黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征研究

在中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站.应用田间定位试验研究了玉米地、休闲地、苜蓿地和裸地4种不同土地利用方式下农田黑土水分动态变化特征.结果表明:土壤剖面0-190 cm水分含量随深度的增加呈先增加后减小的趋势,不同土地利用方式下农田黑土表层0-30 cm的土壤含水量差异较明显,总体表现为裸地相对较高,其次为休闲地、苜蓿地和玉米地;研究时段内土壤水分的动态变化具有明显的季节性,一般可以划分为水分相对稳定期、水分消耗期和水分补给期3个时期;根据变异系数将土壤水分的垂直变化划分为活跃层、次活跃层和相对稳定层,变异系数随土层深度的增加而减小.     

降水年型对黑土区土壤水分动态变化的影响

利用长期定位试验,研究了黑土区不同降水年型下荒地、裸地和农田土壤水分的变化特征.结果表明,降水年型能够影响不同植被类型下土壤水分的季节性动态变化和垂直变化.丰水年不同植被类型土壤含水量均呈"v"型曲线变化,最低值出现在7月份,观测期内裸地较高;平水年呈"W"型曲线变化,分别在6月份和8月份出现两个低值,不同植被类型表现为裸地>荒地>农田;枯水年除裸地在观测后期土壤含水量略有增加外,荒地和农田均持续下降.降水年型对土壤水分变异系数的影响表现为枯水年>平水年>丰水年.其中荒地土壤水分变化最为剧烈,表现在枯水年出现了速变层,而在丰水分内次活跃层也较农田向土壤深层延伸,其次为农田和裸地.     

长期定量施肥对大豆根系形态和根瘤性状的影响

为阐明施肥对大豆根系生长和结瘤性状的影响,以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位施肥试验为平台,研究了施用不同种类肥料(NPK、NPKM、NK、NP和PK)对大豆根系特征和根瘤性状的影响.结果表明:各施肥处理大豆根长、根表面积和根体积变化趋势相似,均在结荚期出现峰值.NPK和NP处理的根长和根表面积比其它施肥处理大,而...     

长期施肥对大豆生长状况及产量的影响

以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站长期定位试验为平台,选择了5个不同施肥处理,包括无肥(CK),单施氮肥(N),氮肥+有机肥(N+OM),氮、磷、钾配合施用(NPK),氮、磷、钾+有机肥(NPK+OM),研究了连续27年不同施肥处理对大豆生长和产量的影响。结果表明:长期施用有机肥能够明显增加大豆株高和荚数,并且能增加植株的生长速度,氮磷钾肥配合施用能增加大豆根瘤干重和根瘤数,而有机肥对根瘤的作用不显著。与单施化肥和无肥相比,施用有机肥处理大豆的根冠比较小,说明有机肥能够促进地上部干物质的积累。长期施肥对大豆产量构成因子的影响表现为:NPK+OM>NPK>N+OM>N>CK,大豆产量也表现出相似趋势,说明有机肥的施用能够改善大豆的产量性状,同时氮肥配施有机肥的大豆产量低于氮、磷、钾平衡施肥的处理,说明在东北黑土区有机肥不能代替磷钾肥施用。     

春大豆长期连作对土壤线虫群落结构和食物网的影响

以土壤线虫为指示生物,研究了大豆不同耕作系统土壤线虫群落结构、生态指数和食物网指数的变化特征,以期明确大豆长期连作对土壤生物多样性和土壤食物网结构的影响。结果表明:大豆轮作土壤线虫属最丰富,大豆长期连作25年后土壤线虫属水平种类最少。大豆轮作和大豆短期连作3年土壤线虫群落组成Jaccard相似性最高(0.81),大豆轮作和大豆长期连作25年Jaccard相似性最低(0.66)。大豆短期连作3年土壤中植物寄生线虫的数量最高,显著高于大豆轮作和大豆长期连作25年。食真菌线虫在大豆长期连作25年土壤中较丰富,显著高于大豆轮作和大豆短期连作3年。大豆长期连作25年植物寄生线虫成熟度指数(PPI)高于大豆短期连作3年和大豆轮作。土壤线虫的通路指数(CI)在3个处理中均小于50,土壤腐蚀食物网的降解以细菌降解通路为主。大豆短期连作3年处理位于富集指数(EI)和结构指数(SI)食物网特征图的A象限,大豆轮作和长期连作25年位于食物网特征图的B象限。结果表明,大豆长期连作改变了土壤线虫的群落结构,降低了属的多样性,食物网结构向成熟稳定的方向恢复。     

长期氮肥不同施用量对大豆生物量和产量的影响

黑土区是我国重要的优质大豆主产区,氮肥是大豆生长发育过程中必不可少的营养元素,但是很少有研究涉及大豆生长对不同氮肥施用量的响应。本研究依托中国科学院海伦农业生态实验站内的长期定位试验,揭示了大豆株高、地上生物量、地下生物量及产量构成的影响。结果表明,氮肥的施用能够促进大豆的生长,表现为增加了不同生育时期的株高和地上部生物量,而地下生物量则表现出相反的趋势,表明适量氮肥的施用是保持大豆地上部和根系生长平衡的必要条件;从大豆产量构成的角度分析,增加氮肥的施用能够提高大豆的百粒重,但过量的氮肥投入反而使百粒重降低,不同处理大豆的产量表现为N1P2KN3P2KN2P2KCK,说明并非氮肥施用量越高,产量就越高,适量氮肥的施用是保证大豆高产的前提。     

大气CO2浓度升高对东北主栽作物种子活力的影响

大气CO2浓度升高是全球气候变化的重要特征之一,为揭示未来气候变化对作物种子活力的影响,进行种子发芽对CO2增加的适应性响应研究.2019年在中国科学院海伦农业生态实验站进行开顶式气室(OTC)模拟CO2增加试验,选取东北三大主栽作物大豆、玉米和水稻为供试作物,设置两个CO2处理,分别为aCO2 (400 μmol· mol-1)和eCO2(700 μmol·mol-1).结果 表明:相比于对照(aCO2)处理,CO2浓度升高后,大豆种子的体积、百粒重、24 h吸胀速度、浸出液电导率、发芽率、发芽势和发芽指数分别降低了11.24％、10.53％、2.51％、27.72％、15.85％、19.75％和10.17％;虽然CO2升高未显著影响玉米种子百粒重,但其24 h吸胀速度和浸出液电导率分别降低了3.69％和8.62％,而发芽率、发芽势、发芽指数和活力指数分别提高了81.03％、75.00％、56.14％和81.68％;水稻种子的体积降低了21.35％,而其千粒重、发芽势、发芽指数和活力指数分别提高了5.62％、5.19％、26.11％和32.21％.综合以上结果表明,大气CO2浓度升高对不同作物种子活力的影响存在差异,从发芽指标来看,大气CO2浓度为700 μmol· mol-1时,种子活力表现为玉米＞水稻＞大豆.     

不同土地利用方式对农田黑土 剖面磷形态分布的影响

不同土地利用方式影响土壤磷形态分布，从而决定土壤潜在供磷能力。本文对4种土地利用方式下（裸地、自然草地、苜蓿地、农田）的黑土土壤剖面磷素分布进行测定分析，结果表明，不同利用方式持续12 a对黑土剖面磷形态分布影响较大，黑土中有机磷含量随土层深度增加而降低，而无机磷、有效磷含量及磷素活化系数随土层深度增加而呈增加趋势，在同一土层磷素活化系数表现为自然草地＞裸地＞苜蓿地＞农田。农田不施肥处理经过12 a玉米种植后，土壤中全磷、有效磷含量均低于其他利用方式，玉米植株主要吸收土壤中无机磷，与裸地相比，农田土壤Ca₂-P、Ca₈-P、Al-P、Fe-P、O-P、Ca₁₀-P含量依次降低了29.4%~75.3%、45.7%~59.5%、72.1%~83.3%、13.3%~36.1%、7.0%~33.2%、19.3%~41.6%。自然草地和苜蓿地比裸地无机磷含量分别降低11.5%~28.5%、2.2%~31.0%；与裸地相比，农田、自然草地和苜蓿地有机磷所占比例分别增加7.0~16.4、1.5~9.0、0.8~13.9个百分点。总之，不施肥农田作物吸收消耗了土壤中无机磷，使有机磷所占比例有所增加；自然草地和苜蓿地可使土壤中无机磷向有机磷转化，使有机磷比例有所增加。     

东北黑土地保护利用研究足迹与科技研发展望

中国东北黑土是世界上最肥沃、垦殖时间较短的土壤类型之一,在保障国家粮食安全中具有非常重要的地位。本文在总结东北黑土地概况（定义、分布、土壤类型和垦殖时间）的基础上,梳理了东北黑土地的研究足迹,并提出了未来东北黑土地科技研发的方向。东北黑土地包括黑土、黑钙土、草甸土、白浆土、暗棕壤和棕壤6种土壤类型,主要分布在辽河平原、松嫩平原和三江平原。自然黑土肥力较高,但是开垦后受生态系统改变和人类活动的双重驱动,土壤肥力发了巨大变化,土壤有机质含量在垦殖初期（约30a）迅速下降,开垦50a后下降速度趋于稳定;侵蚀区黑土层受风蚀和水蚀等影响出现了不同程度的流失。有机培肥、轮作、等高种植等技术措施已经被广泛应用于黑土培肥与水土流失防治。黑土层是黑土地的标志性土层,是黑土地肥力的核心。基于黑土层保护的东北黑土地保护利用建议从以下3方面开展科学研究：（1）解析人类活动下的黑土层厚度及颜色变化过程和驱动机制,探索现代农业管理方式下维持和增加黑土层厚度的技术途径;（2）针对东北黑土地6种土壤类型耕地限制粮食生产能力的主控因子,因地制宜建立以“肥沃耕层构建”、“障碍性土层消减”和“控蚀固土增肥”为核心的东北黑土地保护利用技术模式,研发相关配套技术,探索模式的适应性及应用效果和机理;（3）以长坡为研究对象建立水土流失观测场,集中研发坡耕地控制面蚀和沟蚀的新技术和新模式。     

大豆重迎茬减产的原因及农艺对策研究——大豆重迎茬减产的原因与机理(上)

通过连续8年在黑龙江省6个生态区9个固定轮作场圃综合试验,试验区专项研究,框区、盆栽试验,实验室分析,以及大量的大面积生产调查,发现影响重迎茬大豆产量的主要因素有土壤病虫危害、根系分泌物、根茬腐解物、根际微生物及其分泌物、土壤养分以及植株对于养分的吸收利用,其中土壤病虫危害是最主要的影响因素。各种影响因素间有相互推进的作用,其中主要的起因是根茬腐解物的积累改变了根际土壤的微生态环境,进一步影响了重迎茬大豆根际土壤微生物区系的组成、加剧了病虫危害、降低了土壤养分的可利用性、减弱了植株对于土壤养分的吸收利用,影响了植株的生长发育,导致减产。