深松配施有机物料还田对黑土区坡耕地土壤物理性质的改良效应

基于2015年布置的田间定位试验,结合不同土壤耕作方式与有机物料类型,设置旋耕+无还田(RT0)、旋耕+秸秆还田(RT1)、旋耕+牛粪还田(RT2)、深松+无还田(SS0)、深松+秸秆还田(SS1)和深松+牛粪还田(SS2)共6个处理,于2017年进行采样测定,研究在不同有机物料配施条件下,深松对黑土区坡耕地农田土壤孔隙度、饱和导水率、含水量、团聚体稳定性和贯入阻力等土壤物理性质的影响,为黑土区坡耕地合理耕层构建和可持续发展提供理论依据。研究结果表明:1)深松配施有机物料技术在维护表层0～10 cm土壤物理性状稳定的情况下,显著改善黑土区坡耕地农田10～30 cm土壤孔隙度、含水量和饱和导水率。深松配施有机物料对土壤孔隙度的增加幅度为2.76%～4.01%,对土壤含水量的增加幅度为3.96%～7.39%,对土壤饱和导水率的增加幅度为87.6%～125.2%,均大于无物料还田的深松处理。2)深松配施有机物料还田降低土壤贯入阻力,所影响的耕层厚度(35～45 cm)大于深松无物料还田的处理(25 cm),且这一耕层增厚效益持续整个玉米生长季。3)深松配施秸秆还田条件下黑土区坡耕地农田10～30 cm土壤团聚体平均重量直径的增加幅度为21.3%～23.1%,显著高于深松配施牛粪还田和无物料还田的深松处理。研究结果认为,深松配施秸秆还田改善表层0～10 cm以下土壤的物理保水和导水能力,增加耕层厚度,提高土壤结构的稳定性,且耕层增厚和土壤结构改善的效益持续整个玉米生育季,是比较理想的黑土区坡耕地耕层构建技术,研究结果可为黑土区坡耕地耕层构建和土壤改良提供技术支撑。     

不同水土保持措施对黑土区坡耕地氮、磷流失的影响

采用无任何保护措施的坡耕地为对照组,系统地研究了3种典型水土保持措施:水保林、水平梯田、地埂植物带对桓仁浑江流域坡耕地总氮（Total nitrogen,TN）和总磷（total phosphorus,TP）变化的影响。2013年3—9月,共采集了336个有代表性的土壤样本进行分析研究。结果表明,采取了3种典型水土保持措施的土壤样品中的TN和TP含量均显著高于未采取任何水土保持措施坡耕地土壤中TN和TP含量。其中,水平梯田土壤中的TN和TP较对照组分别提高了24.6%和35.7%。地埂植物带土壤中的TN和TP较对照组分别提高了19.4%和37.4%。3种综合措施（水保林、水平梯田、地埂植物带）协同使用效果更为明显,可使TN和TP较对照组分别提高29.2%和30.6%。研究可为坡耕地面源污染治理提供科学依据和切实可行的方法。     

秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控

为揭示秸秆覆盖对东北黑土区坡耕地产流产沙及氮磷流失的阻控,通过田间试验,探讨秸秆覆盖模式下,玉米生育期对不同坡度试验小区径流、泥沙和氮磷流失的阻控效果。结果表明:随着耕地坡度的增加,地表径流量、土壤及氮磷流失量逐渐增加。玉米种植条件下,地表径流量与降雨量呈正相关,土壤流失量与降雨量不相关。秸秆覆盖模式对土壤流失的阻控效果均为随坡度的降低,阻控率增加,秸秆覆盖对地表径流和土壤流失阻控率均超过90%。土壤中氮素流失以溶解态氮为主,溶解态氮占总氮的60%以上;磷素流失以颗粒态磷为主,颗粒态磷占总磷的80%以上。秸秆覆盖对土壤中总氮、总磷阻控率均超过85%,对于控制水土流失和降低面源污染风险具有积极意义。     

深松与压实对红壤坡耕地土壤物理性质的影响

以红壤坡耕地为研究对象,研究了深松和机械压实对土壤物理性质的影响。结果表明:深松改善了除土壤最小持水量和毛管孔隙度外的土壤物理性质,并对表层土壤的改善效果较好,进而提高了红薯产量;机械压实则对除土壤紧实度和最小持水量外的土壤物理性质产生了负面影响,影响深度达30 cm左右,造成红薯产量降低。0~20 cm土层土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量之间呈显著或极显著相关;20~40 cm土层土壤容重、毛管孔隙度与土壤紧实度分别呈极显著和显著相关性,土壤持水量与土壤非毛管孔隙度、总孔隙度呈显著或极显著正相关。可见,避免机械压实并对深松耕作管理模式进行优化,是缓解红壤坡耕地农业生产与生态破坏的突破口之一。     

长期施肥对黑土磷和锌形态转化的影响

【目的】东北黑土地为我国重要粮食生产基地高肥力的黑土仍需施用磷肥以保障粮食高产。探讨长期施肥对土壤磷和锌形态转化机制,为确保黑土区粮食和环境安全提供理论依据。【方法】本研究以设在典型黑土区13年的长期施肥定位试验为研究对象,设不施肥(CK)、施氮磷钾肥(NPK)、施氮磷钾加不同量有机肥(NPK+OM_1、NPK+OM_2、NPK+OM_3)共5个处理分析土壤不同形态磷和锌含量。【结果】长期施化肥对土壤有机磷含量影响不显著但土壤无机磷含量显著增加;长期不施肥黑土有效磷含量为32.6 mg/kg,长期施化肥加有机肥可显著增加土壤有效磷含量;连续13年施用磷肥,土壤中的磷每年平均累积16 kg/hm~2,其主要以铝磷(A1-P)和铁磷(Fe-P)的形态在土壤中储存,其中约20%仍为有效磷;而磷肥加有机肥的3个处理,连续施用13年后有机磷含量增加了47.2~67.9 mg/kg无机磷含量增加253.4~410.6 mg/kg,土壤全磷平均分别以每年49.4(NPK+OM_1)、64.2(NPK+OM_2)、70.4(NPK+OM_3)kg/hm~2的量累积在土壤中,其中15%~21%仍为有效磷主要以有效性较高的二钙磷(Ca_2-P)、八钙磷(Ca_8-P)、Al-P、Fe-P存在于土壤中,只有10%~21%的磷以有机磷的形态累积在土壤中,并且这个比例随有机肥施用量的增加而降低。黑土长期不施肥土壤有效锌(DTPA-Zn)含量可达1.96mg/kg,长期施化肥、化肥加有机肥均可显著增加土壤DTPA-Zn含量;长期施化肥使黑土酸化,改变了土壤锌形态增加了土壤交换态锌和无定型铁氧化物结合态锌的含量,化肥加有机肥显著增加了除矿物态锌以外的其他各形态锌的含量其中55%~88%以无定型铁氧化物结合态锌储存在土壤中。通径分析结果显示,Ca_2-P对DTPA--Zn影响最大,Ca_8-P、Al-P、Fe-P通过Ca2-P间接影响DTPA-Zn含量。【结论】长期施入黑土的磷主要以有效性较高的无机态磷储存在土壤中,锌主要以无定型铁氧化物结合态储存在土壤中。黑土中磷与锌未表现出拮抗作用且有效性高的Ca_2-P对DTPA-Zn含量的影响最大且二者呈正相关关系。     

长期施肥对砂姜黑土无机磷形态的影响

采用顾益初、蒋柏藩的无机磷分级方法,研究了长期施肥下砂姜黑土无机磷组分含量变化、生物有效性及其与土壤有效磷的关系。结果表明,长期耗竭状况下Ca2-P和Ca8-P的植物营养效率最高,其次为Al-P和Fe-P,O-P和Ca10-P也表现出了一定的有效性;Fe-P和Al-P对植物的营养贡献率最高,虽然Ca2-P和Ca8-P活性最高,但由于含量低,对磷素养分的贡献率较低,土壤磷素极度耗竭下,Ca2-P的植物营养贡献率甚至低于Ca10-P和O-P。砂姜黑土对磷的固定严重,土壤中积累的磷主要向Al-P、Fe-P和有效性更低的Ca10-P和O-P转化,Ca2-P、Ca8-P的增量较少。相关分析和通径分析表明,无机磷组分对有效磷的贡献为:Al-P＞Ca8-P＞Ca2-P＞Fe-P＞O-P＞Ca10-P;建立了Olsen-P与无机磷组分间的回归方程:Y = 3.8751 +0.4674X1 +0.4470X2+ 0.3769X3-0.1166X4-0.07838 X 5 (Y代表有效磷含量,X1、、X2、X3 、X4 、X5分别代表Ca2-P、Ca8-P、Al-P、Fe-P和Ca10-P含量;P＜0.01,R2=0.9989)。     

深松和秸秆深还对黑土有机碳及其活性组分的影响

深松和秸秆还田是增加土壤耕层厚度、提高有机质含量和培肥地力的重要途径。试验以吉林省农业科学院长期定位试验站黑土为研究对象,采用田间原位培养方法,探究深松和秸秆深还后土壤有机碳及其活性碳组分变化。结果表明:(1)在0～20 cm表层中,深松(DL)处理的土壤有机碳含量在0～360 d内无明显变化,而活性有机碳含量和微生物熵在30 d和150 d显著提高;秸秆深还(DS)处理的土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量以及微生物熵在整个培养期较CK处理平均提高2.96%、17.36%、18.16%和14.80%。(2)在20～35 cm亚表层中,与CK相比,DL处理的土壤有机碳、活性有机碳含量和微生物熵在30 d时显著增加,60 d时各指标明显降低;DS处理的土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳含量和微生物熵比CK显著提高10.69%、24.86%、21.93%和10.14%。(3)相关分析表明土壤有机碳、可溶性有机碳、微生物量碳、微生物熵两两之间存在极显著正相关。综上可见,秸秆深还能显著提高表层和亚表层土壤活性有机碳含量和微生物熵以及亚表层土壤有机碳含量。     

垄沟秸秆覆盖对黑土顺坡耕地氮、磷养分阻控效果

在吉林农业大学教研基地内的标准坡面径流小区中,布设顺坡垄作与垄沟秸秆覆盖2种耕作试验,通过对侵蚀泥沙及N、P养分的测试分析,揭示了垄沟秸秆覆盖对黑土顺坡垄作耕地水沙及N、P养分阻控效果及机理。结果表明,秸秆覆盖处理可显著降低坡面的年径流系数及土壤侵蚀模数,坡度越大,其减流减沙的效应越显著;秸秆吸水量与吸水时间呈显著对数相关关系;速效N的拦蓄率为9°坡面6°坡面3°坡面,全N的拦蓄率为9°坡面3°坡面6°坡面;速效P的拦蓄率为3°坡面9°坡面6°坡面,全P的拦蓄率为3°坡面6°坡面9°坡面;各坡面流失土壤中N、P养分富集率随坡度的增大而增加,但均明显低于未覆盖处理。     

不同农艺措施对巢湖沿岸坡耕地不同形态磷径流输出的控制效果

为明确巢湖沿岸坡耕地不同农艺措施对生态保护和水环境治理的影响,以农业面源污染长期定位观测基地为平台,于2014—2015年连续2 a对常规耕作(CK)、植物篱(黄花菜,PH)、植物篱+秸秆覆盖(PHS)和等高垄作(CR)4种农艺措施下的水土及随地表径流迁移的各种形态磷进行了监测。结果表明,与常规耕作相比,PH、PHS和CR能有效地减少径流量和产沙量(P0.05),降低效果依次为:PHSPHCR。与CK相比,PH、PHS和CR可分别减少23.5%、36.5%和19.7%的径流流失和29.5%、45.2%和26.3%的土壤流失,表现出显著的水土保持作用。CK条件下的径流液总磷(TP)浓度是0.612~1.220 mg·L~(-1),其中颗粒态磷(PP)占总磷的71.5%~81.7%,颗粒态磷是磷随地表径流迁移的主要形态。在溶解态总磷(DTP)中,溶解态正磷酸盐(D-Ortho-P)所占比例较大,为87.4%~90.7%;溶解态有机磷(DOP)所占比例较小,仅占9.3%~12.6%。与CK相比,PHS、PH和CR显著降低了径流液PP和TP的浓度(P0.05),但却不同程度地提高了DTP和D-Ortho-P的浓度,而对DOP的浓度无显著影响(P0.05)。CK条件下,磷的年流失负荷平均为0.706 kg·hm~(-2),占当年作物施磷量0.98%。与CK处理相比,PH、PHS和CR处理磷的年流失负荷分别降低38.4%、53.8%和33.4%(P0.05),其对磷素输出的控制效应主要通过减少径流量和降低径流液PP的浓度来实现的。综上可知,植物篱(黄花菜)、植物篱+秸秆还田和等高垄作是控制巢湖沿岸坡耕地水土及磷径流输出的有效措施,其中植物篱配合秸秆覆盖还田效果最佳。该研究可为巢湖流域坡耕地水土流失和面源污染防治提供科学依据。     

温度和水分对不同肥料条件下黑土磷形态转化的影响及机制

采用室内微宇宙试验法,研究了温度（25℃和10℃）、土壤湿度（湿度分别为最大持水量的50%和25%,即50% WHC和25%WHC）对不同肥料条件下黑土磷素形态转化及土壤磷酸酶活性的影响。结果表明,土壤温度和水分及其交互作用对不同肥料条件下土壤磷形态转化以及土壤酶活性有显著影响。土壤温度（25℃）和土壤湿度（50% WHC）显著增加了土壤有效磷、Ca2-P、Ca8-P的含量,而土壤有机磷含量显著降低;在土壤中添加氮磷钾肥料后,这种作用变得尤为明显。高的土壤温度（25℃）和合适的土壤湿度（25%WHC）能够显著提高土壤磷酸酶的活性。土壤磷酸酶活性与土壤有效磷含量均呈显著正相关,表明可以通过提高土壤温度和保持土壤合适的湿度来提高土壤磷酸酶,活化和提高土壤磷的有效性,进而促进土壤磷释放。     

紫色土坡耕地施肥水平对土壤侵蚀及氮磷流失影响

以紫色土坡耕地"冬小麦-夏玉米"种植模式为研究对象,设置对照处理、复合施用农家肥和化肥、单施化肥、单施化肥增加施肥量、单施化肥横坡垄作5种施肥水平,采用径流小区定点监测的方法,研究紫色土坡耕地不同施肥水平下土壤侵蚀特征。结果表明:施肥水平和降雨量对径流量影响极为显著,各施肥水平下次降雨泥沙流失量与降雨量呈线性正相关,单位面积泥沙流失量与径流量在增加施肥时为幂函数关系,其他施肥水平下均为对数函数关系。施肥水平和降雨量对径流中氮磷浓度均具有显著影响。各施肥水平下径流中氮磷流失浓度变化趋势与降雨量变化趋势基本一致,随降雨量增加而增大,不同施肥水平下,氮磷浓度波动范围不同;复合施用农家肥和化肥,径流中氮素及可溶性磷浓度较稳定;各施肥水平下径流中氮磷浓度最高值出现与暴雨事件出现基本一致,同时追加施肥等农事活动也对磷素浓度最大值具有一定影响。     

耕作措施对坡耕地红壤地表径流氮磷流失的影响

云南山地面积约占全省土地总面积的94%,特殊的地形特征,极易引发坡面土壤侵蚀和养分流失,严重影响了农业可持续生产。采取有效的农艺措施来减少坡耕地土壤养分流失是十分有必要的。为此,通过4年定位试验对顺坡(2组处理)、横坡(2组处理)2种耕作方向的复合农艺措施处理进行研究。结果表明:云南坡地红壤的径流时间主要集中在6—9月,且产流雨量占年降雨量的65.62%～75.82%。产流雨量与年降雨量呈现一致趋势。径流量和产流雨量呈线性关系(R_(NVF)~2=0.597 7,R_(OVF)~2=0.415 1,R_(OHF)~2=0.378 2,R_(OHFR)~2=0.335 5),其相关性大小顺序为顺坡处理横坡处理,不施肥处理施肥处理,覆膜处理揭膜处理(P0.01)。大雨(25～49.9 mm)和暴雨(≥50 mm)造成了年度大部分径流和养分的流失。横坡垄作组处理产生地表径流(177.13±28.87)～(182.28±33.75) mm,径流中总氮流失量(7.66±2.51)～(7.85±1.92) kg/hm~2,总磷流失量为(0.91±0.26)～(1.09±0.27) kg/hm~2,与顺坡垄作OVF(常规处理)相比径流和养分极显著减少了49.57%～52.13%,33.16%～53.88%(P0.01)。不同耕作措施下,复合耕作模式(优化施肥+横坡垄作+旺长期揭膜)拦截径流和养分流失的效果最好。RDA分析结果发现,与降雨量相比较,径流量是影响氮磷养分变化的主要环境因子(P0.01)。径流量与氮养分(NH_4~+-N除外)流失量的相关性高于与磷的相关性,表明氮比磷更容易随径流流失。顺坡处理NVF和OVF与环境因子径流量和氮磷养分流失量TN、TDN、NO_3~--N、NH_4~+-N、TP、TDP呈正相关,横坡处理OHF和OHFR与其呈负相关。     

模拟深松条件下深施磷肥对旱地冬小麦根系生长和水肥效应的影响

通过模拟深松机具下的深施肥技术,研究了深施磷肥对旱地冬小麦产量、根系生长、水肥效应的影响。研究结果表明,深松条件下深施磷肥平均效果比传统施肥增产38.5%,20 cm和40 cm各施一半的效果最好,但深施到20 cm和深施到40 cm之间差异不显著。深施磷肥促进了小麦根系在土层内的生长发育,提高了小麦根系总量,尤其是深层根系总量明显增加,这对旱地冬小麦吸收深层土壤中的水分和养分是十分有利的。深松条件下,深施磷肥的水分利用系数比传统施磷提高了8.4%。此外,深施磷肥有助于冬小麦在整个生育期内磷素的均衡供应,     

农业废弃物对黑土有机磷形态长期动态影响

针对农业废弃物在土壤中腐解时间较长,探究增施不同种类农业废弃物对黑土土壤各形态有机磷影响的长期动态变化规律,开展5a盆栽试验并根据Bowman-Cole法测定有机磷形态。试验设置5个处理,分别为:增施猪粪、秸秆、树叶、菌渣和单施化肥。结果表明:与单施化肥相比,增施猪粪可大幅提高土壤活性有机磷(L-OP)含量,5a时仍显著高于单施化肥;增施秸秆和树叶分别于3a和2a后出现最高值。增施猪粪、秸秆和菌渣后土壤中等活性有机磷(ML-OP)含量显著增加;猪粪处理ML-OP含量逐年降低,其余处理逐年上升。增施农业废弃物均可显著增加土壤中稳态有机磷(MR-OP)含量,总体呈逐年降低趋势;增施秸秆5a内MR-OP含量始终最高。增施农业废弃物对土壤高稳性有机磷(HR-OP)含量的降低作用一般在2~3a后开始显现,5a后HR-OP含量均低于单施化肥。增施猪粪可大幅提高活性较强的有机磷形态且影响时间最长;增施秸秆和菌渣变化趋势相似,增施秸秆更趋向于增加L-OP和MR-OP含量,增施菌渣更趋向于增加HR-OP含量;增施树叶降低HR-OP含量能力最强,但对其余有机磷形态影响较小。施用农业废弃物均可不同程度活化稳定态有机磷,单施化肥处理促使中稳态有机磷向高稳态有机磷转化。     

黑土区低山丘陵坡耕地侵蚀沟浅层土壤养分特征及其影响因素

[目的] 研究黑土区低山丘陵地形侵蚀沟土壤养分特征及其影响因素,为黑土区土地资源合理运用,土壤肥力精确化管理和退化土壤修复工作提供数据与理论支持。[方法] 以黑龙江省延寿县不同发育类型侵蚀沟表层土壤作为研究对象,对0—40 cm层侵蚀沟各部位的土壤进行取样测定,量化分析土壤养分特征。[结果] ①不同侵蚀沟道间有机质、全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、碱解氮含量较CK差异显著(p＜0.05),随侵蚀沟发育,0—40 cm层的土壤有机质含量呈递减趋势,土壤全氮、全磷、全钾、速效磷、速效钾、碱解氮含量总体呈下降趋势。随着土层加深,土壤养分差异显著(p＜0.05),呈下降趋势。受侵蚀—沉积影响,土壤有机质、全氮、全钾、碱解氮含量在沟头段降幅明显;土壤有机质、有效磷、有效钾含量在沟尾因沉积作用下降平缓。②土壤退化指数在0—40 cm层呈A₂＞A₁＞A₃,随侵蚀沟发育,土壤退化程度加重。[结论] 土壤养分与容重总体呈显著负相关,与土壤水稳性团聚体含量、黏粒含量呈显著正相关;土壤剖面与构型差异是造成土壤养分差异的根本原因,侵蚀沟发育是土壤养分变化的次要原因,土壤有机质、全氮、全钾含量也受到部位差异影响。     

长期施用不同肥料对栗褐土有机磷组分的影响

采用Bowman-Cole提出的土壤有机磷分级体系对长期定位试验耕层土壤有机磷的形态进行测定.结果表明,除单施氮肥处理(N)外,各处理磷的有效率与对照相比均有所增加,高量有机肥与氮磷肥配合施用处理(M2NP)增加最多,增加了5.59％;氮磷肥合施(NP)、单施低量有机肥(M1)、低量有机肥与氮肥配合施用(M1N)、低量有机肥与氮磷肥配合施用(M1NP)、高量有机肥与氮肥配合施用(M2N)和M2NP处理有机磷总量分别比对照增加了92.7％、133.8％、133.9％、191.3％、172.1％和201.5％,差异达到显著水平;除N处理外,各处理有机磷组分中以活性有机磷增加地最为明显,较对照增加了205.1％ ～ 420.5％,其中以M2NP增加最为显著增加了420.5％;中活性有机磷与中稳性有机磷是栗褐土有机磷的主体,约占有机磷总量的70％;相关分析与回归分析表明,活性有机磷、中稳性有机磷对速效磷的贡献最大.     

不同农田植被条件下黑土坡耕地产流和产沙特征

[目的]研究不同农田植被条件下的水土侵蚀特征,为该区作物种类选择提供参考。[方法]2013年在位于东北典型黑土带上的黑龙江省红星农场径流小区内,开展了玉米、大豆、大豆—玉米间作3种农田植被条件下的地表径流和土壤侵蚀特征研究。[结果]玉米的径流拦蓄和土壤侵蚀控制的效果最好,间作次之,大豆位居最后;玉米和间作模式的地表径流分别较大豆减少了15.8%和10.7%,土壤侵蚀量亦分别减少了10.47%和5.35%。[结论]在较低降雨强度下玉米和间作的减流减沙效果差别不甚明显,在较高强度下玉米和间作减流减沙效果明显好于大豆。     

黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征研究

基于对松花江流域东山沟小流域坡耕地表层0-20 cm土壤酶活性和养分含量分析,研究了东北黑土区典型坡耕地土壤酶活性空间分布特征及其影响因素.结果表明,小流域下游的土壤转化酶、脲酶、碱性磷酸酶活性均高于流域上游和中游;坡面侵蚀区3种土壤酶活性均低于坡面沉积区;土壤酶活性沿坡长分布呈现坡顶较高—坡中低—坡下高的变化趋势,与坡面土壤侵蚀强度相对应.3种土壤酶活性之间呈极显著相关关系.土壤酶活性空间分布特点与土壤侵蚀强度空间分布趋势呈现相一致的规律,表明土壤侵蚀降低了土壤酶活性.