基于熵权-TOPSIS模型筛选陇中旱作区适宜玉米轮作的土壤可持续系统

为探索陇中黄土高原旱作区不同轮作系统对土壤改良的影响,本研究对玉米（Zea mays）与苜蓿（Medicago sativa）、马铃薯（Solanum tuberosum）、大豆（Glycine max）、小麦（Triticum aestivum）4种轮作模式的土壤全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾、速效钾、有机碳、团聚体进行测定分析。结果表明：轮作较连作相比土壤养分有一定程度的提高。轮作下土壤全氮和碱解氮含量分别提高7.08%~20.35%和9.89%~37.52%,土壤磷素和钾素含量提高,土壤有机碳含量提高13.14%~27.52%,土壤团聚体均以大团聚体（≥ 0.25 mm的土壤团聚体）为主,玉米-大豆轮作土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径的值较高。利用熵权法及TOPSIS模型对各处理的土壤肥力进行综合评价,结果显示玉米-苜蓿轮作对土壤肥力的改良效果最好,合理轮作可实现土壤养分内生状态良质化。     

黄土高原不同粮草种植模式土壤碳氮及土壤酶活性

通过在陇中黄土高原半干旱区对苜蓿(Medicago sativa)-作物轮作地进行长期定位试验,探讨不同种植模式对土壤碳氮形态及其相关酶活性的影响。6种种植模式分别为苜蓿-苜蓿、苜蓿-休闲、苜蓿-小麦(Triticum aestivum)、苜蓿-玉米(Zea mays)、苜蓿-马铃薯(Solanum tuberosum)和苜蓿-谷子(Setaria italica)。结果表明,苜蓿-作物种植模式不利于土壤总有机碳的积累,而苜蓿翻耕后保持休闲则可维持较高的有机碳含量;与苜蓿连作相比,苜蓿-作物种植模式的土壤有机碳降低了1.60%~23.11%,全氮含量增加了3.81%~21.83%。不同作物对土壤养分吸收利用状况不同,进而引起土壤酶发生变化。与苜蓿连作相比,苜蓿粮食作物种植模式在降低土壤过氧化氢酶和蛋白酶活性的同时,提高了土壤硝酸还原酶活性;其中土壤过氧化氢酶活性和蛋白酶活性分别降低了5.20%~12.30%和15.03%~43.43%,硝酸还原酶活性提高了1.26%~28.79%。苜蓿连作和苜蓿-粮食作物种植模式间的土壤脲酶活性无显著差异(P0.05),但均高于苜蓿-休闲处理。相关性分析结果表明,土壤脲酶活性与土壤有机碳、全氮含量呈显著正相关(P0.05),可作为衡量土壤肥力的指标。     

培肥措施对旱地农田土壤CO2排放和碳库管理指数的影响

阐明长期有机物料施肥下土壤CO₂排放特征及其影响机制以及碳库管理指数对黄土高原旱作农业区固碳减排及施肥模式选择的影响尤为重要。基于2012年设置在陇中黄土高原旱作区的长期定位试验,通过不施肥（CK）、氮肥（NF）、有机肥（OM）、秸秆（ST）、有机肥结合无机肥（OMNF）5个处理,测定并计算了2018年不同施肥措施下全年土壤CO₂排放、作物碳排放效率和碳库管理指数的变化,并运用结构方程模型分析了0~30 cm土壤温度、水分、微生物量碳氮、易氧化有机碳、蔗糖酶、脲酶与土壤CO₂排放速率的关系。结果表明：1）与不施肥相比,秸秆、有机结合无机肥和有机肥处理使生育期土壤CO₂排放平均速率提高了42.72%、30.82%和29.79%,秸秆、有机肥处理分别使生育期土壤CO₂排放量显著提高36.35%、32.45%（P<0.05）,有机结合无机肥处理使碳排放效率显著降低41.10%（P<0.05）;2）有机物料处理均能显著提高0~5 cm土层易氧化有机碳、微生物量碳氮、蔗糖酶活性和碳库管理指数,相比不施肥和氮肥处理,有机结合无机肥处理分别使0~30 cm土壤碳库管理指数提高127.41%,99.33%（P<0.05）;3）结构方程模型表明,环境因子对土壤CO₂排放速率的总解释度为53%,对土壤CO₂排放速率总效应较大的影响因素包括土壤温度（2.36）、微生物量碳（1.59）和土壤水分（1.18）,且均间接地影响着土壤CO₂排放速率,土壤温度促进了微生物量碳和蔗糖酶活性的提高,微生物量碳促进了微生物量氮和易氧化有机碳的增加。综合来看,有机结合无机肥处理可以提升土壤碳库管理指数,保持微生物活性,增加作物产量,降低土壤碳排放效率,是陇中黄土高原旱作农业区比较适宜的农田培肥措施。     

化肥减量配施有机肥对青贮玉米产量、营养价值及土壤微生物活性的影响

以关中地区青贮玉米(Zea mays)及其根际土壤为研究对象,研究了种植当年化肥减量配施有机肥对青贮玉米产量、营养价值及土壤微生物活性的影响。结果表明,施肥当年不同处理之间产量无显著差异(P>0.05)。单施化肥处理(T1)的粗蛋白含量最高,配施有机肥在一定程度上降低了玉米的粗蛋白含量,提高了纤维的含量。T1处理的土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量及土壤脲酶和碱性磷酸酶活性均最低。随着有机肥配施比例的增加土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮含量和土壤酶活性均升高。由此初步说明,在关中地区化肥减量配施有机肥能够维持种植当年的玉米产量,显著提高土壤碳、氮储量及土壤酶活性。本研究为关中地区发展青贮玉米产业、改善土壤环境和提高肥料利用效率提供理论依据。     

绿洲灌溉区与旱作区连作苜蓿土壤理化性质的研究

为研究连作模式下不同气候区苜蓿（Medicago sativa L.）土壤理化指标地域分布的差异性,对甘肃省灌区和旱作区连作苜蓿土壤的全氮（TSN）、有机碳（SOC）及土壤团粒结构等指标进行研究。结果表明：灌区SOC含量均高于旱作区,90～100 cm土层差值最大,达3.41 g·kg^-1;0～100 cm土层灌区SOC含量为6.81~12.49 g·kg^-1,均值为9.25 g·kg^-1,比旱作区高22%。旱作区TSN含量随土壤深度增加而减小,含量为（1.03±0.01）~（0.44±0.04） g·kg^-1;0～30 cm土层灌区TSN含量相对较稳定,30～60 cm土层则急剧下降,70～100 cm内又较为稳定,TSN含量维持在（0.66±0.01） g·kg^-1。灌区苜蓿土壤的分形维数均低于旱作的,0～40 cm土层内随土壤深度增加而增大（P<0.05）,随着土壤深度的增加>0.25 mm土壤团粒质量在干筛和湿筛处理下均呈现降低趋势;0～20 cm土层的土壤分形维数小于20～40 cm的,在干筛条件下,>5 mm的土壤团聚体含量最高,5～2 mm的次之,0.5～0.25 mm的最少。因此,苜蓿土壤SOC和TSN含量随着灌溉水平的差异表现出显著变化,且灌区苜蓿土壤团粒结构优于旱作区更适合苜蓿耕作,但旱区苜蓿土壤0～30 cm土层保水性等同于灌区的,说明连作苜蓿具有较强的抗旱性。     

覆膜种植对高寒区土壤水热、养分和苜蓿越冬的影响

为探究覆膜种植对青藏高原高寒区苜蓿（Medicago）越冬的影响,试验以‘甘农1号’杂花苜蓿为材料,在甘肃省武威市天祝高寒地区进行了3种覆盖模式的苜蓿种植试验,以垄沟（Ridge and furrow,RF）为对照,以垄沟覆膜（Film mulching on ridge and furrow,FMRF）和平作地膜（Film mulching parallel to the ground,MPG）为处理组,研究分析苜蓿生长当年的土壤水热及养分状况。结果表明：和RF相比,FMRF和MPG处理下苜蓿越冬率提高了25.76%和23.79%,覆膜下苜蓿越冬率达88%以上;覆膜可提高高寒区苜蓿地土壤温度和水分,和RF相比,MPG增温2.3℃,增温效果最佳,FMRF增加土壤水分6.93%,保墒效果最佳;土壤氮含量和土壤酶活性在土壤水热改善的基础上也得到增加,土壤氮含量和酶活性在0～30 cm各土层均表现为：FMRF>MPG>RF。在天祝高寒区及类似区域采用覆膜处理可以提升土壤温度和水分,促进微生物活动,使土壤酶活性增加,进而促进土壤氮素循环,使苜蓿种植当年的生物量和越冬率得到提高,且FMRF处理效果优于MPG。     

长江中下游地区紫花苜蓿与玉米周年轮作栽培模式

为探索南方紫花苜蓿（Medicago sativa）种植新途径,建立长江中下游地区紫花苜蓿和玉米（Zea mays）周年轮作栽培模式,本研究开展了紫花苜蓿冬闲田栽培技术和轮作玉米栽培技术研究。紫花苜蓿栽培试验设置了对照（不施肥）和施肥（NPK复合肥）处理;轮作玉米试验设置了原位添加苜蓿绿肥（紫花苜蓿种植地）、异地添加苜蓿绿肥（未种植紫花苜蓿地）和不添加苜蓿绿肥（对照） 3个处理,添加量为3 000 kg·hm^-2苜蓿干草。结果表明：秋播紫花苜蓿可分别于次年4月初和5月中旬刈割两茬。其中,施肥显著提高了苜蓿产量和叶蛋白质含量（P <0.05）,两茬累计干草产量达到10 897 kg·hm^-2,比对照增产22.7%;与未种苜蓿地相比,种植苜蓿显著提高了0-30 cm土层的全氮、速效磷和有机质含量（P <0.05）。原位添加和异地添加苜蓿绿肥均显著提高了轮作玉米的全株生物量（P <0.05）,增幅分别达到40.1%和16.7%,并且,原位添加显著提高了0-20 cm土层的全氮和速效钾含量,以及10-20 cm的速效磷和有机质含量（...     

陇中黄土高原半干旱区苜蓿-作物轮作对土壤物理性质的影响

本研究通过设置在陇中黄土高原半干旱区苜蓿-作物轮作系统的长期定位试验,探讨了不同轮作模式对土壤物理性质的影响。6种轮作模式包括:苜蓿-苜蓿(L-L)、苜蓿-休闲(L-F)、苜蓿-小麦(L-W)、苜蓿-玉米(L-C)、苜蓿-马铃薯(L-P)和苜蓿-谷子(L-M)。结果表明,不同轮作模式下耕层土壤容重、孔隙度、土壤饱和导水率、土壤渗吸率、宏观毛管长度和有效孔径差异显著,苜蓿-作物轮作对土壤团聚体稳定性有一定影响,但不明显。L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式的土壤容重比L-L模式分别降低了6.86%,7.69%,6.22%,9.29%与10.17%。土壤渗吸率在L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式下分别比L-L模式提高了1.19,2.31,0.25,0.66和0.75倍,宏观毛管长度分别提高了3.73,2.92,1.49,2.62和1.15倍,有效孔径分别降低了79.43%,72.99%,56.71%,69.41%和56.35%,L-F、L-W和L-M模式土壤饱和导水率分别比L-L模式提高了0.32,1.52和0.33倍。轮作对土壤团聚体的影响主要表现在0~10 cm和10~30 cm的土层,其中L-C模式显著增加了土壤大团聚体含量,且增大了平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)值,提高了土壤的机械稳定性,L-P模式次之,但轮作在一定程度上降低了土壤水稳性团聚体的含量,L-F、L-W、L-C、L-P和L-M模式比L-L模式分别降低了33.44%,23.08%,7.36%,27.09%和20.29%。说明在黄土高原半干旱区,轮作有助于形成良好的土壤结构,改善土壤的渗透性能,促进土壤物理质量的提高。     

荒漠灌区苜蓿后茬轮作不同作物对土壤细菌群落的影响

为阐明荒漠灌区苜蓿（Medicago sativa）后茬轮作不同作物对土壤细菌群落的影响,本研究以6年生苜蓿地为对照（CK）,以5年生苜蓿地翻耕灭茬分别种植1年小麦（Triticum aestivum）（T₁）、油菜（Brassica chinensis）（T₂）、葵花（Helianthus annuus）（T₃）、玉米（Zea mays）（T₄）为处理,采用高通量测序技术,分析不同处理下土壤细菌群落的变化特征。结果表明,T₁,T₂微生物量碳含量显著大于CK,T₄微生物量氮含量显著高于CK（P<0.05）;T₃,T₄土壤呼吸显著大于CK（P<0.05）;T₁,T₂,T₃,T₄脲酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶活性分别是CK的1.44,1.13,1.36,1.54倍,1.53,7.78,4.25,7.28倍,1.09,1.28,1.14,1.06倍,1.11,1.38,1.14,1.74倍;与CK相比,轮茬后变形菌门、放线菌门、芽单胞菌门相对丰富呈降低、而酸杆菌门相对丰富呈增加趋势,这4个菌门为不同处理的优势菌门,占所有菌门的82.67%;T₁,T₂土壤细菌群落丰富度指数（Chao1和ACE）均显著高于CK（P<0.05）。综上,荒漠灌区轮茬较苜蓿连作更有助于提高土壤酶活性,稳定细菌群落结构,提高土地生产力。     

绿肥与化肥配施对植烟土壤微生物量及供氮能力的影响

通过田间试验,研究绿肥与化肥配施对植烟土壤微生物量碳、氮及土壤供氮能力的影响,为探索发展低碳烟草农业、构建资源节约型和环境友好型农业,实现烟叶生产的可持续发展和特色烟叶开发提供理论依据。结果表明,绿肥与化肥配施能明显提高土壤微生物量碳、微生物量氮和土壤的供氮能力。在烟株生长发育过程中,绿肥与化肥的不同配施比例对土壤微生物量碳、微生物量氮及土壤供氮能力的影响有明显的差异。与对照相比,配施绿肥的各处理在烟株不同生育时期土壤微生物量碳、微生物量氮和脲酶活性的提高幅度分别为7.07%~123.32%,3.28%~157.69%和3.13%~50.00%,土壤全氮和碱解氮含量的最高提高幅度分别为22.21%和15.42%,绿肥配施量以15 000~22 500 kg/hm²的综合效果较好。在烟草不同生育时期,土壤微生物量碳和微生物量氮的动态变化不同,微生物量碳的高峰出现在团棵期和现蕾期,而微生物量氮的高峰出现在团棵期和圆顶期。绿肥与化肥配施后,绿肥对促进微生物生物量增加和酶活性增强的贡献更大,绿肥矿化释放的氮素可以作为微生物量氮和土壤氮的重要给源,同时绿肥还具有明显的保存氮素的作用,能够提高土壤的供氮能力,表明配施绿肥后土壤生物过程活跃,有利于土壤有机物质的转化和烤烟正常生长所需要的营养供应。     

减量施肥对金花菜-水稻轮作系统中产量和土壤养分的影响

为探究轮作与减量施肥对轮作系统作物产量及土壤养分影响，优化金花菜(Medicago polymorpha)-水稻(Oryza sativa)轮作体系下施肥量，本研究采用双因素完全随机试验设计，设置“水稻连作(高肥)”“金花菜(不施肥)+水稻(中肥)”“金花菜(施肥)+水稻(中肥)”“金花菜(不施肥)+水稻(低肥)”和“金花菜(施肥)+水稻(低肥)”5种处理。结果表明减量施肥处理轮作系统产量及土壤养分差异较大，金花菜(施肥)+水稻(低肥)处理水稻产量较同年其他处理最高，有机质较其他处理整体显著增加14.81%～38.13%,土壤pH较其他处理降低2.34%～5.03%,土壤氮素含量较其他处理也显著增加0.80%～35.66%(P<0.05)。因此，轮作减量施肥可有效提高轮作系统产量与土壤养分。     

藏北高寒草原土壤酶活性对氮添加的响应及其影响因素

为阐明藏北高寒草原土壤酶活性对氮沉降响应规律,本研究于2013年开展模拟氮沉降试验(氮添加水平：0,2,5和10 g·m^-2·yr^-1),采用样方法对植物取样,双对角线法对土壤取样,分析土壤酶活性在氮添加5年后的变异特征及影响土壤酶活性的主要环境要素。结果表明：蔗糖酶、纤维素酶、多酚氧化酶和过氧化氢酶活性在氮添加后显著降低(P<0.01),而脲酶和中性磷酸酶活性在氮添加后显著增加(P<0.01)。通过相关性分析和冗余分析表明：氮添加未显著影响土壤pH,土壤pH对土壤酶不存在显著影响。氮添加增加土壤活性氮含量,提高凋落物量和地下生物量,降低根系木质素含量;氮添加增加土壤中易分解的碳氮资源,降低碳相关水解酶和氧化酶活性,提高脲酶活性;氮添加提高了植物对磷的需求,增强磷酸酶活性。因此,氮添加引起植物特征的变化是影响土壤酶活性的主要因素。     

基于Meta-analysis研究中国北方苜蓿土壤水分和养分效应

以中国北方为研究区域,检索已发表的相关文献田间试验数据,采用整合分析方法(Meta-analysis)系统探究种植年限对苜蓿地土壤水分和养分的时空效应.结果表明,与1～2龄苜蓿相比,随种植年限延长,土壤含水量和速效磷含量显著降低(P＜0.05),变化率在-38.0％～-24.0％和-46.5％～-20.2％之间,土壤有...     

藏沙蒿与多年生禾草混播对西藏沙化草地土壤酶活性和微生物生物量的影响

为分析藏沙蒿(Artemisia wellbyi)与多年生禾草混播3年的土壤酶活性和微生物生物量的含量特征,筛选出修复效果最好的混播比例,本研究采用比色和氯仿熏蒸的方法分别测定不同处理下的土壤酶活性和微生物生物量,以藏沙蒿、垂穗披碱草(Elymus nutans)和细茎冰草(Agropyron trachycaulhum)不同比例混播为处理,分别为T₁(4∶1∶2),T₂(4∶2∶1)和T₃(5∶1∶1),同时以未修复沙化草地为对照(CK),并与天然草地(NG)作比较。结果表明：与CK相比,3个比例混播处理均能改善土壤理化性质、提高土壤酶活性和微生物生物量碳氮磷含量,以T₃处理的效果最好。相关性分析表明,土壤酶活性与有机质、速效钾和全氮呈正相关;土壤微生物生物量与有效磷、碱解氮和含水量呈正相关。因此,灌草混播时,适当增加灌木的占比有利于土壤养分及生物学特性的恢复。     

留膜留茬免耕栽培对旱作玉米田土壤养分、微生物数量及酶活性的影响

为了探讨不同耕作和覆盖方式对陇东黄土旱塬农田耕层土壤养分、土壤容重、酶活性及微生物数量的影响。采用随机区组设计,设置留膜留茬免耕栽培(T)和全膜双垄沟播栽培(CK)2个处理,测定不同生育时期0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm 3个土层土壤养分含量、水解酶(蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶)活性及微生物(细菌、放线菌、真菌)数量等指标。结果表明:与 CK 相比,留膜留茬免耕栽培显著(P<0.05)提高了收获期表层(0~10 cm)土壤有机质、全量磷钾及速效磷钾含量,随土层深度增加,有机质及全量和速效磷钾含量均呈递减趋势。碱解氮含量在0~20 cm土层降低,在20~40 cm土层出现聚集。留膜留茬免耕栽培显著(P<0.05)增加了0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm土层土壤容重,增幅为7.1%~12.4%。不同耕作方式玉米0~40 cm土层微生物数量为细菌>放线菌>真菌。耕作方式对不同土层各生育期土壤微生物数量整体上影响显著(P<0.05),为T>CK。同一生育期随土层深度增加,土壤微生物数量整体上呈减少趋势,以表层(0~10 cm)最高,为T>CK。与CK相比,T的细菌和真菌在苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期、收获期分别增加23.7%、64.5%、7.6%、44.0%、5.6%和31.1%、91.7%、85.7%、10.5%、33.3%。放线菌在苗期、拔节期、收获期分别增加79.8%、15.1%、17.6%,抽雄期、灌浆期分别减少17.2%、33.2%。耕作方式对不同土层各生育期土壤酶活性整体上影响显著(P<0.05),为T>CK。同一生育期随土层深度增加,酶活性逐渐降低,以表层(0~10 cm)最高,T效果优于CK,与CK相比,T的蔗糖酶、脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶在玉米全生育期增幅分别为4.7%~126.1%、9.8%~47.0%、5.4%~33.7%、2.3%~43.2%。相关分析表明:土壤酶活性之间呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,细菌与蔗糖酶显著(P<0.05)相关,与磷酸酶极显著(P<0.01)相关,放线菌与土壤酶活性呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)相关,表明土壤微生物数量与酶活性能较好地反映土壤肥力水平。因此,留膜留茬免耕栽培在旱作农田条件下有利于土壤有机质及磷钾养分含量、酶活性及微生物数量的提高。     

不同材质可降解无纺布覆盖种植对高寒人工草地土壤碳氮磷化学计量特征的影响

为研究不同材质无纺布覆盖对高寒人工草地土壤碳氮磷化学计量特征的影响，选择5种常用生态修复草种，比较了5种可降解无纺布材料覆盖对其种植后土壤碳氮磷含量的影响。结果表明：白色厚羊毛纤维无纺布覆盖显著增加了星星草0~20 cm土层13.21%的土壤总氮和15.32%的有机碳含量；白色薄羊毛纤维无纺布显著增加了其0~20 cm土层15.25%的总氮含量以及10~20 cm土层6.78%的总磷含量；秸秆纤维无纺布显著增加了青海中华羊茅0~20 cm土层17.28%的有机碳、29.91%的总氮和11.47%的总磷含量。相关性分析表明，土壤有机碳、总氮、总磷与土壤平均温度和最低温度显著负相关，与土壤含水量显著正相关（P<0.05）。因此，无纺布覆盖主要通过影响土壤最低温度和含水量间接影响人工草地牧草的生长发育和对养分的吸收利用。