长期施肥对砂姜黑土重金属形态特征的影响

在31年的长期定位试验研究基础上,分析了5个不同施肥处理下土壤重金属Cu、Zn、Cd、Pb的含量变化及其分级特征。施肥处理包括CK、NP、M、MNP(等N)及HMNP(高氮)。结果表明,不同施肥处理Cu、Zn含量差异显著,尤其NP处理大幅度提高了土壤中锌的含量。而不同处理对Cd、Pb含量影响不大。5个不同施肥处理下的Cu、Zn、Cd、Pb均以残留态的含量为主,平均占总量为44.4%、45.6%、35.4%以及80.3%。不同施肥处理影响了重金属在各个形态间的分配比例和顺序。Cu、Zn的各个形态的含量表现为残留态>碳酸盐结合态>铁锰氧化态>有机态含量>可交换态,Pb的各形态分配顺序与Cu、Zn完全不同,依次为残留态>有机态>可交换态>酸盐结合态>铁锰氧化态,不同施肥处理影响到各个形态分配的量。不同施肥处理对Cd的形态分配影响较大。在长期NP、MNP施肥下,Cd的含量高低依次为残留态>有机态>铁锰氧化态>碳酸盐结合态>可交换态,而在其它施肥处理下,Cd的含量高低依次为残留态>碳酸盐结合态>有机态>铁锰氧化态>可交换态。     

长期施肥对砂姜黑土大孔隙形态和数量特征的影响

为探明长期施肥对砂姜黑土大孔隙结构的影响,本研究选取37 a田间定位试验的5个处理：不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施有机肥（M）、等氮条件下有机肥与化肥配施（MNPK）和高氮条件下有机肥与化肥配施（HMNPK）,通过X射线CT扫描原状土柱（直径7.4 cm,高20 cm）,利用图像处理技术进行土壤孔隙三维结构重建。结果表明,各处理下土壤团聚体结构内部以及团聚体之间均存在大孔隙,尤以M处理数量最多;分形维数和各向异性由大到小次序分别为HMNPK>M>MNPK>NPK>CK和MNPK>CK>M>NPK>HMNPK。与CK相比,有机肥配施处理（M、MNPK、HMNPK）的大孔隙度分别增加7、6、10个百分点,大孔隙数量分别增加41.5%、33.3%、26.8%。HMNPK处理孔径分布呈剧烈的双峰曲线波动,第一和第二峰值分别出现在395~577 μm和1 545~1 701 μm处。主成分分析表明,<126 μm孔径主要受粉粒含量影响,126~500 μm孔径受容重影响,500~2 500 μm孔径则受砂粒含量、黏粒含量、连通性和分形维数等多因素综合影响。研究表明,有机肥和无机肥长期配施,可显著改善砂姜黑土大孔隙数量和形态特征,尤以HMNPK处理效果最佳,而NPK处理效果不明显。分形维数和连通性可作为砂姜黑土结构改良的定量评价指标。     

砂姜黑土形态特征的观察

对我国不同地区不同类型的原砂姜黑土进行了野外剖面和室内微形态观察。结果表明,我国大部分原砂姜黑土具有明显变性特征,表现在旱季土体开裂,土体中具有大量滑擦面和楔形体,显微薄片上可看到大量纤维状光性定向粘粒。粘粒含量、粘粒矿物学组成和线胀系数等都符合变性土的特征。拟将具有变性特征的原砂姜黑土划归为变性土;而将那些不具变性特征的变异和过渡类型的原砂姜黑土仍列入砂姜黑土土类。     

长期施用有机肥对砂姜黑土锌的影响

以砂姜黑土有机肥长期定位试验土壤为研究材料,研究了不同有机肥对土壤锌的影响。砂姜黑土长期施牛粪增加了土壤有机质含量,而且提高了土壤有机质的活性,施麦秸虽然提高了土壤有机质含量,但降低了土壤有机质的活性。因此,前者可以大幅度提高土壤有效锌,而后者对土壤有效锌的影响较少。65Zn肥料标记试验结果表明,锌肥施入土壤后,迅速发生形态转化,锌肥可以逐渐被土壤固定,但锌肥有较长的后效。     

淮北砂姜黑土酶活性对长期不同施肥模式的响应

【目的】针对安徽淮北砂姜黑土“旱、涝、僵、瘦”等不良属性,通过探讨长期定位施肥对砂姜黑土酶活性的影响,揭示土壤酶对施肥模式的响应机制,为有效改善土壤生物化学环境、提高土壤质量、进而保证作物高产稳产提供理论支撑。【方法】以安徽省濉溪县杨柳试验基点长期定位培肥试验（1981至今）为基础,研究5种不同施肥模式下（不施肥、单施化肥、单施有机肥、有机肥与化肥配施（等氮）、有机肥与化肥配施（高氮））小麦-玉米轮作系统中耕层土壤（0-20 cm）脲酶、酸性磷酸酶、中性磷酸酶、过氧化氢酶以及蔗糖酶活性的变化趋势,并进行相关性分析和成对比较,分别阐明土壤酶间的相互关系及各酶活性的季节性变化规律。【结果】与长期不施肥相比,长期单施有机肥可显著提高砂姜黑土脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶的活性,小麦收获期和玉米收获期分别提高了130.5%和129.5%、11.4%和14.9%、31.4%和12.0%,但对酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性无明显促进作用;长期单施化肥可有效增强土壤酸性磷酸酶与中性磷酸酶活性,同时明显抑制其他3种土壤酶的活性;在同等施氮水平下,有机肥与化肥配施可使5种土壤酶活性均保持较高水平,弥补了单施化肥或单施有机肥因施肥模式单一导致某种土壤酶活性较差的不足;高氮水平下,有机肥与化肥配施可显著提高酸性磷酸酶和中性磷酸酶活性,但对其他酶作用规律不明显。砂姜黑土不同土壤酶之间普遍存在显著相关关系：脲酶与过氧化氢酶、蔗糖酶之间以及过氧化氢酶与蔗糖酶之间存在显著正相关关系,而磷酸酶与其他3种酶之间存在此消彼长的关系。此外,砂姜黑土脲酶、酸性和中性磷酸酶、过氧化氢酶以及蔗糖酶酶活受季节的影响也因施肥不同而不同。【结论】同等施氮水平下,有机肥与化肥配施与单施化肥或单施有机肥相比,能使砂姜黑土脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶及蔗糖酶均保持较高的活性,有利于改善土壤生物化学环境,进而提高土壤可持续生产力;土壤酶之间相关关系各有不同,呈显著正相关关系的有脲酶与过氧化氢酶、脲酶与蔗糖酶及过氧化氢酶与蔗糖酶,而磷酸酶与其他3种酶之间均呈显著负相关关系;砂姜黑土酶活性受季节影响的程度因酶种类与施肥方式不同而有所不同。     

长期施肥下黑土重金属的演变特征

【目的】探讨长期施肥下黑土重金属的演变特征,为该地区科学施肥和土壤环境保护提供理论依据。【方法】设计长期定位施肥试验：CK（对照,不施肥)、N（氮）、NP（氮磷）、NPK（氮磷钾）、NPKM（氮磷钾+有机肥）和1.5NPKM（1.5倍的NPKM）,共6个处理。试验采集起始（1989年）和各施肥年限（1994、2000、2006、2010、2012年）的耕层（0-20 cm）土壤样品,测定Cu、Zn、Pb、Cd总量和有效态含量,并计算其活化度。【结果】长期施用化肥不影响黑土重金属总量、有效态含量。Pb不受施肥影响,Cu、Zn、Cd受粪肥影响,其总量和有效态都显著增加,Cu和Zn活化度增加,但Cd活化度显著降低（维持在8%-9%,明显低于化肥处理的35%）。长期施用有机肥,重金属演变呈现阶段性。1989-2000年缓慢增加,2000-2010年快速增加,2010年后稳定或缓慢下降。1.5NPKM 3个阶段Cd总量变化分别为0.03 mg·kg^-1·a^-1、0.07 mg·kg^-1·a^-1、-0.13 mg·kg^-1·a^-1;NPKM处理的Cu有效态变化分别为0.11 mg·kg^-1·a^-1、0.53 mg·kg^-1·a^-1、-1.25 mg·kg^-1·a^-1。重金属演变的阶段性是源于粪肥重金属含量的阶段性变化,即养殖方式的变化。金属活化度相关性分析表明：Cu与Olsen-P、Zn与SOM皆显著正相关,而Pb与pH显著负相关;Cd与Olsen-P和SOM显著负相关,与pH显著正相关,意味着Cd对土壤性质的响应更加复杂。【结论】长期施用化肥对重金属演变没有明显影响,长期施用有机肥显著改变了其演变特征,重金属演变呈现出先缓慢增加、然后快速增加、最后稳定或缓慢下降的阶段性变化,而且阶段性演变特征源于粪肥金属含量的阶段性变化。在农业生产中,既要适度增施有机肥又要关注其潜在风险,现有施肥量（30 t·hm^-2）和玉米种植体系下,当地牛粪长期施用仍存在很大风险。     

长期施肥对砂姜黑土作物产量及土壤物理性质的影响

【目的】保持和提高土壤肥力,提升土壤生产力,是农业持续发展的重要内容。研究无机肥与牛粪、猪粪和小麦秸秆长期配合施用对砂姜黑土作物产量及土物理性质的影响,为培肥改良砂姜黑土、提升砂姜黑土生产力提供理论依据。【方法】利用1982年建立在安徽省蒙城县砂姜黑土上的长期定位试验,分析牛粪、猪粪、秸秆等不同有机物料与无机肥料配施对作物产量、土壤容重和土壤田间持水量的影响,评价有机物料与无机肥配施对砂姜黑土的培肥效果。【结果】长期不施肥处理的小麦、大豆产量持续下降,平均年降低分别为39.0和70.9 kg·hm^-2,25年后产量在极低水平波动。单施无机肥或无机肥与有机物料配施,小麦产量均呈逐年增高的趋势。无机肥和有机物料配施的处理与单施无机肥（NPK）处理相比均表现出增产效果,年均增产率在5%以上。不同有机物料处理间的增产效果是牛粪处理（NPK+CM）优于猪粪处理（NPK+PM）,而猪粪处理优于秸秆处理（NPK+S）。小麦、大豆产量年际间波动幅度较大,长期不施肥处理小麦产量变异系数（CV）最高,增施肥料可以降低CV,有机物料和无机肥配施的处理CV低于单施无机肥处理,牛粪处理CV最小。牛粪、猪粪、秸秆与无机肥料长期配合施用能降低砂姜黑土土壤容重,显著提高土壤田间持水量,小麦、大豆产量与土壤容重呈显著负相关,与土壤田间持水量呈显著正相关,有机物料与无机肥配施可以改善砂姜黑土不良的物理性状。【结论】长期均衡施用无机肥料或有机物料与无机肥配施均能提高土壤肥力水平,小麦产量呈逐年增高的趋势。有机物料与无机肥配施能提高作物产量,降低产量变异,增强产量稳定性,作物高产稳产;能改善砂姜黑土不良的物理性状,提高土壤肥力。有机物料与无机肥配施是安徽省砂姜黑土地区较为适宜的施肥模式。     

砂姜黑土中镍的赋存形态及其有效性

研究了江苏砂姜黑土中镍的含量、赋存形态及其不效性，并探讨了耕种熟化和旱改水对镍形态的影响。结果表明，砂姜黑土的镍含量较高，平均为４６．０μｇ．ｇ＾－１，但ＤＴＰＡ浸出的可给态镍却很低，仅为全镍的１％左右。砂姜黑土中镍的形态分布为：残留态＞晶形铁结合态＞有机态＞无定形铁结合态＞氧化锰态＞代换态＞碳酸盐结合态。对植物无效的残留态和晶形铁态镍占８３．３１％；而有效性相对较高的氧化锰态和代换态镍仅占１．６     

长期施肥对砂姜黑土磷吸附和解吸特性的影响

研究结果表明 :长期施用有机肥可以显著减少砂姜黑土对磷的吸附 ;与吸附相反 ,有机肥能促进土壤磷的解吸 ,提高土壤磷的有效性。不同处理间减少磷的吸附与促进磷解吸次序均为牛粪 >猪粪 >麦秸 >化肥 >不施肥     

长期施肥下淮北砂姜黑土区小麦产量稳定性研究

【目的】分析长期施肥条件下小麦产量的变化规律,试图探明淮北小麦产量稳定性对不同施肥模式的响应机制,为淮北砂姜黑土合理施肥管理、改善农田生态系统质量提供依据。【方法】以安徽杨柳长期定位试验为研究平台,通过研究小麦的平均产量、产量年际波动及土壤养分状况对5种施肥模式（不施肥、单施化肥、单施有机肥、有机肥与化肥配施（等氮）、有机肥与化肥配施（高氮））的响应,比较不同施肥条件下淮北砂姜黑土区小麦产量稳定性的优劣,并以此评判施肥的合理性。【结果】淮北砂姜黑土区长期不施肥的小麦产量总体呈下降趋势,年下降量为5.81 kg•hm-2;而长期施肥的小麦产量随时间呈锯齿状波动并总体上升的趋势,其中有机肥与化肥配施（高氮）处理（HMNPK）的产量趋势线最高,但其增产优势逐年减弱,有机肥与化肥配施（等氮）处理（MNPK）以9.75 kg•hm-2的年增长量缩短与其的差距;单施化肥处理（NPK）的小麦产量趋势线在试验前期高于单施有机肥（M）,但在22年后有被M处理赶超的趋势。从32年小麦平均产量来看,与不施肥相比,有机肥与化肥配施（高氮与等氮）的增产幅度最大,平均产量分别达5 544.3和5 200.6 kg•hm-2;NPK次之,比当年不施肥处理产量提高了614.6%,M增产幅度最低,但与NPK差异并不明显。砂姜黑土地力贡献率在试验前10年持续降低,降至10%左右趋于稳定,而肥料对小麦产量的贡献率则是在前10年持续增加至80%-90%便维持动态平衡。长期不施肥易导致小麦产量变异系数（CV）偏高、可持续性产量指数（SYI）偏低,产量稳定性最低;施肥处理中HMNPK和MNPK处理的CV最低、SYI最高,产量稳定性最高,而M处理的产量稳定性和可持续性不及NPK。与长期不施肥相比,施肥可明显提高淮北砂姜黑土全氮、有机质、有效磷和速效钾的含量,其中有机肥的施入显著提高了土壤全氮和有机质含量,而有效磷含量与化肥的投入相关,处理M土壤速效钾含量较高,但与其他施肥处理差异不显著;通过相关性分析可知全氮、有机质、有效磷含量与小麦产量呈极显著正相关关系（P＜0.01）。【结论】施肥可有效提高淮北小麦产量,且产量随时间呈锯齿状波动;有机肥与化肥配施（高氮和等氮）的增产效果最佳,但高氮与等氮水平间的产量差随种植年限的增长而逐渐缩短;在试验开始前一阶段单施化肥的增产效果优于单施有机肥处理,但在22年后有被赶超的趋势。与长期不施肥相比,有机肥与化肥配施的施肥模式更有利于促进小麦产量稳定性和生产可持续性的提高,其次为单施化肥,单施有机肥最低。施肥可有效提高砂姜黑土养分含量,其中有机肥对有机质、全氮及速效钾含量的提高作用较强,而化肥则对有效磷含量提高作用较强,且小麦产量与全氮、有机质和有效磷均呈极显著正相关关系。因此,安徽淮北砂姜黑土区有机肥与化肥配施为最佳施肥模式,土壤养分供应较均衡,小麦产量幅度最大且稳定性最佳,农田生态系统质量最优。     

长期施肥对土壤重金属积累和有效性的影响

以红壤稻田和红壤旱地长期定位施肥试验土壤为材料,对长期施肥后土壤Cu、Zn、Pb和Cd的含量及其有效性进行了研究,旨在为常规农业管理条件下农田重金属污染提供更多可靠及有用信息。结果表明:红壤稻田土壤Cu、Zn、Pb含量分别为27.2~34.4、83.8~96.1、41.0~62.0 mg·kg~(-1),不同施肥处理土壤Cu、Zn、Pb含量均未超过土壤环境质量二级标准;土壤Cd含量为0.49~1.04mg·kg~(-1),Cd含量均超过土壤环境二级标准。红壤旱地土壤Cu、Zn、Pb全量范围分别为34.6~88.3、79.4~173.7、56.7~81.1 mg·kg~(-1),其中施加有机肥处理的土壤Cu超过土壤环境二级标准,Cd为0.14~1.35 mg·kg~(-1),超标率为42.9%。通过红壤稻田和旱地各处理土壤Cd有效性比较,施用猪粪旱地(33.8%)高于稻田(23.9%),而施用化肥旱地土壤Cd有效性最高处理(NP 14.8%)低于稻田最低处理(NPK 31.2%)。从红壤稻田和红壤旱地长期施肥试验结果看出:长期施用化肥和稻草还田未见明显的重金属积累,但施用猪粪处理的土壤中Cd有显著积累。红壤稻田施用Ca肥可明显降低土壤Cd的有效性;施用猪粪在增加土壤Cd全量的同时,也提高了旱地红壤Cd的有效性。     

长期连续培肥对作物产量的影响

采用长期定位培肥试验的方法,较系统地分析了长期单施有机肥、单施化肥、有机肥与化肥配施条件下,作物产量动态变化。结果表明:在一定的年限内,氮磷化肥配施有机肥或单施有机肥能持续稳定增加作物产量;长期单施氮磷化肥,在产量水平较低的情况下能快速提高作物产量,当达到一定水平后作物产量则在徘徊中缓慢增长。氮磷化肥配施有机肥具有持续提高产量、培肥土壤的双重效果,是砂姜黑土培肥改良较理想的施肥方式,但同时要注意钾素的补充。     

皖北砂姜黑土烟区土壤肥力状况与烤烟合理施肥

皖北砂姜黑土烟区土壤有机质含量适宜 ,水解氮、速效磷含量较高 ,速效钾含量偏低。肥料试验结果表明 :烤烟适宜的施氮量为 75 kg/hm2 ,N∶ P2 O5 ∶ K2 O以 1∶ 1.2∶ 3为宜     

长期定位施肥下设施土壤重金属积累及生态风险的研究

为了了解在长期不同施肥处理下改良设施土壤的同时,设施土壤中重金属的含量与污染状况,本文以长期定位施肥的设施土壤(建于2009年)为供试土样,研究了不同施肥处理对设施土壤中重金属(Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Zn)积累的影响,并对其进行重金属污染及潜在生态风险评价。结果表明,不同施肥处理下,土壤中除Cd以外的其他5种重金属在土壤中的含量均未达到污染水平。Cd、Cr、Zn在鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥共同施入时积累速率最大,Cu、Ni、Pb在鸡粪、秸秆与复合肥同时施入时积累速率最大。目前,Cd仅在CK处理下无污染,其他处理均产生污染,其中在鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥5者共同施入时污染最严重,且20年后污染将加剧。同时该处理下的土壤Zn将于近20年后超标,造成污染。该处理下土壤的综合污染状况也最为严重。而不同施肥处理均可增加土壤重金属生态风险,其中5者同时施入时生态风险最强。研究表明,鸡粪、秸秆、K_2SO_4、生石灰与复合肥不同组合的长期施入可导致设施土壤重金属不同程度的积累,产生污染,增加其生态风险。     

粉煤灰改良砂姜黑土对冬小麦田生态因子的影响

1997年—1999年通过桶栽试验研究了粉煤灰改良砂姜黑土对冬小麦田生态因子的影响。结果表明，粉煤灰施入砂姜黑土降低了土壤的容重、比重及土壤的粘粒含量，增加了土壤的总孔隙度、毛管孔隙度和土壤饱和导水率。并分别得出土壤容重、比重、毛管孔隙度和饱和导水率与粉煤灰用量的模拟方程。同时，也对土壤温度、土壤含水量及土壤微生物数量在整个生育时期的变化动态进行了研究。     

钾肥对砂姜黑土不同粒型冬小麦穗粒发育及生理特性的影响

 采用盆栽和大田试验的方法 ,研究了钾肥对不同粒型冬小麦穗粒发育和生理特性的影响。结果表明 ,在砂姜黑土区 ,施钾肥能促进各粒型冬小麦的幼穗发育 ,增加穗粒数 ,提高 SOD酶活性、自由水含量和茎秆充实度 ,同时能有效地降低 MDA和叶片束缚水含量 ,延缓衰老 ,促进可溶性糖的转化与淀粉的积累。其中 ,施钾对小粒型品种温 2 540的影响最大。     

粉煤灰改良砂姜黑土与玉米生长关系的研究

研究结果表明：粉煤灰施入砂姜黑土后,具有明显降低土壤容重,增加土壤孔隙度,提高了土壤温度和保持土壤水分的作用,这一效果随粉煤灰用量的增加而增强。粉煤灰处理具有增加玉米叶面积系数,促进了根系下扎和根系发育的功能,并以６０×１０＾３ｋｇ．ｈｍ＾－２处理产量最高。     

淮北砂姜黑土地力贡献与培肥技术研究

对杨柳点长期定位培肥试验和相关小麦施肥试验资料进行分析,结果表明:地力贡献与小麦施肥产量、地力贡献率之间呈线性正相关,高产田块地力贡献在小麦施肥产量中占主要地位。砂姜黑土地力贡献主要受土壤有机质和速效磷含量的影响,速效钾含量尚不是限制因子。长期连续施肥条件下．不同的土壤养分指标受有机无机配比的影响不同。有机质和氮素养分含量偏低的土壤,要通过增施有机肥加以培肥,磷素或钾素养分偏低的土壤可以通过增施有机肥或化肥来培肥。     

我国部分城市畜禽粪便中重金属含量及形态分布

通过对部分城市集约化养殖场的畜禽粪便取样调查,分析了其中重金属含量状况及其形态分布。结果表明,畜禽粪便中重金属Cu、Zn、Cd、As、Ni、Cr、Pb和Hg含量分布差异较大,其平均值分别为377.5、1 610.4、0.72、7.79、9.77、22.51、6.31 mg·kg-1和0.06mg·kg-1。不同类型畜禽粪便比较,猪粪中Cu、Zn、Cd、As含量显著高于鸡粪、鸭粪和牛粪,而鸡粪中Cr含量则高于猪粪和牛粪。参照国家农用污泥污染物控制标准,猪粪中Cu、Zn的超标率分别达59.84%和95.08%,As超标率为3.28%,而Cd、Ni、Cr、Pb和Hg的含量则均低于控制标准。根据畜禽粪便安全使用准则中在蔬菜地使用限量标准,猪粪中Zn、Cu、As超标率分别为78.69%、74.59%和9.84%,鸡粪、鸭粪中Zn、Cu、As含量也存在超标现象。对乳猪粪、育肥猪粪和种猪粪的重金属含量和形态分析发现:乳猪粪中Cu和Zn含量高于育肥猪粪,而种猪粪则较低;育肥猪粪中As含量高于乳猪粪和种猪粪;种猪粪的Cd含量高于乳猪粪和育肥猪粪。猪粪中Cu、As水溶态含量分别占总量的30.47%和12.19%,EDTA提取态Cu、Zn含量分别占总量的35.96%和48.93%,猪粪中Cu、Zn、As较高的活性会在一定程度上增加其向环境中流失的风险。     

长期不同施肥措施对土壤铜、锌、镉形态及生物有效性的影响

为研究长期不同施肥措施对典型土壤中铜、锌、镉形态分布特征及生物有效性的影响,采用BCR连续提取法测定了黑土、潮土和红壤在20多年不同施肥措施(不施肥、施化肥、化肥有机肥配施)下土壤中Cu、Zn、Cd形态的含量。结果表明,黑土施用磷肥提高了Cu、Zn的酸提取态和氧化物结合态比例,施用有机肥增加了土壤Cu、Zn的酸提取态和有机结合态比例,降低了Cd的有机结合态比例;潮土单施化肥或配施有机肥均能提高酸提取态、氧化物结合态和有机结合态Zn比例;红壤施磷肥提高了Zn的酸提取态和有机结合态比例,施有机肥提高了Cu、Zn氧化物结合态和有机结合态比例。对作物籽粒和秸秆Cu、Zn、Cd浓度与其在土壤中各形态含量作逐步回归分析表明,黑土中Cu、Zn、Cd的生物有效态以酸提取态为主;潮土中Zn、Cd的生物有效态以氧化物结合态和有机结合态为主;红壤中土壤酸提取态、氧化物结合态和有机物结合态Cu、Zn、Cd都具有一定的生物有效性。Cu、Zn、Cd总量和EDTA-可提取态是黑土和红壤重金属形态的主要影响因子。