施氮和覆膜对旱作春玉米农田土壤微生物量和土壤酶活性的影响

为研究长期不同施氮水平和覆膜对黄土高原旱作春玉米高产体系土壤微生物活性的影响,设置田间试验包含施氮水平和覆膜2个因子,施氮量分别为0（N0）、100 kg·hm^-2（N100）、250 kg·hm^-2（N250）和400 kg·hm^-2（N400）,每个施氮水平下分别有覆膜（F）与不覆膜（B）处理,供试玉米品种为先玉335。2014年采集0~10 cm和10~20 cm土层土壤样品,测定土壤微生物量和酶活性,分析微生物量计量学特征并进行综合评价。结果表明,无论覆膜与否,土壤微生物量碳、氮和磷均随施氮量的增加而增加（除不覆膜时N400处理）,施氮量高于250 kg·hm^-2时土壤微生物量增加不显著。覆膜对土壤微生物量碳、氮无显著影响,而显著增加土壤微生物量磷;覆膜在一定程度上降低N0、N100和N400处理土壤微生物量碳氮比,施氮则显著增加微生物量碳氮比和微生物量氮磷比。0~10 cm土层脲酶活性随施氮量的增加而增加,但覆膜对脲酶活性无显著影响。覆膜和施氮均显著增加碱性磷酸酶活性,0~10 cm和10~20 cm土层覆膜N400处理碱性磷酸酶活性在相应土层最大,分别为1.49 mg·g^-1·d^-1和1.61 mg·g^-1·d^-1。主成分分析结果表明施氮量为250 kg·hm^-2时土壤微生物活性最强。研究表明无论覆膜与否,250 kg·hm^-2的施氮量是该地区适宜的施氮量。     

轮作及减氮对绿洲灌区农田温室气体排放及土壤酶活性的影响

基于2018年在武威绿洲农业试验站布设的田间定位试验,设春小麦-冬油菜-箭筈豌豆（WRV）、春小麦-冬小麦-箭筈豌豆（WWV）、春小麦-箭筈豌豆-春小麦-箭筈豌豆（WV）、春小麦连作（W）4种种植模式,减氮25%(270 kg·hm^-2,N₁)、传统施氮(360 kg·hm^-2,N₂)两个施氮水平,共8个处理,于2020—2021年测定并分析不同轮作模式结合减氮对农田CO₂、N₂O排放的影响及其与春小麦产量和土壤酶活性的关系,以期为当地农业绿色高效发展提供理论依据。结果表明：轮作结合减氮处理可显著降低温室气体排放,增加作物产量,以WRVN₁处理增产减排效果最佳,其CO₂、N₂O排放总量分别较WN₂处理降低了15.2%、28.0%,全球增温潜势（GWP）、温室气体排放强度（GHGI）分别降低15.7%和30.4%,作物产量增加16.7%。土壤脲酶和过氧化氢酶活性均表现为0～10 cm高于10～30 cm土层,轮作降低了小麦开花期土壤酶活性,以WRVN₁处理土壤酶活性最低;在N₁处理下土壤脲酶、过氧化氢酶活性较N₂处理分别降低20.1%～28.7%、8.3%～12.2%,且CO₂、N₂O排放速率与土壤脲酶、过氧化氢酶活性均呈显著正相关关系。综上,春小麦-冬油菜-箭筈豌豆轮作模式结合减氮25%可作为实现绿洲灌区农业增效减排的合理种植模式与施氮制度。     

施氮对关中地区冬小麦农田土壤呼吸的影响及基于植被指数的估算模型

为探寻不同施氮量对农田土壤呼吸(RS)的影响并快速准确估算RS,以关中地区冬小麦为研究对象,观测了5 种施氮量下冬小麦农田RS的变化,研究了环境因子(土壤温度、土壤湿度)及作物因素(叶面积指数、地上部生物量、SPAD值)对于RS的影响,建立了适用于关中地区土壤温度与植被指数下的农田土壤呼吸估算模型.设置秸秆还田下的 5 种施氮量处理,分别为传统施氮量SN200(200 kg·hm-2)、优化施氮量SN150(150 kg·hm-2)、60%优化施氮量SN120(120 kg·hm-2)、50%优化施氮量SN100(100 kg·hm-2)以及不施氮肥SN0(0kg·hm-2).结果表明:不同施氮量下RS随生育期推进均表现为先升高再降低的趋势,同时添加氮肥促进了RS排放.各处理观测期内RS的均值为:SN200(3.68 μmol·m-2·s-1)>SN150(3.40 μmol·m-2·s-1)>SN120(3.06 μmol·m-2·s-1)>SN100(2.70 μmol·m-2·s-1)>SN0(2.21 μmol·m-2·s-1).不同施氮量下冬小麦冠层近红外波段反射率在拔节期和抽穗期差异明显,反射率从高到低依次为SN200>SN150>SN120>SN100>SN0,而在灌浆期和成熟期差异不大.土壤温度显著影响了RS(P<0.01),土壤湿度与RS没有显著相关关系(P>0.05).叶面积指数、地上部生物量、SPAD值和植被指数均与RS呈显著相关关系(P<0.05).通过多种模型评估,建立基于植被指数和土壤温度的最佳农田土壤呼吸估算模型,显著高于基于土壤温度的单因子模型,模型精度可达到 0.6 以上(n=120).     

绿肥填闲种植对旱作冬小麦农田土壤团聚体有机碳含量的影响

依托黄土塬区4 a绿肥填闲种植田间定位试验,开展不同填闲作物对土壤团聚体组成及各组分有机碳在团聚体中分布影响的研究,为阐明填闲种植措施下土壤有机碳库的物理保护机制提供依据。试验设置4个处理,即冬小麦夏闲期种植长武怀豆(SB)、苏丹草(SG)、怀豆/苏丹草混播(Mix)和裸地休闲(CK)。利用干筛法将全土筛分为>5 mm、2～5 mm、0.25～2 mm和<0.25 mm等4个粒级,分别测定土壤和各粒级团聚体中有机碳和颗粒有机碳含量,进而计算团聚体平均重量直径及有机碳贡献率。结果表明：绿肥种植对土壤团聚体分布有显著影响,各绿肥处理均有利于0～10 cm土层土壤团聚体的形成,但对亚表层土壤团聚结构影响较小。与CK相比,在0～40 cm各土层,SB、SG和Mix处理均显著提高土壤有机碳含量、颗粒有机碳含量及团聚体平均重量直径,提高幅度分别为7.9%、8.0%和7.9%,其中SB更有利于表层土壤有机碳的固存,且土壤有机碳和颗粒有机碳含量之间呈显著正相关关系,这两者与团聚体平均重量直径之间均呈显著负相关关系。不同处理下土壤团聚体各有机碳组分含量存在差异,与CK相比,SB和Mix均显著...     

填闲种植和施氮量对旱作冬小麦农田土壤水分及作物产量的影响

田间试验研究了填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤水分和作物产量的影响。试验设双因素处理随机区组设计,填闲作物采用黑麦草单播(R)、长武怀豆单播(S)、黑麦草与怀豆混播(SR)以及裸地休闲(NC),氮肥水平设0、60、120 kg·hm-2三个水平。结果表明,与裸地休闲相比,长武怀豆单播和与黑麦草混播夏闲期降水贮存效率分别降低了9.2%和7.7%,小麦播前土壤含水量减少了19 mm和15 mm,进而导致后续小麦产量的显著下降;而黑麦草单播对土壤水分和后续小麦产量没有显著影响;种植小麦前施加氮肥可以提高粮食作物产量、收获指数和千粒重,同时可增加次年填闲作物生物量,但会加速土壤水分消耗、降低降水储存效率。从土壤水分和作物生产角度考虑,旱作冬小麦种植系统休闲期间可以考虑种植黑麦草以增加覆盖,提高肥力,但不建议填闲种植耗水量较高的怀豆等作物。     

青海高原长期复种绿肥毛叶苕子对土壤供氮能力的影响

利用绿肥的培肥效应,小麦收获后复种绿肥毛叶苕子。在复种绿肥毛叶苕子的情况下,研究后茬作物油菜生育期土壤全氮、碱解氮、硝态氮、铵态氮的时空变化。结果表明,油菜生育期0～100 cm土层全氮、碱解氮、铵态氮积累量均表现为有毛叶苕子处理高于无毛叶苕子处理,硝态氮积累量均表现为有毛叶苕子处理低于无毛叶苕子处理。毛叶苕子与化肥配施效果好,毛叶苕子施用对提高和保持土壤全氮、碱解氮、铵态氮含量,相比CK提高9.54%～18.33%,相比纯施化肥提高0. 94%～19. 28%。化肥配施毛叶苕子处理较单施化肥土壤硝态氮含量降低7.01%～38.51%。绿肥引入小麦(油菜)种植体系后,对小麦(油菜)生长季内土壤氮库、氮素循环及培肥土壤产生一定影响。     

栽培模式、施氮量对旱作春玉米农田矿质氮和产量的影响

研究了旱地不同栽培模式(全膜双垄沟和传统种植模式)和施氮量(0、170、200、230 kg·hm~(-2))对春玉米生长期间矿质氮和产量的影响。结果表明:不同处理条件下,硝态氮主要分布在0~40 cm土层,施氮量越高土壤中硝态氮的含量也就越高,随土层深度增加硝态氮含量降低;不同栽培模式对土壤中硝态氮的分布有明显影响,全膜双垄沟模式有助于玉米植株高效吸收利用土壤中的氮素,施氮量为0、170、200、230 kg·hm~(-2)处理的吸氮量分别提高了89.3%、51.1%、66.6%和102.8%,所有处理的吸氮量平均提高77.4%,从而减少土壤硝态氮的残留,而传统种植模式的玉米植株利用土壤氮素效率低,易造成硝态氮残留在土壤中,当遇到强降雨时硝态氮的淋洗现象严重,将硝态氮迁至作物无法吸收利用的土壤深度,造成资源浪费;而铵态氮在土壤中不易迁移,施氮量、栽培模式及玉米不同生育时期对铵态氮在土壤剖面中的分布几乎没有影响;玉米的植株吸氮量与玉米产量成正比,施氮处理植株吸氮量与产量显著高于不施氮处理,但是不同施氮处理间的差异不显著。全膜双垄沟模式下春玉米的最佳施氮量为200 kg·hm~(-2),而传统种植模式下的最佳施氮量为170 kg·hm~(-2),且在干旱地区宜采用全膜双垄沟栽培模式种植春玉米。     

施氮期对夏玉米土壤无机氮变化及净矿化量的影响

在夏播郑单958(9株／m^2)生长季,研究了不施氮、基施氮 10叶展氮、基施氮 吐丝氮和基施氮 乳熟氮共4个处理下2m土体的无机氮变化和净矿化量。结果表明：夏玉米生长季土壤NO3^- -N在含量、时空交化和受氮肥影响方面均与NH4^ -N不同,20cm以上土层NO3^--N以大口期为界、20cm以下以吐丝期为界前降后升;2m土层NH4^ -N在吐丝前均下降、吐丝后除20cm以上土层乳熟前上升而乳熟后略下降外其它土层无明显规律;NO3^--N的波幅明显大于NH4^ -N,NO3^--N在全生育期垂直分布明显,施氮后20cm以上和80cm以下土层其含量显著增加且受施氮期影响明显,如,推迟施氮能显著增加乳熟一成熟80cm以下NO3^- -N含量;NH4^ -N在吐丝前垂直分布近均匀、吐丝后明显,施氮仅增加0～20cm NH4^ -N含量、对20cm以下无明显影响。另外,土壤氮素净矿化发生在吐丝前且主要在大口期前,吐丝后发生净固定且乳熟前后各近一半,施氮后土壤氮变化平缓且施氮期影响明显。     

长期增施有机肥对土壤物理特征、微生物生物量碳氮及土壤酶活性的影响

增施有机肥对改善土壤结构、提高土壤保水保肥能力,提升微生物活性和土壤质量均具有重要作用,但长期增施有机肥对土壤物理特性、水分参数、微生物特性及其相互关系尚不清楚,需要系统研究以确定长期施用有机肥对于土壤理化特性及其生物特性的综合作用效果。本研究在河南省节水农业禹州试验基地开展长期定位试验（2006年小麦播种时开始）,采用CT扫描技术定量分析长期施用有机肥（腐熟鸡粪750 kg·hm^-2）对0~40 cm土层土壤孔隙的影响,同时测定分析0~10 cm土层的土壤团粒结构、土壤水分参数及微生物生物量碳氮和土壤酶活性等指标。结果表明：随着土壤团聚体粒级的减小,不同施肥措施的土壤团聚体含量表现为逐渐增加的趋势。与单施化肥相比,增施有机肥的>0.5 mm粒级的团聚体含量提高了70.1%,0.25~0.5 mm和<0.25 mm粒级的团聚体含量分别减少了34.2%和26.5%;增施有机肥提高了水稳性大团聚体含量和团聚体平均重量直径,提高了土壤结构稳定性。随土层的加深,土壤孔隙数目呈现逐渐增加的趋势,土壤孔隙度则表现为逐渐降低的趋势,土壤孔隙成圆率则表现为逐渐增加再降低的趋势。长期增施有机肥提高了0~100 mm、200~250 mm和250~300 mm土层的孔隙数目,0~100 mm、150~200 mm和250~400 mm土层的土壤孔隙度以及0~150 mm和155~200 mm土层的孔隙成圆率;长期增施有机肥可提高土壤饱和导水率、土壤持水能力、供水能力、田间持水量及有效水含量,且提高了小麦不同生育时期的土壤微生物生物量碳和氮、土壤蔗糖酶、纤维素酶、脲酶及蛋白酶活性。综上所述,长期增施有机肥改善了土壤理化性质、提高了土壤结构稳定性和土壤水分参数,同时提高了微生物活性和土壤酶活性。     

减氮配施生物炭对滴灌棉田土壤有机氮和棉花产量的影响

为缓解氮肥减施造成的土壤氮库失衡以及棉花产量降低的问题,于2022—2023年开展田间试验,设置6个处理：不施氮肥（N0）、常规施氮(300 kg·hm^-2,N300)、氮肥减施20%(240 kg·hm^-2,N240)、氮肥减施40%(180 kg·hm^-2,N180)、氮肥减施20%配施生物炭（N240+BC）、氮肥减施40%配施生物炭（N180+BC）,研究不同氮肥减施比例配施生物炭对滴灌棉田土壤有机氮组分及棉花产量的影响。结果表明：（1）N240、N180、N180+BC处理土壤全氮含量均显著低于N300处理,N240+BC处理土壤全氮含量两年分别较N240处理显著增加19.49%和22.86%,与N300处理无显著差异。（2）土壤水溶性有机氮、颗粒有机氮和矿物结合态有机氮含量随氮肥减施比例增加出现不同程度降低;与N240处理相比,N240+BC处理土壤水溶性有机氮和颗粒有机氮含量分别显著增加25.28%和51.81%。（3）氮肥减施配施生物炭处理（N240+BC、N180+BC）氮库管理指数较相应减氮处理（N240、N180）分别显著提高48.12%～101.13%和17.97%～41.37%。（4）氮肥减施配施生物炭处理的土壤亮氨酸氨基肽酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶、纤维二糖酶和β-葡萄糖苷酶活性显著高于相应氮肥减施处理,增幅分别为30.90%～90.21%、11.24%～102.23%、11.45%～51.73%和10.92%～32.96%。（5）氮肥减施显著降低了棉花产量,且减产幅度随施肥年限的增加而增加;2023年N240+BC处理棉花产量较N240处理显著增加13.79%,同时其两年棉花产量与N300处理相比均无显著差异。综上,氮肥减施20%配施生物炭处理在有效维持土壤氮库容量和供氮能力的基础上保证了棉花产量,可作为新疆滴灌棉田的推荐施肥措施。     

绿肥作物种植翻压对苏打盐碱土壤改良效果的影响

为筛选出适宜松嫩平原苏打盐碱地修复的绿肥作物,以松嫩平原西部苏打盐碱地为研究对象,于2022-2023年通过田间试验比较4种绿肥作物(田菁、草木樨、高丹草、'朝牧1号'稗子)在苏打盐碱地的生长适应性,及其翻压后对土壤理化性质和土壤酶活性的影响,并对各指标进行相关性分析,旨在阐明不同绿肥作物种植翻压入土后对苏打盐碱土壤的改良效果和机理.结果表明:4种绿肥作物中,田菁的生物量干重和鲜重均为最高,在种植第二年产草量达30.35 t·hm-2,是其他绿肥作物的5～35倍;种植翻压第二年,田菁耕层土壤容重为1.17g·cm-3,较裸地显著降低0.21 g·cm-3、土壤pH显著降低0.15～0.50个单位、电导率显著降低32.22％～51.72％,其他绿肥作物0～20 cm 土层土壤容重及pH与裸地无显著差异.在20～40 cm 土层,'朝牧1号'稗子和高丹草土壤电导率较裸地分别显著降低40.00％和31.11％,种植翻压田菁的土壤全氮、全磷、全钾和有机质含量高于其他绿肥处理;在0～20 cm 土层,土壤养分提升33.98％～189.75％,种植翻压4种绿肥对耕层土壤酶活性的提升能力存在差异,其中田菁土壤酶活性提升表现优异,其土壤脲酶活性、土壤碱性磷酸酶活性、土壤蔗糖酶活性、土壤β-木糖苷酶活性分别较对照处理显著提高685.95％、80.78％、63.42％、19.10％(P＜0.05).综上所述,种植翻压田菁更有利于苏打盐碱地降碱培肥及土壤酶活性的提升.     

绿肥播前施肥和翻压方式对旱地麦田土壤水肥性状的影响

通过田间定位试验,研究种植并翻压绿肥3年以后渭北旱原不同施肥处理（不施肥、磷肥 P₂O₅ 40 kg·hm^-2、豆科绿肥专用肥30 kg·hm^-2）和夏季豆科绿肥翻压方式（提前翻压、提前覆盖、播前翻压和不种绿肥—即夏季休闲）对小麦播前和收获期麦田土壤性质的影响。试验结果表明：(1) 施豆科专用肥处理和施磷肥处理的绿肥生物量和养分还田量有高于不施肥处理的趋势,其中提前翻压时施专用肥处理与不施肥处理的差异达显著水平。(2) 小麦播前翻压绿肥由于有较高的绿肥生物量和养分还田量,从而显著提高了土壤有机质、活性有机质、全氮和速效钾含量,并增加土壤碳库管理指数（CPMI）。(3) 夏闲期种植绿肥显著提高了土壤剖面硝态氮的含量,并在160 cm左右的土层有明显的累积峰;绿肥提前翻压处理的土壤硝态氮含量有高于提前覆盖处理的趋势。(4) 绿肥翻压方式各处理160 cm以上土层水分含量没有显著差异,与夏季休闲相比,翻压绿肥时160～200 cm土层水分含量有降低的趋势,但只有绿肥提前覆盖土壤0～200 cm储水量显著低于休闲。     

渭北旱区夏闲期豆科绿肥对土壤肥力性状的影响

通过长武县田间试验,研究渭北旱塬地区夏闲期种植并翻压大豆、长武怀豆和绿豆等短期豆科绿肥对土壤肥力和其它理化性状的影响.结果表明:长武怀豆和绿豆的生物量显著高于大豆;长武怀豆植株氮和钾的还田量均最高,大豆的最低;绿豆磷的还田量最高,大豆最低;长武怀豆的根瘤丰富,含氮量显著高于大豆和绿豆.与夏季休闲处理相比,种植并翻压绿肥...     

氮肥形态对小麦不同生育期土壤酶活性的影响

采用田间试验与室内分析相结合的方法,研究了氮肥形态对小麦不同生育期土壤酶活性的影响。结果表明： 脲酶、蛋白酶活性随小麦生育时期推进呈现出两个峰值,蔗糖酶先降后升再降,呈倒‘S’型曲线,脱氢酶在越冬、成熟期高,其它生育期低,曲线似‘U’型,过氧化氢酶活性在返青后呈急剧上升,拔节后缓降。0～20 cm酶活性普遍高于20～40 cm;施肥可以提高土壤酶活性,可使脲酶活性提高60.3%,蛋白酶活性平均提高36.0%,蔗糖酶活性平均提高36.7%,脱氢酶活性平均提高100%,过氧化氢酶平均提高33.8%;土壤酶活性变异系数的平均值大小顺序是：脲酶＞脱氢酶＞蛋白酶＞蔗糖酶＞过氧化氢酶;氮肥形态对小麦不同生育期5种土壤酶的影响各异,没有一定的规律性。     

施肥和绿肥翻压方式对旱地冬小麦生长及土壤水分利用的影响

通过田间试验研究渭北旱原不同施肥处理(不施肥;40 kg P2O5/hm2;豆科绿肥专用肥30 kg/hm2)对夏闲期豆科绿肥生长和后茬小麦生长的效果,探讨了夏季豆科绿肥翻压方式(提前翻压、提前覆盖,播前翻压和不种绿肥即夏季休闲)对后茬冬小麦产量及水分利用的影响。研究表明:与不施肥处理相比,豆科绿肥专用肥显著提高绿肥盛花期地上部生物量,但对根系生长没有明显作用;施用磷肥则更有利于绿肥根系生物量的提高;施用绿肥专用肥和磷肥处理的后茬小麦产量较高,特别是绿肥提前翻压时。绿肥提前翻压时冬小麦分蘖数较高、春季总茎数较高、单位面积穗数较高,产量显著高于绿肥提前覆盖、播前翻压和不种绿肥处理,水分生产效率显著高于不种绿肥处理。从绿肥翻压、小麦播前直至小麦拔节期,绿肥翻压方式的3个处理土壤0~200 cm剖面水分含量与休闲处理始终有明显差异。提前翻压处理与提前覆盖、播前翻压处理的差异主要在40 cm以上土层。     

基于野外原位光谱的棉田耕层土壤全氮含量监测模型研究

针对可见光和近红外光穿透力不强、难以监测到耕层土壤全氮的问题,以石河子垦区播前棉田土壤为研究对象,获取3 种不同土壤质地类型的原位光谱及不同耕层的土壤全氮含量信息,通过Savitzky-Golay平滑处理及最大归一化处理对土壤原位光谱进行预处理,并利用广义传播神经网络(GRNN)、随机森林回归(RFR)、支持向量机回归(SVR)、最小二乘回归等4 种建模方法,建立和筛选出不同土壤质地类型的棉田耕层土壤含量的最佳监测模型.结果表明:(1)不同建模方法在各耕层监测精度不同,在浅、中、深耕层表现最佳的监测模型均为GRNN模型(R2 分别为 0.72、0.68、0.63).(2)优化后的NGRO-GRANN模型监测精度高于GRNN模型,在浅、中、深三个耕层的预测精度提高 16.2%～30.2%.(3)基于原位光谱建立不同耕层的土壤全氮监测模型具有较好的监测效果,且大量简化了室内光谱处理的繁琐步骤.该研究为野外原位光谱快速获取棉田播前土壤各耕层养分信息提供了理论基础与技术支撑,具有一定的可行性与鲁棒性.