柠檬酸盐对黑云母表面溶解及微结构变化的影响

采用离位培养法,结合原子力显微镜的接触成像和相位成像模式研究层状硅酸盐含钾矿物黑云母在根际环境条件下的表面溶解现象和矿物微结构转化过程。结果表明,在p H 4.0的弱酸水溶液中反应24 h时,黑云母(001)面上有微型蚀坑出现,其深度介于0.1~0.9 nm之间,表面变得比较粗糙;反应96 h时,黑云母(001)面上蚀坑较为明显,但仅占总表面的4.8%,蚀坑的深度平均为0.957 nm;反应140 h时,黑云母(001)面上有不稳定的覆盖物沉积,阻碍表层溶解过程的持续进行。在p H 4.0的柠檬酸溶液中,经过24 h培养,(001)面上有大量的蚀坑出现,单层溶解现象明显;48 h时,表面台阶溶解速率显著提高,溶解面积可达总表面的48.7%;140 h时,(001)面上有圆形状胀裂发生,表层(高度,1~2 nm)发生破裂、产生较多的黑云母碎片,溶解速率进一步提高。随着柠檬酸溶液中Na+浓度的增加,表层溶解速率增强,(001)面上也有次生覆盖物沉积。同时,界面上Na+-K+交换作用加剧,表层结构(高度,2~10 nm)胀裂现象更加明显。随着反应时间的延长,140 h时,黑云母(001)面的深层结构(深度,~20 nm)亦逐渐隆起并引起周边区域产生裂缝(深度,0.1~1.9 nm),最终导致表层微结构区域水化,形成水化云母(伊利石)。     

基于微根管技术的盐胁迫下小麦根系生长原位监测方法

常用的作物根系生长监测一般采用破坏性采样方法,如土钻法和挖掘法等,虽然精度较高,但很难实现对作物根系生长的原位重复观测。采用桶栽法,利用微根管技术对分蘖期、返青期、拔节期和孕穗期的小麦根系进行了连续观测和采样,获取不同盐胁迫下小麦根长密度和根长等参数,研究不同生长时期小麦根系生长参数随土壤深度分布的规律。结果显示,微根管法获得的小麦根长密度与土钻法所得到的结果呈极显著正相关(r=0.91),且在拔节期和孕穗期二者的相关性最好。通过不同时期根系图像对比及根系参数分析发现,小麦根系在0～10 cm土层分布最多,并随深度增加而减少。此外,随着土壤盐含量的增加,各生长期根长变短;在分蘖期,土壤盐分含量最高(S5,盐分含量6.61 g·kg–1)的小麦根系长度不足对照处理的1/2,至孕穗期,其根系长度甚至低至对照处理的1/3,说明小麦根系受盐分胁迫影响较大,且以孕穗期受胁迫程度最严重,尤其当土壤盐含量超过3 g·kg–1时影响最明显。由此可见,与传统破坏性取样方法相比,微根管技术结合图像处理技术可更好地快速、无损获取小麦根系生长的相关参数,为盐渍化区域作物根系的原位观测研究提供了新的方法。     

不同水热条件下秸秆添加对水稻土磷素有效性的影响

模拟南方水旱轮作种植前期土壤环境,研究不同温度、水分耦合条件下,秸秆添加对水稻土磷素有效性的影响。以江汉平原典型水稻土为研究对象,采用室内模拟试验,主处理为添加秸秆(AS)和不添加秸秆(NS),副处理为不同的土壤温度和水分,即3 个水分(W)梯度:40%、70% 和100% 的土壤饱和持水量,分别记为W40、W70 和W100;3 个温度(T)梯度:15、25 和35℃,分别记为T15、T25 和T35,进行连续30 d 的室内培养。采用BBP 法测定4 种生物有效性磷,即土壤水溶态无机磷(H2O-P)、活性磷(NaHCO3-P)和中等活性磷(HCl-P 和NaOH-P),同时测定土壤有效磷(Olsen-P)含量、微生物磷(MBP)含量、土壤可溶性有机碳(DOC)和易氧化有机碳(ROC)、土壤游离铁(Fe-d)和无定形铁(Fe-o)等理化指标。结果表明,同一温度和水分条件下,与NS 处理相比,AS 处理中Olsen-P、MBP、H?O-P 和HCl-P 含量平均分别增加10.9、21.4、1.2 和116.4 mg/kg,增幅分别为97.5%、72.1%、21.9% 和32.3%。3 个温度梯度处理下(15、25、35℃),AS 比NS 处理的Olsen-P 含量分别平均增加11.7、13.3 和7.8 mg/kg,增幅分别为140.0%、164.2% 和45.7%。3 个水分梯度处理下(40%、70%、100%),AS 比NS 处理的Olsen-P 含量分别平均增加10.6、9.3 和12.8 mg/kg,增幅分别为92.6%、96.2% 和103.3%。各处理土壤中Olsen-P 含量与HCl-P(r = 0.29)、DOC(r = 0.61)、ROC(r = 0.46)和Fe-o(r = 0.34)含量呈显著正相关关系,而与NaHCO3-P(r = - 0.49)和Fe-d(r = - 0.29)含量呈显著负相关关系。由此可见,添加适量秸秆有助于提高土壤Olsen-P 含量以及土壤磷素组分中H?O-P 和HCl-P 含量;适宜的水分和升温有利于提升土壤Olsen-P 含量;土壤中有机碳、无定形铁和游离铁含量的升高促进了土壤磷素释放,进而提高了土壤的供磷水平和能力。     

麦秆还田对直播和移栽棉花产量及氮素吸收的影响

为明确长江流域棉区植棉对麦秆还田的响应及其对麦秆中氮素的吸收利用效果,采用田间试验,设置棉花直播冬小麦秸秆不还田（D-S）、棉花直播冬小麦秸秆还田（D+S）、棉花移栽冬小麦秸秆不还田（P-S）和棉花移栽冬小麦秸秆还田（P+S）4个处理。利用¹⁵N同位素示踪技术研究麦秆还田对直播和移栽棉花的产量、生物量、氮素吸收及秸秆氮利用率的影响。结果显示,麦秆还田可不同程度地增加直播和移栽棉花的产量、秸秆生物量和根系生物量。直播条件下,麦秆还田后棉花籽棉产量、叶片、茎秆、棉壳和根系生物量的增幅分别为7.8%、3.7%、4.6%、3.4%和14.6%;移栽条件下,麦秆还田后棉花产量及各部位生物量的增幅分别为5.9%、5.2%、5.6%、7.4%和7.9%。从棉花生物量和产量来看,各处理均表现为P+S>P-S>D+S>D-S。收获期,与麦秆不还田相比,麦秆还田后直播和移栽棉花的根系数、果枝数、叶片数、叶片SPAD、单株铃数和单铃重均有明显增加,而株高、根茎粗和衣分的差异并不显著。与D-S处理相比,D+S、P-S和P+S处理的棉株氮素吸收量分别增加14.4、34.6和51.1 kg·hm^-2,增幅达到9.0%、21.8%和32.2%。表观法和¹⁵N示踪法得出棉花季麦秆氮素的平均回收率分别为22.3%和11.5%,且移栽棉花对麦秆氮素的利用率高于直播棉花,表明棉花季大部分小麦秸秆氮素残留在土壤中。因此,在长江流域麦-棉轮作区,积极开展麦秆还田技术可增加直播、移栽棉花的产量和棉株氮素吸收,并减少化学氮肥施用,从而提高秸秆氮素养分的循环利用效率。研究可为作物秸秆资源利用和棉花季氮肥科学减量施用提供参考依据。     

商品有机肥配施氮肥对水稻产量及经济效益的影响

鄂州市商品有机肥配施氮肥田间试验结果表明,施用化肥和有机肥均可以显著增加水稻产量、提高产值。在追施氮肥69 kg/hm2的条件下,基施商品有机肥4 500~6 000 kg/hm2能够获得较高的水稻产量和经济效益。同时,建议对施用有机肥的农户进行一定的补贴,从而引导和鼓励农民增施有机肥,减少化学氮肥施用量,起到增产、培肥地力和有效利用畜禽粪便等有机物料的综合效果。     

基于稻田控水减排的氮肥运筹试验研究

为改善江汉平原地区稻田水肥管理措施,采用田间小区试验,研究了常规淹灌(CF)和浅灌深蓄(SIDS)条件下,农民习惯施肥(FFP)、30%尿素+70%控释参混肥(30%N+70%CRF)和优化减氮施肥(OPT-N)对水稻各生育阶段稻田氮磷流失特征、养分吸收和土壤养分积累的影响。结果表明:与CF处理相比,SIDS处理田间灌溉水量、总用水量、径流量和渗漏量分别降低41.7%,18.5%,45.8%和21.9%,降雨利用率增加16.2%,TN和TP径流流失量分别降低32.6%~35.9%和36.4%~53.1%,渗漏流失量分别降低22.8%~32.0%和16.2%~33.3%,水稻返青期—拔节孕穗期分别占稻田氮磷径流和渗漏流失总量的70%以上。30%N+70%CRF处理、OPT-N处理较FFP处理,TN径流流失量分别降低19.7%~29.2%,15.1%~25.2%,渗漏流失量分别降低25.4%~51.7%,20.9%~26.4%,TP渗漏流失量分别降低18.4%~24.5%,20.4%~31.6%,但TP径流流失量差别很小。从水稻养分吸收和土壤养分积累来看,SIDS处理实际产量相对CF处理可增产4.4%,但对0—40cm土层氮磷养分累积影响不大,30%N+70%CRF处理和OPT-N处理相对FFP处理可增产5.6%和0.4%,且0—20cm土层速效态氮磷养分能维持在一个较高且相对稳定的水平。综上,浅灌深蓄结合30%N+70%CRF施用有利于稻田节水、减少氮磷流失、水稻增产以及土壤肥力改善。     

冬油菜与杂草对长期不同施肥的差异性适应

研究长期水旱轮作条件下,施肥模式对田间冬油菜、杂草、土壤养分及冬油菜–杂草空间分布的影响,为长江流域冬油菜轻简化生产提供依据。2011年在湖北省粮油主产区——江汉平原布置水稻–冬油菜轮作肥效定位试验。2016年冬油菜收获期,调查农田杂草群落多样性和分析油菜–杂草–土壤养分三者状况。结果表明,长期土壤养分亏缺会显著影响油菜–杂草的生长和空间分布、形成不同的杂草优势群落。平衡施肥(NPK处理)有助于增加冬油菜根茎粗、有效分枝数、角果数和最终产量,降低杂草总生物量,提高杂草群落多样性Shannon-Wiener指数。与NPK处理相比,–N、–P和–K均会不同程度地降低籽粒、茎秆、角壳和杂草的养分吸收量,尤以–P处理降幅最为明显。与土壤养分含量的初始值相比,长期不施用化肥会引起土壤氮磷钾有效含量下降,尤其对于土壤钾,现有平衡施肥措施不足以弥补农田钾素亏缺,应重视秸秆还田的补钾效果。总之,长期科学的农田养分管理与调控措施,不仅可以降低杂草对冬油菜的危害、增强生物多样性和形成良性的油菜-杂草竞争环境,也有利于减少化学药剂使用、推动冬油菜的轻简化生产。     

稻虾轮作模式下江汉平原土壤理化性状特征研究

稻虾轮作模式在湖北江汉平原已发展近30年,对农民增产增收具有重要作用。开展不同年限稻虾轮作对土壤理化性质影响的研究,有助于科学指导该模式下的农田管理。在同一农渠范围内选择相似的稻田,分别采集水稻单作(CK)和稻虾轮作(1、3、7、13、18和23a)的3个土层深度(0～20、20～40和40～60 cm)原状土样,分析其相应的理化指标。结果显示,与中稻单作相比,长期稻虾轮作会显著降低0～20和20～40 cm土层土壤容重并提高非毛管孔隙度、毛管孔隙度和总孔隙度,而40～60 cm土层变化较小;稻虾轮作1 a后土壤pH、全氮和易氧化有机碳含量显著增加,但速效养分和阳离子交换量增幅不明显。与稻虾轮作1 a相比,轮作7～13 a稻田的土壤pH和其他各项指标均显著增加;轮作13 a以上,0～20 cm土层的pH、全氮和速效养分增幅最为明显,但20～60 cm土层的理化性质无明显变化。随着轮作年限的延长,0～20 cm土层的pH和其他各项指标均表现为:23 a18 a13a7a1a0(CK),20～40cm和40～60cm土层的pH、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量也有相似规律,但增幅并不明显。因此,长期稻虾轮作有助于改善耕层土壤结构、增强土壤缓冲能力和提高pH及氮、磷、钾等速效养分含量。     

秸秆还田下直播稻油轮作的钾肥效应及适宜用量

2017-2018年在湖北省江汉平原开展钾肥一次性施用肥效田间试验,研究秸秆全量还田下钾肥用量对江汉平原直播水稻-油菜轮作产量及其构成因子、农田钾素表观平衡和钾肥(钾素)吸收利用率及农学利用率的影响,并结合肥效模型明确直播稻-油轮作的钾肥适宜用量。结果表明:钾肥施用能够显著提高直播水稻和油菜的产量、地上部干物质量及钾素吸收,并通过增加直播水稻的密度、单位面积有效穗数、每穗粒数,结实率和直播油菜的密度、一级分枝数,角果总数来实现增产。秸秆不还田、周年钾肥投入量(K_2O)360 kg/hm~2条件下,轮作系统的钾素表观平衡仍为负值,亏缺量达85.4 kg/hm~2;而秸秆全量还田下,年投入90 kg/hm~2钾肥即可实现农田钾素表观盈余。直播水稻和油菜的钾肥农学利用率平均分别为10.6 kg/kg和2.9 kg/kg,而钾肥吸收利用率则为42.6%和54.1%,表明直播水稻施用钾肥增产效果明显高于油菜,同时也反映出直播油菜更依赖于外源钾肥投入。水稻季钾素农学利用率、吸收利用率与其钾肥农学利用率、吸收利用率结果一致,而油菜季的钾素农学利用率和吸收利用率则分别为2.1 kg/kg和38.5%,均显著低于油菜季钾肥农学利用率和吸收利用率。根据线性加平台方程拟合并结合农田钾素平衡得出秸秆还田下直播水稻和油菜的钾肥适宜用量分别为62.31 kg/hm~2和70.18 kg/hm~2,对应的经济产量为10 066 kg/hm~2和2 182 kg/hm~2,比当地推荐钾肥用量分别减少44.4%和28.2%,且旱地直播油菜需要更多钾肥投入来支撑群体生长。因此,鉴于直播方式下作物生长对养分需求存在差异,应根据农业轻简化生产要求重视直播稻-油轮作的钾素养分管理,以提高作物产量、养分利用率和经济效益。