红壤丘陵区农林复合生态系统研究与展望

本文针对红壤丘陵区农林复合生态系统存在的问题,分析了红壤农林复合生态系统现状、结构功能与结构演替规律;提出了红壤农林复合生态系统的五级分类系统;初步建立了红壤地区农林复合生态系统评价指标体系框架,并对典型县域复合生态系统进行了评价;在此基础上,提出了红壤丘陵区农林复合生态系统的优化调控措施以及资源持续利用对策,并对该区农林复合生态系统的后继研究进行了展望。     

羟基磷灰石–植物联合修复对Cu/Cd污染植物根际 土壤微生物群落的影响

针对江西贵溪Cu、Cd重金属污染土壤,通过田间试验,比较无机生物材料羟基磷灰石及3种植物(海州香薷、巨菌草、伴矿景天)与羟基磷灰石联合修复对土壤总Cu、Cd的吸收及对活性Cu、Cd的钝化吸收能力差异。采用磷脂脂肪酸(PLFA)分析法,比较不同修复模式对土壤微生物群落结构的影响,以评估土壤微生态环境对不同修复措施的响应。研究结果表明:羟基磷灰石的施加可显著提高土壤pH,并有效钝化土壤活性Cu、Cd含量,但对土壤总Cu、Cd的含量影响较小。植物与羟基磷灰石的联合修复在显著降低土壤活性Cu、Cd(P0.05)的同时,减少了植物根际土壤总Cu、Cd的含量(P0.05)。不同修复措施对土壤微生物群落组成影响差异明显。单独施加羟基磷灰石与土壤真菌群落呈显著正相关,使土壤真菌生物量提高,从而引起真菌/细菌(F/B)的升高。植物与羟基磷灰石的联合修复可有效缓解土壤真菌化的趋势,其中巨菌草与羟基磷灰石的联合修复可有效提高土壤革兰氏阳性、革兰氏阴性细菌生物量及多样性,降低F/B值,从而降低土壤真菌病害的风险。不同植物根系活性代谢引起有机质的积累促进植物与羟基磷灰石处理中根际有机碳含量显著提高。聚类增强树(Aggregated boosted tree,ABT)分析结果表明:不同修复模式是影响土壤微生物群落的重要因素,其次土壤pH和Cu的含量及活性也是改变重金属污染区域微生物群落的因子。该研究从微生物群落结构角度解释了植物与羟基磷灰石联合修复对土壤微生态体系的作用,为开展Cu、Cd等重金属污染地植物与无机生物材料的联合修复方式的筛选及实施提供可靠的理论依据。     

不同氮效率水稻的生长特性

以氮高效水稻4007和氮低效水稻Elio为材料,在水培条件下设置高(5.72 mmol·L-1)、低(1.43 mmol·L-1)2个供氮处理,研究2个水稻品种的籽粒产量及不同生育期的干物重、吸氮量和根系形态以及功能叶片硝酸还原酶活性(NRA)、功能叶片和根系谷氨酰胺合成酶活性(GSA)的差异.结果表明:2个处理4007的籽粒产量均高于Elio.在分蘖期,Elio的地上、下部生物量及氮积累量均大于4007,至拔节期两者差距减小,齐穗期Elio的地上部氮积累量只有4007的86.4%,且差异显著.高氮条件下,在分蘖期4007的根系特征参数显著低于Elio,而在拔节期两品种却没有显著差异,在齐穗期4007的总根长、根表面积和根尖数已经显著高于Elio.高氮处理的叶片NRA、叶片和根系GSA均显著高于低氮处理;在拔节期和齐穗期,Elio叶片NRA极显著下降,而4007叶片则保持NRA的稳定;在齐穗期4007的GSA显著高于Elio.     

水稻氮素高效吸收利用机理研究进展

基于经济效益和环境保护的考虑, 近年来水稻的氮素利用效率引起了大家的重视.不同基因型水稻对氮素利用效率存在明显差异.氮素利用效率可分为吸收和生理利用效率两部分,它们对氮素利用效率的贡献率受到水稻生育期和供氮水平两方面的影响.从水稻根系特征、库容量、齐穗后的碳与氮的转运、光合作用和增硝营养等与水稻氮素利用效率关系密切的生理生化机制进行了阐述,最后对该领域今后的重点研究方向进行了展望.     

长期施肥对旱地红壤磷素饱和度的影响

磷素饱和度(Degree of phosphorus saturation, DPS)能够有效评估土壤磷素的流失潜能及地表水磷富营养化问题,可用于评价土壤磷素环境风险。DPS值通常由酸性草酸铵提取态磷(Pox)与提取态铁铝(Feox, Alox)的摩尔质量比除以校正常数(Corrected constant,α)计算得到,而α是通过建立土壤饱和吸磷量与影响土壤磷吸附的土壤特征值间的相关关系而计算得到的数值;α的取值大小(常取0.5)会直接影响到DPS的准确估算。因此,本文以中国科学院红壤生态实验站(28°04′～28°37′N,116°41′～117°09′E)为依托,以长期施肥(1988～2014年)的旱地红壤为研究材料,通过两种计算方法得到了土壤的DPS值,分析了校正常数α=0.5在长期施肥的旱地红壤DPS计算中的适用性,并确定了长期施肥旱地红壤DPS计算中α的适用性阈值。研究结果表明:校正常数α=0.5虽适用于长期施肥旱地红壤DPS的估算,但易导致旱地红壤DPS的过高估算;对比计算发现,长期施肥旱地红壤DPS计算时,校正常数α的最适取值范围为0.71～0.81。但是,不同环境背景下旱地红壤DPS计算公式中校正常数α的适应性阈值仍需进一步校正与验证,从而提高红壤区土壤磷素环境风险评估的准确性。     

苕溪流域不同施肥条件下稻田田面水氮磷动态特征及产量研究

本研究设计了不同肥料和不同施肥管理方式等8种处理,以期通过研究不同减量施肥处理下稻田田面水中氮素和磷素的动态变化来了解研究区面源污染状况及风险。结果表明,各减量化处理均能有效保证水稻产量,同时不同程度降低了田面水中的氮磷浓度,降低流失潜能。总氮和铵氮分别在施肥后第1天和第3天达到峰值,一周之后降至较低水平,铵氮是田面水中氮素流失预防的主要监测对象。总磷和可溶态磷均在施肥后第1天便达到峰值,之后迅速降低至稳定,5天后总磷浓度降至1 mg/L以下,可溶态磷/总磷基本在0.5以下,田面水中磷素的主要流失形态为悬浮颗粒态磷。此外,后期的施氮行为会引起田面水中可溶态磷/总磷的上升,使可溶态磷相对流失潜能增大。     

红壤低丘岗地区优化种养结合模式的能值分析

为了探明红壤丘岗地区优化的种养结合模式在能值流动方面的特征及优势,通过采集种养系统各环节数据,采用能值分析理论和方法,研究了红壤低丘岗地区优化种养结合模式的能值投入和产出,对该模式的资源利用率、环境压力和可持续性发展指标等进行了评估.结果表明:与传统模式相比,优化模式具有较高的能值产出率,产品具有较高的价格优势,较高的能值自给率,较低的环境负载率.通过该研究,可以得知该优化模式在研究区域内具有良好的发展潜力.     

沼液化肥全氮配比对土壤微生物及酶活性的影响

通过田间试验,研究了N-P2O5-K2O(120-90-135 kg/hm2)施用量相同的条件下,沼液化肥不同全氮配比(沼液全氮分别占0%、15%、30%、45%和100%)对旱地红壤微生物(细菌、真菌、放线菌)数量、酶(脲酶、脱氢酶)活性和硝化强度的影响。结果表明,随沼液全氮比例的增加,土壤细菌、放线菌、真菌数量均呈倒"U"形增加,且较单施化肥处理(未施沼液)分别提高3.88%~40.78%、1.64%~31.15%、28.21%~79.49%。随着花生生育进程的推进,脲酶活性随沼液全氮比例增加而升高;脱氢酶活性先降低,开花期后升高。沼液全氮45%处理显著提高了花生结荚期和收获期土壤脲酶、脱氢酶活性和硝化强度。利用主成分分析对土壤微生物活性进行综合评价,依据主成分解释总变量和碎石图提取了2个主成分反映原变量的92.13%的信息。第1主成分主要综合了细菌、真菌、放线菌数量、微生物总量和硝化强度的信息;第2主成分主要综合了脲酶、脱氢酶活性的信息。主成分综合得分图直观地显示了等氮磷钾条件下沼液化肥全氮配比对旱地红壤微生物活性的综合影响。具体为BS30BS45BS100BS15NPKCK。因此,等氮磷钾条件下沼液全氮15%~100%处理有利于提高土壤微生物活性,特别是沼液全氮30%处理,同时其花生籽粒产量也达到了最大值(2 875 kg/hm2)。     

沼液还田对旱地红壤有机质及团聚体特征的影响

【目的】通过沼液还田试验,探明沼液对旱地红壤有机质含量、团聚体结构和稳定性的影响,为沼液合理应用及培肥旱地红壤肥力,提升土壤结构提供理论依据。【方法】通过红壤旱地2013—2014年沼液还田定位试验,按照不同沼液全氮还田比例设6个等氮量(N-P2O5-K2O量均为120-90-135 kg·hm-2,对照除外)处理:对照(不施肥,CK)、100%化学氮(NPK)、85%化学氮+15%沼液N(BS15)、70%化学氮+30%沼液N(BS30)、55%化学氮+45%沼液N(BS45)和100%沼液N(BS100),分析各处理下土壤有机质含量(OM)、0.25 mm机械稳定性(DR0.25)和水稳定性(WR0.25)团聚体含量、团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、团聚体稳定率(AR,%)和分形维数(D)等团聚体稳定性指标。【结果】沼液化肥配施处理土壤有机质含量(OM)较CK、NPK、BS100处理分别增加16.21%—21.34%、2.94%—7.49%、7.69%—12.45%,而且随着沼液量增加呈先升高后降低趋势;沼液化肥配施处理显著提高土壤DR0.25和WR0.25团聚体含量,DR0.25较CK、NPK、BS100处理分别增加1.34%—6.66%、0.26%—5.52%、1.32%—5.25%,WR0.25较CK、NPK、BS100处理分别增加5.17%—10.37%、3.75%—8.88%、1.97%—4.94%,相关分析发现土壤有机质含量升高是土壤0.25 mm机械稳定性(DR0.25)和水稳定性(WR0.25)团聚体含量增加的主要原因;沼液化肥配施处理机械稳定性团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)显著升高,而水稳定性MWD和GMD无显著差异,同时,团聚体稳定率(AR,%)显著高于CK和NPK处理,机械稳定性团聚体分形维数(D)较CK和NPK处理显著降低,而水稳定性团聚体分形维数(D)无显著差异。【结论】沼液化肥配施还田对提高旱地红壤有机质含量、0.25 mm机械稳定性和水稳定性团聚体含量及团聚体机械稳定性具有显著作用,尤其是沼液全氮还田比例在30%—45%范围,适宜在红壤旱地地区推广。     

林分密度对马尾松林下土壤养分及酶活性的影响

以退化马尾松林下土壤为对象,通过调查我国红壤丘陵区典型林分密度的马尾松人工林,研究林分密度对土壤养分和土壤酶活性的影响。3种林分密度中,1 560株/hm2 左右中等林分密度的马尾松土壤有机质、全氮、全钾、速效钾、全磷、交换性钙和交换性镁等较高,但土壤酸化也较严重;同时,1 560株/hm2 左右马尾松林的土壤转化酶活性、脲酶活性和多酚氧化酶活性均较高,但过氧化氢酶活性表现最低;林分密度对马尾松土壤酸性磷酸酶活性影响不明显。因此,适宜林分密度的马尾松人工林一定程度上可改善该区林下土壤肥力及生化强度。