浅谈“十四五”土壤肥力与土壤养分循环分支学科发展战略

土壤肥力与土壤养分循环分支学科是土壤学科中应用性较强的学科,悠久的发展历史积累了极为丰富的文献资料,在评价和利用土壤资源,提高作物产量和养分利用率,减少环境污染中发挥着重要作用。"十四五"期间土壤肥力与土壤养分循环分支学科应加强土壤养分转化过程、速率、产物及其影响因素的基础性研究。鉴于我国大宗作物种植强度下降,集约化设施种植面积增加的两极化发展现状和减肥减药维持生态环境安全的国家需求,"十四五"期间,土壤肥力与土壤养分循环分支学科应加强以下针对性研究:1)休耕轮作对土壤肥力的影响及通过休耕轮作维持和提高土壤肥力的原理、途径和方法;2)高度集约化种植条件下快速恢复土壤肥力,保持土壤健康和有效利用土壤养分的科学管理原理、途径和方法;3)实现土壤-作物-环境相互契合,充分发挥土壤肥力,高效利用土壤养分的基础科学问题。     

土壤中有效钴的比色测定

本文介绍了用2.5%HOAc作提取剂时,用5-Cl-PADAB试剂直接比色测定土壤有效钴的方法和条件,以及用EDTA乙醋盐缓冲液作提取剂时,以Zn取代出被络合的Co(Ⅱ),然后用5-Cl-PADAB试剂显色测定Co(Ⅱ)的方法。     

土壤甲烷氧化菌及水分状况对其活性的影响

阐述了土壤中甲烷氧化的机理及土壤水分状况对甲烷氧化的影响,土壤中甲烷氧化分4步进行,首先甲烷在sMMO或pMMO作用下氧化成甲醇,甲醇在甲醇脱氢酶作用下氧化成甲醛,甲醛是甲烷氧化菌合成体细胞的碳源,甲烷氧化菌Type Ⅰ利用RuMP途径把甲醛转化为细胞合成的中间体,TypeⅡ则利用丝氨酸途径,同时甲醛在甲醛脱氢酶作用下氧化为甲酸,后者再在甲酸脱氢酶作用下氧化为CO_2,从而完成甲烷氧化。甲烷氧化菌TypeⅠ只含pMMO,而TypeⅡ既含sMMO又含pMMO,因此其生存力更强。土壤中甲烷氧化主要发生在10cm左右的土层中,明显受土壤水分状况的影响,甲烷氧化的最佳土壤含水量变化为20％～70％间,主要取决于土壤机械组成和有机质含量。     

稻季施肥管理措施对后续麦季N2O排放的影响

2003─2004年选用江苏省宜兴市稻-麦轮作试验田,研究了水稻生长季秸杆(0和3.75×103kg/hm2两个水平)和N肥施用(N0、200和270kg/hm23个水平)对后续麦季N2O排放的影响。结果表明:稻季秸杆施用显著减少了后续麦季N2O的排放,这些减少量主要体现在小麦播种-返青期,方差分析达显著水平(P<0.05)。稻季施用N肥,后续麦季N2O排放减少,但N200和270kg/hm2N肥施用水平的处理间无显著差异。麦季土壤水分情况与N2O排放通量存在显著正相关(P<0.05)。     

不同施肥措施对潮土有机碳平衡及固碳潜力的影响

以中国科学院封丘农业生态实验站的长期定位施肥试验为研究平台,研究不同施肥措施对潮土有机C含量的影响,并利用Jenny模型对不同施肥措施下的潮土有机C动态进行模拟。结果表明,施肥措施明显改变了潮土有机C含量,并且有机肥处理的作用效果要明显优于化肥处理。不同施肥措施不仅改变了潮土有机C的平衡水平,也影响了有机C的分解速率,NPK、1/2OM和OM施肥处理的有机C平衡值分别为7.19、7.75和9.37g/kg,而分解速率分别为0.038、0.113和0.1451/a。在目前施肥模式不变的情况下,与试验初相比,达到平衡时CK处理的潮土将会损失C1478kg/hm2,而NPK、1/2OM和OM处理的潮土则会分别增加C7376、7790和12066kg/hm2。因此,可以认为施肥处理促进了潮土的C固定。     

玉米生长中的土壤呼吸及其受氮肥施用的影响

运用盆栽试验研究了玉米生长和施氮水平(N 150 mg kg-1和300 mg kg-1)对土壤呼吸的影响。结果表明种植玉米的土壤呼吸速率(C)的变化范围为19. 6 ~ 762. 1 mg m-2h-1,而裸土为4. 3 ~ 36mg m-2h-1。在玉米生长的条件下,苗期土壤呼吸最低,73%的土壤呼吸分配在拔节孕穗期和成熟期。玉米生长中各阶段根际呼吸对土壤呼吸的贡献在58%~98%,苗期最小。施氮对裸土呼吸速率无显著影响;在玉米生长的条件下,施用高氮的土壤呼吸比施用低氮高28%,且两种施氮水平下土壤呼吸的差异主要发生在生长中后期。玉米生长的条件下土壤呼吸与温度的相关性不显著,而裸土下土壤呼吸速率与气温、表土温度、5 cm土壤温度均呈极显著的相关性;裸土施用高氮下的土壤呼吸与温度的相关性大于低氮。总之,玉米生长和土壤施氮不仅影响土壤呼吸速率和呼吸量,也影响土壤呼吸在各生长阶段的分配,还影响到土壤呼吸与温度的关系。     

亚热带土壤亚铁与厌氧反硝化

本文就亚热带土壤亚铁参与反硝化的可能性进行了探讨。研究结果表明:厌氧还原条件下加入KNO3的处理中,Fe2+浓度随培养时间延长而下降,且Fe2+浓度的降低和NO3–-N浓度的降低呈显著正相关。预培养结束后的亚铁浓度(In-Fe2+)和厌氧培养期间Fe2+浓度降低速率与反硝化势表征指标k、b、v7,以及与无定形铁氧化物(活性铁)含量的显著正相关性初步证明,活性铁通过不同价态铁离子(Fe2+和Fe3+)之间的转化,参与了反硝化的电子传递过程。当有机碳等电子供体受限时,Fe2+可作为电子供体参与反硝化还原NO3–-N。这一结果表明,NO3–-N作为电子受体参与厌氧条件下Fe2+氧化成Fe3+的反应可能在铁氧化物含量丰富的亚热带土壤中普遍存在。     

冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH4产生、氧化和排放的影响

有机肥施用和土壤水分管理是影响稻田CH4排放最重要的2个因素。本文通过室内培养和田间试验研究了冬季秸秆还田对冬灌田水稻生长期CH4的产生、氧化和排放的影响。结果表明:淹水混施处理CH4产生潜力在水稻移栽后35和51天显著大于淹水不施肥处理(p0.05),其余时间则无显著差异(p0.05);冬季秸秆还田对CH4氧化潜力无显著影响(p0.05),水稻生长期土温和稻田施用氮肥可能是较其更重要的影响因素;淹水混施处理CH4平均排放通量(CH426.7mg/(m2·h))显著大于淹水不施处理(CH420.3mg/(m2·h))(p0.05)。     

尿素施用对稻田土壤甲烷产生、氧化及排放的影响

通过田间和培养试验研究了不施尿素(N0kg/hm2)和施用尿素(N300kg/hm2)对水稻生长期稻田土壤CH4产生潜力、氧化潜力和排放通量的影响。结果表明,水稻全生育期内,施用尿素降低土壤CH4产生潜力,并推迟其达到最大值的时间;尿素作为基肥和穗肥施用抑制土壤CH4氧化,而作为分蘖肥施用短暂地促进然后抑制土壤CH4氧化;施用尿素降低稻田CH4排放量。施用尿素通过同时影响CH4产生潜力和氧化潜力来影响稻田CH4排放。