长期施肥对不同有机质水平黑土蛋白酶活性及氮素的影响

为了探讨长期施肥对不同有机质含量农田黑土酶活性及养分的影响。本研究以黑土生产力长期定位试验为平台,选取5个不同有机质含量农田黑土为研究对象,对比分析长期施用化肥对农田黑土土壤蛋白酶活性及相关土壤养分的影响。结果表明:5种不同有机质含量农田黑土蛋白酶活性随有机质含量的增加而递增;与长期无肥处理相比,施用化肥显著提高了农田黑土蛋白酶的活性。不同施肥处理间土壤全氮随有机质含量的降低而降低,铵态氮、硝态氮与全氮含量变化一致。相关分析显示,土壤蛋白酶活性与土壤全氮、铵态氮、硝态氮均呈显著的正相关关系(P0.05)。土壤蛋白酶活性可以作为长期施用化肥农田黑土质量评价的灵敏指标。     

长期大气CO2浓度升高对大豆磷吸收及根际磷转化的影响

磷(P)作为第二重要的植物营养元素,能够调节作物对气候变化的适应性。东北不同地区黑土有机质含量存在着较大差异,对作物营养吸收产生较大影响。然而,长期大气CO₂浓度升高对不同有机质含量黑土大豆生长、土壤磷组分以及相关微生物机制的影响鲜有研究。本研究利用开顶式生长室(OTC)重点探究了气候变化对不同有机质黑土大豆根际土壤磷组分和相关磷转化微生物功能基因的影响。结果表明,不同有机质含量的黑土大豆磷吸收对长期大气CO₂浓度升高的响应一致,既先升高后降低。然而,大豆根际磷组分的响应存在差异性。大气CO₂浓度升高降低了高有机质黑土中大豆根际NaHCO3-Po含量,但增加了低有机质黑土中大豆根际有机磷库(NaHCO3-Po和NaOH-Po)的含量,而降低了无机磷库(NaOH-Pi)的含量。同时,大气CO₂浓度升高使高有机质黑土根际土壤基因拷贝数增加53.0%,低有机质黑土中大豆根际土壤基因拷贝数增加44.4%。因此,长期气候变化条件下,高有机质含量黑土通过有机磷矿化功能微生物来满足大豆对磷素的需求;而在低有机质含...     

两种施肥处理下不同有机质含量农田黑土微生物群落结构PLFA分析

土壤有机质含量和施肥是影响黑土微生物群落结构的重要因素,但是受气候影响,很难单独明确有机质含量或施肥对土壤微生物群落的影响.本研究利用黑土生产力长期定位试验,将有机质含量不同的5个黑土(SOM1.7、SOM3、SOM5、SOM6、SOM11)置于相同气候条件下,通过分析磷脂脂肪酸,系统地研究了施肥与有机质含量对农田黑土...     

长期施肥对黑土有机质及其组成的影响

以农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站长期定位试验为平台,研究了长期施肥对黑土有机质的影响.结果表明,长期施用不同肥料对土壤有机质含量的影响有较大差异,有机无机肥配合处理＞有机肥处理＞无机肥处理＞无肥处理.长期施肥对深层土壤有机质含量也有影响,施用有机肥作用尤其明显,并随着土层的加深施肥对土壤有机质含量的影响呈下降趋势.施用有机肥对有机质不同密度组分影响很大,对有机质含量增加最有效,而施用无机肥则有机质含量有所降低.     

秸秆还田和保护性耕作对砂姜黑土有机质和氮素养分的影响

通过田间试验,分别采集小麦成熟期、玉米成熟期和小麦播种期耕层土样,研究不同的秸秆还田方式(秸秆还田、焚烧还田和火粪还田)与保护性耕作(减耕和免耕)对砂姜黑土有机质和氮素养分的影响,以期得到培肥砂姜黑土的最佳方式。结果表明:作物秸秆还田可以增加砂姜黑土有机质和全氮的含量,但是对速效氮含量影响不大。在不同的秸秆还田和保护性耕作处理中,秸秆火粪还田和免耕条件下的秸秆还田对砂姜黑土有机质和全氮含量的增加效果最为明显。与对照相比,秸秆火粪还田后土壤有机质和全氮含量分别平均提高4.45 g/kg和0.131 g/kg;免耕条件下的秸秆还田其土壤有机质和全氮含量分别平均提高3.36 g/kg和0.095 g/kg;减耕条件下的秸秆还田和秸秆粉碎还田对增加砂姜黑土有机质和全氮含量的效果不显著;秸秆焚烧不能增加砂姜黑土有机质和全氮的含量。秸秆还田和保护性耕作不会大幅度提高砂姜黑土C/N进而影响土壤氮素养分的供应,同时秸秆还田能有效提高土壤微生物量碳氮,但微生物量的碳氮比却保持在适宜的范围内。     

长期施肥后简育湿润均腐土中磷素形态特征的研究

对黑土（简育湿润均腐土）长期定位施肥15年后土壤磷素形态进行分析研究。结果表明：土壤中积累的Al-P、Ca2-P量与施磷量成正相关；只施NK能促进植物对Ca8-P的吸收；闭蓄态磷（Oc-P）含量均较低。施磷肥能增加黑土Fe-P含量，却未能增加Ca10-P含量。黑土各形态无机磷的含量大小顺序为：Fe-P〉Ca10-P〉Al-P〉Cas-P〉Ca2-P〉Oc-P。施磷能增加土壤中有机磷（O-P）的含量，但不能增加土壤有机质含量。土壤有机质含量均有不同程度的下降。本试验黑土中施入N112．5kg hm^-2a^-1和P20kg hm^-2a^-1能保持土壤中无机磷（I-P）平衡。     

全球黑土区土壤有机质变化态势及其管理技术

黑土富含有机质,适宜耕种,具有极高作物生产潜力。黑土耕地是重要农业自然资源与主要的粮食生产基地。随着我国黑土大规模开发、高强度利用、不合理的田间管理措施以及水土流失导致其耕地地力呈现不断下降的态势,突出表现就是土壤有机质含量的降低,给东北黑土区农业可持续发展带来隐患,直接影响粮食安全和生态安全。因此,深入了解全球黑土有机质变化态势,采取科学、有效的田间管理措施,建立黑土生态保护机制,遏制黑土耕地土壤有机质含量不断下降的趋势,既是农业生产实际的客观需求,也是农田生态学需要解决的科学问题。本文根据近年来国内外黑土有机质的文献资料,参考了国外黑土有机质研究前沿进展,对黑土耕地有机质的利用现状、演变过程和发展趋势进行了深入剖析,总结了黑土区耕地土壤有机质保持与提升技术措施,并提出未来我国黑土耕地农业生产与生态保护兼顾的技术路线。     

东北黑土有机质组分与结构的研究进展

在全球气候变化背景下研究土壤有机质的转化过程对于评价陆地生态系统碳截获潜力具有重要意义,而土壤有机质的循环特征及其稳定性与土壤有机质的组成和结构密切相关.东北黑土区是我国重要的商品粮基地,近年来,黑土有机质含量呈显著下降趋势,造成黑土肥力和质量的严重退化.本文通过文献资料的整理,总结了不同农田管理措施下黑土土壤有机质的消长动态、组分变化以及结构特征的研究现状,并探讨了研究中存在的问题.开垦和耕作导致土壤有机质总量、活性组分以及腐殖物质含量的显著降低,而平衡施用化肥和有机肥是维持和提升土壤有机质数量和质量的有效途径,长期有机无机配施使土壤有机质结构趋于简单化,有利于土壤肥力的保持.黑土有机质组分化学结构变化的驱动机制是值得人们长期探索的问题.     

有机质与黏粒含量对黑土压缩-回弹特性的影响

为探明有机质和黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响,以典型黑土区耕作土壤为研究对象,通过人工添加腐植酸、人工分离-提取-添加黏粒、恒温恒湿培养的方法各配制3个梯度的重塑土。采用室内固结的方法,通过压缩系数、压缩指数及回弹指数的测定与分析,研究了2种含水量条件下黑土压缩与回弹对有机质和黏粒含量变化的响应行为。结果表明:(1)压缩指数均随有机质含量的增加而增大,且在高含水量时二者呈极显著正相关,有机质含量最高时压缩指数为0.246 3,但有机质含量对回弹无显著影响。(2)无论含水量高低,压缩指数均与黏粒含量呈极显著正相关,而回弹指数随着黏粒含量的增加逐渐降低,且在低含水量时二者呈显著负相关。(3)含水量不同,有机质与黏粒对黑土压缩-回弹特性的影响亦不同;黏粒对黑土压缩-回弹行为的影响更为显著。     

长期不同施肥制度对农田黑土有机质和氮素的影响

以黑龙江省海伦黑土地区的农田长期（1985～2003年）定位试验土样为材料，对不同施肥处理土壤有机质含量、土壤全氮进行了系统研究。结果表明，长期无肥处理土壤有机质含量、全氮含量最低；长期施用氮肥、氮磷肥、有机肥处理土壤有机质含量、全氮含量居中；有机肥与化肥配合施用比无肥处理可显著提高有机质水平，增加土壤全氮含量。各处理C／N比值在9．91～13．10之间变动。     

黑土有机质含量高光谱模型研究

通过对黑龙江省典型黑土区土壤样品高光谱反射率的室内测定,研究了典型黑土可见光/近红外波段光谱反射特性;利用多元统计分析方法,以土壤光谱反射数据及其数学变换数据作为自变量,以黑土有机质含量对数变换数据作为因变量,建立黑土有机质含量高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:(1)620~810nm波段范围是黑土有机质的主要光谱响应区域,最大响应值在710nm附近;(2)对光谱数据进行归一化处理可以部分消除不同土样测试过程中存在的噪声;(3)模型及其检验的决定系数R2都在0.9以上,模型的总均方根差RMSE均小于2.1,模型具有很好的稳定性和预测能力,可以用于黑土有机质含量的快速测定;(4)归一化一阶微分模型为最优预测模型。     

长期施肥下黑土活性有机质和碳库管理指数研究

基于东北黑土长期定位试验,研究不同施肥措施对黑土活性有机质及其碳库管理指数的影响。结果表明:在不同施肥措施的影响下土壤有机质得到了不同程度的提高。撂荒处理(CK0)土壤有机质较初始值提高了35.62%;单施化肥处理有机质提高最小,为10%~15%;其次为秸秆还田处理提高了20%;有机肥和化肥配施处理土壤有机质提高效果最显著,为66.38%~92.13%。黑土活性有机质分布规律为高活性有机质、中活性有机质、低活性有机质分别占有机质含量的3.80%~10.28%、1.59%~12.32%、8.71%~27.45%。以撂荒处理为参考土壤,有机肥和化肥配施处理高活性有机质、中活性有机质碳库管理指数高于参考土壤;氮磷钾肥配施处理(NPK)高活性有机质及其高活性有机质碳库管理指数与参考土壤较为接近;单施氮肥处理(N)、施用氮肥和磷肥处理(NP)、施用氮肥和钾肥处理(NK)、施用磷肥和钾肥处理(PK)高活性有机质、中活性有机质及总活性有机质碳库管理指数均低于参考土壤。采用有机肥无机肥配施对提高黑土活性有机质含量,提高土壤碳库管理指数具有比较好的效果。     

黑土坡耕地土壤侵蚀对土壤性状的影响

黑土作为东北地区主要的耕作土壤,其结构性状对土地生产力影响极大。土壤侵蚀使肥沃的黑土层减薄,土壤理化性状不同程度地受到破坏和影响。根据黑土侵蚀现状,对不同侵蚀程度黑土坡耕地的养分状况、土壤田间持水量和渗透速度、抗蚀抗冲性能指标的测定分析发现,黑土侵蚀程度由轻度到重度,土壤有机质等养分含量越来越低;土壤蓄渗水能力逐渐减小;土壤抗蚀抗冲性能亦逐渐降低。黑土坡耕地土壤侵蚀程度的加剧,使得土壤有机质含量减少,保肥供肥能力降低,土壤黏度加重,结构变劣,保水能力减弱,影响农作物的生长发育,势必对我国东北黑土区商品粮基地的重要地位构成严重威胁。     

20年来我国潮土区与黑土区土壤有机质变化的对比研究

对潮土区和黑土区的土壤样品进行采集和分析,结合第二次土壤普查资料,研究潮土区和黑土区土壤有机质的时空变化特征。结果表明潮土区土壤有机质含量呈现提高的趋势,黑土区土壤有机质含量呈现降低的趋势。出现这种变化的结果都与耕作制度,尤其是施肥管理水平等人为因素有密切的关系。     

不同土壤中苯噻草胺的微生物降解

研究了除草剂苯噻草胺在不同土壤的降解。结果表明，有机质含量低的土壤中微生物降解是其消失的主要因素，有机质含量高的黑土中吸附结合是其消失的主要因素。水田条件下苯噻草胺消失速率比旱田条件下快，但消失类型不同。被吸附的农药在解吸前不参与微生物降解，土壤有机质含量影响苯噻草胺的实际降解速率。提出反S型函数模型更好地拟合农药在土壤中的消失动态。     

土壤有机质含量与玉米生产力的关系

土壤有机质是土壤肥力的重要指标。本文通过空间移位的方法,将东北黑土带由南向北5个点有机质含量为18.1g kg-1、31.1g kg-1、54.6g kg-1、103.9g kg-1、53.6g kg-1的农田黑土,分别移至黑龙江省的海伦市和吉林省的德惠市的两种气候下,通过田间试验的方法,研究了黑土有机质含量与玉米生产力的关系。结果表明,在相同的施肥条件下,土壤有机质含量与玉米产量间不存在显著相关关系,产量差异不显著;施肥对各种有机质含量的黑土均有显著增产作用,增产幅度在12.3%～64.1%,黑土带的南部区域德惠市的施肥增产作用要明显高于北部区域海伦市的增产作用。     

有机质对典型铜锌污染土壤自然修复过程的影响

为阐明土壤有机质含量对外源铜（Cu）、锌（Zn）自然修复过程的影响,选取红壤、潮土和黑土长期试验中不同有机质含量的土样,分别加入400 mg/kg Cu或500 mg/kg Zn,采用室内培养法研究Cu、Zn污染物的自然修复过程。结果表明：各种土壤有效态Cu、Zn浓度在培养开始的10～20 d内迅速下降,随后变化减缓,培养30～60 d后基本达到平衡。外源Cu、Zn自然修复过程符合二级动力学方程。自然修复90 d后,在红壤和潮土低有机质含量的处理中有效Cu浓度比高有机质含量的处理高24.2%～57.1%;而在黑土和潮土高有机质含量的处理中有效态Zn浓度是有机质含量低的处理的3.44～6.33倍。这说明在3种土壤上增加有机质含量对Cu、Zn的作用效果不同,在红壤上抑制了Cu的有效性,在潮土上抑制有效Cu促进有效Zn,在黑土上则促进Cu、Zn有效性。在3种土壤中,碱性潮土外源Cu、Zn修复速率较快,且有效态Cu、Zn平衡浓度较小,其对Cu、Zn的固定能力最强,酸性红壤则最弱。采用各种措施提高土壤有机质含量可作为修复红壤和潮土重金属Cu污染的有效措施之一,但增加了黑土及潮土Zn的环境风险。     

典型砂姜黑土黑色物质提取方法及成分研究

土壤颜色是反映土壤发生、分类及肥力特征的一项重要物理指标。黑色土壤一般有较高的有机质含量,但砂姜黑土是低有机质含量的黑色土壤典型代表。以黄淮海平原3种典型砂姜黑土为研究对象,分别采用添加六偏磷酸钠分散剂后振荡并结合多层次超声处理(HP)、添加碳酸钠分散剂后振荡并结合多层次超声处理(SC)和仅超声波处理(US)等3种方法分散土壤,然后依次提取土壤浅色组分(颗粒态有机质(POM)、白(W)、浅白(LW))和黑色组分(浅黑(LB)、黑(B)、深黑(DB)),旨在建立土壤黑色物质的有效提取方法。结果表明,HP方法提取黑色物质(LB、B和DB)的量最多,且提取量与土壤黑度间相关性最显著(P0.01),是提取砂姜黑土黑色物质的最佳方法。不同提取组分中的土壤黑度与有机质含量无明显相关性,砂姜黑土的显色主要取决于由蒙皂石吸附有机质形成的黑色纳米有机-无机复合体,受有机质含量的直接影响相对较小。本研究提出了一种砂姜黑土黑色物质提取方法,并初步明确了黑色物质组成特征,可为揭示砂姜黑土有机质形成与累积机制提供参考。     

有机质含量对石灰性黄潮土和砂姜黑土磷吸附–解吸特性的影响

通过往土壤中添加不同量小麦秸秆,经好气培养1年后,获得不同有机质含量梯度的系列土壤,研究有机质含量对石灰性黄潮土和砂姜黑土磷（P）相关吸附参数和不同水土比下解吸溶液P浓度的影响。结果表明,Langmuir方程能够较好地拟合不同有机质含量的两种土壤对P的等温吸附曲线,拟合度均达到显著（P 0.05）或极显著（P 0.01）水平。黄潮土和砂姜黑土P最大吸附量（Xm）、吸附结合能常数（K）、最大缓冲容量（MBC）、吸附饱和度（DPS）及相同水土比下P解吸溶液浓度与有机碳含量间均呈显著或极显著的二次抛物线关系。抛物线拐点之前,随有机质含量的提高,P的吸附能力增强,解吸能力降低;拐点之后,吸附能力降低,解吸能力增强。各水土比条件下,P解吸溶液浓度与Xm、K、MBC呈显著或极显著负相关,与DPS呈显著或极显著正相关。随有机质含量的提高,土壤P植物有效性和P流失风险呈先降低后增强的抛物线趋势;土壤供P缓冲能力则先增强后降低。砂姜黑土Xm、K、MBC均明显高于黄潮土,DPS明显低于黄潮土;且其抛物线拐点滞后,拐点横坐标有机碳含量明显高于黄潮土。不同有机质含量的解吸曲线较黄潮土排列紧密;砂姜黑土黏粒含量、碳酸钙含量明显高于黄潮土,全P和Olsen-P含量明显低于黄潮土,这可能是影响两种石灰性土壤P吸附–解吸特性差别的主要原因。     

近30年来典型黑土肥力和生产力演变特征

【目的】 东北黑土区是我国粮食生产优势区和最重要的商品粮供应基地,明确黑土肥力现状及演变规律对黑土区耕地质量建设和粮食安全生产有重要意义。本研究拟以13个国家级黑土长期定位试验监测点为平台,对20世纪80年代以来近30年的黑土肥力和生产力水平进行分析,以期探明我国黑土肥力和生产力的演变特征,为黑土耕地质量管理和培肥提供科学依据和指导。 【方法】 利用时间趋势分析和平均值及中值分析的方法对近30年黑土常规施肥下土壤养分和作物产量的变化趋势进行了分析,分别总结了黑土有机质 (SOM)、全氮、有效磷、速效钾、pH以及玉米产量在不同监测时期的演变特征和总体变化趋势;运用主成分分析和相关分析分别对上述5个肥力因子和作物产量进行分析,得出黑土土壤肥力的主要贡献因子和影响黑土作物产量的主要肥力因子。 【结果】 与初始监测阶段相比,黑土有机质、全氮、有效磷和速效钾含量均有提高,土壤速效养分含量增幅明显,2012—2016年黑土有效磷含量平均值为37.73 mg/kg,较监测初期的平均值 (17.38 mg/kg) 显著提高了117.1%;土壤速效钾含量也显著升高,2012—2016年速效钾的平均含量 (224.31 mg/kg) 较监测初期 (171.50 mg/kg) 提高44.9%。黑土的pH值呈现下降趋势,经过近30年长期施肥,黑土的pH值下降了0.59个单位。主成分分析结果表明,黑土土壤肥力整体增加的两个决定因子是土壤速效钾和有效磷,主要障碍因素是较低的土壤全氮和有机质含量。相关分析结果表明,影响玉米产量的主要肥力因子是土壤有机质和全氮含量。 【结论】 在农民习惯施肥管理模式下,近30年黑土肥力和生产力水平整体提高,但持续提升肥力后效不足,同时土壤pH值降低,存在酸化的风险;黑土肥力提升的主要障碍因子是土壤全氮和有机质含量,所以黑土耕地培肥应该在平衡配施氮磷钾肥的基础上增加有机物料投入。