基于线性规划的耕作层土壤剥离利用空间配置方法研究

以广西壮族自治区宾阳县为例,以待剥离土壤空间分布及回覆利用优先级分析为基础,以村庄为单位划定供需圈,探讨基于线性规划的耕作层土壤剥离利用空间配置方法。结果表明,宾阳县理论可剥离耕作层土壤2.40×106m3,整治需求1.85×107m3,耕作层土壤供给远小于需求,并且在空间上分布不均衡;依据覆土效益优先的原则,确定回覆区优先级,提出剥离耕作层土壤空间配置方案,即城乡建设用地增减挂钩利用5.235 2×104m3、土地开发复垦利用1.446 637×106m3、旱改水利用3.327 38×105m3、高标准基本农田建设利用1.042 804×106m3;利用供需圈及线性规划模型将宾阳县划分为7个供需圈,剥离土壤按回覆优先级从高到低逐步利用,加权平均运距为5 369 m,回覆效益良好,经济成本可接受。以村为单位划定供需圈、线性规划优化土壤剥离利用空间配置的方法,可以优化利用方式、缩短运输距离,进而提高效益与效率,可为其他区域实施耕作层剥离利用工作提供方法借鉴。     

木本泥炭对红黄壤性水田土壤有机质提升和细菌群落组成的影响

通过工程措施开发新垦耕地是增加耕地面积的重要方法,这些新垦耕地的主要问题为土壤有机质(SOM)低下,而农田SOM培育是一个漫长的过程。本研究以新垦红黄壤性水田为研究对象,通过施用腐熟秸秆及与土壤腐殖质结构类似的木本泥炭,明确其快速提升SOM效应。此外,为了促进秸秆养分的快速转化,本研究进一步比较分析了3种商用激发剂的激发秸秆分解潜力,并采用16s高通量测序技术阐明其微生物机制。试验包含6个处理:对照(CK)、施用腐熟秸秆(S)、施用腐熟秸秆+木本泥炭(SP)、以及在SP基础上添加激发剂Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(SPJ1、SPJ2、SPJ3)。结果表明,SP、SPJ1、SPJ2、SPJ3中的土壤有机质(SOM)、易氧化碳(EOC)、可溶性有机碳(DOC)分别比S或CK处理高12.1%～20.6%、29.9%～48.9%、50.8%～75.5%,微生物生物量碳(MBC)则为它们的10.5倍～16.1倍,导致MBC/MBN增加了5.1倍～12.4倍;土壤有效磷(Ava P)和团聚度在SPJ1、SPJ2、SPJ3间类似,并比SP、S、CK处理显著提高44.7%～63.6%、26.4%～43.6%,表明木本泥炭以及本试验所选择的3种激发剂均能显著改善土壤理化性状。细菌多样性和系统发育多样性指数在激发剂施用土壤中均处于较高水平,并分别与DOC和EOC显著正相关。PcoA与Anosim分析发现3种激发剂施用土壤的细菌群落结构类似并与其他处理差异显著,该差异主要与Ava P、DOC、EOC、MBN有关。上述结果表明,通过在新垦水田土壤上施用腐熟秸秆和木本泥炭,可快速提升SOM含量,而在此基础上添加商用激发剂具有激发养分转化功能的微生物的潜力,从而改善土壤理化性质和提升作物产量,并且本研究选择的3种激发剂均有类似效应。     

基于木本泥炭快速构建红壤新垦耕地优质耕作层技术与效果

为了探究木本泥炭对红壤岗地新垦耕地优质耕作层构建的机理以及木本泥炭相对于其他有机物料对红壤新垦耕地的改良效果,采用田间小区试验的方法,研究添加不同有机物料对红壤新垦耕地0—20cm耕作层土壤理化性质和微生物生物量以及水稻产量的影响。试验共设6个不同处理:CK(不添加改良材料)、M30FS(木本泥炭30t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、M15FS(木本泥炭15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、CFS(生物炭15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)、OFS(有机肥15t/hm2+腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)和FS(腐熟秸秆3t/hm2+石灰石粉3.75t/hm2)。结果表明:(1)与对照相比,添加木本泥炭与有机物料处理显著降低了耕作层土壤容重,提高了土壤总孔隙度和pH,且添加木本泥炭与有机物料处理中土壤肥力均有不同程度提高,其中土壤有机质、全氮、全磷和全钾含量分别提高了36.41%～88.53%,2.22%～37.78%,6.25%～93.75%和27.57%～85.60%,土壤硝态氮、铵态氮、有效磷和有效钾含量分别提高了17.21%～134.85%,1.42%～72.76%,8.71%～156.79%和12.99%～332.39%。(2)添加木本泥炭与有机物料处理对耕作层土壤微生物生物量影响比较明显,与对照相比,各处理中土壤微生物量碳和氮含量分别显著增加了52.95%～219.00%和121.45%～548.73%。(3)添加木本泥炭与有机物料处理中水稻产量均明显提高,其中M30FS增产效果最明显,增幅为39.53%。(4)利用聚类分析方法将添加不同有机物料处理下新垦耕地耕作层土壤质量等级划分为3级,分别为:一级(M30FS)、二级(M15FS,OFS,CFS)、三级(FS,CK),其中经M30FS处理后土壤质量水平等级最高。添加木本泥炭与有机物料可显著降低新垦耕地耕作层土壤容重,提高土壤总孔隙度和pH,解决了红壤黏重和酸化的特征,且土壤养分和微生物量碳、氮含量均得到了提高,改善了土壤理化性状和生物学特征,提高了水稻产量,其中添加30t/hm2木本泥炭对红壤新垦耕地优质耕作层构建效果最明显。