砂姜黑土玉米秸秆有机碳的矿化特征

 【目的】探讨不同温度（10℃、20℃、30℃）、不同秸秆加入量（秸秆全量和过量）条件下,玉米秸秆还田对土壤有机碳矿化特征及其环境因子的响应机制。【方法】采用室内恒温控湿好气培养试验,对安徽淮北砂姜黑土在不同温度（10℃、20℃、30℃）条件下,设置50 g土样中加秸秆0.3 g（处理Ⅰ）、1.5 g（处理Ⅱ）、3.0 g（处理Ⅲ）及不加秸秆（CK）的处理,进行240 d的矿化培养。【结果】温度对有机碳矿化影响显著,在对照（CK）和秸秆加入量相同的处理中,有机碳的矿化累积量均随温度（10—30℃）升高而增加;温度较低（＜20℃）时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ各处理的有机碳矿化温度系数（Q10）平均值约为1.229、1.251、1.572、1.399,温度较高（＞20℃）时,CK、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的Q10平均值约1.006、1.249、1.401、1.374,Q10值在温度较低时大于温度较高时,说明低温条件下,有机碳矿化速率对升温更敏感。同一温度条件下,不同处理秸秆加入量越大,有机碳矿化累积量越高,有机碳矿化的日变化量也越大。本试验中,一级动力学方程能较好地描述了不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。土壤有机碳的潜在矿化量（C0）随温度变化不明显,在同一温度条件下,秸秆加入量越大,C0值越大。【结论】一级动力学方程能较好地描述不同处理土壤有机碳的矿化累积动态。不同温度、不同秸秆还田量及温度和秸秆还田量的交互作用,对玉米秸秆矿化过程中土壤有机碳含量的影响均达到显著水平。     

秸秆和秸秆炭对黑土肥力及氮素矿化过程的影响

为实现我国典型黑土区玉米秸秆有效还田与协同提高肥料氮素养分利用提供理论依据,以东北黑土区春玉米种植体系为研究对象,在4年田间连续定位试验基础上,利用15N示踪技术结合淹水培养试验,研究秸秆和秸秆炭对土壤肥力与氮素矿化的影响。试验共设5个处理:对照、单施化肥(N1)、N1+50%玉米秸秆(N2)、N1+100%玉米秸秆(N3)、N1+相当于50%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N4)、N1+相当于100%玉米秸秆还田的玉米秸秆炭(N5)。结果表明:与N1处理相比较,N2、N3、N4、N5处理均增加了土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、碱解氮含量、微生物量碳和氮含量,且等量秸秆还田处理高于相当于等量秸秆还田的秸秆炭处理,其中100%秸秆还田分别显著提高微生物量碳和氮含量15.1%和23.1%(P0.05);不同处理方式综合土壤肥力指数(IFI)由高到低依次为N3N5N4=N2N1,秸秆、秸秆炭还田可显著提高土壤综合肥力(P0.05);土壤有机氮的矿化量和矿化率随着秸秆和秸秆炭还田量的增加而增加,其中N2处理分别显著提高了23.4%和22.9%,N3处理分别显著提高了53.0%和35.8%(P0.05);N2、N3、N4、N5处理下外源肥料15N的矿化量和矿化率分别显著提高了66.5%和50.0%、213.3%和279.0%、39.4%和36.3%、92.0%和40.0%(P0.05),且随着秸秆炭还田量的增加而显著增加。土壤氮素矿化指标与土壤有机质、总氮、碱解氮、微生物量碳氮含量都存在着显著正相关关系。研究表明玉米秸秆、秸秆炭还田均可以显著提高土壤综合肥力;可协同提高土壤氮素矿化水平,且提高来自外源化肥氮占土壤矿化总氮的比重,其中以100%秸秆还田处理的影响更为明显。     

不同玉米杂交种对砂姜黑土适应性研究

对８个玉米杂交种生长发育及干物质积累动态的研究表明。登海１号和豫玉２２号对砂姜黑土具有较强的适应性,主要表现为茎秆较粗;叶面积和根系胡后期衰减辐度较小;干物质积累较多,且向雌穗转运效率高。比当地推广品种掖单１２号分别增产１７．５％和１７．３％。     

砂姜黑土地区玉米施肥技术

本文分析了砂姜黑土的特点及玉米的需肥特性,综合了多年来玉米对肥料的利用率及对氮、磷、钾肥反应的研究结果,提出了砂姜黑土地区玉米高产施肥原则及施肥技术。     

砂姜黑土区小麦玉米秸秆全量还田对玉米抗倒性能的影响

 【目的】探讨砂姜黑土区小麦玉米秸秆全量还田对夏玉米抗倒性能的影响。【方法】以夏玉米品种郑单958为材料,通过定位试验研究小麦玉米秸秆全量还田对玉米抗倒性能的影响。【结果】小麦或玉米秸秆全量还田均能提高玉米气生根条数、0—30 cm土层根条数及根系干重,同时,玉米株高和单株鲜重均有所增加。秸秆还田后,在吐丝期和灌浆中期,玉米茎秆基部3—7节间的长度、直径、干重和单位茎长干物质重有增加的趋势,尤其是基部节间的茎秆压碎强度和穿刺强度显著提高。另外,玉米的根倒伏系数显著降低,而植株抗倒指数则显著升高。相关分析表明,根倒伏系数与根倒率显著正相关,而与单株鲜重、根系干重和基3节压碎强度显著负相关。玉米总倒折率与节间长度极显著正相关,而与节间干重、充实度、压碎强度和穿刺强度显著负相关。【结论】小麦玉米秸秆连续全量还田可以显著降低夏玉米的根倒率和茎折率,提高籽粒产量。     

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。     

黑土氮素矿化规律的研究

土壤氮素是农作物氮素营养的主要来源,而土壤的供氮能力与土壤氮素矿化的过程密切相关。本文通过土壤氮素原位矿化测定的试验,研究吉林省黑土0~20 cm土层在玉米整个生育期的土壤氮素矿化量及其影响因素。结果表明:黑土0~20 cm土层在玉米整个生育期内土壤氮素矿化的无机氮总量为56.15 kg/hm2,其中铵态氮为24.36 kg/hm2,硝态氮为31.79 kg/hm2。土壤氮素的矿化在一定范围内,随温度的升高和水分的增加,氮矿化量也相应增大。其中当温度为20~25℃,含水量为22%左右,且土壤干湿交替时最有利于氮素矿化。因此温度、水分对氮矿化速率有明显正交互作用。     

砂姜黑土区秸秆还田对玉米生育及水分利用效率的影响

为了在淮北砂姜黑土区推广小麦玉米秸秆全量还田技术,采用大田定位试验,设置小麦玉米秸秆不还田、小麦玉米秸秆单季还田和小麦玉米秸秆两季还田4种秸秆还田方式,研究了小麦、玉米秸秆全量粉碎还田对机播夏玉米出苗、生育、产量和水分利用效率的影响。结果表明:小麦玉米秸秆两季还田处理2008和2009年玉米出苗数分别比对照高3.25%和11.98%;出苗均匀度、株高整齐度、幼苗素质和耕层土壤含水率均高于对照,最终2008和2009年玉米产量分别较对照提高了7.92%、9.51%,土壤水分利用效率分别提高了8.15%、9.48%。可见,砂姜黑土区小麦玉米秸秆两季全量还田有利于玉米生长发育,提高籽粒产量。     

小麦玉米秸秆长期还田对砂姜黑土磷库组成的影响

为优化管理小麦-玉米轮作体系秸秆还田条件下的土壤磷素,本研究依托皖北砂姜黑土区秸秆还田定位试验,设置不施肥（CK）、常规施肥（F）、常规施肥+小麦秸秆单季还田（FWS）、常规施肥+玉米秸秆单季还田（FMS）、常规施肥+小麦玉米秸秆双季还田（FWMS）5个处理,采用蒋柏藩-顾益初法及Bowman-Cole法分别测定了砂姜黑土无机磷和有机磷组分含量,运用相关分析和通径分析探究了土壤不同磷组分与有效磷之间的关系。结果表明：小麦玉米秸秆还田显著提高了砂姜黑土全磷和有效磷含量及土壤磷活化系数。秸秆还田可显著提高砂姜黑土无机磷组分中磷酸二钙（Ca₂-P）、磷酸铝（Al-P）及磷酸铁（Fe-P）的含量,与F处理相比,FWS、FMS和FWMS的土壤Ca₂-P含量分别增加32.3%、28.4%和43.8%,Al-P含量分别增加15.3%、10.7%和13.4%。土壤有机磷组分中活性有机磷（LOP）、中活性有机磷（MLOP）和中稳性有机磷（MROP）含量在秸秆还田条件下均明显增加。秸秆还田下砂姜黑土闭蓄态磷（O-P）含量无显著变化,FMS和FWMS处理的磷酸八钙（Ca₈-P）含量显著增加,磷灰石（Ca₁₀-P）和高稳性有机磷（HROP）含量下降。秸秆还田可显著增加砂姜黑土中Ca₂-P所占比例,降低O-P、Ca₁₀-P和HROP的占比。砂姜黑土中Al-P、Fe-P、Ca₂-P及MLOP与有效磷呈极显著正相关关系,其中Al-P、Ca₂-P和MLOP对有效磷的正向直接影响较大。研究表明,小麦-玉米轮作制中秸秆单季或双季还田均可促进砂姜黑土中无效态磷向有效态磷和缓效态磷转化,从而提升土壤磷素有效性,秸秆单季和双季还田处理在砂姜黑土磷素活化效果方面无显著差异。     

玉米秸秆还田量对砂姜黑土酶活性、微生物生物量及细菌群落的影响

为探讨砂姜黑土区秸秆还田量对土壤生物学特性的影响,以小麦-玉米轮作为研究对象,通过2年的大田试验,分析了0、1/3、2/3和100%玉米秸秆还田量处理(CK、S3、S6和S9)土壤酶活性、微生物生物量及细菌群落变化的特征。结果表明：与CK处理相比,S6和S9处理显著提高了土壤有机碳(12.9%和14.4%)、碱解氮(21.4%和25.6%)、有效磷(17.9%和20.5%)和速效钾含量(25.9%和29.8%)。秸秆还田处理下土壤脲酶、纤维素酶活性和微生物生物量碳含量显著增加,增幅分别为22.5%～44.6%、23.9%～52.1%和16.6%～46.7%,且S6和S9处理较CK处理显著提高了木聚糖酶活性(32.7%和21.2%)和微生物生物量氮含量(53.5%和54.4%)。与CK处理相比,S6和S9处理细菌群落多样性显著增加,而S3处理则无显著变化。放线菌门、变形菌门、酸杆菌门、绿弯菌门和厚壁菌门为优势细菌门,其中酸杆菌门相对丰度在秸秆还田处理下显著降低了2.6～4.7个百分点,而变形菌门相对丰度在S6和S9处理下显著增加了3.8、4.9个百分点;热酸菌属、布氏杆菌属和芽孢杆菌属为...     

砂姜黑土水溶性有机物对秸秆还田配施化肥的响应

土壤水溶性有机物（DOM）是土壤有机碳动态变化的敏感指标,为了探究砂姜黑土水溶性有机物对秸秆还田配施化肥的响应特征,为砂姜黑土区土壤培肥和土壤有机质提升提供科学依据。基于砂姜黑土区麦玉轮作制度下的3年田间定位试验（2018—2021年）,田间试验设置不施肥（CK）,单施秸秆（S）、推荐施肥（F）、秸秆+推荐施肥（SF）4个处理,采用常规测定以及光谱学分析方法,对水溶性有机碳含量及其组分的变化进行分析。结果表明,施肥处理土壤溶解性有机碳（DOC）、溶解性总氮（TDN）、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量较对照或单施秸秆均显著提高（P < 0.05）;SF处理DOC含量显著高于F处理（P < 0.05）,增加18.9%;而TDN、NH₄⁺-N和NO₃^--N含量显著低于F处理（P < 0.05）,分别降低55.0%、64.1%和51.3%。通过紫外-可见、三维荧光和红外光谱分析表明,秸秆还田和施肥不同程度上提升了土壤DOM中类腐殖质物质含量,使结构相对简单的类蛋白质物质含量减少,类腐殖质物质占比依次为SF（59.6%）> S（57.5%）> F（55.9%）> CK（55.1%）,类蛋白质物质占比依次为CK（44.9%）> F（44.1%）> S（42.5%）> SF（40.4%）,其中以秸秆配施化肥效果最明显,且其DOM中类腐殖质物质结构趋于复杂化。     

秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分含量的影响

研究秸秆生物炭对砂姜黑土有机磷组分及分配的影响,对剖析土壤磷循环机制和农田磷管理有重要意义。依托砂姜黑土定位试验,分析不施肥（CK）、常规施肥（NPK）、化肥与6.0、12、36和48 t·hm^-2小麦秸秆生物炭一次性增施（BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈）6个处理对作物产量、土壤理化性质及有机磷组分的影响。结果表明,与NPK处理相比,增施秸秆生物炭均可保障小麦和玉米产量,并显著增加（P < 0.05）土壤有机碳、全氮和pH,提升土壤肥力和缓解土壤酸化;砂姜黑土有机磷以中等活性有机磷为主（37.4%～45.4%）,其分配比例因秸秆生物炭施用量的不同而呈现差异。BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈处理土壤活性有机磷含量分别为11.4、10.7、9.2和9.3 mg·kg^-1,分别较NPK处理下降8.8%、14.4%、26.4%和25.6%,差异显著（P＜0.05）,且土壤活性有机磷含量与生物炭施用量呈显著线性负相关（R² = 0.881 6,P＜0.05）。增施秸秆生物炭处理（BC₆、BC₁₂、BC₃₆和BC₄₈）土壤活性有机磷所占比例较NPK处理均显著降低（P＜0.05）,这说明增施秸秆生物炭除了可有效提升土壤肥力水平、缓解土壤酸化之外,还可有效降低土壤有机磷活性,增强有机磷稳定性,保障作物产量,其中以一次性增施36 t·hm^-2效果最好,宜在砂姜黑土区广泛应用。     

施用玉米秸秆生物质炭对黑土腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

为探究不同施加量生物质炭对黑土中腐殖质组成和胡敏酸(Humic acid,HA)结构的影响,进行了盆栽试验研究,设置4个处理,分别为空白,生物质炭施加量为6、12、24 t·hm~(-2)。结果表明:施加生物质炭3年能明显提高土壤有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量,SOC随施加生物质炭量增加而提高,不同处理SOC含量较空白分别上升3.61%、13.40%和30.64%;不同处理水溶性物质(Water-soluble substances,WSS)中有机碳含量较空白分别上升30.88%、86.29%和116.18%;不同处理胡敏素(Humin,Hu)中有机碳含量较空白分别上升5.44%、19.46%和51.16%;不同处理HA中有机碳含量较空白分别上升7.89%、13.60%和25%;不同处理富里酸(Fulvic acid,FA)中有机碳含量较空白降低13.11%、24.60%和45.90%。施加生物质炭3年,能使HA分子结构发生变化。相较于空白,不同处理H/C摩尔比值分别降低0.01%、0.03%和0.05%;相对于空白,不同处理O/C摩尔比值分别降低0.05%、0.11%和0.17%,不同处理在2920 cm~(-1)处相对强度分别提高0.38%、0.41%和0.49%,在1620 cm~(-1)处相对强度分别提高0.94%、0.24%和0.39%。施用生物质炭能提高HA缩合度,降低HA的氧化度,增加HA的脂族性和芳香性,使HA结构复杂化。     

不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征

为探讨不同地力玉米田土壤有机碳矿化特征,通过为期196 d的土壤有机碳矿化培养试验,对高、中、低3种不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤进行了研究。结果表明:不同地力玉米田土壤有机碳矿化速率随时间的变化呈现相同的变化趋势,即随培养时间延长,呈现先高后低的变化趋势,最后趋于平稳;但随地力等级的降低,土壤有机碳矿化速率逐渐减小。培养结束时,不同地力玉米田0～20 cm和20～40 cm土层土壤有机碳累积矿化量之间均存在显著性差异(P0.05);低地力土壤有机碳稳定性最差,固存量最小。同一地力,20～40 cm土层土壤有机碳矿化速率和累积矿化量较0～20 cm显著降低(P0.05),表层土壤稳定性较差,不利于土壤有机碳固定。伴随土壤有机碳矿化过程,土壤微生物生物量碳(MBC)和土壤可溶性有机碳(DOC)含量均较初始含量显著降低(P0.05);土壤有机碳潜在矿化势(Cp)与土壤有机碳、全氮、铵态氮、硝态氮、MBC和DOC均呈极显著正相关。土壤有机碳矿化是陆地生态系统碳循环的重要过程,且当地力等级变化时,各土层土壤有机碳的稳定性均受到不同程度的影响。     

秸秆还田配施化肥对砂姜黑土固碳细菌的影响

农田生态系统是陆地生态系统中最活跃且固碳潜力最大的碳库之一,其中,细菌在农田生态系统生物固碳过程中发挥着重要作用。采用PCR-克隆测序技术、末端限制性酶切长度多态性分析技术(T-RFLP)及荧光定量PCR技术研究了不施肥(CK),施氮磷钾肥(CK-F),单独秸秆还田(W-NF)和施氮磷钾加秸秆还田(W-F)4种施肥管理对砂姜黑土固碳细菌群落结构、多样性及丰度的影响。结果表明,秸秆还田土壤的固碳细菌主要包括Nitrosomonas,Mesorhizobium和Bradyrhizobium等。在CK和W-NF处理中,土壤固碳细菌以严格自养菌为主,优势种群为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas),相对丰度分别为73.2%和72.4%。在CK-F和W-F处理中,土壤固碳细菌中严格自养菌相对丰度减小,而兼性自养菌相对丰度大幅增加。其中,CK-F的优势种群为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和中慢生根瘤菌属(Mesorhizobium),相对丰度分别为33.3%和17.6%。W-F的优势种群为亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)和慢生根瘤菌属(Bradyrhizobium),相对丰度分别为26.4%和24.5%。施用化肥及秸秆还田均显著提高了土壤固碳细菌群落的多样性,其中化肥的影响大于秸秆还田。主成分结果显示施肥对土壤固碳细菌群落结构的影响大于秸秆还田。4个处理土壤固碳功能基因(cbb L)丰度为1.32×107~3.29×107拷贝·g-1(干土),施肥及秸秆还田均能显著提高土壤细菌cbb L基因丰度,其中秸秆还田配施化肥的cbb L基因丰度最大。上述结果表明了施肥及秸秆还田对土壤固碳细菌群落结构,多样性及数量均有显著的影响。     

秸秆还田方式与施氮量对秸秆腐解及玉米氮素利用的影响

为探究高效秸秆还田方式与施氮量结合模式,明确黑土区玉米秸秆腐解和氮素释放规律对还田方式和氮肥管理的响应及其对玉米产量和氮素利用效率的影响,以玉米秸秆为研究对象,在吉林省四平市设置连续两年(2021和2022年)的田间定位试验,采用尼龙网袋法探究覆盖(Straw mulch,SM)和翻压(Straw bury,SB)2 种秸秆还田方式和不施氮肥(N0)、180 kg/hm²(N1)、270 kg/hm²(N2)3个施氮水平的组合下,秸秆腐解率和氮素释放率。结果表明:秸秆还田方式和施氮量显著影响秸秆腐解特征,其中SB处理的秸秆两年累积腐解率平均为83.0%,显著高于SM处理的65.3%;与N0处理相比,施氮处理(N1和N2)秸秆腐解率提高9.8%。SB处理秸秆氮素两年累积释放率为62.5%,显著高于SM处理的46.0%,秸秆氮释放量分别为51和38 kg/hm²;施氮促进秸秆氮素释放,提高秸秆氮素释放率的比例为12.5%;秸秆还田方式与施氮量显著影响玉米产量和植株氮素吸收,且具有交互效应,其中SBN2处理的玉米产量和植株氮素吸收量均为最高,分别为11 017.0和184.9 kg/hm²。统计显示,SB处理中施氮量、秸秆氮素释放量、穗粒数与玉米产量和吸氮量间均具有明显的正相关关系。因此,在翻压还田和高施氮量组合时,可以促进秸秆腐解和玉米氮素利用。     

土壤氮素矿化研究进展

总结了目前土壤氮素矿化的研究成果,详细概述了土壤氮素矿化的研究方法、影响因素,并展望了今后土壤氮素矿化的研究方向。