黑土农田生态系统的保育与发展

东北黑土区是我国的重要商品粮基地,其利用现状不容乐观.在黑土农田生态系统的水、肥和信息资源的研究方面取得了大量的成果,为保护利用提供了科学依据.     

氮磷肥对黑土玉米农田生态系统土壤微生物量碳、氮的影响

通过田间氮磷肥配施试验研究了氮磷配施对黑土玉米农田生态系统玉米不同生育时期微生物量碳、氮的影响。微生物量随玉米不同生育期的动态变化表明,氮磷肥对微生物量碳和微生物量氮的动态影响并不同步,微生物量碳和微生物量氮变化最显著的时期均是授粉期,但此时微生物量碳是最低的谷值,而微生物量氮是最高的峰值。不同氮磷配比对微生物量碳影响的回归分析表明,氮肥是影响微生物量碳的主导因素,无论是适量施用还是过量施用都是氮肥对微生物量碳的影响较大。不同氮磷配比对微生物量氮影响的回归分析表明,过量氮肥的施用减少了土壤微生物量氮的含量。磷肥无论高量和低量均能增加微生物量氮的含量,但随着施用量的增加对微生物量氮的正效应减小。氮磷配合施用可增加土壤的微生物量氮,由此可见无论单施氮肥还是单施磷肥,过量施用对微生物量氮的增加都是不利的,只有氮磷配合施用才是增加土壤微生物量氮的有效途径。     

黑龙江海伦农田黑土水分特征

根据多年观测资料研究 ,提出黑龙江海伦区域农田黑土水分的基本特征 ,黑土水分季节动态变化规律和垂直动态变化规律 ,同时分析了影响土壤水分变化规律的主要因素。     

张掖市农田生态系统碳源/汇时空分布特征

[目的]探究农田生态系统的碳源/汇状况,为绿洲农田生态系统农作物类型及其种植模式研究提供参考。[方法]利用2001—2010年张掖市主要农作物产量、耕地面积、农作物播种面积及农业投入等数据,根据农田碳吸收、碳排放模型估算各县区农田生态系统的碳吸收、碳排放及碳汇,并分析其时空分布特征。[结果]张掖市各县区碳吸收、碳排放、碳汇强度存在明显的时空差异;同一农作物的碳吸收强度仅与单产量有关,且成正比;经济作物中棉花的单位面积变化量对碳吸收的贡献率最大,粮食作物中大豆的贡献率最大。碳排放量是化肥施用量、农作物种植面积、农业机械总动力及灌溉面积的一次函数,化肥施用量的单位变化量对碳排放的贡献率最大,碳排放量呈逐年增加的趋势;灌溉面积次之,且逐年有降低的趋势;农业机械碳排放所占比例较小,低于碳排放总量的5%。[结论]近10a来张掖市农田生态系统碳吸收总量整体上呈显著增加趋势,碳排放总量呈减小趋势,表明张掖市农田生态系统具有较强的碳汇能力。     

农田黑土水分调节能力分析

农田黑土区土壤水分对作物生育期间水分需求起到调节作用,农田黑水分调节能力的大小取决于大气降水和作物生育阶段对水分的需求,土壤水分调节主要在作物生育前期。土壤水分调节量占作物耗水量的70%,而0-100cm土层占总土壤水分调节量的80%,春小麦、大豆耗水高峰期在生育中期和后期,其生育后期水分来源主要靠大气降水;玉米耗水高峰期在生育中期,其水分来源也主要靠大气降水。     

草地和农田生态系统中黑土活性有机碳的特征

为阐明植被覆盖与施肥管理综合作用下黑土活性有机碳的数量特征,探讨合理调控农田土壤质量的施肥模式。本试验以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位试验为平台,对比和研究了草地与农田生态系统中不同施肥处理下土壤总有机碳、颗粒有机碳、微生物生物量碳、冷水提取有机碳以及热水提取有机碳数量上的差异及相互关系。结果表明:经过25年的自然恢复,草地生态系统中土壤有机碳及各活性有机碳的数量显著高于农田生态系统中的无肥处理(P<0.05)。农田生态系统中,化肥处理对农田土壤有机碳和活性有机碳的提高作用并不明显;经过长期化肥+有机肥处理后,农田土壤总有机碳与各活性组分的数量较无肥和化肥处理显著提高(P<0.05),除微生物生物量碳外,总有机碳与其他活性有机碳组分的数量均达到草地植被下的碳水平,土壤总有机碳及冷水和热水提取有机碳的含量与草地生态系统的差异不显著,颗粒有机碳含量比草地生态系统坛加43.7%。相关性分析表明,土壤有机碳总量、微生物生物量碳、冷水提取有机碳以及热水提取有机碳两两之间的相关性均达到显著或极显著水平。长期化肥与有机肥配施是提高黑土有机碳及其活性有机碳数量的有效措施。     

农田黑土季节性冻融过程及其水分分布特征

秋冬、冬春季节转换过程中0~10 cm农田黑土温度日较差较大,土壤经历着反复的冻融交替过程,大于20 cm的土壤温度日较差逐渐减小,冻融作用对深层土壤的影响逐渐减弱。融冻期土壤融化过程是由地表向下和由季节冻结层底面向上两个方向同时进行;而冻融期土壤冻结过程由土壤表面向下单方向进行。冻融过程中土壤水分发生迁移而重新分布,冻结期上层土壤首先冻结并聚集水分;融化期冻层融化水分向冻结锋面迁移,越靠近冻结层水分含量越大。     

不同黑土生态系统的土壤水分物理性质研究

研究了黑土农田生态系统（无肥、化肥、化肥＋有机肥3种方式）、草地生态系统、裸地生态系统的土壤水分物理性质。结果表明：草地生态系统向无肥农田系统转变过程中，容重、有机质、孔隙度，特征持水量、水稳性团聚体都有恶化的趋势，化肥的投入使其恶化趋势减缓，化肥＋有机肥效果更佳，表明施肥对水分物理性质的作用主要是通过促进植物生长尤其是根系的生物量，继而增加有机质，改善土壤结构，调节孔隙和持水状况。裸地系统下的各性状比农田变得更劣，说明生物措施在改善土壤物理性质方面的重要作用。     

农田黑土肥力综合评价研究

对土壤肥力评价是认识农田生产力的重要基础。采用经典统计学方法，对黑龙江省整个黑土区农田土壤肥力性状、现状、空间变异特性进行了综合评估，为黑土农田可持续发展提供依据。     

保护性耕作小麦--玉米农田生态系统能流特点的研究

通过在黑龙港地区主要土壤类型壤质潮土上连续3年的耕作试验，研究在不同耕作条件下农田生态系统的能流特点与能量分配的合理性。结果表明，与传统耕作制度相比，保护性耕作（免耕）能够明显提高小麦-玉米一年两作农田生态系统的能量转化率，能量投产比间的差异显著（P<0.01）；不同耕作农田生态系统的熵变和自由能绝对值的差异均无统计学意义，但在一定程度上表明免耕增强了农田生态系统的有序性，从而提高了系统的相对生产力。     

湖北降水中的硫及其对农田生态的影响

在湖北兴山、当阳、郧县、襄樊、沙市、孝昌、武汉西郊和湖大、崇阳、罗田等 1 0个地点 ,自 1 996年 1月至 1 998年 6月按季度收集降水样品 ,测定硫含量。研究表明各地降水中SO42 - 浓度年均值及降水对农田的供硫量逐年增大 ;绝大多数地点每年 4季度至次年 1季度降水总硫量高于当年 2、3季度降水总硫量 ,因而对越冬作物影响明显超过对夏季作物影响。由于多数地点土壤持硫能力低 ,土壤有效硫不足 ,故降水中的硫可对作物带来有利的生态影响。然而 ,在降水供硫量大的鄂东南棕红壤酸性土壤地区 ,酸雨可能是促使土壤更酸和产生其他环境生态问题的潜在威胁。     

雨强对三峡库区黄色石灰土养分流失的影响

采用室内模拟降雨装置研究了三峡库区黄色石灰土的养分流失规律。雨强对径流的养分浓度和泥沙的养分浓度无关 ,但可影响其浓度峰值出现时间 ,并与养分流失量呈正相关 ;径流中养分浓度远低于泥沙养分浓度 ,坡面养分流失以泥沙携带为主 ,但由于径流中养分以可溶态速效养分为主 ,径流携带的养分流失不容忽视     

Nutrient deficiencies in olives grown on typical Mediterranean soils (Terra rossa,Rendzina, Lithosol)

An important part of agriculture in the European Mediterranean area is olive (Olea europaea L.) production. Characterising the relationships between properties of different soils where olive is grown and nutrient status in olive leaves can enhance our understanding of soil-plant interactions. Three different soils (Terra rossa, Rendzina, Lithosol) were characterized for their physical and chemical characteristics; plant-available nutrients were extracted with ammonium nitrate. Soils, soil extracts and leaf digests were analysed for nutrients and for nitrogen in soils and leaf. A redundancy analysis (RDA) was applied to elucidate relationships between soil properties and leaf nutrients. As revealed by RDA, leaf concentrations of Mg, K, Ca and micronutrients were explained by available Mg, total carbonates and soil organic carbon in topsoil. Leaf concentration of Na was associated with total Na in topsoil. Copper and Mo deficiencies were detected in plants grown in Lithosol, and Mg, P, Mn and Zn deficiencies were noted in all plants. Through appropriate agronomic techniques, Lithosols can be used for olive groves, but they have significant limitation regarding nutrient availability. Our results support the relevance of using soil nutrient variability to provide a basis for optimisation of measures for olive groves.     

基于多重分形的半干旱区农田表层土壤粒径分布特征研究

为探明农田因管理方式不同而导致的土壤粒径分布(PSD)差异,在阴山北麓农牧交错区选择典型莜麦留茬地、翻耕耙平地、翻耕不耙平地进行了研究。试验选择表层0~10 cm土壤为研究对象,运用多重分形理论分析探讨不同管理方式下土壤颗粒的分布特征及差异。研究结果表明:不同管理方式下研究区土壤颗粒组成中黏粒含量均极低,翻耕不耙平地和莜麦留茬地以粉粒和细砂为主,翻耕耙平地以粉粒和极细砂为主;广义维数谱D(q)为反"S"型递减函数,且D_0D_1D_2,多重分形谱f(q)为左勾状单峰曲线,?α值在2.405~2.596,非均一性高,可用多重分形来表征土壤PSD特征;多重分形参数D_1、D_2同黏粒含量呈显著正相关关系,D_0/D_1与粉粒呈显著正相关关系,与砂粒成负相关关系,?f反之;管理方式对土壤PSD及多重分形参数D_0、?α、?f有显著影响(P0.05),对D_1、D_1/D_0、D_2、α0影响不显著。根据试验结果,建议当地农田在生产后进行留茬或秸秆覆盖处理,结合当地主风向选择适宜翻耕方式。     

张掖市典型绿洲农田生态系统生产力时空分布特征

[目的]以甘肃省张掖市甘州区典型绿洲为例,研究绿洲农田生产力的时空格局及其全球变化对农田生产力的影响,为区域农业资源管理决策与规划提供决策依据。[方法]利用MOD17A3NPP产品、气象数据及甘州区农业统计等数据,结合GIS空间分析技术开展研究。[结果]甘州区不同农田类型净初级生产力(NPP)均值最小值均出现在2001年,最大值出现在2007年。甘州区农田净初级生产力年均值变化范围为109.3~420.5g/(m~2·a),其分布特征与农田类型的空间分布基本一致;同一农田类型,高海拔区农田生产力小于海拔较低区,即农田生产力的大小是由农田类型及海拔高度共同决定的。NPP变化趋势存在明显的空间异质性,农田生产力增加的面积占总面积的40.9%,主要是旱地和高海拔地区的水浇地。海拔1 800m以上的旱地和水浇地年降水量的增加趋势远大于平均气温,其NPP呈明显的增加趋势。[结论]近10a来甘州区农田生态系统生产力存在明显的时空差异,整个旱地和水浇地年均NPP呈增加趋势,水田年均NPP呈下降趋势。     

土壤微生物研究在农田质量评价中的应用

农田生产能力的可持续发展,是当前农田质量评价的主要目标之一。随着土壤微生物学研究的逐渐成熟,可考虑通过微生物角度对农田质量进行分析,以期从土壤微观机理解释农田发展的可持续性。基于文献汇总、统计学分析及对土壤微生物研究的认知,阐述了微生物群落如何反馈农田土壤质量,如对农田管理、作物产量以及土壤污染的反馈功能,并提出了可纳入农田质量评价系统的微生物学指标及相应的测定方法。根据统计学显著性检验方法,综合最小数据集法、土壤质量指数、内梅罗指数等农田土壤质量评价方法,提出农田质量评价的路径流程,以及土样采集与数据分析的具体方案。综上可知,利用土壤微生物指标构建的评价体系,能够更直观反映出农田整治改良项目对耕地造成的影响及收益状况。     

农田河道河岸土壤含水量变化特性分析研究

河岸土壤含水量是选择农田河道护岸植物的一个重要影响因素。根据2008年10月~2009年9月对宁波农村地区3条典型农田河道河岸土壤含水量的周年监测结果,同时结合同期的降水量数据和河道水位数据,开展宁波农村地区农田河道河岸土壤含水量的变化特征研究。结果表明:(1)农田河道河岸不同位置的平均土壤含水量顺序为位置3(常水位至洪水位河岸区域)>CK(岸边蔬菜地)>位置2(洪水位至岸顶河岸区域)>位置1(岸顶区域),岸顶及洪水位以上河岸区域的土壤相对干燥,而常水位至洪水位之间河岸区域相对湿润,但此区域土壤含水量变化幅度大,长期处于旱湿交替状态;(2)河岸位置1和位置2的土壤含水量与采样当地3日内的降水量之和存在显著相关关系,河岸位置3的土壤含水量与降水量相关性不显著,而与河道水位高低存着极显著相关关系。(3)农田河道河岸不同位置的护岸植物选种需根据土壤含水量变化特征进行确定。