施肥及秸秆还田对砂姜黑土细菌群落的影响

利用Illumina平台Miseq高通量测序技术对小麦分蘖期砂姜黑土耕层土壤细菌进行高通量测序,结合相关生物信息学分析,探讨了不施化肥秸秆不还田(CK)、施化肥秸秆不还田(F)以及不施化肥秸秆还田(W)3种处理土壤细菌群落组成、多样性和结构的变化。结果显示,测序共获得14 873个OTUs,计173 323条读数,平均读长439 bp。砂姜黑土细菌优势门(相对丰度10%)为变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes);优势纲(相对丰度10%)为α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、β-变形菌纲(Betaproteobacteria)、酸杆菌纲(Acidobacteria)、鞘脂杆菌纲(Sphingobacteriia)和γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria);优势属(相对丰度1%)共47个,3个处理中均有分布的优势属21个,F处理的细菌优势属的种类最多,为39个。相对丰度最大的门、纲和属分别是变形菌门(38.7%~43.1%)、α-变形菌纲(14.5%~18.1%)和鞘氨醇单胞菌属(Sphingomonas)(4.6%~7.7%)。F处理细菌丰富度指数(Chao1指数和ACE指数)显著低于CK及W处理,W处理和CK处理土壤细菌丰富度指数无显著差异,与CK处理相比,F处理ACE指数降低22.8%。W处理土壤细菌Shannon多样性指数显著大于CK及F处理,W处理Shannon指数较CK处理提高4.1%,而F处理土壤细菌Shannon指数与CK处理无显著差异。F处理Simpson指数显著高于CK及W处理;F处理Simpson指数较CK处理提高38.1%,而W处理细菌Simpson指数最小,显著低于CK处理,较CK降低23.8%。分层聚类图显示在属的水平上,W处理和CK处理土壤细菌群落结构相似性较高,F处理与CK处理及W处理细菌群落结构差异较大。施化肥对土壤细菌优势类群组成、相对丰度及群落结构的影响大于秸秆还田,施化肥显著降低了土壤细菌丰富度,秸秆还田显著提高了土壤细菌的多样性。     

长期秸秆还田和施肥对黑土肥力及玉米产量的影响

基于长期定位试验(17年):不施肥(CK)、单施化肥(NPK)、化肥+秸秆(NPKS)处理,研究了长期秸秆还田对黑土肥力和玉米产量的影响和贡献。结果表明:与2003年初始土壤属性相比,CK处理0~40 cm土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾含量均显著下降(P<0.05)。NPKS处理0~20 cm和20~40 cm土壤有机质、全氮、碱解氮和速效钾含量则分别显著增加了6.6%~16.4%、4.6%~17.3%、8.0%~15.0%和59.4%~61.5%(P<0.05)。与CK处理相比,NPKS处理0~20 cm和20~40 cm土层土壤容重分别下降了14.8%和4.50%,0~20 cm土层的通气孔隙度增加了43.7%。NPK和NPKS处理的平均产量较CK处理分别增加了54.9%和65.2%,NPKS处理的平均产量比NPK产量增加6.6%(P<0.05)。0~20 cm土层,土壤有机质和全氮含量对玉米产量的贡献度>30%,而20~40 cm土层土壤碱解氮的贡献度最高达到35.7%。土壤物理属性在0~20 cm土层,土壤毛管孔隙和土壤容重对玉米产量贡献最高;20~40 cm土层,容重对玉米产量的贡献度最高达到56.9%。因此长期秸秆还田能够显著提高40 cm以上土层土壤的肥力,改善土壤容重和孔隙度,从而间接影响玉米的产量。     

季节性冻融期不同秸秆还田方式下黑土温度特征

[目的] 为探究不同秸秆还田方式对季节性冻融期黑土温度的影响。[方法] 通过田间温度监测,以大豆田为研究对象,设置秸秆覆盖还田(FG)和秸秆翻混还田(FH)2种还田方式,还田量分别为秸秆总量的30%(59 670 kg/hm²),60%(119 340 kg/hm²),90%(179 010 kg/hm²),并设置裸地为对照(CK)共7种处理。各处理自地表向下沿土壤垂直剖面分别设置5,10,20,30 cm 4个土层深度,分析冻融期不同秸秆还田方式及还田量下土壤温度变化特征。[结果] (1)秸秆还田使土壤进入不同冻融阶段的时间滞后于裸地,且有效提高土壤最低温度和降低最高温度的变化范围,其中最大提温、降温率均发生在FG90处理,分别为3.0~6.1,1.5~5.2 ℃。(2)秸秆还田减弱土壤的温度变异性和与气温的相关性,最大变异系数和相关系数发生在裸地5 cm土层,分别为6.54,0.82;最小发生在FG90处理30 cm土层,分别为0.82,0.26。土壤温度变异性大小关系为CK>FG30>FH30>FH60>FG60>FH90>FG90,土壤温度与气温相关性大小关系为CK>FH30>FG30>FH60>FH90>FG60>FG90。(3)裸地冻结和解冻速率最大且冻融周期最短,冻结速率为0.19 ℃/h,解冻速率为0.60 ℃/h,最小冻结速率发生在FH90处理,为0.04 ℃/h,最小解冻速率发生在FG90处理,为0.05 ℃/h。(4)随土层深度的增加,土壤始冻阶段、始融阶段逐渐增加,但冻结时长逐渐减小,FG90处理延缓冻融效果最明显,始冻阶段、始融阶段分别为8,10天。[结论] 研究结果定量描述冻融期不同秸秆还田措施下黑土温度特征,明确不同秸秆还田措施之间对土壤温度影响的差异,对于黑土区秸秆资源合理利用及保护性耕作具有重要指导意义。     

长期秸秆还田改土培肥效应的研究

以山东省黄河冲积平原低肥力潮土为供试土壤。14年缸栽定位试验结果表明,长期秸秆还田改善了土壤的理化性状。土壤有机质、孔隙度、速效氮、锌、铁、锰、酶活性等理化指标与秸秆还田量呈显著正相关;与土壤容重呈负相关;并与气候、作物生长季节、土壤质地等因素有关。秸秆还田与化肥配施改土培肥效果更佳     

盆栽控水条件下施用秸秆的效应研究

盆栽试验结果表明,玉米秸秆直接加入土壤30天后,土壤速效磷、有机质和速效钾含量明显提高,土壤ｐＨ维持不变。秸秆施用量过高使冬小麦根系活力降低,有效分蘖数目减少,生长明显受抑制,小麦体内氮素代谢水平显著降低;从而导致小麦减产。     

秸秆还田机工作机理与参数分析

应用自制的秸秆粉碎工作部件试验台,进行了不同工作参数对工作性能的影响试验,根据试验结果和工作机理分析,给出了喂入口高度、留茬高度、工作腔间隙、甩刀切割线速度和甩刀结构参数等主要工作参数。     

秸秆还田下土壤有机质激发效应研究进展

土壤有机质是农田肥力的基础与核心,对作物产量、农业环境,甚至地球碳循环意义重大。作物秸秆作为农田土壤有机碳库的重要外部补充,其还田过程对土壤有机碳周转和碳库平衡具有显著影响。激发效应是一种因新鲜有机质输入而导致土壤本底有机质矿化速率发生改变的现象。秸秆还田导致的土壤有机质分解激发,不仅涉及秸秆资源化高效利用,还直接关系到农田土壤碳库的平衡及其功能,因此备受科学界关注。尽管对外源有机质输入引起的土壤有机质激发效应的理论研究已取得了较大进展,但如何结合最新的理论结果到秸秆还田固碳减排的生产实践中仍面临着较大的挑战,这主要归结于对农田土壤有机质分解激发效应的发生特点和规律,及其背后的土壤、气候、管理等相关的驱动因子和过程还未完全明确。据此,本文首先对土壤有机质分解激发效应发生的理论研究进展(包括:共代谢理论、氮矿化理论、化学计量比和微生物残体再利用)进行了系统综述。其次,结合已有的研究证据和理论假设进一步概述了秸秆还田过程中影响激发强度和方向的潜在驱动因素,如:秸秆类型和数量、还田方式、水肥管理、土壤属性、气候因子等。最后,从秸秆还田的高效性、农田碳库的可持续和农业环境的友好性出发,对秸秆还...     

粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm^–2)、3倍量(45 t·hm^–2)、5倍量(75 t·hm^–2)的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20～40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%～20%(1 a)、5%～27%(2 a)、1%～18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养...     

麦玉米稻种植体系中玉米秸秆还田效应分析

麦玉米稻三熟是针对苏南地区近10年来粮食生产徘徊不前、饲料不足、畜牧业生产发展缓慢等问题而提出的一种新的种植方式。研究和生产实践表明,麦玉米稻三熟的土地生产力和经济产出均比现行的麦稻两熟制提高20%-25%。     

稻田秸秆还田的土壤增碳及温室气体排放效应和机理研究进展

秸秆还田是水稻生产中普遍采用的一项措施,具有固碳和促进养分元素循环、减少生产中的化肥施用等生态环境功能,但亦存在温室气体排放问题。鉴于秸秆还田对稻田产生固碳和温室气体增排的双重效果,本文综述了稻田生态系统秸秆资源利用现状,探讨了秸秆还田的土壤增碳效应,总结了秸秆还田下的温室气体(CO2、N2O和CH4)排放过程及其微生物过程机理。提出了应加强秸秆还田增碳过程中的物理–化学过程与微生物过程的耦合机理及其对固碳功能的作用机理、稻田温室气体产生机制与控制途径的研究,以实现稻田土壤固碳减排增汇和增产的共轭双赢作用。     

华北灌溉区秸秆焚烧与直接还田生态效应研究

2年试验研究初步表明,华北灌溉地区夏季麦秸覆盖直接还田较焚烧处理可保持土壤水分,降低土壤温度,有利于玉米的生长发育,作物产量增加。秸秆焚烧初期的土壤速效养分含量(P、K)高于秸秆还田处理,尤其是速效磷含量远高于秸秆还田处理,但至收获时差异不大;秸秆焚烧比秸秆还田处理除草效果好,且可使部分病虫害减轻,但有的病虫害却因秸秆直接还田而加重。     

玉米秸秆粉碎还田对黑土坡面土壤侵蚀特征的影响

为探究玉米秸秆粉碎还田对黑土坡面土壤侵蚀特征的影响,对不同坡度(3°,5°和7°)下不同玉米秸秆粉碎还田量(0,25％,50％,75％和100％)坡面进行人工模拟降雨试验.结果表明:玉米秸秆粉碎还田措施具有调控径流作用,坡面产流时间延缓,产流率和径流量降低;秸秆还田量越大,产流时间延后越明显,平均径流流速越低;在3°坡...     

典型黑土区小流域秸秆直接还田技术在土壤改良中的应用

 黑土在人类的影响下,土壤结构恶化,土层不断变薄,其根本问题在于,不合理的人类活动使黑土区土壤侵蚀加剧,黑土赖以发育的有机质得不到补充。而该区的作物秸秆却又出现大量剩余,并且这些秸秆的不合理利用导致环境污染。因此,在东北典型黑土区小流域土壤改良中应推广秸秆直接还田技术,同时考虑到技术中存在的问题,提出相应的解决方案。     

曲周试区秸秆还田配施氮磷肥的效应研究

长期进行秸秆还田并配合施用氮肥和磷肥,不仅减少了焚烧秸秆对环境的污染,而且对培肥土壤和提高作物产量有积极的作用。结果表明;秸秆还田配合施用氮肥和磷肥能增加土壤有机质含量,其中以播种前翻地深３０ｃｍ,施Ｐ２Ｏ５７５ｋｇ／ｈｍ＾２,秸秆４５００ｋｇ／ｈｍ６２,不施氮肥的处理为最高,达１．１９％。增加氮肥和秸秆还田量并采用免耕措施可以增加土壤碱解氮的含量,如免耕,施纯氮２２５ｋｇ／ｈｍ＾２秸秆２２５０ｋ     

我国秸秆资源养分还田利用潜力及技术分析

我国秸秆资源量丰富,且含有大量的养分,将这些养分还田利用,不但可以减少化肥的投入,还可以避免资源浪费,保护生态环境。通过资料收集和数据统计,对我国的秸秆资源状况、空间分布、养分利用潜力及养分还田技术进行了分析。结果显示:2017年我国秸秆资源量约为8.55亿t,秸秆全量还田养分输入量分别为758.66万t(N)、238.84万t(P_2O_5)、1 316.36万t(K_2O),分别可替代当年约34.15%的氮肥、29.95%的磷肥、212.40%的钾肥。根据当年秸秆综合利用情况和养分还田率,还田的养分可替代约19.38%的氮肥、23.28%的磷肥、166.81%的钾肥。相比秸秆全量还田,实际还田养分的可替代化肥率还有较大的提升潜力。此外,秸秆中还含有34 238.94万t的有机碳(未包括棉花秸秆),按30%的转化率计算,将有超过10 000万t的有机碳进入土壤。选取我国秸秆养分量最高的3个区域,对其秸秆养分还田技术进行分析,并提出在东北地区应以秸秆粉碎翻耕或旋耕还田为主,定期进行深翻作业;黄淮海地区应以小麦秸秆粉碎后覆盖以及玉米秸秆粉碎后旋耕或深耕还田为主,增加耕翻深度,及时将秸秆还田,定期进行深翻或深松作业;长江中下游地区应以秸秆粉碎旋耕混埋还田技术为主,严格控制机械切碎长度和旋耕深度。此外,在东北和黄淮海地区应将过腹还田与堆沤还田作为机械化直接还田的重要补充,在长江中下游地区应推广秸秆腐熟还田技术。     

秸秆还田对农田生态系统及作物生长的影响

秸秆还用是利用秸秆的一种有效方式．大量试验表明，秸秆还田会对土壤产生多种作用：能改善土壤物理性状，降低土壤容重，增加孔隙度；能增加土壤微生物数量，增强生物和多数酶的活性；增加土壤有机质积累和养分含量；能改变土壤腐殖质组成及特性；影响作物生长发育，促进作物产量提高．其中，秸秆覆盖还田还具有蓄水保墒，调节地温和保持水土，抑制田间杂草等功能．总之，秸秆还田对农田具有良好的生态效应。     

旱地玉米秸秆还田秋施肥生态效应研究

长期定位试验研究结果表明旱地玉米秸秆还田秋施肥具有显著增产效果 ,10年累计玉米籽粒增产12 10～ 17 2 7t/hm2 ,增幅达 2 5 5 9%～ 36 5 2 % ;玉米秸秆增加 5 9～ 13 3t/hm2 ,为秸秆还田提供了充足的有机肥源。秸秆还田秋施肥可起到秋保春墒的作用 ,苗全苗壮 ,养分充分得到有效利用 ,且有利于土壤微生物繁殖 ,促进秸秆等有机物料腐解 ,对提高矿质营养元素有效性 ,改善土壤理化性质有显著作用。     

长期秸秆还田对剖面土壤肥力质量的影响

从20世纪80年代开始,分别在江苏省常熟和江西省进贤布置长期定位试验,研究秸秆还田对乌栅土及红壤性水稻土土壤肥力的空间变异特征影响。结果表明：无论是乌栅土还是红壤性水稻土,秸秆与化肥配合施用下,土壤有机质、全氮、全钾含量及阳离子交换量均随土层深度增加而降低,其含量明显高于单施化肥或不施肥处理（对照）。秸秆与化肥配合施用能够促进作物对土壤磷素的吸收和提高磷素利用效率;增加土壤腐殖质含量,改善腐殖质品质。腐殖物质组分碳含量与土壤肥力水平呈显著正相关。红壤性水稻土长期施秸秆可能增加腐殖质的下移。总之,秸秆与化肥配合施用能够明显提高乌栅土和红壤水稻土肥力水平,从而确保了该妯区士地资源的可持续利用和农民增产增收。     

秸秆还田研究进展

秸秆还田是培肥土壤和解决田间燃烧所产生的环境问题的重要方式,本文系统介绍了国内外秸秆还田的方式、时机、还田量、腐解特征和碳氮比的影响,阐述了秸秆还田及其技术对土壤物理性质、土壤养分、土壤微生物及作物生育和产量等方面的效应,着重概述了盐碱土秸秆还田研究的相关进展,并对今后研究方向进行了展望。文章提出在松嫩平原现有的土壤、气候条件下,秸秆还田需要配套合理的改良技术,与其他物理、化学、生物措施相结合,因地制宜,才能取得较好的效果。