期内,不同耕作方式和轮作方式下的土壤酶活性变化趋势与作物的生长及需肥规律基本一致;不同耕作方式对土壤硝酸还原酶活性影响较大,免耕的酶活性最高;对土壤脲酶活性的影响在小麦生长前期不明显,在小麦灌浆期脲酶活性依次为:免耕>旋耕>浅耕>深耕:对磷酸酶活性影响不明显.不同作物对土壤酶活性影响不同,小麦-玉米的硝酸还原酶和脲酶活性较花生和大豆高,而3种磷酸酶在小麦-花生处理中更活跃.     

壤质潮土长期施钾对小麦玉米轮作制作物钾吸收的影响

在辛集马兰农场进行钾肥定位试验,研究小麦-玉米轮作制度长期施钾对钾养分吸收的影响。试验开始于1992年秋天,共设4个处理,分别为只施氮磷肥的对照(NP);在对照基础上加施秸秆(NPSt);在对照基础上加施钾肥(NPK);在对照基础上加施秸秆和钾肥(NPKSt)。4次重复,顺序排列,小区面积50 m2。结果表明:作物的籽粒年吸钾量与肥料中钾的施入量以及作物籽粒和秸秆产量呈显著或极显著正相关。作物籽粒钾吸收量随K2O施入量的增多而增多,与施入的速效钾形态无关。作物籽粒钾含量与钾肥的施入量相关关系不显著。在北方壤质潮土小麦玉米轮作制土壤中,小麦籽粒年均含钾量在4.99~5.13 g/kg,玉米籽粒的年均含钾量在3.75~3.93 g/kg。在壤质潮土小麦轮作制条件下,当施入一定量外源钾肥时,单位面积小麦植株地上部分和玉米植株地上部分K2O养分吸收量差异不大。小麦季K2O吸收量为140.37 kg/hm2,玉米季为138.23 kg/hm2,据此可有效指导该类型区的钾肥投入。     

重金属元素Cu Zn对大白菜幼苗的毒性效应

选择石英砂、褐潮土、红壤作为培养基质进行了重金属Cu、Zn对大白菜幼苗的毒性试验。结果表明,在砂培条件下,随着重金属Cu、Zn处理浓度的提高,大白菜的发芽势、发芽率、芽长、主根长、侧根长、单株鲜重及叶绿素含量、叶绿素a/b值呈下降趋势,当达到一定处理浓度,大白菜生长明显受到抑制;在褐土、红壤培养条件下,重金属Cu、Zn低浓度处理时,对大白菜各项生长及生理指标表现为促进作用,在高浓度则表现出抑制。在相同重金属处理浓度条件下,褐潮土、红壤的发芽势、发芽率、芽长、主根长、侧根长、单株鲜重及叶绿素含量、叶绿素a/b值等指标高于砂培,这可能与土壤本身有机质含量、pH值、CEC等理化性状因素有关,对这些重金属元素起到了缓冲作用。大白菜幼苗中脯氨酸的含量均随着重金属Cu、Zn浓度的增加表现出上升的趋势。     

长期定位施肥对潮土剖面养分分布的影响

【目的】 基于长期定位试验平台,研究3种施肥制度（化肥、有机肥、有机/无机配合施肥）对潮土培肥效果及养分空间分布特征影响,为华北平原潮土农田进行合理培肥和科学施肥提供依据。【方法】 依托始于1986年长期定位试验,选取不施肥的对照（CK）,等氮量投入化肥（F）、有机肥（M）及有机/无机配合施肥（MF）共 4个处理,采集0—200cm剖面土壤样品（按每20cm一层分开）,测定并分析土壤pH、有机质、氮磷钾及硝态氮空间分布特征。【结果】 连续施肥31年后,土壤有机质、全氮、碱解氮、硝态氮、有效磷、速效钾等指标的含量均随土层深度增加而呈递减趋势,除硝态氮和有效磷外,3种施肥制度主要影响0—40 cm 土体养分含量;等氮量（N 180—225 kg·hm^-2）投入下,化肥、有机肥及有机/无机配合（50%化肥+50%有机肥）施肥,土壤剖面（0—40cm）有机质含量分别为14.2、25.6和18.2 g·kg^-1,有机肥和有机/无机配施比化肥增加80.3%、28.2%;土壤剖面（0—40cm）全氮含量分别为0.93、1.67和1.21 g·kg^-1,有机肥和有机/无机配施比化肥增加79.6%、30.1%;土壤剖面（0—40 cm）碱解氮含量分别为80.2、120.7和83.3 mg·kg^-1,有机肥和有机/无机配施比化肥增加50.5%、3.9%;土壤剖面（0—200 cm）硝态氮含量分别为21.1、6.2和11.9 mg·kg^-1,化肥处理分别是有机肥和有机/无机配合施肥的3.4倍和1.8倍;土壤剖面（0—60 cm）有效磷含量分别为18.6、134.3和60.5 mg·kg^-1,有机肥和有机/无机配施是化肥的7.2倍和3.3倍;土壤剖面（0—40 cm）速效钾含量分别为90、163和89 mg·kg^-1,施有机肥是施化肥的1.8倍;与单施化肥处理相比,长期施用有机肥或有机/无机配施处理,0—200 cm土层pH未表现出显著性差异。【结论】 长期施用化肥氮素淋溶风险高：长期施用化肥0—200 cm土体硝态氮含量平均值为21.1 mg·kg^-1,硝态氮淋溶风险增加;长期施用有机肥磷素淋溶风险高：长期施用牛粪有机肥以及有机/无机配施处理土壤磷素虽集中在60 cm以上土层,其20—40 cm土壤有效磷含量高达为115和70 mg·kg^-1,土壤磷素累积渗漏导致潜在风险应予以重视;有机/无机配合施肥能够保证作物高产优质,并且能有效降低氮、磷素环境污染风险。     

连续施用土壤改良剂对沙质潮土肥力及活性有机碳组分的影响

【目的】以河北省廊坊市小麦-玉米轮作区沙质潮土为研究对象,通过2015—2018年田间连续定位试验,研究两种土壤改良剂对土壤活性有机碳组分含量和土壤碳库管理指数的影响,以期为沙质潮土有机碳库培育,改善土壤质量提供理论依据。【方法】试验采用单因素随机区组设计,设4个处理：（1）单施化肥（CK）;（2）CK+有机改良剂15 t·hm^-2（T1）;（3）CK+无机改良剂2.25 t·hm^-2（T2）;（4）CK+有机改良剂15 t·hm^-2+无机改良剂2.25 t·hm^-2（T3）。收获季测定土壤有机碳、全氮、pH、速效磷、速效钾,并运用修正的内梅罗指数法计算土壤综合肥力指数（IFI）。再分析活性有机碳各组分含量,并计算碳库管理指数（CPMI）。最后通过CPMI和IFI指示指标评价连续施用土壤改良剂对沙质潮土改良的应用效果。【结果】较CK处理,施用有机改良剂处理土壤总有机碳（TOC）和土壤综合肥力指数（IFI）均显著提高,尤其是有机无机改良剂配施时效果最显著;施用有机改良剂处理各活性碳组分含量均呈升高趋势,并且活性有机碳各组分含量呈现为：易氧化有机碳（LOC）>可溶性有机碳（DOC）>微生物量碳（MBC）;施用有机改良剂各处理土壤活性碳库组分有效率均呈下降趋势,T1、T3处理土壤易氧化有机碳有效率（LOC/TOC）较CK分别显著降低了12.57%和12.02%,微生物量碳有效率（MBC/TOC）较CK分别显著降低了12.84%和12.30%,单施无机改良剂处理较CK无显著影响,说明施用有机改良剂增加活性有机碳各组分含量的同时,向土壤中输入了更多的稳定态碳,进而导致有效率的降低;施用有机改良剂各处理土壤碳库指数显著升高、碳库活度显著降低,说明施用有机土壤改良剂能够促进土壤碳库的积累;施用有机改良剂各处理土壤碳库管理指数均呈升高趋势。主成分分析结果表明,施用有机改良剂能够影响土壤中活性碳各组分含量及其有效率。【结论】连续施用有机改良剂能够显著提高沙质潮土肥力,增加土壤碳库管理指数,累积碳库库容,改善土壤质量。