有机无机肥配施对麦-稻轮作系统土壤微生物学特性的影响

采用盆栽试验研究了不同比例有机无机肥配施对连续4茬麦-稻轮作后土壤微生物学特性的影响。结果表明,与对照相比,单施化肥处理促进了土壤微生物生物量碳、氮和微生物熵的增加,提高了土壤蔗糖酶、蛋白酶、脲酶活性,降低了过氧化氢酶活性,提高了放线菌的数量,但对土壤细菌、真菌数量的影响不明显;有机无机肥配施处理的土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵、土壤酶活性及3大类土壤微生物数量显著高于单施化肥及对照处理;土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮、微生物熵和3大类微生物数量随着有机肥配施比例的提高而增加,以配施30%有机肥处理的最高;土壤酶活性综合指数以配施20%有机肥处理的最高。可见,化肥配施有机肥特别是配施中高量有机肥更有利于改善土壤微生物学特性,提高土壤生产能力。     

长期定位施肥对太湖地区稻麦轮作土壤酶活性的影响

对太湖地区25年长期定位试验田的稻麦两季土壤酶活性进行了测定分析。结果表明,麦季不同施肥处理间的5种土壤酶活性变化没有明显的规律性;无论是仅施化肥还是施有机肥加化肥,稻季5种土壤酶活性的不同肥料配比处理之间绝大多数均无显著差异;成对比较显示,稻麦两季绝大多数相同肥料处理的酶活性之间没有显著差异,仅有稻季猪粪加氮磷钾全施(MNPK)处理的酸性磷酸酶活性极显著高于麦季。分析差异不显著的原因,可能与经过多年的长期定位培肥,土壤储积酶已经达到"饱和"水平,因此不会对外源肥料的施用产生显著响应有关。     

南疆温室和菜地土壤微生物学特性比较

对阿拉尔垦区使用10年以上的温室和菜地土壤农化性质、土壤微生物区系、土壤微生物活性进行初步分析。结果显示：温室土壤NO3^-—N含量、总盐含量明显高于菜地，pH也略有下降，土壤存在次生盐演化的威胁。两种不同利用方式的土壤微生物区系均以细茵占绝对优势，说明细茵是土壤物质分解的主要参与者，微生物区系变化趋势与土壤肥力相似。温室土壤由于N03^--N含量、总盐含量增加，因而微生物活性下降。     

稻麦轮作田改为保护地菜田土壤肥力质量的演变

野外调查与室内分析表明,位于长江三角洲嘉兴市的稻麦轮作田改为多年连作的蔬菜保护地后,土壤肥力质量已出现明显的酸化、次生盐积化、富营养化和非均衡化(氮磷超负荷累积和中微量元素缺乏)等演变趋势。与第二次土壤普查时的同类蔬菜地土壤相比,或与仍是稻麦(油)轮作的三类代表性水稻土相比,153个蔬菜保护地土壤样品pH平均下降约0 9单位。囊水型水稻土和爽水型水稻土大棚保护地的土壤pH下降严重,而漏水型水稻土大棚保护地只略有下降。84个蔬菜保护地土壤样品的可溶性盐平均为2.81g/kg,其中3.0g/kg占36.2%。囊水型土壤含盐量最高,达3.71g/kg,爽水型土壤与漏水型土壤分别为2.67和2.54g/kg。土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾均有大幅增加,尤其是速效磷超负荷累积:硝态氮(N)300mg/kg占调查样品的30.8%,速效磷(P)达90mg/kg以上。但中微量元素相对不足,缺钙、缺锌、缺硼等生理缺素病害时有发生。调查证明,蔬菜保护地土壤肥力质量急剧变化与过量施肥及多年大棚蔬菜连作有关。因此,退化土壤的修复必须从建立科学的平衡施肥制度和合理的轮作倒茬体系着手。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N_2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第37~d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43~4.84kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%0~.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.892~.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%0~.47%。小麦季和水稻季施氮后01~5 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%6~6.72%和87.97%9~3.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

经济发达区不同土壤利用方式下重金属的时空分布及预测

土壤利用方式的改变可能导致重金属的积累,并威胁食品安全。本文以长江三角洲经济发达的典型地区张家港市为例,评价了土壤利用由稻麦轮作转变为蔬菜种植对该市土壤中Cd、As、Cr、Cu时空分布的影响;并预测了目前条件下,蔬菜种植面积的扩大和种植年限的增加对重金属在土壤中的积累趋势及污染潜力。结果表明,在蔬菜种植过程中,土壤中As含量变化不明显;Cd、Cr和Cu的含量有不断累积的趋势,一定面积的土壤超过了土壤环境质量一级限值(背景值);如果按目前的蔬菜种植扩大和重金属积累的趋势发展,未来10年,将有2.4%面积的土壤Cu超过土壤环境二级限值,20年后,Cd亦出现超标现象(约0.7%面积),有可能对蔬菜品质产生影响。因此,对今后蔬菜种植管理过程中引起的土壤重金属积累及潜在污染问题应该得到充分的重视。     

蚯蚓活动对稻麦轮作系统中土壤微生物量碳的影响

在建立6 a的稻麦轮作田间小区试验中,研究了2001年稻季至2004年麦季(共6季)蚯蚓活动对土壤微生物量碳(MBC)的影响。本研究设计了秸秆施用方式(混施或表施)×蚯蚓(接种或剔除)以及对照共5个处理,各3个重复。实验结果表明:在该生态系统中,无论采用何种秸秆施用方式,蚯蚓活动均能显著提高土壤MBC(p<0.05)。秸秆的施用会减弱同年内土壤MBC在麦季成熟期高于稻季的趋势,而蚯蚓的作用使该差异变得更显著(p<0.05)。在0~5 cm土层中,蚯蚓对MBC的积极作用在秸秆混施时比表施更明显,在5~10 cm土层中则相反,而在10~20 cm土层中的作用效果基本一致。     

优化施氮下稻-麦轮作体系土壤N2O排放研究

采用了静态箱法研究优化施氮下湖北稻-麦轮作体系农田N2O排放特征。结果表明,农田N2O排放量随施氮量增加而增加。N2O排放通量峰值大约发生在施氮后的第3～7 d。小麦季土壤N2O排放量范围为N2O 2.43～4.84 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.54%～0.74%。水稻季土壤N2O排放量为N2O 0.89～2.45 kg/hm2,肥料氮通过N2O排放的损失率为0.39%～0.47%。小麦季和水稻季施氮后0～15 d N2O排放量占当季总排放量的百分比分别为62.79%～66.72%和87.97%～93.14%。与习惯施氮相比,基于作物阶段氮素吸收增加追肥比例和施氮次数的优化施氮能有效减少土壤N2O排放。     

一季中晚稻的稻菜轮作模式对土壤酶活性及可培养微生物群落的影响

通过不同地点的小区试验,研究不同轮作模式对土壤酶活性及可培养微生物群落的影响。结果表明,一季中晚稻的稻菜轮作模式和休闲轮作模式明显提高了土壤蔗糖酶和酸性磷酸酶的活性。其中稻菜轮作模式的效果又优于休闲轮作模式;与蔬菜连作模式相比,土壤蔗糖酶和酸性磷酸酶活性平均提高了48.1％和27.2％,有效降低土壤过氧化氢酶和多酚氧化酶活性。在可培养的土壤微生物群落中,不同种植模式完成一个周期后,稻菜轮作模式改善了微生物群落的组成,明显提高土壤细菌和放线菌数量,减少真菌数量,对维持土壤生产能力的可持续性具有显著的现实意义。     

长期水旱轮作条件下紫色土养分供应能力的研究

通过10年稻—麦水旱轮作定位试验,研究了紫色土生产力以及N、P、K自然供应能力和变化。结果表明,在水旱轮作下,紫色土对稻、麦产量的地力贡献率平均为58%和51%,肥料的增产贡献率可达42%～49%。紫色土N、P、K养分自然供给力在小麦上分别为60%、70%、91%,在水稻上分别为70%、90%、92%,小麦对肥料的依赖性高于水稻;N、P、K养分的自然供应量在小麦上分别为37.1、5.4、45.9kg.hm2,在水稻上分别为81.8、13.6、103.0kg.hm2。随着试验年份的延长,旱作季节紫色土N、P、K养分的供应能力逐年降低,水作季节N、P、K供应力则相对稳定,旱作对地力的消耗比水作大。环境输入的养分在维持水田稳定供肥能力发挥了重要作用。紫色土这种基础养分供给力可维持每年生产小麦1.4t.hm2、稻谷3.5t.hm2左右。     

小麦-玉米轮作田与菜地N2O排放的对比研究

应用静态箱/气相色谱法对旱地小麦-玉米轮作田和种菜历史超过20a的菜地进行了N2O排放的定位观测,分析了旱地和菜地生态系统N2O排放特征的差异,及施氮、土壤温度、土壤湿度和作物参与对两种农田系统N2O排放的不同影响。结果表明,不施氮情况下,旱地和菜地N2O排放通量分别为17.8±5.6和50.7±13.3μg m-2h-1,菜地N2O排放通量是旱地农田的3.1倍。在施氮(N 150 kg hm-2)情况下,菜地N2O排放系数较旱地高39.0%。粮食作物参与和蔬菜作物参与对增加各自农田生态系统N2O排放量的贡献无明显差异。旱地和菜地不同作物季N2O排放量的差异主要是由于作物生育期长短不同造成单位时间施肥强度存在差异。所以,根据作物生育期特点调节施肥量可能会减少农田生态系统N2O排放量,并且由于菜地各蔬菜生育期长短的差异更大,因此,菜地若能实现精量施肥,其N2O减排的潜力可能大于旱地农田。     

缓释氮肥运筹对稻麦轮作周年作物产量和氮肥利用率的影响

【目的】稻麦轮作是我国一种重要的农业种植模式。缓/控释肥作为高效兼环境友好的肥料类型,在多种作物单季种植上具有增产和提高肥效的作用,但是缓释肥在周年轮作体系中的肥效研究鲜有报道。因此研究稻麦轮作体系中的肥料施用模式,有助于提高稻麦产量,降低化肥用量,提高化肥利用率。【方法】本文通过稻麦轮作两周年四季作物的田间小区试验,以不施氮和习惯施氮为对照,研究了4种不同缓释肥减氮处理[进口树脂包膜尿素减氮24.3%、 国产硫包衣尿素减氮24.3%、 国产尿素加NAM(长效氮肥添加剂)减氮24.3%和国产尿素加NAM减氮10.8%]对水稻和小麦产量、 氮肥利用率、 第二周年稻麦收获后土壤养分含量和两周年土壤氮养分表观平衡的影响。【结果】与不施氮对照相比,所有施氮处理均提高了两周年稻麦4季作物产量,习惯施氮增产幅度最高,小麦的氮肥增产效果总体高于水稻,第二周年高于第一周年; 与当地习惯施氮量相比,所有的缓释氮肥减氮24.3%或10.8%处理均无显著降低两季小麦产量,进口树脂包膜尿素减氮24.3%处理和国产尿素加NAM减氮10.8%处理也无显著降低两季水稻产量,但是国产尿素加NAM减氮24.3%处理显著降低了第二季水稻产量,国产硫包衣尿素减氮24.3%显著降低了两季水稻产量; 与当地习惯施氮量相比,4个缓释氮肥减氮处理均提高了第一和第二周年氮肥利用率,显著降低了两周年稻田土壤养分氮盈余量,其中国产尿素加NAM减氮24.3%处理氮肥利用率较高,同时土壤氮盈余量较少,说明缓释氮肥减量在提高肥料利用率和降低氮的环境效应上具有一致的优势; 不同缓释氮肥对土壤养分含量的影响无明显规律性。【结论】在目前稻麦轮作体系中,缓释氮肥减施对小麦产量具有较好的稳定效果,但是个别缓释氮肥减施对水稻有减产风险,有必要依据稻田土壤氮素转化特点,研制水稻专用缓释氮肥,适当降低水稻季缓释氮肥的施用量。     

氮肥减施对稻-麦轮作体系作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响

田间试验研究了稻-麦轮作体系中减施氮肥对作物氮素吸收、利用和土壤氮素平衡的影响。结果表明,与当地习惯施肥(小麦:N 225 kg/hm2,基肥与分蘖肥各半;水稻:N 210 kg/hm2,基肥和分蘖肥为3∶2)相比,减氮20%～30%处理产量并没有降低,而氮肥当季利用率、氮素农学利用率以及氮素偏因子生产力则有所增加;而且,氮肥分次追施,能增加子粒产量,并减少氮肥成本。虽然减氮20%～30%处理0—40 cm土层无机氮含量较习惯施肥处理降低,但是并没有降低植株地上部对氮素的吸收。在小麦和水稻收获期,减施氮肥处理0—100 cm土壤无机氮残留量低于习惯施肥处理;且稻-麦轮作系统中氮的表观损失主要发生在水稻季。初步认为,在长江中下游平原稻-麦轮作体系氮素过量施用地区,第一个轮作周期减施氮肥20%～30%不仅不影响产量,而且可提高氮素利用率,有利于保护环境。     

秸秆还田对稻麦轮作农田活性有机碳组分含量、酶活性及产量的短期效应

【目的】秸秆还田作为一种有效的秸秆处理方式不仅能够提高土壤肥力,增加作物产量,还可以缓解农田生态压力。研究稻麦轮作系统下不同秸秆还田量对土壤活性有机碳库、酶活性和作物产量的短期影响,可为提出适宜当地生产的秸秆还田量提供理论依据。【方法】利用稻麦轮作农田定位试验进行了研究。采用随机区组设计,设7个处理,以稻麦季秸秆均不还田为对照处理(CK),6个不同秸秆还田量处理。测定了秸秆还田后土壤活性有机碳库和土壤酶活性的变化,稻麦产量以及三者之间的相关关系。【结果】1)与秸秆不还田处理相比,试验范围内的秸秆还田量能在一定程度上提高土壤活性碳组分的含量和土壤酶活性,并能增加水稻和小麦的产量及其构成因素;2)土壤总有机碳和微生物生物量碳的含量随着秸秆还田量增加,增幅呈先增大后减小的趋势,以连续两季50%秸秆还田量处理下显著较高,而水溶性有机碳、活性有机碳含量和碳库管理指数在连续两季25%秸秆还田量处理下最高;3)相比秸秆不还田处理,连续两季25%秸秆还田量对土壤脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶活性的影响均最显著;4)水稻和小麦的产量均为在连续两季25%和50%秸秆还田量处理下增产较显著,与秸秆不还田相比,水稻增产达9.0%,小麦增产达11.45%;5)土壤碳库、土壤酶活性以及水稻和小麦产量之间均存在显著相关。【结论】在本试验条件下,连续两季25%和50%秸秆还田量表现出显著提高土壤碳汇能力和增加作物产量的优势。     

稻麦轮作农田氮素循环的DNDC模型分析

基于长江中下游稻麦轮作体系的氮肥施用田间试验,采用Denitrification- Decomposition model (DNDC) 模型研究了气候条件、土壤属性、农业管理等输入因素的不确定性对子粒产量、作物氮吸收、氨挥发、N2O排放等预测结果的影响。结果显示:采用DNDC模型模拟的土壤氨挥发速率和N2O排放通量与田间实测结果较为吻合,氨挥发通量模拟值与实测值相关系数为0.688,N2O排放通量模拟值与实测值相关系数为0.528,均达极显著水平,表明DNDC模型预测农田土壤氮素具有较高可信度。模拟结果显示,气温和氮肥用量是影响作物产量和吸氮量的关键因素;土壤氨挥发主要受氮肥品种影响,并随氮肥用量增加而增加;土壤N2O排放主要受温度、土壤pH值、土壤有机碳含量的影响。为使DNDC能更有效地估算氨挥发和N2O排放,有必要获取更翔实的资料以减少输入数据的不确定性。     

设施蔬菜轮作和连作土壤酶活性的研究

采用盆栽试验,研究大棚蔬菜(津优1号黄瓜)在轮作(15、18和21年)和连作(2、7年)条件下,对土壤过氧化氢酶、脲酶、转化酶和多酚氧化酶活性的影响。结果表明,轮作土壤的过氧化氢酶、脲酶和转化酶的活性显著地高于连作7年的土壤(P0.05);随着连作年限的增加,过氧化氢酶、脲酶和转化酶的活性显著地降低(P0.05),多酚氧化酶的活性显著升高(P0.05)。通过对产量的分析表明,连作2年、7年土壤的黄瓜产量分别为每3盆7.91和3.14.kg,两者差异显著;轮作15、18和21年土壤的黄瓜产量分别为6.65、6.85和7.16kg/3盆,差异不显著;连作2年土壤的黄瓜产量显著高于其它处理(P0.05),连作7年土壤的黄瓜产量显著低于其它处理,黄瓜产量与土壤酶活性的变化趋势基本一致。过氧化氢酶、脲酶、转化酶和多酚氧化酶可以作为设施蔬菜敏感的土壤酶学指标。     

Effect of zinc application methods on apparent utilization efficiency of zinc and potassium fertilizers under rice-wheat rotation

Apparent utilization of zinc (Zn) and potassium (K) fertilizers was examined in rice (Oryza sativa L.)-wheat (Triticum aestivum L.) using combinations of no K; soil applied K levels and no Zn; soil and foliar applied Zn. Application of 33.2 kg K ha^?1 in rice and 24.9 kg K ha^?1 in wheat along with foliar spray of 2 kg Zn ha^?1 at 30 and 60 days gave the highest mean grain yields. Foliar application of zinc increased Zn concentration in flag leaves, grain, and straw of rice and wheat and K concentration in flag leaves of rice and straw of wheat significantly. Potassium application increased Zn concentration in rice grain and straw and K concentration in wheat straw significantly. Zinc and K increased the uptake of each other in grain; straw and total uptake by both crops significantly. Zinc fertilizer enhanced the utilization of soil K. Potassium fertilizer enhanced the utilization of applied Zn.     

水稻土和菜田添加碳氮后的气态产物排放动态

【目的】动态连续监测添加碳氮底物后各气体产物—O2、 NO、 N2O、 CH4和N2的排放,对土壤碳氮转化过程和气体产生过程做更深入的理解,揭示不同土地利用方式典型红壤的温室气体产生机制。【方法】采集长江中游金井小流域不同土地利用方式稻田和菜地土壤为研究对象,利用全自动连续在线培养检测体系(Robot系统),通过两组试验分别研究土壤碳氮转化过程中各气体产物的动态变化。试验1采用菜地和稻田土壤进行好气培养,设置不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖6个处理。试验2采用稻田土壤进行淹水培养,设不施氮对照、 添加40 mg/kg铵态氮、 添加40 mg/kg铵态氮+1%硝化抑制剂、 添加40 mg/kg铵态氮+1%秸秆、 缺氧条件下添加40 mg/kg铵态氮+1%的葡萄糖、 添加40 mg/kg硝态氮、 添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖、 缺氧条件下添加40 mg/kg硝态氮+1%葡萄糖8个处理。培养温度均为20℃,土壤水分含量为70% WFPS (土壤孔隙含水量),培养周期为15天。【结果】从菜地和稻田土壤不同碳氮添加处理气态产物及无机氮的动态变化可看出: 1)菜地土壤好气培养初期硝化作用产生了大量N2O; 受低碳和低含水量的限制,反硝化作用较弱。当提供充足碳源和厌氧条件,出现N2O和NO的大量排放。2)在好气稻田和淹水稻田培养过程中,反硝化作用是N2O产生的主要途径。3)稻田土壤中,提供充足碳源和厌氧条件,各气态产物出现的顺序依次是NO、 N2O和N2,与三种气体在反硝化链式反应过程中的生成顺序一致。淹水稻田加铵态氮和碳源处理N2为主要产物,添加硝态氮处理后,N2O成为主要气态产物。当土壤碳源充足时,反硝化过程进行彻底,反硝化产物以终产物(N2)为主。4)在稻田土壤出现厌氧或添加碳源条件下,均检测到大量CH4产生; 且在甲烷产生的同时,NO-3几乎消耗殆尽。【结论】金井小流域典型红壤菜地N2O主要来自于硝化作用,好气和淹水稻田N2O主要来源于反硝化作用; 当碳源充足和厌氧时,菜地及稻田反硝化作用增强; 反硝化产物组成、 产物累积量及出峰顺序与碳源和氧气浓度有关。     

基于长期定位试验的典型稻麦轮作区作物产量稳定性研究

为探讨长期施肥条件下作物持续稳产和高产的途径,利用始于1980年的江苏太湖典型稻麦轮作区水稻土长期定位试验,分析水稻和小麦不同年份产量数据和土壤养分数据,研究了长期不同施肥方式对作物产量稳定性的影响,以及作物产量波动和土壤养分变化相关性。结果表明：各处理试验小区水稻和小麦的平均产量均呈锯齿状波动,受气候和其他因素影响不同年份间的产量变动差异较大。数十年期间,各施肥处理包括对照的水稻和小麦产量均有增长趋势,水稻增产趋势较小麦明显,小麦产量年际间的波动较大。有机肥与化肥配施和秸秆还田较单施化肥或有机肥有更明显的增产效果。水稻产量的稳定性高于小麦,各处理水稻产量的变异系数（CV）较小麦低,而稳定性系数（SYI）较高。其中MPK（有机肥+化肥磷钾）处理的产量稳定性最高,而MNPK（有机肥+化肥氮磷钾）的稳定性最低。施化肥尤其是氮肥可能是造成产量稳定性降低的一个因素。氮肥是增产的主要因素,也可能是引起稻田生态系统稳定性降低的因素。水稻和小麦产量与土壤氮素之间的相关性较显著、相比旱季,在稻季条件下,水稻产量稳定性更高,且增产趋势更明显,说明稻田土壤生态系统可能稳定性较高,并且随着耕作年限的延长其稳定性有提高趋势。