磷肥在土壤中的转化及其与土壤有效磷的关系

自从张守敬和Jeckson(1957年)提出土壤无机磷分级方法以来,国内外许多土壤农业化学家对土壤有效磷与各级无机磷之间的关系^[1],作物吸磷状况与土壤无机磷组成的相关性^[2],水稻生长期间土壤有效磷增加的机理^[3],以及磷肥对土壤无机磷组成的影响和转化等方面作了广泛的研究^[4]。     

亚铁对水稻土中尿素氮去向的影响

生产实践和研究表明^[1,2],土壤中还原物质积累过多,常是直接或间接导致潜育性水稻土上水稻生长不良和产量较低的原因之一。Fe⁺⁺又是土壤还原物质的主要成分。因此,我们曾于1981年以施用Fe⁺⁺、葡萄糖、紫云英的方法,模拟田间土壤还原条件,进行了水稻盆栽试硷,对潜育性水稻土中N素供应特性及N素平衡作了初步研究^[3]。试验表明,施入亚铁使水稻明显减产,但却促进了水稻对化肥N素的吸收利用,减少了N素的损失。为了进一步摸清和验证施入Fe⁺⁺对水稻土中尿素N素平衡的影响,1982年继续进行了这项工作。     

鼎湖山、尖峰岭和那大地区某些土壤的氧化还原状况

用电化学方法测定了鼎湖山、尖峰岭和那大地区某些土壤的氧化还原电位(强度因素)和还原性物质数量(容量因素)。自然林下土壤的氧化还原状况随植物群落的垂直带(谱)而呈规律性变化。其表层的Eh为400—560mV,较以下土层低80—220mV,还原性物质含量相当于0.5—3.6×10^-3mol/L亚锰。经济林下土壤表层的Eh为490—570mV,较下层低50-100mV,还原性物质含量为0.1—1.36×10^-3mol/L。水稻土表层的还原性物质含量达6.6×10^-3mol/L,Eh为330mV,较下层低100mV。在还原性物质含量的对数值和Eh之间存在着良好的相关性,相关系数为-0.734^**。本文对用电化学方法原位测定弱还原性土壤的氧化还原状况给予了评价,对氧化还原过程在红壤形成中的作用进行了讨论。     

水稻土中氧化还原过程的研究 (Ⅴ)还原性物质的测定

在上一工作^[1]中,已强调指出了区分氧化还原状况的强度因素和数量因素的必要性,因为这是两个虽然也相互有关但却意义不同的方面。根据几年来的研究结果,土壤中的氧化还原电位,作为氧化还原状况的强度因素的指标,可以代表土壤的氧化作用或还原作用的强弱程度,因而可以在水稻土的研究中广泛应用。     

土壤中氧化铁的转化及其对土壤结构的影响

氧化铁虽是土壤粘粒中的次要矿质成分,但它具有较高的活性,对土壤性质有重要的影响。作为胶结物质之一,氧化铁的形态及其含量,对土壤团聚体的形成,亦起重要作用^[4,8]。某些水稻土中细孔隙增多,土块趋向紧实等问题^[1,2],似乎与土壤中氧化铁存在形态有关。     

土壤静电场对水稻生长发育的影响

稻田在淹水期间,水层的氧化还原电位明显高于土壤耕层,二者的电位差一般为0.2—0.6伏。于天仁等研究过水稻土淹水期间氧化还原电位在剖面上的分布^[1]。     

水稻的钾素吸收和外流与土壤钾、氮水平的关系

随着农业生产的发展,钾、氮配合施用已成为不少地区水稻高产的重要措施之一^[1-3],所以研究土壤中钾、氮比的变化就有一定的现实意义。但对这个问题,以往多看重于肥料的氮、钾比与作物产量关系的研究。从现有资料看,土壤中的氮钾相互之间对植物的吸收有着颉颃与促进的双重作用^[4,5],并且还存在着钾的外流现象^[6]。     

土壤溶液动态变化和CdCO3, CdS的平衡研究

土壤渍水后带来了一系列的电化学和化学变化,pH、氧化还原电位(Eh)、电导(EC)、离子交换、吸附和解吸、化学动力学和化学平衡等都有着显著的改变^[9,11,13],它们影响着土壤肥力状况和植物对毒性元素的吸收。本文报道了在添加Cd,P,Zn化合物的情况下土壤溶液动态变化和CdCO₃,CdS平衡研究的结果。     

中性水稻土中的铁解及其影响

我们曾发现,苏州地区的某些水稻土的耕层土壤,pH值可低至5.0-5.5,有些土壤的交换性Ca/Mg比值亦明显下降^[2,3]。黄棕壤在添加有机物质并淹水培育后,使其交换性镁含量增加和交换性钙含量下降^[1],而试样的pH值与交换性钙镁总量之间,出现显著的正相关(r=0.837,n=10)。     

土壤吸收量是土壤肥沃度的一项重要指标

土壤吸收性能的研究,自上世纪Way,Bemmelen 以来,吸引过很多土壤化学家的注意,诸如К.К.Гедройц^[1],А.Н.Соколовский^[9].Н/П/Ремезов^[8],Н.И.Горбунов^[3]等。     

水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响

采用田间定位试验研究方法,于2008～2010连续3年研究了水旱轮作制下连续秸秆覆盖对土壤理化性质和作物产量的影响。结果表明,连续秸秆覆盖显著降低了土壤表层（05cm）容重,提高了05cm和515cm土层土壤含水量。同时连续秸秆覆盖还田还可以显著提高025cm土层土壤有机质、碱解氮、速效磷和速效钾含量。秸秆覆盖对表层（05cm）土壤养分状况的效应更明显。秸秆连续覆盖5季后,05cm土层土壤速效钾含量的增幅（7.64%～15.33%）速效磷（7.52%～10.03%）碱解氮（7.30%～8.74%）有机质（6.08%～7.53%）。秸秆覆盖还田后,可以提高作物产量。其中旱季作物（小麦、油菜）的增产效应要高于水季作物（水稻）,并且随着秸秆还田年限和用量的增加,作物的增产幅度也随之提高。起主要作用的产量构成因素是小麦、水稻的有效穗数以及油菜单株角果数和每角粒数。     

Effects of legume green-manuring on nitrogen mineralization and some microbiological properties in an acid rice soil

We studied N mineralization of legume green manures under laboratory and field conditions, and the effects of field green-manuring on the microbiological properties of an acid Alfisol soil. No significant differences were found in the mineralization rates of Sesbania (Sesbania cannabina), sunnhemp (Crotalaria juncea), and cowpea (Vigna unguiculata) green manure. Mineralization was higher in field-capacity moist soil than water-saturated soil. The decomposition of sunnhemp under field wetland conditions, in the absence of a rice crop, was a rapid as it was under in vitro conditions. The decomposition released considerable amounts of mineral N and the level of NH ₄ ⁺ -N was significantly higher than NO ₃ ^– -N. Significant improvements were observed in the microbial biomass, dehydrogenase activity, and bacterial populations in the field soil green-manured for rice for 3 years, compared with fertilized soil.     

秸秆还田对汉中盆地稻田土壤有机碳组分、碳储量及水稻产量的影响

为探索稻麦或稻油轮作制下,小麦、油菜秸秆还田对汉中盆地稻田土壤碳库组分的变化,设置小麦秸秆不还田(WSN)、小麦秸秆常规还田(WS)、小麦秸秆促腐还田(WSM)、油菜秸秆不还田(RSN)、油菜秸秆常规还田(RS)、油菜秸秆促腐还田(RSM),共6个处理,通过大田试验研究了不同秸秆类型及还田方式对稻田0—5,5—10,10—15,15—20,20—25cm 5个土壤层次中的土壤容重、总有机碳(TOC)、活性有机碳(LOC)、活性有机碳效率(ACL)、碳储量(SCS)、碳库管理指数(CPMI)及水稻产量的影响。结果表明:秸秆还田显著降低0—15cm土层容重,对15—25cm并未产生显著影响。与不还田相比,秸秆还田明显增加了各层次土壤有机碳库指标含量,但TOC和LOC含量均随土壤深度的增加而减少,两者在0—15cm土层含量较高,具有明显的表层富集现象;与不还田相比,小麦及油菜秸秆还田后可明显增加稻田0—25cm土层中的土壤碳储量(SCS),增幅可达21.9%~23.5%和1.7%~6.7%。不同土层中的LOC、ACL、CPIM对秸秆类型的响应不同,具体表现为小麦秸秆还田(WS、WSM)对0—15cm土层具有显著促进作用,而油菜秸秆还田(RS、RSM)对15—25cm土层中的有显著促进作用。产量方面,秸秆促腐还田模式下(WSM、RSM)水稻产量最高,常规还田模式(WSN、RSN)次之,而不还田时产量最低。相关分析显示0—10cm土壤活性有机碳有效率与水稻产量显著相关。秸秆还田是提高汉中盆地稻田土壤有机碳和产量较为有效的农田管理措施。两种轮作模式下,小麦秸秆全量旋耕还田更有利于固持稻田土壤有机碳和增加水稻产量增加。     

Green Manuring with Clover and Ryegrass Catch Crops Undersown in Small Grains: Effects on Soil Mineral Nitrogen in Field and Laboratory Experiments

Abstract

In three field trials in southern Norway, Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), white clover (Trifolium repens L.) or subterranean clover (T. subterraneuni L.) was undersown in spring grain at three N fertilizer rates and ploughed under in late October as a green manure for a succeeding spring grain crop. The content of topsoil (0-20 cm) mineral nitrogen was determined during the growth of the grain crop, after grain harvest and after ploughing. In addition, mineralization of nitrogen and carbon was measured in green-manured soil incubated at 15°C and controlled moisture conditions. During grain crop growth, ryegrass tended to reduce soil mineral N compared with the other treatments. After grain harvest, in a small-plot experiment where extra nitrate was added, ryegrass reduced soil nitrate N (0-18 cm) from 4.2 to 0.4 g m^?2 within 13 days, while the clovers had negligible effect compared with bare soil. Up to 9.4 g N m^?2 was present in above-plus below-ground ryegrass biomass at ploughing. In incubated ryegrass soil, there was a temporary net N immobilization of up to 0.9 g N m^?2 as compared with unamended soil. In clover-amended soil, mineral N exceeded that in unamended soil by up to 5 g N m^?2.     

不同深度土壤控水对稻田土壤微生物区系及细菌群落多样性的影响

为研究不同深度土壤控水对壤土稻田土壤水势、微生物区系和细菌群落多样性的影响,通过土培池栽试验,在水稻生育后期设置土壤深度0~5 cm（S05）、0~10 cm（S10）和0~15 cm（S15）控水处理,以保持水层为对照,分析了不同深度控水处理下5 cm、10 cm、15 cm深土壤水势与土壤微生物区系、细菌群落多样性的变化。结果表明：土壤5 cm、10 cm、15 cm深度的水势随着控水深度增加而降低,S05控水处理主要影响上层（5 cm）土壤水势,S10控水处理影响上、中层（10 cm）土壤水势,S15控水处理土壤水势随土层深度的增加而升高。花后8 d和32 d,S05控水处理上层土壤细菌数量显著高于S10、S15控水处理;花后16~24 d,S05控水处理中层、下层（15 cm）土壤细菌数量均显著高于S15控水处理;土壤水势与水稻生育后期中、下层土壤细菌数量呈极显著正相关关系。S05控水处理10 cm、15 cm土层的细菌丰富度Chao指数均显著高于S15控水处理及CK。3个控水处理中,5 cm土层细菌的多样性Shannon指数以S05控水处理最低。优势细菌菌群分析发现,优势群落主要为变形菌门、绿弯菌门、酸杆菌门、拟杆菌门,四者总相对丰度在80%以上;S15控水处理中层土壤变形菌门相对丰度低于S05和S10控水处理。3个控水处理土壤样品中优势纲（相对丰度大于2%）达15个,主要包括α-变形菌纲、β-变形菌纲、δ-变形菌纲、厌氧绳菌纲等,这4个纲的总相对丰度在47%以上,其中厌氧绳菌纲相对丰度最高;上层土壤中S05控水处理的β-变形菌纲相对丰度显著低于S10和S15控水处理。因此,不同深度土壤控水对壤土土壤水势、细菌数量存在影响,改变了细菌的多样性及丰富度,对土壤细菌优势菌种类无显著影响。     

不同释放速率过氧化钙对模拟潜育环境下稻田土壤理化特性的影响

【目的】为探索缓释过氧化钙对潜育性稻田土壤的改良效果。【方法】于网室内进行潜育化稻田环境模拟试验，以不施、施过氧化钙粉末、施过氧化钙颗粒为对照，从已研发的10种不同包膜缓释过氧化钙中，选出4种缓释过氧化钙，探究其在水稻早稻分蘖期与收获期对潜育化稻田土壤中还原物质总量、活性还原性物质、还原性铁锰、有效养分等含量的变化的影响，以及对水稻整个生育期土壤pH、氧化还原电位、活性氧浓度动态变化的影响。【结果】结果表明，施用过氧化钙均能降低土壤还原物质含量，提高土壤速效养分含量和土壤pH、氧化还原电位及活性氧浓度。缓释过氧化钙的改良效果最佳，其次为过氧化钙颗粒和过氧化钙粉末。缓释过氧化钙处理中以乙基纤维素包膜效果最好，与不施过氧化钙处理相比，施用乙基纤维包膜过氧化钙和过氧化钙粉末处理下还原物质总量、活性还原性物质含量和还原性铁、锰含量分蘖期分别降低了22.9%和36.0%、20.5%和13.6%、37.7%和29.0%、38.8%和56.8%，收获期分别降低了32.4%和20.0%、32.7%和19.5%、34.3%和7.9%、25.5%和39.2%；其土壤pH平均分别提高13.1%和8.0%，土壤氧化还原电位与活性氧浓度平均分别依次提高34.3%和-11.3%及58.6%和13.4%。【结论】结果可为缓释过氧化钙在实际应用中对潜育化稻田的改良提供理论依据和实践基础。     

利用15N2直接标记法研究水稻种植对稻田固氮量和固氮活性的影响

稻田固氮对土壤维持肥力有着重要的作用,但水稻种植与固氮菌及其活性之间的关系尚不清楚。本试验利用~(15)N_2直接标记法测定了下位砂姜土发育的简育水耕人为土在种水稻和不种水稻条件下的生物固氮量,及其在土壤不同层次(0～1、1～5、5～15 cm)和水稻中的分配,并通过实时荧光定量PCR技术测定了土壤中固氮菌nifH DNA及RNA基因数量。结果表明:种水稻处理显著提高了土壤各层固氮量,尤其提高了1～5 cm和5～15 cm土层土壤固氮量对总固氮量的贡献;种水稻处理的总固氮量是不种水稻处理的10.3倍;水稻植株中生物固定的氮占总固氮量的31.48%;在0～1 cm土层,种水稻处理显著提高了nifH RNA基因数量,而对nifH DNA基因数量的增加不显著。可见,水稻种植没有增加固氮菌的数量,稻田固氮量的增加是因为水稻种植极大地促进了固氮菌nifH基因的表达,提高了固氮菌的固氮活性。     

水稻分蘖期沼液施灌对农田水体氮素的影响

沼液作为农牧生产废弃物能源化的副产物,是农业面源污染物的重要来源,又是水环境保护亟待解决的薄弱环节。为研究农田安全消纳沼液技术,本文通过设置BS10(一次性基施沼液1 000 t·hm?2)、300%BS(沼液300%常规施N替代,分蘖期施灌沼液635.29 t·hm?2)、200%BS(沼液200%常规施N替代,分蘖期施灌沼液423.53 t·hm?2)、100%BS(沼液100%常规施N替代,分蘖期施灌沼液211.76 t·hm?2)、CF(常规施肥)、CK(不施肥)等处理,监测了稻麦两熟制农田稻季分蘖期田面水及不同深度下渗水水体氮素动态变化情况。结果表明:水稻分蘖期沼液施灌明显增加了田面水总氮和铵态氮浓度,且随沼液施灌量的增加而增大。各沼液施灌处理田面水中氮素含量以铵态氮为主,浓度随着时间推移明显降低。与施灌后1 d比较,各处理总氮浓度在施灌后3 d下降达46.67%~73.26%,铵态氮浓度下降达47.52%~67.60%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理26.59%、26.43%、24.38%、10.25%,铵态氮下降速率分别高出CF处理14.73%、17.29%、20.08%、6.47%;施灌后7 d总氮浓度下降69.15%~86.43%,铵态氮浓度下降75.25%~83.73%,其中,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理总氮下降速率分别高出CF处理13.16%、12.27%、11.60%、5.96%,铵态氮下降速率分别高出CF处理6.05%、6.21%、8.48%、3.55%。因此认为沼液施灌后的前3 d是稻田消解沼液的关键时期,也是通过控制灌排水减少径流氮损失的关键时期。与常规施肥处理比较,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理对40 cm处下渗水总氮和铵态氮含量的影响不明显,但增加了60 cm处下渗水总氮和铵态氮浓度,施灌后7 d,BS10、300%BS、200%BS、100%BS处理60 cm处下渗水总氮含量分别高出CF处理0.37 mg·L–1、0.67 mg·L–1、0.13 mg·L–1、0.23 mg·L–1。BS10、200%BS处理60 cm处下渗水铵态氮含量分别高出CF处理0.02 mg·L–1、0.36 mg·L–1。施灌3 d后100%BS处理对田面水影响最小,对不同深度下渗水的影响也较低。40 cm处下渗水和60 cm处下渗水总氮浓度各处理重复值之间变化幅度较大,方差分析显示在0.05水平下无显著性差异。结合水稻安全生产,建议分蘖期沼液施灌应控制在211.76 t·hm?2范围内。     

稻-油轮作下长期秸秆还田与施肥对作物产量和土壤理化性状的影响

【目的】研究长期秸秆还田与施肥对作物产量和土壤肥力的影响,为该种植模式下作物最佳养分管理提供技术支撑。【方法】自2005年起在成都平原的广汉市开展了水稻-油菜轮作下连续秸秆覆盖还田+免耕与不同施肥的长期定位试验。试验为随机区组设计,共有8个处理,3次重复。这8个处理包括对照(只施化肥、 无秸秆覆盖)和秸秆覆盖还田下4个氮肥用量、 2个磷肥用量和3个钾肥用量的7个组合处理。自2005年起每季收获时采集植株样本,分析不同处理下水稻和油菜的农艺形状与产量变化情况,2010年水稻收获后采取耕层(05 cm、 515 cm和1530 cm)土样,分析不同处理的土壤肥力演化趋势。【结果】在稻-油轮作下,同一处理水稻和油菜产量受气候变化影响存在显著的年度间差异。秸秆还田对水稻产量的影响始于覆盖后的第三年,即秸秆覆盖处理的水稻产量显著高于相同施氮量的无覆盖对照处理,油菜秸秆覆盖条件下的减磷和减钾处理的水稻产量相当或高于对照处理。按此计算,秸秆还田在水稻季每公顷可节约大约N 60 kg和K2O 90 kg。在油菜季,稻草覆盖似乎不能明显减少氮肥投入,减磷处理的油菜产量始终最低。因此,施用充足的磷肥成为油菜高产的关键,该结果为稻-油轮作制度中磷肥的合理分配提供了科学依据,即磷肥应重点施在油菜上,水稻上可少施或不施磷肥。在油菜季,秸秆还田每公顷能节约大约N 30 kg和K2O 90 kg。连续秸秆覆盖+免耕使土壤有机质和氮、 磷、 钾养分在05 cm土层聚集,但对下层土壤影响不大; 减磷、 减钾处理使土壤磷、 钾耗竭,但无覆盖对照处理的土壤钾耗竭大于减钾处理;在磷钾施肥量不变的情况下,增加氮肥施用量降低了土壤速效钾与有效磷含量。长期秸秆覆盖还田+免耕能显著改善05 cm土层的土壤物理性状,即降低土壤容重,增加孔隙度、 非水稳性和水稳性团聚体的数量,但增加了下层土壤的容重和降低了土壤孔隙度。【结论】长期秸秆覆盖还田+免耕能显著提高水稻-油菜轮作下的作物产量,减少肥料投入和提高表层土壤肥力水平,但油菜季必须注意施用足够的磷肥以保证油菜籽高产的需要。     

太湖地区水稻追肥的氨挥发损失和氮素平衡

采用密闭室通气法和¹⁵N 微区试验, 对太湖地区水稻不同生育期追施氮肥的氨挥发损失、水稻对氮肥的吸收利用和土壤氮素残留情况进行了研究。结果表明, 氨挥发损失主要发生在施肥后1 周内, 峰值出现在施肥后1~2 d, 氨挥发速率变化与田面水NH₄⁺-N 浓度变化规律一致, 分蘖肥和穗肥氨挥发损失率分别为16.7%和6.3%; 水稻分蘖肥的作物氮素利用率低于穗肥, 分别为36.7%和49.6%, 主要原因是穗肥的氨挥发损失较少,并且更易于向籽粒转移; 2 次追施氮肥的表观损失率分别为52.8%和40.7%; 在土壤中残留肥料氮为10.6%, 大都集中在0~20 cm 土壤中, 耕层以下较少。本结果表明, 在水稻孕穗时期施氮肥有利于提高氮肥利用效率、减少氮肥损失, 主要体现在穗肥拥有较低的氨挥发损失率和较高的籽粒利用率。