垄膜沟播与平膜侧播对冬小麦光合特性及产量的影响

为了探索我国西北半湿润易旱区合理覆膜种植方式,为该区作物生产及覆膜种植制度的建立提供参考,本研究以传统平作为对照,设两种覆膜方式:垄膜沟播(R)与平膜侧播(F).结果表明,与传统平作(CK)相比,垄沟宽均为40 cm(R40)和60 cm(R60)的沟播处理全生育期0-200 cm土壤平均含水量分别提高8.82％(P ＜0.05)和10.84％ (P＜ 0.01),膜宽为40 cm(F40)和60 cm(F60)的侧播处理提高4.40％和3.96％,沟播处理较侧播处理平均提高了5.42％(P＜0.05).不同覆膜方式处理的旗叶叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs)均较传统平作(CK)显著增加,同宽度的沟播处理较对应的侧播处理提高幅度明显,但胞间CO2浓度显著低于传统平作(CK).不同覆膜方式处理的小麦经济产量和水分利用效率均较传统平作(CK)显著提高,平均提高幅度达21.52％和30.97％,同宽度沟播处理的生物产量、经济产量和作物水分利用效率显著(P＜0.05)高于对应的侧播处理.试验表明,在半湿润旱作区冬小麦垄膜沟播是一种高效栽培模式.     

宁南旱区沟垄集雨结合补灌对土壤水分利用及冬小麦产量的影响

为探明沟垄集雨结合不同时期补灌措施的集雨保墒效果,2013-2015年在宁南半干旱区设置不同补灌模式(全生育期不灌溉、前期(拔节期)补灌、后期(抽穗期)补灌、前后期均补灌)结合补灌方式(集雨补灌和传统畦灌),研究集雨补灌措施对土壤水分、冬小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明:沟垄集雨补灌模式可有效改善0~200 cm土层土壤贮水量,尤其对0~40 cm土层提高较为明显。在2013-2014年(枯水年)灌水量减半的情况下,前期补灌和全生育期不灌溉处理的小麦产量均高于相对应的畦灌处理,分别提高了2.6%和6.2%,其余处理和对应的畦灌处理相比无增产效应;在4种补灌模式下,集雨补灌处理的水分利用效率、灌溉水利用效率均显著高于对应的畦灌处理,其中前期补灌最为显著,分别提高8.5%和105.1%。2014-2015年(丰水年),除集雨前后期均补灌处理外,前期补灌、后期补灌和全程不灌溉处理的产量均高于对应的畦灌处理,分别提高4.5%、7.4%(p0.05)和4.9%;在四种补灌模式下,除集雨前后期均补灌和不灌溉处理的水分利用效率与对应的畦灌处理相差不大外,其余各补灌处理的水分利用效率和灌溉水利用效率均显著高于相对应的畦灌处理,最大增幅分别为3.8%和114.7%。可见,沟垄集雨结合适量补灌措施可显著提高冬小麦产量和水分利用效率。     

集雨种植模式下不同施肥水平对土壤水分消耗及冬小麦产量的影响

于2012—2014年在宁南旱塬区布设旱地冬小麦垄膜沟播试验,研究了集雨种植模式下不同施肥水平对小麦不同生育阶段土壤水分、产量和水肥利用率的影响。试验设置集雨(R)和传统平作(B)两种种植模式,每种种植模式设置高(N+P:270+180 kg·hm~(-2))、中(N+P:180+120 kg·hm~(-2))、低(N+P:90+60 kg·hm~(-2))和不施肥4种施肥水平。结果表明:集雨种植模式在冬小麦生育前期可以显著提高0~200 cm土层的土壤贮水量,两年的平均产量较平作提高了10.57%(P0.05),水分利用效率提高了3.83%,肥料农学效率提高了54.99%(P0.05)。施肥对冬小麦生育期土壤水分有明显影响,冬小麦生育前期随着施肥量的增加土壤贮水量呈增加趋势,生育后期土壤贮水量随着施肥量的增加而减少。无论是集雨还是平作种植模式,各施肥处理的冬小麦经济产量和水分利用效率随着施肥量的增加呈增加趋势,但相邻肥力梯度间增幅随施肥量的增加逐渐降低,高肥处理虽产量和水分利用效率最高,但较中肥处理增产幅度不显著(P0.05),集雨种植中肥处理的肥料农学效率最高,两年平均为3.91 kg·kg~(-1)。由此认为,集雨种植模式配合中量施肥(N+P:180+120 kg·hm~(-2))可显著提高半干旱区旱作冬小麦产量及水肥利用效率。     

改性生物炭对农田土壤铬形态分布和酶活性的影响

为研究改性牛粪生物炭对土壤铬形态分布和酶活性的影响,以HNO₃改性牛粪生物炭、FeCl₃改性牛粪生物炭和原始牛粪生物炭为研究对象,研究3种改性生物炭对农田土壤铬形态分布、土壤理化特性和酶活性的影响。结果显示:HNO₃改性牛粪生物炭和FeCl₃改性牛粪生物炭相比于原始牛粪生物炭,比表面积、总孔容、微孔比表面积分别提升了2.86 m²·g^-1、0.004 cm³·g^-1、0.01 m²·g^-1和11.09 m²·g^-1、0.013 cm³·g^-1、2.20 m²·g^-1,但平均孔径分别下降了1.28 nm和3.86 nm。与未改性生物炭相比,改性生物炭官能团种类没有变化,但羟基(—OH)、羧基(—COOH)和羰基(C=O)均得到强化。Cr(Ⅵ)吸附试验中,3种生物炭均表现出良好的吸附效果,尤其是FeCl₃改性牛粪生物炭的吸附效果最优,最大吸附量达到15.90 mg·g^-1。土壤培养试验结束时(60 d),添加生物炭的土壤酸可溶态、可还原态和可氧化态铬含量分别比未添加生物炭土壤降低0.97%~2.15%、0.28%~0.94%、4.70%~9.40%。而在添加改性生物炭的土壤中残渣态铬含量(42.3%~45.2%)显著高于添加未改性生物炭的土壤(38.6%)和对照土壤(32.8%)。相关性分析结果表明,生物炭主要通过提高土壤pH、阳离子交换量和有机质含量,促进土壤中的酸可溶态铬向残渣态转化,其中FeCl₃改性牛粪生物炭的促进效果最优。生物炭的添加降低了土壤中铬的毒害作用,同时提升了土壤中脲酶、蔗糖酶和脱氢酶的活性,其中改性生物炭对土壤酶的促进效果优于原始生物炭。研究结果证明改性生物炭可以作为一种低成本、环保的吸附剂来有效修复Cr(Ⅵ)污染土壤。     

不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除性能及微生物群落结构的影响

【目的】研究不同原材料生物炭对农田土壤阿特拉津去除效果和微生物群落的影响,获得去除土壤阿特拉津的最佳生物炭类型,为阿特拉津污染农田土壤的强化修复提供参考。【方法】以牛粪、甘蔗渣和污泥为原材料制备生物炭,分别于0、10、20、30和40 d测定阿特拉津降解率及土壤pH、有机质含量、腐殖质含量、酶活性和细菌群落结构,并采用冗余分析探明阿特拉津降解率与环境因子及土壤细菌群落结构的相关性。【结果】添加生物炭可明显促进土壤中的阿特拉津降解,3种生物炭的降解率排序为甘蔗渣生物炭(67.94%)>牛粪生物炭(58.39%)>污泥生物炭(48.63%)。同时,添加生物炭显著提高土壤p H、有机质和腐殖质含量(P<0.05,下同),提升微生物活性和群落结构多样性,加速阿特拉津的生物降解,以甘蔗渣生物炭效果最显著,相较于不添加生物炭(CK),pH提升23.76%,有机质含量升高4.39 g/kg,腐殖质含量升高2.24 g/kg。此外,施入生物炭显著提高土壤脱氢酶、过氧化氢酶和脲酶活性,并促进阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科(Sphingomonadaceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)、链霉菌科(Streptomycetaceae)、微球菌科(Micrococcaceae)和小单孢菌科(Micromonosporaceae)的相对丰度提升。冗余分析表明,环境因子及降解功能微生物均对阿特拉津的降解做出贡献,甘蔗渣生物炭处理与pH、有机质、阿特拉津降解率及腐殖质呈正相关。【结论】施入生物炭可改善土壤理化性质(pH、有机质和腐殖质),明显提升阿特拉津降解菌鞘脂单胞菌科、伯克氏菌科、链霉菌科、微球菌科和小单孢菌科相对丰度,进而加速土壤中阿特拉津的去除,以甘蔗渣生物炭的效果最佳。收集废弃甘蔗渣制成生物炭,既可实现农业废弃物的回收利用,又能助力农田土壤中阿特拉津污染修复和地力提升。     

旱地施有机肥对土壤水分和玉米经济效益影响

为了探明不同有机肥施用量对渭北旱塬土壤水分及玉米经济效益的影响,于2007-2010年在渭北旱塬进行了3个水平的有机肥施用量(7500、15000和22500kg/hm2)配施等量化肥试验,以单施化肥为对照(CK)。结果表明,施肥第4年(2010年),有机肥处理可显著提高大喇叭口期土壤贮水量11.49%～21.63%;高量有机肥处理比低量有机肥处理可显著提高大喇叭口期土壤贮水量9.09%。高量有机肥处理200cm土层平均贮水量比对照高4.79%～7.65%(差异显著)。中量有机肥处理施肥第4年可显著提高200cm土层平均贮水量6.50%。施有机肥能显著增加玉米水分利用效率12.37%～37.55%。高、中量有机肥处理的水分利用效率较低量有机肥处理有显著增加。随有机肥施用年限延长,土壤状况不再是影响作物水分利用效率提高的主要因子。该研究表明,中量有机肥处理蓄水保墒增收效应明显。     

长期定位施有机肥对西北半干旱区土壤酶活性的影响

为了探明长期施用有机肥对旱地土壤酶活性的影响,为旱地土壤改良技术体系的建立提供依据。在宁南旱区进行3a有机肥定位施用试验,设置3个有机肥施用量水平:30 000kg/hm2(L)、60 000kg/hm2(M)和90 000kg/hm2(G),以不施有机肥作为对照(CK)。结果表明,长期施用有机肥对0~20cm土层土壤脲酶、磷酸酶、蔗糖酶影响较为显著,特别是高量有机肥处理,3a较对照平均提高幅度分别为127.7%、26.1%和19.5%;各有机肥处理0~20cm土层土壤脲酶、磷酸酶活性大小顺序基本为G≥ML≥CK,G和M处理效果最显著,3a较对照分别提高(P0.05)32.5%~197.2%和16.7%~34.8%;各有机肥处理过氧化氢酶变化规律不明显,基本维持在8.07~9.48U4。说明,旱地施有机肥对提高一些土壤酶活性有显著效果。     

有机培肥对旱地土壤养分有效性和酶活性的影响

为了探明有机培肥对旱地土壤肥力的影响,为建立旱地土壤改良技术体系提供依据,在渭北旱塬进行了4年有机培肥定位试验,设置3个秸秆还田量水平9 000 kg/hm2 （SH）、6 000 kg/hm2 （SM）、3 000 kg/hm2 （SL）和3个有机肥施用量水平22 500 kg/hm2（MH）、11 250 kg/hm2（MM）、5 250 kg/hm2（ML）处理,不施有机肥作为对照（CK）。结果表明,连续进行有机培肥第4年冬小麦收获后,各处理060 cm土层土壤有效养分和活性碳含量大小顺序均为:MM, SM＞SH, MH＞ML, SL＞CK,各培肥处理速效磷、速效钾、碱解氮和活性碳含量较对照提高幅度分别为13.27%～161.77%（P0.05）、7.51%～25.01%（P0.05）、10.52%～41.87%（P0.05）和64.15%～92.42%（P0.05）,两种培肥措施间无显著差异;土壤脲酶、碱性磷酸酶和蔗糖酶活性均显著高于CK（P0.05）,提高程度因还田量和施肥量的多少而异,以SM 和MM处理效果最显著,过氧化氢酶活性较CK变化不明显。说明旱地秸秆还田和施有机肥对提高土壤养分有效性、土壤活性有机碳和酶活性有显著效果。     

生物炭对四环素污染土壤微生物群落结构的影响及环境因子关联的剂量效应分析

为研究不同剂量生物炭对四环素污染的土壤的原位修复效果，本研究以甘蔗渣为原材料制备生物炭，并通过不同剂量的添加（1%、2%、3%，分别记作BC-1、BC-2、BC-3）明确了修复过程中四环素去除效率、土壤理化性质、酶活性和降解微生物的变化情况。结果表明：生物炭施入显著加速了土壤中四环素的降解，其中 BC-2 处理（79.50%）显著高于 BC-3（62.50%）和 BC-1（50.30%）处理。同时生物炭处理显著提高了土壤 pH及有机质和腐殖质含量，在培养结束后，各处理的 pH较 CK（四环素污染土壤）分别提升了 0.46、0.54、0.80，有机质分别提升了 1.37、2.82、5.12 g·kg^-1，腐殖质分别提升了 4.48、6.55、5.21 g·kg^-1。生物炭处理显著提升了土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和脱氢酶活性，其中BC-2处理提升效果最好，较CK分别提升40.00%、183.30%、65.30%和 157.10%。在生物炭处理中，具有降解作用的潜在降解菌 Achromobacter（无色杆菌属）、Sphingomonas（鞘脂单胞菌属）、Stenotrophomonas（寡养单胞菌属）、Trichosporon（毛孢子菌属）、Shewanella（希瓦氏菌属）、Pseudomonas （假单胞菌属）和Klebsiella（克雷伯菌属）的丰度显著提升，其中BC-2处理对潜在降解菌丰度的促进效果最好。研究表明，生物炭可以通过改善土壤理化性质、提高酶活性、改变土壤微生物群落结构、促进潜在降解菌的相对丰度来加速土壤中四环素的去除。作为一种成本低、修复效果好的富碳材料，生物炭在四环素污染场地原位修复中具有巨大的应用潜力。     

生物炭不同添加量对旱作覆膜农田土壤团聚体特性及有机碳含量的影响

【目的】研究西北旱作区长期地膜覆盖农田添加不同量生物炭对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响，为旱作覆膜农田地力提升、作物的可持续生产提供科学依据。【方法】在连续多年双垄沟覆膜农田基础上，采用裂区设计，主区为全膜双垄沟覆盖种植和传统平作不覆膜种植2个处理，副区为生物炭添加水平，分别为不添加(N)、低量添加(L):3 t·hm^-2、中量添加(M):6 t·hm^-2和高量添加(H):9 t·hm^-2。测定生物炭不同添加量对覆膜农田不同粒级土壤团聚体含量、团聚体稳定性、团聚体有机碳含量及玉米产量的影响。【结果】生物炭连续添加两年后，各覆膜处理能显著提高0—60 cm土层土壤大粒级(>0.25 mm)团聚体的机械稳定性(6.1%—8.7%)及水稳性团聚体的百分含量(15.9%—83.6%)，玉米产量可显著(P<0.05)提高35.0%—41.8%。在覆膜条件下，添加生物炭能显著提高土壤大粒级团聚体百分含量及其稳定性，干筛>0.25 mm粒级团聚体含量(MR_0.25)和湿筛>0.25 m...