施肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响

利用Illumina平台Miseq高通量测序技术对小麦分蘖期砂姜黑土耕层土壤细菌进行高通量测序,结合相关生物信息学分析,探讨了不施化肥秸秆不还田(CK)、施化肥秸秆不还田(F)以及不施化肥秸秆还田(W)3种处理土壤细菌群落组成、多样性和结构的变化。结果显示,测序共获得14 873个OTUs,计173 323条读数,平均读长439 bp。砂姜黑土细菌优势门(相对丰度10%)为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes);优势纲(相对丰度10%)为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria);优势属(相对丰度1%)共47个,3个处理中均有分布的优势属21个,F处理的细菌优势属的种类最多,为39个。相对丰度最大的门、纲和属分别是变形菌门(38.7%~43.1%)、α-变形菌纲(14.5%~18.1%)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(4.6%~7.7%)。F处理细菌丰富度指数(Chao1指数和ACE指数)显著低于CK及W处理,W处理和CK处理土壤细菌丰富度指数无显著差异,与CK处理相比,F处理ACE指数降低22.8%。W处理土壤细菌Shannon多样性指数显著大于CK及F处理,W处理Shannon指数较CK处理提高4.1%,而F处理土壤细菌Shannon指数与CK处理无显著差异。F处理Simpson指数显著高于CK及W处理;F处理Simpson指数较CK处理提高38.1%,而W处理细菌Simpson指数最小,显著低于CK处理,较CK降低23.8%。分层聚类图显示在属的水平上,W处理和CK处理土壤细菌群落结构相似性较高,F处理与CK处理及W处理细菌群落结构差异较大。施化肥对土壤细菌优势类群组成、相对丰度及群落结构的影响大于秸秆还田,施化肥显著降低了土壤细菌丰富度,秸秆还田显著提高了土壤细菌的多样性。     

长期秸秆还田对典型砂姜黑土胀缩特性的影响机制

易于胀缩是砂姜黑土最典型的属性障碍因子之一。该文依托长期定位试验(2007―2017年)研究了秸秆还田对砂姜黑土收缩的影响机制。田间试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规氮磷钾(F),及氮磷钾配施下的玉米秸秆还田(MSF)、小麦秸秆还田(WSF)和小麦-玉米双季秸秆还田(WMSF)。结果显示土壤容重(soil bulk density,SBD)呈现WMSFWSF≈MSF≈FCK,与土壤田间持水量(fieldmoisturecapacity,FC)的变化规律相反。WMSF处理土壤田间持水量为38%,高于CK处理7.38%。土壤比容积差值与土壤线性伸展系数(coefficient of linear extensibility,COLE)和有机质(soil organic matter,SOM)含量均呈显著正相关(P0.05)。土壤收缩主要集中于正常段和滞留段,而质量含水量下降则表现在结构段和滞留段较为明显。尽管秸秆还田,尤其MSF处理结构段土壤含水量较大,但土体未发生明显收缩行为。综上所述,SOM累积因自身胀缩造成土体更强烈收缩,但通过水养增容实现了土体易于胀缩属性障碍因子的消减。小麦秸秆还田可显著提升土壤SOM含量,而玉米秸秆还田因难以腐化对土壤大孔隙度影响较大,小麦-玉米双季秸秆还田更符合该类型土壤农业生产中有机质提升、结构改善,水养增容的实际需求。     

保护性耕作对黑土微生物群落的影响

耕作方式通过影响土壤微生物群落而影响土壤生态系统过程。本研究以传统耕作玉米连作处理为对照,通过测定土壤微生物量碳及磷脂脂肪酸含量,分析了保护性耕作(包括免耕玉米连作和免耕大豆-玉米轮作)对黑土微生物群落的影响。结果表明,保护性耕作可显著增加土壤表层(0～5cm)全碳、全氮、水溶性有机碳、碱解氮和微生物量碳(P0.05),为微生物代谢提供了丰富的资源。同时,保护性耕作显著提高了土壤表层(0～5cm)总脂肪酸量、真菌和细菌生物量(P0.05),提高了土壤的真菌/细菌值,有利于农田土壤生态系统的稳定性。研究结果对于探讨保护性耕作的内在机制具有重要意义。     

秸秆还田对土壤有机质和氮素有效性影响及机制研究进展

秸秆还田作为全球有机农业的重要环节, 对维持农田肥力, 减少化肥使用, 提高陆地土壤碳汇能力具有积极作用。秸秆还田主要通过增加土壤有机质和提高氮肥利用率来改善农田生产环境, 获得高农业生产能力。有效的秸秆还田能为土壤中的微生物提供丰富的碳源, 刺激微生物活性, 提高土壤肥力; 同时矿化的秸秆组分能促进土壤氮循环和矿化, 提高氮素有效性。秸秆还田能够促使集约化高氮输入的农田生态系统维持正常的碳氮比例, 减少氮素淋洗损失, 改善土壤结构板结和连作障碍等现象。目前我国农田秸秆还田率不足50%, 与欧美国家高达90%多的秸秆还田率相比, 还具有很大的发展潜力。因此加强我国秸秆还田率能够逐渐改变我国耕地土壤存在的有机质含量和品质下降、氮素损失严重等现象。目前应进一步深入研究秸秆还田对有机质及氮素有效性的影响机制, 并结合长期监测试验, 以及多种秸秆还田技术进行比较研究, 发展适合当地秸秆还田模式, 促进我国农业生态系统的可持续性。     

秸秆还田对砂姜黑土理化性质与锰、锌、铜有效性的影响

采用田间试验与实验室培育试验研究作物秸秆还田对砂姜黑土理化性质及Cu、Zn、Mn有效性的影响,结果表明,秸秆还田可降低土壤容重,增大土壤总孔隙度,特别是毛管孔隙度显著增加。土壤中胡敏酸和富里酸含量显著增加,胡敏酸含量的增加对提高土壤有机质活性和改善土壤肥力具有良好效应。与单施化肥比较,秸秆配施化肥土壤中交换态锰、锌、铜含量分别增加11%、21%和41%,有机结合态锰、铜分别增加19%和103%。培育试验表明,加入粉碎的作物秸秆培育90d后,土壤中有效锰、有效铜含量分别增加21%和27%。     

长期秸秆还田对砂姜黑土矿质复合态有机质稳定性的影响

依托10 a定位试验研究了秸秆还田对典型砂姜黑土有机矿质复合体中有机质稳定性的影响机制。田间试验设置5个处理:氮磷钾配施下的小麦和玉米秸秆双季还田(WMS+F)、小麦秸秆还田(WS+F)、玉米秸秆还田(MS+F)、非秸秆还田(F)处理,以不施肥模式下的非秸秆还田为对照(CK)。结果显示,铁铝键合态和紧密结合态有机质含量累计占土壤总有机质的88.70%,且三者变化趋势一致,均呈现WS+F≈WMS+F≈MS+FFCK,并与土壤短程有序、有机结合态铁铝氧化物呈显著正相关,但与非晶型铁铝氧化物呈负相关性。秸秆还田显著促进了土壤有机质累积,并受到土壤铁铝键合态有机质的影响,但由于非晶型铁铝氧化物生成速度较慢,限制了土壤有机质的进一步累积。土壤紧密结合态有机质对其全量的贡献明显高于铁铝键合态有机质,相关机制值得进一步研究。     

稻草对砂姜黑土重组有机碳氮的影响

砂姜黑土是黄淮海平原地区的低产土壤之一。其低产原因有二:一是土壤有机质含量低,而且难以分解的组分又占相当大的比重,有效养分贫乏;二是粘粒含量高,湿时土壤膨胀,干时收缩,结构性差,保墒能力弱,耕性不良。     

秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0～10、>10～20、>20～40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0～10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50 μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10～20和>20～40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10～40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使&...     

耕作改制对砂姜黑土微量元素的影响

研究旱作改水旱轮作对砂姜黑土中微量元素含量、有效性和赋存形态等的影响结果表明,砂姜黑土旱作改水旱轮作后,微量元素的总含量除Ｍｏ外,均呈贫化趋且达显著水平;Ｃｕ、Ｆｅ、Ｍｎ和Ｍｏ的有效性明显提高,Ｚｎ的有效性降低,严重缺Ｚｎ可能限制作物产量提高,残留态、晶形铁态和碳酸盐态微量元素含量随旱作改水旱轮时间的延续而降低,有机态和无定形铁态微量元素的含量则不断增加,代换态微量元素含量变化与有效态微量元素相似     

不同耕作措施下秸秆还田对土壤速效养分和微生物量的影响

为揭示西辽河平原玉米秸秆还田的效应,在2014—2015年设秸秆深翻还田(DR)和秸秆旋耕还田(RR)2个处理,以旋耕不还田(CK)为对照,研究了不同耕作措施下秸秆还田当年和次年对土壤速效养分和微生物量的影响。结果表明:DR和RR均能不同程度的提高土壤碱解氮、速效钾的含量和细菌、真菌、放线菌的数量,且DR较RR的效果更为明显,RR对土壤有效磷含量影响不大。秸秆还田次年完熟期,3个土层(0—10,10—20,20—30cm)的平均值,土壤碱解氮含量DR和RR分别较CK增加了26.60%,16.34%,有效磷含量分别增加了19.81%,0.92%,速效钾含量分别增加了23.95%,12.53%,3个土层的总计,细菌数量分别增加36.46%,9.80%,真菌数量分别增加了22.10%,21.90%,放线菌数量分别增加23.55%,17.38%。秸秆还田当年与次年相比,土壤速效养分除拔节期当年增长幅度低于次年外,其他各时期均表现为当年增长幅度高于次年,微生物量表现为次年增长幅度高于当年;秸秆还田与对照相比,土壤速效养分和微生物量的增加,主要表现在0—10cm土层;不同生育时期相比,土壤速效养分还田当年以完熟期最大,次年以拔节期最大。     

施用方式和氮肥种类对砂姜黑土氮素迁移的影响

采用田间微区试验,在砂姜黑土中研究了施肥方式(上层12 cm土混施、土下12 cm点施、土下12 cm条施)和氮肥种类(尿素、磷酸氢二铵)对氮素垂直运移和水平迁移动态的影响。不同施用方式试验结果表明,在处理的90 d内,砂姜黑土中土壤NH_4~+-N和NO_3~–-N含量均呈现土下12 cm点施土下12 cm条施上层12 cm土混施的趋势。尿素在土下12 cm点施条件下,土壤NH_4~+-N主要集中在垂直方向6~18 cm土层和水平距离0~7 cm范围内;而NO_3~–-N的分布核心区土层超过21 cm,水平距离大于15 cm;NH_4~+-N和NO_3~–-N核心区浓度均随处理时间延长而明显下降。土下12 cm点施90 d后,尿素和磷酸铵的氮素养分在砂姜黑土中的横向移动距离为5~7 cm,垂直方向上养分主要集中在6~18 cm的土层范围;点施90 d时,磷酸铵处理在土下18 cm和水平距离12 cm处无机态氮(NH_4~+-N和NO_3~–-N)含量分别为148.9和77.4 mg/kg,其含量远大于尿素处理(96.3和53.2 mg/kg),而在施肥点两种氮肥处理土壤无机态氮含量差异更大,说明磷酸铵较尿素具有更高的保肥性。研究表明:点施延缓了NH_4~+-N向NO_3~–-N转化速率,提高了肥际养分供应浓度。结合作物生长和需肥特性,预示通过优化施肥位置和氮肥种类,采用一次施肥可以实现90 d持续供应高浓度养分以满足旱地作物生长发育的养分需求。     

秸秆全量还田配施沼液对砂姜黑土水稳性团聚体及结合有机碳的影响

为探究秸秆还田配施沼液对土壤水稳性团聚体及结合有机碳的影响，以黄淮海平原砂姜黑土为研究对象，设置秸秆全量还田和秸秆全量还田配施不同剂量(低剂量：450 m³/hm²；中剂量：750 m³/hm²；高剂量：1 050 m³/hm²)沼液处理以及空白对照，采集并分析了不同土层(0～20 cm和20～40 cm)水稳性团聚体及结合有机碳的分布情况。结果表明：相较于对照，秸秆还田和沼液灌施均显著促进各土层水稳性大团聚体形成及稳定性提高。秸秆还田配施中量沼液处理>0.25 mm粒径团聚体质量组成比例(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)最高，而团聚体破碎率(PAD)和分形维数(D)最低。单一进行秸秆还田和秸秆还田配施不同剂量沼液均显著增加各土层大团聚体结合有机碳贡献率，降低<0.25mm粒径土壤颗粒结合有机碳的贡献率。秸秆还田配施中量沼液处理使得大粒径团聚体结合有机碳贡献率显著高于其他处理。因此，进行秸秆全量还田配施适量沼液有助...     

不同施肥及秸秆还田对潮土有机质及其组分的影响

基于长期田间定位试验样地,研究了裸地(CK1)、不施肥秸秆移除(CK2)、不施肥秸秆还田(CK3)、施无机肥秸秆移除(NPK)、有机无机肥混施秸秆移除(1/2NPK+1/2OM)、有机肥秸秆移除(OM)、无机肥秸秆还田(NPK+S)、有机肥秸秆还田(OM+S)8种处理对土壤有机质及其组分含量的影响。结果表明,CK1土壤有机质及有机质各组分含量最低,但有机质稳定性较CK2、CK3高。与CK2相比,施肥处理(NPK、1/2NPK+1/2OM、OM)、秸秆还田处理(CK3)以及秸秆与肥料混施处理(NPK+S、OM+S)均能不同程度地增加土壤有机质及其各组分的含量,提高土壤有机质稳定性。其中OM处理效果最为显著,有机质含量比CK2高155.1%;有机质各组分中可溶性有机质DOM、富里酸FA、胡敏酸HA、胡敏素HM比CK2分别高39.1%、133.7%、540.0%、152.5%;HA/FA值为0.43,比CK2高173.9%。在CK3的基础上施用肥料(NPK+S、OM+S),土壤有机质含量以及有机质稳定性均有所增加,并且有机肥(OM+S)效果好于无机肥(NPK+S)。可见秸秆还田及有机肥施用对潮土有机质及其各组分含量均有提升作用,促进有机质积累并提高其稳定性。     

保护性耕作对潮土团聚体组成及其有机碳含量的影响

利用保护性耕作长期定位试验平台,研究了小麦-玉米轮作条件下连续5年实施免耕与秸秆还田对农田潮土团聚体组成、团聚体中有机碳含量的影响。结果表明:相比于常规翻耕,常规翻耕+秸秆还田、免耕、免耕+秸秆还田处理下5 mm粒级机械稳定性团聚体含量显著提升,增加比例分别为16.62%、16.05%、44.23%;而免耕、免耕+秸秆还田能显著提升5~2 mm粒级水稳性团聚体含量,提升比例分别为29.81%和64.28%,同时团聚体稳定率也有一定的提高;实施免耕能显著提高5~2、2~1 mm粒级水稳性团聚体中有机碳含量;除常规翻耕+秸秆还田处理下2~1 mm粒级外,秸秆还田对各粒级团聚体中有机碳含量均有不同程度的提升作用。     

稻草不同途径还田对土壤结构及有机质特征的影响

通过3年的田间定位试验,系统的研究了稻草不同途径还田对稻田土壤容重、孔隙度、团聚体、有机碳总量、腐殖质组成及腐殖质结合形态的影响。结果表明,与无肥(CK)及纯施化肥(NPK)对照相比,稻草直接深埋还田(NPK+S)及利用后的菌渣、牛粪、沼渣深埋还田(NPK+FD、NPK+CD、NPK+BD)均能一定程度的降低土壤容重、增加孔隙度、增加>0.25 mm水稳性团聚体的数量和提高土壤团聚体的稳定性,有利于形成和保持良好的土壤结构;同时能提高土壤腐殖质中胡敏酸含量和HA/FA比值,增加松结态腐殖质含量和提高松/紧腐殖质比值,能一定程度的改善土壤腐殖质的组成、性质及结合形态,提高腐殖质品质,不过这4个处理间的差异不明显。稻草焚烧还田(NPK+S′)在以上方面效果均不显著,且带来严重的大气污染,并不可取。     

稻秸还田下减量化施氮对小麦产量、养分吸收及土壤理化性质的影响

为明确稻秸还田下减量化施氮对小麦产量、养分吸收及土壤理化性质的影响，以小麦品种“宁麦16”为试验材料开展了试验研究，设置了不施氮对照（CK）、施氮量（常量施氮225kg/hm2，N1；减量20%施氮180 kg/hm2，N2）和氮肥运筹（基肥与追肥的比例为5:5，M1；基肥与追肥的比例为7:3，M2）处理，测定并分析了不同施氮量和氮肥运筹下小麦产量与其构成因素、养分吸收与分配、氮肥利用效率及土壤理化性质。结果表明，稻秸还田下，施氮可使小麦产量显著增加，N2处理小麦产量较N1处理仅降低了80.72kg/hm2，提高基施氮肥比例可使小麦单位面积有效穗数增加。施氮显著促进了小麦籽粒、秸秆和地上部的氮素、磷素和钾素吸收，N2处理小麦氮素、磷素和钾素吸收量低于N1处理；N1和N2水平下，M2处理小麦氮素和磷素吸收量均高于M1处理，而钾素吸收量低于后者。N2处理小麦氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮肥表观利用率和氮素生理效率较N1处理提高，而100kg籽粒吸氮量降低。N1处理土壤碱解氮含量显著高于CK；N2处理土壤有机质、碱解氮和速效钾含量低于N1处理，而土壤有效磷含量高于后者；N1和N2水平下，M1处理土壤有机质和碱解氮含量高于M2处理，而土壤有效磷和速效钾含量表现为M2处理高于M1处理。综合来看，稻秸还田下，常规施氮量基础上减量20%，适当提高基施氮肥比例，可增加单位面积有效穗数，实现小麦高产稳产，提高氮肥利用效率。     

尿素与缓释尿素配施添加DMPP对砂姜黑土氮素转化的影响

研究尿素与缓释尿素配施添加硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸（DMPP）对砂姜黑土氮素转化的影响，为田间速效与缓释氮的合理配施提供理论依据。采用室内恒温、恒湿培养试验方法，试验设不施肥（CK）、单施尿素（N）、单施缓释尿素（S）、60%尿素+40%缓释尿素（NS）、尿素+DMPP（ND）、缓释尿素+DMPP（SD）、60%尿素+40%缓释尿素+DMPP（NSD）共七个处理，通过测定不同处理土壤中不同形态氮素含量，探究添加DMPP在单施尿素、单施缓释尿素及尿素与缓释尿素配施上对土壤氮素转化的不同影响。ND处理在培养第1~35 d内铵态氮含量均显著高于N处理（P<0.05），并有效延缓了铵态氮向硝态氮转化的时间。SD处理较之S处理在显著提高土壤中铵态氮含量的同时（P<0.05），也能有效抑制硝化作用，其硝化抑制有效作用时间在49 d左右，并且在此期间内能降低表观硝化率，提高硝化抑制率。与NS处理相比，NSD处理不仅能够显著提高土壤铵态氮含量（P<0.05），使铵态氮半衰期延长至18.6 d，硝化抑制率显著提高（P<0.05），表观硝化作用有效抑制时间延长了32 d左右。综合分析表明，尿素与缓释尿素配施添加DMPP在抑制氨氧化作用中效果明显，显著提高硝化抑制率（P<0.05），降低表观硝化率，有效延长了铵态氮在土壤中停留的时间，该措施为有效阻控农田氮素损失提供了科学依据。     

Conservation Tillage,Rotations, and Cover Crop Affecting Soil Quality in the Tennessee Valley: Particulate Organic Matter,Organic Matter,and Microbial Biomass

Abstract

The impact of conservation tillage, crop rotation, and cover cropping on soil‐quality indicators was evaluated in a long‐term experiment for cotton. Compared to conventional‐tillage cotton, other treatments had 3.4 to 7.7 Mg ha^?1 more carbon (C) over all soil depths. The particulate organic matter C (POMc) accounts for 29 to 48 and 16 to 22% of soil organic C (SOC) for the 0‐ to 3‐and 3‐ to 6‐cm depths, respectively. Tillage had a strongth influence on POMc within the 0‐ to 3‐cm depth, but cropping intensity and cover crop did not affect POMc. A large stratification for microbial biomass was observed varing from 221 to 434 and 63 to 110 mg kg^?1 within depth of 0–3 and 12–24 cm respectively. The microbial biomass is a more sensitive indicator (compared to SOC) of management impacts, showing clear effect of tillage, rotation, and cropping intensity. The no‐tillage cotton double‐cropped wheat/soybean system that combined high cropping intensity and crop rotation provided the best soil quality.     

Long-Term Tillage,Straw Management,and Nitrogen Fertilization Effects on Organic Matter and Mineralizable Carbon and Nitrogen in a Black Chernozem Soil

Soil, crop, and fertilizer management practices may affect quality of organic carbon (C) and nitrogen (N) in soil. A long-term field experiment (growing barley, wheat, or canola)was conducted on a Black Chernozem (Albic Argicryoll) loam at Ellerslie, Alberta, Canada, to determine the influence of 19 years (1980 to 1998) of tillage [zero tillage (ZT) and conventional tillage (CT)], straw management [straw removed (S_Rem) and straw retained (S_Ret)], and N fertilizer rate (0, 50, and 100 kg N ha^?1 in S_Ret and 0 kg N ha^?1 in S_Rem plots) on macro-organic matter C (MOM-C) and N (MOM-N), microbial biomass C (MB-C), and mineralizable C (C_min) and N (N_min) in the 0- to 7.5-cm and 7.5- to 15-cm soil layers. Treatments with N fertilizer and S_Ret generally had a greater mass of MOM-C (by 201 kg C ha^?1 with 100 kg N ha^?1 rate and by 254 kg C ha^?1 with S_Ret), MOM-N (by 12.4 kg N ha^?1 with 100 kg N ha^?1 rate and by 8.0 kg N ha^?1 with S_Ret), C_min(by 146 kg C ha^?1 with 100 kg N ha^?1 rate and by 44 kg C ha^?1 with S_Ret), and N_min(by 7.9 kg N ha^?1 with 100 kg N ha^?1 rate and by 9.0 kg N ha^?1 with S_Ret)in soil than the corresponding zero-N and S_Rem treatments. Tillage, straw, and N fertilizer had no consistent effect on MB-C in soil. Correlations between these dynamic soil organic C or N fractions were strong and significant in most cases, except for MB-C, which had no significant correlation with MOM-C and MOM-N. Linear regressions between crop residue C input and mass of MOM-C, MOM-N, C_min, and N_min in soil were significant, but it was not significant for MB-C. The effects of management practices on dynamic soil organic C and N fractions were more pronounced in the 0- to 7.5-cm surface soil layer than in the 7.5- to 15-cm subsoil layer. In conclusion, the findings suggest that application of N fertilizer and retention of straw would improve soil quality by increasing macro-organic matter and N-supplying power of soil.