小麦-玉米-大豆轮作下黑土农田土壤呼吸与碳平衡

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分,探讨农田生态系统的土壤呼吸与碳平衡对于科学评价陆地生态系统在全球变化下的源汇效应具有重要意义。基于中国科学院海伦农业生态实验站的长期定位试验,对不同施肥处理下黑土小麦-玉米-大豆轮作体系2005—2007年的作物固碳量与土壤CO2排放通量进行了观测,并对该轮作体系下黑土农田生态系统的碳平衡状况进行了估算。结果表明:在小麦-玉米-大豆轮作体系中,作物固碳量的高低表现为:玉米>大豆>小麦,平均值分别为6 513 kg(C).hm-2、4 025 kg(C).hm-2和3 655kg(C).hm-2。从作物生长季土壤CO2排放总量来看,3种作物以大豆农田生态系统的土壤CO2排放总量最高,平均值达4 062 kg(C).hm-2;其次为玉米,为3 813 kg(C).hm-2;而小麦最低,为2 326 kg(C).hm-2。3种作物轮作下NEP(净生态系统生产力)均为正值,表明黑土农田土壤-作物系统为大气CO2的"汇",不同作物系统的碳汇强度表现为玉米>小麦>大豆,三者的平均值分别为3 215 kg(C).hm-2、1 643 kg(C).hm-2和512 kg(C).hm-2。长期均衡施用氮、磷、钾化肥或氮、磷、钾化肥配施有机肥后,小麦、玉米和大豆农田生态系统的固碳量和土壤CO2排放总量均明显增加,并在氮、磷、钾配施有机肥处理下达到最高。不同的施肥管理措施将改变土壤-植物系统作为大气CO2"汇"的程度,总体表现为化肥均衡施用下NEP值较高,而化肥与有机肥配施下农田生态系统的NEP值较低。     

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。     

水肥耦合对春小麦群体叶面积及产量的影响

利用可精确控制水分条件的水肥平衡场，在不同水肥耦合处理的条件下，分析了水肥耦合对春小麦生殖生长期群体叶面积及产量的影响。结果表明：在灌溉条件下，无机肥增施有机肥处理叶面积指数(LAI)较无肥和仅施用无机肥处理分别增加76．9％和45．5％，叶面积持续期(LAD)分别延长85．9％和53．5％，光能利用率分别提高51．4％和26．2％，产量分别提高38．3％和20．4％；在非灌溉条件下，无机肥增施有机肥处理叶面积指数(AI)较无肥和仅施用无机肥处理分别增加59．6％和7．1％，叶面积持续期(LAD)分别延长56．3％和9．5％，光能利用率分别提高46．9％和11．9％，产量分别提高28．4％和4．1％。增施有机肥对提高产量的促进作用明显。     

不同水肥条件对农田土壤细菌生理菌群的影响

采用田间试验研究了大豆苗期、花期和鼓粒期在干旱、自然和充足三种水分及无肥、无机肥和无机肥+有机肥三种施肥方式条件下,根际士壤中氨氧化细菌、自生周氮菌和反硝化细菌三种不同生理菌群的变化.结果表明:施用无机肥条件下自然降水使氨氧化细菌数量高于充足水和干旱处理,干旱使好气性自生固氮菌和反硝化细菌数量高于自然降水和充足水,在自然降水条件不同施肥使功能性细菌发生变化,施肥促进三种功能菌的生长,其中,有机肥配施化肥的效果最为显著反硝化细菌符处理数量相近,有机肥数量稍高.     

黑土区长期施肥对大豆光合产物分配的影响

在东北黑土区中心-中同科学院海伦实验站进行盆栽试验,研究不同施肥处理对大豆光合产物分配的影响.设5个肥料处理,分别为无肥(CK)、氮磷(NP)、氮钾(NK),氮磷钾(NPK)和化肥有机肥配施(NPK+OM),同时进行相应肥料的无作物处理.结果发现:光合产物的分配趋势表现出分配到地上部的比例逐渐增加,由35%增加到66%,同时地下部所占有的比例相应减少,南65%降低到34%.其中分配到根中的光合产物有4%～20%通过根系呼吸而消耗.碳同化产物的分配受施肥的影响(P＜0.05).随着大厦的生长,土壤呼吸速率逐渐增加,在培养后的第77天,CK、NP、NK、NPK和NPKOM处理土壤呼吸速率达到最大值,分别为113、164、143、222、274 mg C·cm-2·h-1,然后逐渐降低,到生育末期达到最小值.不同施肥处理土壤呼吸速率存在差异,大小顺序为NPK+OM＞NPK＞NP＞NK＞CK,在整个生长季的变化范围分别为29～302,25～238,25～185,24～160 and 20～129 mg C·m-2·h-1.     

不同形态氮素对种植大豆土壤中微生物数量及酶活性的影响

采用框栽试验方法,研究6种不同形态氮素[生物固氮(N0)、硝态氮(N1)、铵态氮(N2)、氨基酸态氮(N3)、蛋白态氮(N4)和酰胺态氮(N5)]对种植大豆土壤中微生物数量及土壤酶活性动态变化的影响。结果表明:各大豆生育期内真菌、细菌、放线菌数量和土壤脲酶、蔗糖酶活性对不同形态氮素的反应不同;三大菌群在组成上以细菌数量占绝对优势,数量上均在花期时达到峰值,即均随着大豆生育期的推进呈单峰曲线变化;花期不同形态氮处理下的土壤微生物总数量有差异,具体表现为N5N3N2N1N4N0。土壤多样性指数的变化趋势随着生育期的推进呈缓慢下降趋势,与土壤微生物数量的变化趋势不一致,因此,评价土壤生物多样性指数应将两者结合起来。土壤脲酶和蔗糖酶活性随着生育期的推进亦为单峰曲线变化趋势,但脲酶与蔗糖酶活性的变化趋势不同,其高峰期出现在鼓粒期。     

长期定量施肥对玉米光合碳分配的影响

基于中国科学院海伦生态实验站的长期定位试验,采用13CO2脉冲式标记方法,研究了长期施肥对玉米光合碳分配机制的影响.结果表明,光合碳分配到玉米不同组织的δ13C值差异较大,地上部>根部>土壤>土体.施肥对玉米地上部δ13C影响较大,缺索处理CK、NK、PK的δ13C值较大,可以达到333.5‰～339.5‰,而养分均衡的NP、NPK和NPKM处理地上部占δ13C值较小,为168.8‰～196.0‰.NK处理在标记当天(0 d)地上部13C分配比例最大,为76.12%,标记第7天(7 d)后变为53.26%.NPKM处理土壤13C分配比例增幅较大,可由标记0 d的0.98%到增加到标记7 d后的3.50%,增加了2.52个百分点.标记0 d,根际呼吸将消耗转移到地下的光合13C的52.89%～94.38%,NPKM和NPK处理消耗最大,达94.38%和93.59%,在标记7 d后,13C光合产物分配达到平衡状态.     

长期不同植被覆盖和施肥管理对黑土活性有机碳的影响

【目的】阐明长期不同植被覆盖与施肥管理后,同一地块的黑土的总有机碳(TOC)、活性有机碳的变化。探讨黑土可持续利用的土地管理模式。【方法】第一个田间试验开始于1985年,研究不同植被覆盖(裸地、草地、耕地)下的黑土活性有机碳的含量和分布变化。第二个田间试验开始于1993年,研究了不同施肥处理(无肥对照(CK)、氮磷(NP)、氮磷配施有机肥(NPOM))对活性有机碳变化的影响。【结果】不同植被凋落物和根系分泌物及长期不同施肥管理均对黑土活性有机碳的形成产生明显的影响。与1985年相比,裸地TOC和全氮(TN)分别下降11.2%和15.3%,草地TOC和TN分别增长13.2%和5.8%,耕地TOC增长1.1%,而TN下降15.5%。与裸地相比,耕地和草地轻组有机氮分别增长13.9%和46.2%,轻组有机碳增长36.48%和62.0%。不同植被下热水浸提有机碳和高锰酸钾氧化碳总量的顺序为草地耕地裸地。在第二个试验中,施加有机肥能使TOC和TN分别增加了25.5%和18.6%。与对照相比,有机肥和氮磷肥的配施,使轻组有机氮分别增加了126.7%和12.17%,轻组有机碳增加了125.14%和17.14%。与对照和施氮磷肥相比,施加有机肥使颗粒有机氮分别增加了49.8%和23.2%,颗粒有机碳增加了6.5%和29.9%。高锰酸钾氧化有机碳和热水浸提有机碳含量的顺序为CKNPNPOM。【结论】草地与氮磷配施有机肥处理均有利于土壤TOC及活性有机碳的积累。     

不同土地利用方式下土壤温度与土壤水分对黑土N2O排放的影响

采用静态箱一气象色谱法,对黑土区3种不同土地利用方式（草地、裸地和农田）下土壤氧化亚氮（N：O）的排放特征及其与土壤温度和土壤水分的关系进行研究。结果显示：试验监测期间（2011年5月27日-9月30日）,不同土地利用方式下,土壤N：0累积排放量分别为草地52．08mgN·m^-2裸地64．43mgN·m^-2农田70．16mgN·m^-2,农田土壤N：O累积排放量比草地和裸地分别高出35％和9％,草地、裸地和农田的N2O平均排放通量分别为16．56、20．36、21．44μgN·m^-2·h^-1。草地和裸地中,土壤N2O排放通量与土壤温度和土壤水分（充水孔隙度,WFPS）相关性均不显著,但在农田中,土壤N20排放通量与土壤温度（5cm和10cm）和土壤水分（5cm）均呈显著正相关（P〈0．05）。另外,土壤N2O累积排放量与土壤硝态氮和矿质氮含量均呈正相关关系。研究表明,黑土草地开垦可促进土壤N2O的排放,且不同土地利用方式下土壤N2O排放的主要影响因子不同。