北方麦区土壤有效磷阈值及小麦产量、籽粒氮磷钾含量对监控施肥的响应

  【目的】  分析我国北方麦区不同土壤有效磷水平下,监控施肥后小麦籽粒产量与养分吸收利用变化,为保证减施磷肥后小麦的丰产、优质、绿色生产提供理论依据。  【方法】  于2018—2020年在我国北方麦区49个地点进行了田间试验。所有试验均设农户施肥(FF)、监控施肥(RF)和监控无磷(RF-P) 3个处理,监控施肥的磷(P₂O₅)肥用量较农户施肥平均减少60 kg/hm2,相当于减少了46%。在小麦成熟期调查了土壤不同磷素水平下,小麦产量、产量构成、籽粒氮磷钾含量,并计算了磷素养分吸收利用率;在小麦收获期,采样测定土壤有效氮磷钾含量。  【结果】  当土壤有效磷<15 mg/kg时,小麦产量最低,为5155 kg/hm2;当土壤有效磷在25～30 mg/kg时,产量达到最高,为7217 kg/hm2;有效磷过高并不能持续提高小麦产量,反而因穗数、千粒重低导致产量降低。土壤有效磷<15、15～20、20～25、25～30和>30 mg/kg时,监控施肥处理小麦产量与农户施肥处理相比差异虽然未达显著水平,但小麦的磷肥吸收效率与磷肥偏生产力平均分别为1.03和104.7 kg/kg,分别较农户处理显著提高了119.6%和112.2%,籽粒氮磷钾含量与农户施肥处理相比无显著差异。当土壤有效磷<15 mg/kg,或速效钾达171和200 mg/kg、有效磷为15～20和>30 mg/kg时,不施磷肥小麦显著减产;但土壤速效钾为147和158 mg/kg、有效磷在20～25和25～30 mg/kg时,不施磷肥不减产。土壤有效磷含量越高,小麦籽粒平均氮含量越低、磷含量越高,籽粒平均钾含量在有效磷为20～25 mg/kg时达到最高。  【结论】  在北方麦区,过高的土壤有效磷含量有降低小麦氮素营养的风险,适当降低磷肥用量在保证产量的同时,还可大幅提高磷肥的利用率。土壤有效磷维持在20～30 mg/kg时,减施或不施磷肥依然可以实现小麦高产,但若速效钾>170 mg/kg时不施磷肥小麦有减产风险。因此,应基于对小麦目标产量、籽粒养分含量和土壤有效磷钾的监控,确定合理的磷肥用量,实现北方麦区化肥减施,小麦稳产提质增效和绿色生产。     

滨海废弃盐田复垦区土壤空间变异及其分区管理研究

  目的  针对山东省莱州湾南岸废弃盐田复垦区盐分高、土壤养分空间差异性大、管理粗放和效益低等问题,研究田间管理分区的精准划分方法,便于农户差异化施肥管理,提高盐渍土改良水平。  方法  以废弃盐田复垦区典型地块为研究对象,运用传统统计学、主成分分析和模糊c-均值分类等方法对研究区进行管理分区的划分,并评价管理分区划分的适宜性和有效性。  结果  研究区土壤含盐量均值达到1.73 g kg?1,处于轻度盐渍化水平;土壤有机质、全氮、速效氮、速效钾和速效磷等含量均处于较低的水平;全磷和阳离子交换量处于中等水平;全钾和pH值达到了较高的水平。全钾和pH值的变异系数 < 0.1,属于弱变异,其他土壤属性属于中等变异强度。土壤各属性在空间分布上差异性大。主成分分析结果表明,将10个土壤属性分组为统计因子可划分成3个主成分。模糊c-均值分类结果表明,研究区可划分为2个管理分区,不同管理分区中土壤含盐量、有机质、土壤养分等属性存在显著差异。  结论  可以利用不同土壤属性借助模糊c-均值分类方法来确定废弃盐田复垦区农田的管理分区。     

不同施肥模式对设施土壤CO2排放特征及碳平衡的影响

  目的  探讨不同施肥模式对土壤CO₂排放特征及碳平衡的影响,为设施土壤固碳减排和合理施肥提供数据支持。  方法  以“粉太郎”番茄为试材,基于设施微区试验,利用LI-8100A土壤碳通量自动测定仪观测了不同施肥模式[50%化肥N + 50%有机肥N + 改良剂组（HYG）、50%化肥N + 50%有机肥N组（HY）、100%有机肥N组（Y）、100%化肥N组（H）和不施肥处理组（CK）]土壤CO₂的排放特征,探讨了土壤含水量、温度、pH、全氮、微生物生物量碳、土壤孔隙度、土壤有机质等因子对CO₂排放量的影响。  结果  在番茄生长初期和施肥后,设施土壤CO₂排放速率均表现为先升高后下降的趋势,土壤含水量和土壤温度的双因素复合模型可以解释76.0%（P < 0.01）土壤CO₂排放速率的变化,不同施肥模式下造成土壤水热环境的变化会显著影响土壤CO₂排放速率。整个生育期,不同施肥模式之间土壤CO₂排放累积量差异显著（P < 0.05）,相比CK处理,施入肥料的H、Y、HY和HYG处理的土壤CO₂排放累积量分别提高了26.7%、83.2%、47.3%和44.2%。相关分析表明,土壤CO₂排放累积量与土壤pH、全氮、微生物量碳、土壤孔隙度和有机质均呈极显著正相关关系(P < 0.01)。HYG处理相较其余各施肥处理可以显著提高番茄产量和总生物量,提高幅度分别为9.4% ~ 38.2%和9.0% ~ 32.9%。HYG处理相较当前设施土壤施肥方式（HY处理）显著降低土壤碳释放总量和作物碳排放效率,降幅分别为2.2%和10.9%,同时HYG处理可以使生态系统固碳潜力增加（11.5%）。  结论  从固碳减排的角度,50%化肥N + 50%有机肥N + 改良剂处理是辽宁地区设施番茄栽培适宜的施肥模式。     

湖南怀化花洋溪村“贡田”稻米品质的影响因素分析

  【目的】  湖南怀化市花洋溪村“贡田”生产的稻米品质优良,历史上一直作为贡品。我们研究了品种和“贡田”的理化性状和环境,以分析形成优质稻米的影响因素。  【方法】  在湖南怀化市花洋溪村的“贡田”与非贡田中采集0—20 cm 耕层土样,测定土壤有机碳、全量及速效氮磷养分含量。在两块田中同时种植了‘禾中香’、‘穗晚香’、‘农香25’ 3个水稻品种,测定了灌溉水、稻谷和土壤的22种元素含量,分析了稻米的食味品质(外观、黏度、硬度、平衡度、食味值)及营养品质(蛋白质、脂肪、淀粉)。通过冗余分析、结构方程模型等方法,解析“贡田”对水稻食味及营养品质的影响。  【结果】  与非贡田相比,“贡田”土壤有机质、全氮、全磷、速效钾、有效磷含量,微生物量碳、微生物量氮、微生物量磷含量,以及铁、铝含量均明显较高。“贡田”中生长的水稻籽粒中含有较高的锌、铷、锶含量和较高的脂肪含量 (营养品质),而稻米的食味品质(黏度、外观及食味值)则更多地取决于水稻品种。冗余分析结果显示,土壤全量养分、速效养分及微生物生物量解释了59%的水稻食味及营养品质差异。结构方程模型显示,土壤中22种元素含量与水稻中的相应元素含量显著正相关。灌溉水元素含量较少,对稻米食味及营养品质影响也较小。  【结论】  “贡田”通过长期施用有机肥显著提高了土壤有机质和氮、磷、钾含量,维持了较好的土壤生物性状,因此,在同样施肥量下,可显著提高水稻的产量和营养品质。相比于土壤肥力,稻米品种特性决定着稻米的食味品质及其对土壤肥力的响应。依据当下的施肥量和施肥方法(含秸秆还田),稻米中较高的脂肪含量和较低的蛋白含量均有助于稻米食味值的增加。因此,维持高的土壤肥力和适当的施肥水平,是获得优质稻米和较高产量的关键。     

石灰性紫色土种植小麦适宜施肥量的研究

  目的  目前我国小麦施肥效应研究主要集中在中部及北方地区,南方石灰性紫色土上小麦施肥效应及适宜施肥量尚不清楚。  方法  2018年10月至2020年5月在四川盐亭县青峰村石灰性紫色土农田,设农户习惯施肥（FP）、地方科技部门推荐施肥（ST）、养分专家系统优化施肥（NE）、优化施肥配施锌肥（NE + Zn）和优化施肥增减氮肥等12个处理,进行小麦施肥小区试验。  结果  石灰性紫色土上不同施肥处理对小麦的生物量和产量影响显著,而对千粒重无明显影响;NE + Zn处理产量最高,即优化施肥配施锌肥小麦增产效果显著,与FP处理相比平均增产约20%;不施氮肥和氮肥用量增减对小麦影响不明显,但不施磷肥则影响显著:相对于NE + Zn处理减产约30%。  结论  石灰性紫色土种植小麦的推荐施氮量为N 93 kg hm?2,同时配施磷肥和锌肥小麦有显著增产效果。     

基于高斯?分类混合聚类方法的水稻区域化肥减施潜力研究

  【目的】  综合土壤养分、自然资源禀赋和种植管理方式等多源要素,构建基于高斯?分类混合聚类模型的农田基础肥力分区,为定性描述、定量估计化肥的“稳?控?增”和提高推荐施肥的准确性提供必要的补充。  【方法】  2008—2017年,共采集6382个农田土壤样品,现场调查了距村距离、土壤类型、耕层质地、成土母质、地貌类型与种植模式等数据,测定了土壤pH及有机质、全氮、有效磷和速效钾含量。同时,在研究区内典型位置以当地主栽的‘甬优’、‘秀水’系列品种为试材,布设6个“3414”试验点,共开展了28个试验,获得氮、磷、钾 (N、P、K) 不同施肥水平下的稻谷产量、最佳推荐施肥量等信息。基于高斯?分类混合聚类方法,联合土壤、气候、地形等自然资源禀赋要素与区域性农业种植模式,对农田基础肥力进行分区,并将各区测土配方试验数据与农户典型施肥数据比较,完成各不同分区的化肥减施潜力估计。  【结果】  整个研究区域稻田可划分为7个大区,各区与已有农田地力评价等级具有较好的吻合度,对应于较高、中等和较低三级别地力水平分别有4、1和2个分区。影响各农田基础肥力分区的重要因子基本一致,主要为地面高程、土壤速效钾含量、降雨、温度和地貌分区。研究区内水稻的化肥减施潜力分别为减纯氮 (N) 26.2～71.3 (平均48.7) kg/hm2,减磷肥 (P₂O₅) 9.9～23.5 (平均16.7) kg/hm2,减钾肥 (K₂O) 18.5～39.9 (平均29.2) kg/hm2。减肥潜力与分区基础肥力高低总体一致,较高肥力区减肥潜力较大,低肥力区减肥潜力相对较小,但也有较高肥力分区减肥潜力低 (如分区3) 或较低肥力分区减肥潜力高 (如分区6)的情形。从空间分布上看,分区4、5、6、7 减氮潜力较大,分区2、7减磷钾肥潜力较大,而分区1、5减磷钾肥潜力较小。  【结论】  综合自然资源禀赋、土壤及种植管理模式的分区划分,比传统依靠土壤养分的肥力分区能更加全面客观地反映区域稻田的基础肥力差异。地形地貌、土壤速效钾含量、降雨和温度是区域基础肥力分区的关键影响因子。从空间分布上定量估计,水稻的化肥减施潜力与基础肥力水平总体一致,总体可减施氮肥 (N) 26.2～71.3 kg/hm2、磷肥 (P₂O₅) 9.9～23.5 kg/hm2、钾肥 (K₂O) 18.5～39.9 kg/hm2。     

施用等养分量有机肥和化肥对干旱胁迫下玉米生物量影响的比较

  目的  研究干旱胁迫条件下施用有机肥和与之等氮磷钾养分量化肥对玉米生物量的影响及其机制,为玉米抗旱技术措施的提出提供理论依据。  方法  通过温室盆栽模拟试验研究施肥（不施肥、施用牛粪和施用化肥）、微生物（不灭菌和灭菌）和水分（不干旱即田间持水量的70%和干旱即田间持水量的40%）三因素对苗期（45天后）玉米生长及土壤性质的影响。  结果  （1）与不施肥相比,施肥处理显著提高玉米生物量,其中地上部生物量提高了155% ~ 278%,根系提高了71% ~ 122%,总生物量提高了125% ~ 221%;在灭菌条件下,干旱后玉米生物量显著降低（30% ~ 34%）。（2）施肥后,未显著改变土壤无机氮的含量,显著提高了土壤速效磷和速效钾的含量;与正常水分处理相比,干旱仅在有机肥处理下显著降低了土壤速效钾含量,达43.8%;施肥对土壤微生物总生物量和细菌生物量均无显著影响,显著提高了真菌生物量以及真菌和细菌的比值;干旱后,土壤微生物总生物量、细菌和真菌生物量均未发生显著改变。（3）随土壤速效磷含量的增加,玉米总生物量显著增加。  结论  干旱显著降低了苗期玉米生物量,且这种干旱效应仅在灭菌土壤上出现,说明了土壤微生物能够增强植物对干旱胁迫的抗性;在干旱情况下,有机肥施用后玉米生物量显著高于化肥处理,土壤速效磷是主要的驱动因子。     

基于“3414”试验的陇中半干旱区马铃薯测土配方施肥指标研究

  目的  为建立陇中半干旱区马铃薯土壤养分丰缺指标,确立土壤养分分级指标和推荐施肥量,指导马铃薯科学施肥,提高肥料利用率。  方法  通过对会宁县2015 ~ 2018年马铃薯“3414”田间肥效试验结果进行模拟,开展土壤有效养分含量与相对产量、经济最佳施肥量之间的相关性研究,提出马铃薯土壤养分丰缺指标及不同分级范围推荐施肥量。  结果  土壤全氮含量与马铃薯产量、N经济最佳施肥量相关性优于土壤碱解氮,因此以全氮、速效磷、速效钾作为陇中半干旱区马铃薯田丰缺指标及推荐施肥量评价指标,分5个、4个、4个等级,并建立了养分丰缺指标施肥区间调控、目标产量及施肥量定量微观调控模型。该区域马铃薯土壤全氮含量分为低（< 0.6 g kg?1）、较低（0.6 ~ 1.1 g kg?1）、中（1.1 ~ 1.8 g kg?1）、较高（1.8 ~ 2.2 g kg?1）和高（> 2.2 g kg?1）;速效磷分为较低（< 13 mg kg?1）、中（13 ~ 25 mg kg?1）、较高（25 ~ 31 mg kg?1）和高（> 31 mg kg?1）;速效钾分为较低（< 162 mg kg?1）、中（162 ~ 238 mg kg?1）、较高（238 ~ 271 mg kg?1）、高（> 271 mg kg?1）。  结论   根据地力等级从低到较高,推荐施肥方案分别为N > 158.0、134.5 ~ 158.0、113.7 ~ 134.5、105.9 ~ 113.7、0 ~ 105.9 kg hm?2;P₂O₅ > 136.7、90.4 ~ 136.7、75.7 ~ 90.4、0 ~ 75.7 kg hm?2;K₂O > 82.2、56.8 ~ 82.2、47.0 ~ 56.8、0 ~ 47.0 kg hm?2。生产中通过检测任一地块土壤养分,代入相关函数模型即可输出该地块经济最佳施肥量。     

不同水肥管理对苕子－玉米轮作农田土壤水稳性团聚体和持水能力的影响

  目的  为了探讨苕子-玉米轮作模式下不同水肥管理对苕子养分累积量及玉米季土壤含水量、水分特征曲线、水稳性团聚体组成、有机质、玉米籽粒产量的影响。  方法  于2017年在云南省农业科学院嵩明县试验基地布置苕子-玉米轮作大田试验。将玉米季部分肥料前移至绿肥季、在绿肥季设置灌溉处理作为调控措施,设10个处理。于苕子盛花期采样测定苕子养分累积量,于玉米生长时期实时监测土壤温度和含水量,于玉米收获期采样测定各处理的玉米产量、土壤有机质、水分特征曲线和团聚体组分等指标。  结果  绿肥季施氮磷肥和灌溉处理玉米籽粒产量最高。整个玉米季,冬闲处理土壤含水量总体最低,绿肥季施氮磷肥处理土壤含水量总体较高。冬闲处理土壤饱和含水量最低,各种绿肥季施肥处理土壤饱和含水量和田间持水量较对照处理均有提高。绿肥季灌溉和施肥措施不同程度的增加了土壤 > 2 mm团聚体含量,减少了0.25 ~ 2 mm和 < 0.053 mm团聚体含量。绿肥季不施肥,进行灌溉处理的 > 0.25 mm水稳性团聚体含量（WSAC_0.25）、几何平均直径（GMD）和团聚体系数（K_CTP）较对照处理分别降低了9.10%、17.52%和33.25%,其中WSAC_0.25降幅显著。  结论  玉米季肥料前移至绿肥季不仅不影响玉米籽粒产量,绿肥季进行施肥灌溉还可有效增加后茬玉米籽粒产量。种植绿肥可以提升土壤持水能力,绿肥季施肥或灌溉处理可在土壤低吸力范围内进一步优化土壤持水性能。绿肥季施肥处理可通过较大幅度增加土壤中 > 2 mm团聚体含量来提高水稳性团聚体的稳定性,而绿肥季不施肥,进行灌溉处理则是通过更大幅度减少0.25 ~ 2 mm团聚体含量来降低水稳性团聚体的稳定性。     

基于GIS和丰缺指标法的区域施肥管理体系的构建

  【目的】  采用GIS定位和养分丰缺指标相结合的方法,研究西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间分布特点,建立直观、精准的推荐施肥系统。  【方法】  西辽河平原包括科尔沁区、开鲁县、奈曼旗、科尔沁左翼后旗、科尔沁左翼中旗。以该区域的15421个土壤测试数据和143个玉米“3414试验”数据为基础,运用GIS方法计算耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾的空间插值结果,结合土壤丰缺指标,将西辽河平原耕地土壤碱解氮、有效磷、速效钾养分分区,确定不同土壤氮磷钾养分组合下的施肥量,并制作玉米氮磷钾分区施肥图。  【结果】  西辽河平原耕地土壤养分空间分布不均,大部分土壤碱解氮含量较低,有效磷、速效钾含量中等。耕地土壤有效氮、磷、钾养分含量呈低氮–中磷–中钾 (碱解氮 ≤ 69.5 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–中钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾90.3～152.5 mg/kg)、中氮–中磷–高钾 (碱解氮69.5～107.9 mg/kg、有效磷4.18～10.40 mg/kg、速效钾 > 152.5 mg/kg) 的面积占比分别为42.4%、14.1%、13.5%。土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量 (x) 与经济最佳施肥量 (y) 之间存在较好的对数关系,氮施肥模型y = –102.5ln(x) + 617.22,磷施肥模型y = –36.11ln(x) + 174.1,钾施肥模型为y = –25.89ln(x) + 180.96。不同土壤养分组合种植玉米所需的经济最佳N–P₂O₅–K₂O用量 (kg/hm2) 组合分别为202–110–58、168–107–57、164–102–47。  【结论】  土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量与相对产量存在较好的对数函数关系。西辽河灌区土壤有效氮磷钾丰缺指标的划分以75%和85%作为相对产量的分级区间较为合适。在土壤有效氮磷钾养分大数据的支撑下,采用GIS和丰缺指标法相结合的方法,可以准确快捷地构建区域施肥管理体系。     

长江流域冬小麦氮磷钾肥增产效应及其影响因素

  【目的】  分析长江流域施用氮、磷、钾肥对小麦产量的增产效应及主要影响因素的贡献率,旨在明确不同条件下施用氮、磷、钾肥对小麦产量的影响,为优化长江流域的小麦养分管理提供科技支撑。  【方法】  数据来源于国际植物营养研究所在我国长江流域开展的小麦田间试验,以及在中国知网通过检索到的有关施肥增产效应的文献,检索关键词为“冬小麦”、“冬小麦 + 产量”、“冬小麦产量 + 肥料利用率”,符合Meta分析标准的氮、磷和钾数据分别有724、624和658组。以不施某种养分处理为对照,以反应比作为该养分的增产效应值,采用Meta分析方法,定量分析施用氮、磷、钾肥对小麦产量变化的贡献,并分别分析施肥水平、基础地力水平、种植区域、土壤有机质、pH及土壤养分对产量效应的影响。  【结果】  与不施氮、磷或钾肥处理相比,长江流域冬小麦施用氮、磷和钾肥分别可显著增加小麦产量66.0%、17.9%和10.0%,以氮肥增产效应最高。基础地力对氮、磷、钾肥的增产效应均具有显著影响,氮、磷、钾肥均在低肥力土壤 (产量< 2.0 t/hm2) 上的增产率最高,分别为134.2%、30.0%和12.1%,氮、磷肥的增产效应与基础地力呈负相关关系。长江流域不同种植区域冬小麦氮、磷、钾肥的增产效应差异显著,以重庆市的氮效应最高,为136.1% [ln(R) = 0.859],以浙江省的磷效应最高,为39.1% [ln(R) = 0.330],贵州省的钾效应最高,为19.1% [ln(R) = 0.175]。氮、磷、钾肥均在酸性土壤的增产效果最好,增产效应随着土壤pH升高呈降低趋势,增产率分别为95.2%、29.4%和14.0%。土壤有机质含量对磷效应影响显著,对氮和钾效应影响不显著。当土壤全磷 > 1.0 g/kg、全钾 > 20.0 g/kg、碱解氮 < 80.0 mg/kg、速效磷 > 25.0 mg/kg及速效钾 < 90.0 mg/kg时,施氮增产效应最显著;在土壤全磷 < 0.7 g/kg和土壤速效磷 < 15.0 mg/kg时,施磷增产效应最显著;在土壤速效钾 < 90.0 mg/kg时,施钾增产效应最显著。  【结论】  长江流域冬小麦施用氮、磷、钾肥的增产率分别为66.0%、17.9%和10.0%,氮肥仍是影响长江流域冬小麦增产的最重要养分因子。基础地力决定着施肥效应,产量 < 2.0 t/hm2的土壤施肥的增产潜力最高。土壤肥力因素中,pH、有机质和矿质养分含量应作为肥料投入的依据。     

有机物料和氧化钙对连作花生土壤微生物与酶活性及产量的影响

  目的  研究复合肥分别配施商品有机肥、含腐殖酸有机水溶肥、氧化钙等对连作花生土壤可培养微生物数量、土壤酶活性、土壤养分含量及花生植株生长、荚果产量的影响,为连作花生合理施肥提供理论依据。  方法  在连作3年的花生田块,以施用复合肥600 kg hm?2（T0）为对照,分别在此基础上设置增施600 kg hm?2商品有机肥（T1）、75 L hm?2含腐殖酸有机水溶肥（T2）、600 kg hm?2氧化钙（T3）等3个施肥处理,测定不同施肥方式下连作花生土壤微生物数量、土壤酶活性、土壤养分含量、花生植株长势及荚果产量。  结果  与单施复合肥相比,增施有机物料（T1,T2）能够显著提升全生育期下连作花生田块可培养微生物总数量,并使得成熟期土壤可培养细菌数量与可培养真菌数量比值由48.59（T0）分别提升至58.93（T1）和59.94（T2）,缓解土壤向“真菌性”转变,显著提高土壤酶活性及土壤养分含量,促进花生植株生长,提高荚果产量。两种有机物料间比较,含腐殖酸有机水溶肥（T2）效果更佳,荚果增产达11.17%。増施氧化钙后,花生全生育期下土壤各项指标对照差异基本不显著,但花生植株仍表现出百果重、出仁率显著增加,荚果产量提升了5.12%。  结论  以复合肥配施含腐殖酸有机水溶肥（T2）对花生连作障碍缓解效果最佳,该施肥条件下,连作花生土壤微生物活力、土壤酶活性、土壤养分含量及花生荚果产量提高最为显著。     

黄土沟壑区采煤塌陷地不同土地利用类型土壤性质损害特征

  目的  探究半干旱榆神府矿区采煤塌陷地不同土地利用类型地表土壤损害程度和机理。  方法  选择榆神府矿区黄土沟壑地貌下林地、耕地、园地和草地4种不同土地利用类型,分析地表塌陷前后土壤物理、化学和生物学性质的变化特征,通过主成分分析和排序探讨采煤塌陷对不同土地利用类型土壤性质的影响。  结果  4种土地利用类型地表塌陷1 ~ 2年内土壤性质均朝着水分、养分减小的方向发展,但不同土地利用类型塌陷地土壤损害特征具有明显差异,其中草地的土壤机械组成和养分含量、林地的速效养分特征、园地的砂粒含量各自变化较显著;土壤机械组成、有机质和水分含量是影响榆神府矿区土壤质量变化的关键因子;在矿区损害地土壤系统修复过程中,除必要的塌陷地充填外,草地还需采取人工施肥、补水和微地形改造等措施,林地还需施加氮磷肥辅以相应的微生物菌剂,园地和耕地损害较小可减小人工干预。  结论  半干旱或干旱区煤炭开采塌陷地在生态修复过程中,针对不同土地利用类型土壤损害程度与成因采取对应的恢复措施,有利于矿区生态环境高效和高质量恢复。     

宁夏引黄灌区日光温室集约种植区浅层地下水硝态氮含量与耕层土壤硝态氮含量的关系

  目的  探讨宁夏引黄灌区日光温室集约种植区地下水硝态氮污染现状及其与土壤硝态氮含量之间的关系,为有效防治地下水硝态氮污染及土壤盐渍化提供理论依据。  方法  通过抽样调查方法,采集7个典型日光温室集约种植区不同时期的214个地下水样及102个0 ~ 20 cm土壤样品,分析了地下水和土壤的硝态氮含量及电导率等。  结果  地下水样本硝态氮含量超过Ⅲ类水标准的达53.3%;近80%的土壤样本呈现出不同程度的盐渍化,其中中度盐化土占57%。当地下水硝态氮含量大于40 mg L?1时,地下水电导率、土壤电导率和土壤硝态氮含量均随地下水硝态氮浓度增加而急剧增加。土壤电导率与土壤硝态氮含量之间呈极显著线性函数关系,决定系数达0.376。土壤硝态氮含量与地下水硝态氮含量之间呈极显著的指数函数关系,土壤电导率与地下水电导率之间呈极显著的线性函数关系。  结论  宁夏典型日光温室集约种植区的地下水硝态氮污染和次生盐渍化严重,并与土壤硝态氮含量和盐渍化密切相关。     

新型肥料对全球三大粮食作物产量和土壤生物学活性影响的Meta分析

  【目的】  随着近年来农业发展方式从资源消耗型向绿色生态型的转变,发展绿色新型肥料成为一大热门。已有研究大多关注新型肥料对三大粮食作物 (小麦、玉米和水稻) 产量、氮吸收和氮利用效率的影响,但关于新型肥料对土壤生物学活性影响的系统研究相对较少。本研究旨在整合已有的研究结果,定量分析新型肥料对三大作物产量和土壤生物学活性的影响,进而为加快新型肥料的研发与推广提供科学依据。  【方法】  本研究数据来源于“中国知网 (CNKI) ”及“Web of Science”数据库,以“小麦”、“玉米”、“水稻”、“产量”、“微生物量”、“酶活性”、“新型肥料”为主要关键词检索相关的田间试验文献,共筛选出文献29篇,包含32个独立试验,共545组数据。以施用传统化学肥料为对照组,施用新型肥料为试验组,采用Meta分析的方法,整合分析施用新型肥料对作物产量、土壤微生物量及酶活性的影响。  【结果】  与施用传统化学肥料相比,施用新型肥料显著提高三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,分别提高8.4%、9.9%和36.8%。施用新型肥料显著增加土壤微生物量氮 (14.6%),但对土壤微生物量碳无显著影响。施用新型肥料显著提高了土壤磷代谢酶活性 (8.6%) 和氧化相关酶活性 (5.7%),但对土壤碳代谢酶活性和氮代谢酶活性无显著影响。  【结论】  施用新型肥料提高了三大作物产量、地上部吸氮量和氮肥利用效率,同时增加了土壤微生物量氮、土壤磷代谢酶活性和氧化相关酶活性,提高了农田生态系统土壤生物学活性。     

双季稻田土壤微生物群落对连续5年施有机肥和石灰的响应差异

  目的  土壤微生物是土壤健康的敏感“指示器”,但不同的土壤微生物类群对连续施用有机肥和石灰的响应规律及不同指标的敏感性仍不明确。  方法  本文选取中亚热带双季稻区的紫泥田作为研究对象,研究连续5年施用有机肥或石灰后,土壤微生物“黑箱指标”（微生物生物量碳氮、微生物熵和土壤呼吸速率）和土壤活体微生物（PLFAs）组成的响应规律与差异。  结果  与对照相比,连续施用有机肥后,土壤微生物生物量碳（MBC）、氮（MBN）含量和土壤呼吸速率分别提高37%、28%和44% ~ 59%,微生物多样性也显著提高,土壤细菌结构发生改变,尤其是革兰氏阴性菌（G?）的PLFAs绝对量提高了100%,但真菌类群的响应不敏感。相反,连续施用石灰5年后,土壤微生物生物量碳、氮含量均呈下降趋势,微生物熵和土壤呼吸速率分别降低11%和26% ~ 52%,微生物多样性显著降低,细菌、放线菌和绝大多数真菌类群PLFAs绝对量下降30% ~ 58%。相关性分析结果表明,土壤有机质含量与土壤微生物总PLFAs和细菌PLFAs含量呈显著正相关关系;而土壤pH仅与Simpson多样性指数呈显著正相关关系。施有机肥显著提高了土壤有机质含量进而导致细菌MBC、MBN、G?和土壤呼吸速率显著增加;而施石灰后土壤微生物群落结构及活性降低与土壤pH有关。  结论  连续5年施用有机肥、石灰后,土壤微生物指标分别表现为正面、负面响应。与“黑箱指标”相比,某些特定微生物类群（如G?）的敏感性指数值更高,在土壤健康评价中极具应用潜力。     

近40年江苏农田土壤pH时空变化特征及驱动因素

  【目的】  从县域尺度探究江苏农田土壤pH的时空变化特征及其驱动因素,为农田土壤酸化的预测、阻控以及土壤质量的提升提供科学依据。  【方法】  基于第二次全国土壤普查(1980年)、全国测土配方施肥(2006—2012年)以及江苏省土壤农化性状普查(2018年)数据,分析不同时期江苏农田土壤pH的时空变化特征,并利用回归分析探究影响农田土壤pH变化的主要驱动因素。  【结果】  2018年江苏全省农田土壤pH范围为5.61～8.31,平均7.02,其中,东部沿海和北部各市农田土壤pH较高,以中性和碱性为主;南部各市农田土壤pH较低,以酸性为主。近40年,江苏农田土壤pH平均下降0.57个单位,其中1980—2006、2006—2012和2012—2018年,年均降幅分别为0.016、0.008、0.007个pH单位。1980—2006年,江苏农田土壤pH快速下降,Ⅰ级(pH>7.5)样本点占比由60.6%降至38.0%,Ⅲ级(pH 5.5～6.5)样本点占比由8.5%增加至28.2%。2006—2018年,农田土壤pH下降趋势得到有效抑制,各级样本点占比趋于稳定。农田土壤pH变化主要与土壤初始有机碳密度、作物秸秆碳还田量和化肥施用量密切相关,其中,土壤初始有机碳密度贡献近40年江苏农田土壤pH变化的48.7%,分别高于作物秸秆碳还田量和化肥施用量的26.9%和24.4%。  【结论】  江苏农田土壤pH总体呈现“南酸北碱”和“东部沿海高于内陆”的空间分布特征,主要与土壤性质、土壤类型和土地利用方式有关。40年间农田土壤pH的下降并非匀速,1980—2006年的快速下降是由于大量化肥的施用,而2006—2018年的缓慢下降则是由于秸秆还田量的增加。     

长期不同施肥土壤对可溶性有机碳的吸附特征

  【目的】  分析长期不同施肥农田土壤对可溶性有机碳(DOC)浓度与结构的吸附差异特征,以及吸附能力与土壤性质、DOC结构的相关关系,为农田土壤固碳潜力及合理施肥提供理论依据。  【方法】  供试土壤选自长期定位试验中棕壤和红壤两种土壤的不施肥(CK)、单施有机肥(M)、单施化学氮磷钾肥(NPK)和有机肥配施化学氮磷钾肥(NPKM) 4个施肥处理。供试DOC标准溶液由新鲜猪粪提取,提取液DOC浓度为2400 mg/L。以该提取液配置系列DOC浓度溶液,运用Langmuir等温吸附方程拟合土壤对新鲜猪粪来源DOC的吸附浓度变化,采用三维荧光光谱技术分析吸附前后DOC结构及各区域成分相对体积荧光强度变化,分析影响DOC吸附的主要因素。  【结果】  红壤与棕壤对DOC的最大吸附量分别为12.81和10.82 g/kg,两种土壤均表现为NPKM处理的吸附能力高于NPK、CK。新鲜猪粪提取的DOC主要为类酪氨酸蛋白(区域Ⅰ)、类色氨酸蛋白(区域Ⅱ)和溶解性微生物代谢产物(区域Ⅳ)。土壤对这类DOC吸附较多的成分是类酪氨酸和类色氨酸。通过平行因子分析法得出,土壤对新鲜猪粪中的DOC吸附存在2个荧光组分,分子量较高的类蛋白物质(类酪氨酸和类色氨酸)与可溶性微生物代谢产物(C1组分),分子量较小聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质与可溶性微生物代谢产物(C2组分)。不同施肥处理对C1和C2组分的吸附能力差异显著,对C1组分的吸附能力为M≈NPKM>NPK>CK,对C2组分的吸附能力为NPK>M≈NPKM>CK。土壤对DOC的最大吸附量Q_max与土壤中游离态铁(Fe_d)、络合态铁(Fe_p)、土壤有机质(SOM)呈极显著正相关性,与DOC腐殖化指数HIX和C1组分含量呈极显著正相关性 (P<0.01),与荧光指数FI呈极显著负相关性 (P<0.01)。  【结论】  从新鲜猪粪提取的DOC结构简单,类酪氨酸蛋白、类色氨酸蛋白和溶解性微生物代谢产物含量较多,腐殖化程度较低。土壤对DOC的吸附过程会受到DOC结构特征和土壤理化性质的影响。土壤有机质(SOM)、Fe_d和Fe_p含量越高,吸附DOC的能力越强。长期施有机肥土壤对DOC中的类腐殖酸等高聚合度的芳香性大分子物质的吸附比例相对较高,而长期单施化肥土壤对分子量较小、聚合程度较低的类酪氨酸蛋白物质吸附量较高。     

基于玉米叶片光谱特征的土壤无机氮含量估算模型的建立与验证

  【目的】  作物叶片颜色反映土壤养分的供应状况。研究作物叶片氮素相关的特征光谱信息与土壤无机氮含量的关系,以建立基于叶片光谱信息的土壤无机氮含量诊断模型,实现利用高光谱技术对作物和土壤进行实时监测。  【方法】  在两年(2017—2018) 的玉米 (郑单958) 田间试验中,设置6个施氮水平,施氮量分别为0、60、120、180、240、300 kg/hm2。在玉米的拔节期、大喇叭口期、开花吐丝期、灌浆期测定叶片高光谱反射率,对植株和土壤样品进行采集,分析土壤无机氮含量的变化,明确叶片光谱反射率与土壤无机氮含量的关系,利用光谱参数和偏最小二乘回归法 (partial least squares regression,PLSR) 建立诊断模型并进行模型精度的评价。  【结果】  施氮处理土壤无机氮含量显著高于不施氮处理,随着生育期的推移,土壤无机氮含量呈递减趋势,追肥可显著提高土壤无机氮含量。拔节期和开花吐丝期叶片光谱反射率与土壤无机氮含量在可见光波段呈负相关关系,在近红外波段呈正相关关系;大喇叭口期两者在可见光波段呈负相关关系,灌浆期两者无明显相关关系。在光谱参数模型中,4个生育期土壤无机氮含量预测的最佳光谱指数分别为RVI-2、RSI (534,726)、RSI (567,519) 和RVI-2,其回归模型验证集的R2分别为0.642、0.749、0.696、0.540。在PLSR预测模型中,利用PLSR建立的诊断模型验证集的R2分别为0.876、0.838、0.765、0.595,RPD (ratio of percent deviation) 分别为2.140、2.077、2.002、1.369。  【结论】  基于叶片光谱反射率建立的PLSR估算模型,在玉米的拔节期、大喇叭口期、开花吐丝期均能很好地预测土壤无机氮含量。因此,利用叶片光谱特征诊断土壤无机氮含量具有一定的可行性。     

国际土壤酸化研究知识图谱分析

  目的  全面直观了解近年来全球土壤酸化研究趋势与前沿热点。  方法  以Web of Science数据库为基础,借助VOSviewer和CiteSpace等可视化分析软件,对1991 ~ 2020年发表的土壤酸化文献共7049篇,从发文量、国家、研究机构、作者、高被引论文、期刊和关键词等多个角度进行可视化计量分析。  结果  近30年来国际土壤酸化领域年度发文量呈逐渐上升趋势;中国和美国的发文量远超其他国家,但中国中心性较低;中国科学院发文量和中心度最高,中国科学院大学、瑞典农业大学和中国农业大学等机构也具有较强的科研水平和国际影响力;研究人员独立性较强,核心研究群体之间合作较少;共被引期刊主要有WATER AIR SOIL POLL、PLANT SOIL、SOIL SCI SOC AM J、NATURE和SCIENCE等;热点研究包括氮、铝、沉降、施肥、重金属、森林土壤、气候变化、有机质、植物生长、酸化影响和治理等方面,并呈阶段特征。  结论  研究有利于全面了解近年来国际土壤酸化研究发展历程,为国内酸化研究及应用提供参考。