土壤管理与可持续利用——献给2015国际土壤年及《中国农业科学》创刊55周年

<正>土壤是地球自然体,是地球上所有生态系统的自然支撑和生物屏障,调节着地球表层系统过程,并为全人类提供生态系统服务。人类首先利用土壤于农业生产,"民以食为天,食以土为本",自古以来认定土壤是农业生产的基石,是粮食安全的保障。土壤管理是保障农业可持续发展的重要基础措施[1],而可持续土壤管理是通过良好土地利用方式和培育管理措施定向提升土壤质量,进而保障和提高土壤的生产能力——作物产量和质量,并改善生态系统服务,促进环     

免耕条件下施用有机肥对冬小麦土壤酶及活性有机碳的影响

【目的】探讨免耕条件下施用有机肥对冬小麦土壤酶活性及活性有机碳含量的影响,明确免耕条件下的科学施肥方法,为提升土壤生物学活性和改善土壤质量提供理论依据。【方法】基于山西运城长期定位试验,选取免耕(NT)和免耕增施有机肥(NTM)两个处理,在冬小麦不同生育时期测定与碳转化相关土壤酶的活性(β葡萄糖苷酶、β木聚糖酶、纤维二糖苷酶、α葡萄糖苷酶)、土壤温度、土壤含水量和土壤呼吸速率以及成熟期土壤总有机碳(TOC)和活性有机碳组分(可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC)等关键指标。【结果】(1)在冬小麦生育期,两个处理不同土壤酶活性具有明显的季节性变化特征。其中β木聚糖酶与α葡萄糖苷酶的活性在拔节期和灌浆期表现出升高趋势;但β-葡萄糖苷酶与纤维二糖苷酶的活性随季节变化波动较小。不同生育时期β木聚糖酶和α葡萄糖苷酶的活性的变化趋势与土壤呼吸速率变化趋势基本一致。此外,主成分分析结果表明,不同生育时期土壤酶活性主要受土壤含水量和土壤呼吸速率的影响。(2)与NT相比,NTM显著提高不同生育时期土壤β木聚糖酶的活性(越冬期:17.6%;抽穗期:8.5%;灌浆期:14.1%和成...     

长期有机无机配施黑土土壤有机碳对农田基础地力提升的影响

【目的】探讨长期不同施肥方式对提升东北黑土土壤有机碳和农田基础地力的差异。【方法】以国家黑土肥力和肥料效益长期监测试验（1989-2011年）资料为基础,采用 DSSAT ver.4.0作物生长模型模拟：（1） CK（对照,不施肥）;（2）NPK（施氮磷钾肥）;（3）NPKM（有机肥+NPK化肥,M指有机肥）;（4）l.5NPKM（NPKM处理的1.5倍）;（5）NPKS（秸秆+NPK化肥,S指玉米秸秆）5种施肥方式下东北黑土区春玉米20年的农田基础地力产量,在分析长期不同施肥措施下基础地力与土壤有机碳的演变规律的基础上,进一步探讨两者之间的数量化关系。【结果】经过20年施肥管理,NPK、NPKM、1.5NPKM和NPKS施肥处理春玉米农田基础地力产量分别增长了53.4%、78.0%、101.2%和69.4%,而CK处理的基础地力产量随时间延长呈下降趋势。到2008年,1.5NPKM、NPKM、NPKS、NPK 4个处理的土壤有机碳含量分别比CK处理的土壤有机碳含量增加了65.6%、65.1%、26.0%和21.7%,土壤有机碳储量分别提升了69.9%、44.2%、25.2%和16.7%。土壤有机碳含量与春玉米基础地力产量呈显著正相关（P＜0.01）,土壤有机碳含量每增加1 g?kg^-1,春玉米农田基础地力产量大约提高220 kg?hm^-2。【结论】土壤有机碳是黑土区基础地力的主要驱动因素,有机肥或秸秆与化肥配施提升了土壤有机碳,因而能有效提高春玉米农田基础地力产量和基础地力贡献率。增加有机物料投入是黑土区农田基础地力培育的最佳施肥措施。     

洛阳孟津地区近47年来气温的变化特征

利用洛阳孟津地区地面气象观测站1961—2007年气温观测资料,运用线性倾向估计、M-K突变检验、小波分析和累积距平等方法对近47a来温度变化的主要特征进行了分析。结果表明,近47a来平均气温呈增加趋势,线性增温速率为0．19℃·（10a）^-1,其震荡周期为21～27a;季节温度变化最显著特点为冬季增温显著,夏季持续偏冷,春季和秋季增温明显。据季节温度震荡主周期判断,未来短时间内（3～6a）各季节均主要处于偏暖期。1993年至今,≥0℃和≥10℃的活动积温处于回升阶段。     

负压灌溉下土壤水氮分布对黄瓜氮素吸收和干物质的影响

负压灌溉是一种新型地下渗灌技术,能有效提高作物产量、水分和氮肥利用效率。然而,负压灌溉高效增产的机制尚不明确。因此,试验采用基于“作物主动汲水(Crop initiate drawing water)”原理的负压灌溉系统,探讨了不同供水处理对土壤水氮时空分布特征及其对黄瓜氮素吸收和干物质量的影响。采用盆栽试验,以常规浇灌处理为对照(CK),观测4个供水负压(W1,0 kPa;W2,-5 kPa;W3,-10 kPa;W4,-15 kPa)下黄瓜生育期内土壤水分和氮素的分布特征、黄瓜氮素养分吸收利用、干物质量分布、黄瓜产量和氮素利用效率。结果表明,负压灌溉下黄瓜生育期内土壤水分分布较稳定,盆内土壤水分分布均匀系数比常规浇灌提高了28.00%～59.68%。各供水处理土壤硝态氮收获期比初果期增加40.60%～161.15%。土壤硝态氮在CK 处理下随着土层深度的增加而增加,但在负压灌溉处理下0～7和14～21 cm土层的土壤硝态氮含量显著高于7～14 cm土层(P<0.05)。与CK处理相比,负压灌溉能显著降低14～21 cm土层土壤硝态氮含量,表明负压灌溉有助于降低土壤硝态氮的淋溶风险。负压灌溉能显著提高土壤垂直剖面硝态氮分布均匀性,且该分布均匀性在负压灌溉系统不同供水处理间差异不显著。土壤水氮分布均匀系数与黄瓜累积氮吸收量、产量和氮肥利用效率呈正相关关系,相比CK处理,W2和W3处理显著增加了黄瓜氮吸收量、干物质量和产量,提高了氮肥利用效率。综上所述,与传统灌溉相比,尽管负压灌溉各处理均能显著提高土壤水氮分布均匀性,但是过高或过低的供水负压均可能产生水分胁迫,不利于作物生长发育和产量的形成。     

减量施磷对温室菜地土壤磷素积累、迁移与利用的影响

【目的】针对过量施磷问题,定位研究日光温室蔬菜生产磷肥减施潜力,明确适宜施磷范围。【方法】以北方温室蔬菜主栽种类黄瓜和番茄为研究对象,采用冬春茬黄瓜-秋冬茬番茄种植模式,在基础土壤有效磷(Olsen-P)40.2 mg·kg~(-1)下,设计不施磷肥(P0)、减量施磷(P1)和农民常规施磷量(P2)3个磷肥用量水平。P0、P1、P2处理对应黄瓜单季施磷肥(P_2O_5)0、300、675 kg·hm~(-2),番茄单季施磷肥(P_2O_5)0、225、675 kg·hm~(-2)。3年6季定位研究蔬菜生产磷素盈亏、土壤有效磷供应与迁移,分析产量变化,推荐合理施磷范围。【结果】(1)农民常规施磷量年盈余磷480.0 kg P·hm~(-2)·a~(-1),每盈余磷100 kg P·hm~(-2)主根区0—20 cm土层Olsen-P增加2.7mg·kg~(-1),3年0—20 cm土层Olsen-P平均含量70.2 mg·kg~(-1),2010年番茄季0—20 cm土层磷素饱和度(DPSM3)为80%,磷素土壤深层迁移明显。(2)减量施磷较农民常规磷量下降61.1%,3年磷素盈余量下降71.0%—77.3%,0—20 cm土层Olsen-P含量下降18.6%—43.5%,3年均值为49.3 mg·kg~(-1),接近瓜果类蔬菜Olsen-P农学阈值,关键生育期磷素吸收量无显著变化,产量保持在中高水平不降低;经过3年种植,0—20 cm土层DPSM3下降21个百分点,20—60 cm土层Olsen-P平均含量下降9.3%—30.1%,减施磷肥有效缓解了土壤磷素深层迁移。(3)不施磷肥导致土壤磷素亏缺,蔬菜从土壤中每攫取磷100 kg P·hm~(-2),P0处理0—20 cm土层Olsen-P含量下降3.4 mg·kg~(-1),3年0—20 cm土层Olsen-P平均含量30.5 mg·kg~(-1),虽产量没有显著降低,但是2008年番茄高产下(140 t·hm~(-2))磷素吸收量较P1、P2处理下降19.8%—30.0%,产量呈降低趋势。(4)依据上述推荐:土壤有效磷含量≥40 mg·kg~(-1)的温室,冬春茬黄瓜产量水平170 t·hm~(-2)下施用P_2O_5不宜超过300 kg·hm~(-2),秋冬茬番茄产量水平100 t·hm~(-2)下施用P_2O_5不宜超过225 kg·hm~(-2)。【结论】华北平原温室蔬菜生产减施磷肥潜力较大。对于种植一段时间(≥3年)的温室,较农民常规减施磷60%,可以显著改善磷素盈余状况,缓解土壤有效磷积累,降低土壤磷素深层迁移量,保证黄瓜番茄持续中高产水平生产。     

微喷水肥一体化提高冬小麦产量与品质

为了探明山西南部麦区节水省氮合理运筹模式,通过田间试验研究了9个水氮组合模式对冬小麦群体动态、氮肥利用率、籽粒产量及品质的影响。结果表明:1.水氮互作对冬小麦拔节期单株分蘖、成穗数和籽粒产量均有极显著影响。以微喷4次(W_2,越冬水、拔节水、孕穗水和灌浆水)和优化施氮(N_3,施氮N 225kg·hm-2,60%底施+30%拔节期追施+10%灌浆期追施)水氮一体化组合处理产量最高,与CK(越冬期和拔节期漫灌,习惯施氮)相比,冬前单株分蘖增加13%,产量和氮肥表观利用率分别提高9.36%和61.8%。2.相同灌水模式下,不同施氮处理间差异显著,其中微喷3次以目标产量施氮(N_2)的产量最高;微喷4次以优化施氮(N_3)产量最高,与习惯施氮(N_1)相比,氮肥表观利用率提高了61.8%。3.相同施氮模式下,以微喷4次的产量最高。综合分析各水氮处理组合以W_2N_3的小麦产量和氮肥表观利用率均为最高,且节水节肥、籽粒品质最优,因此,推荐该模式为山西省南部小麦/玉米一年两熟区的节水节肥减施增效水氮运筹模式。     

配方施肥对冬小麦生物学效应的影响

应用二次回归通用旋转组合设计方法，通过田间试验研究了山西石灰性褐土上配方施肥对冬小麦生物学效应的影响。结果表明，锰与氮，磷配合施用后可提高土壤中有效锰含量，促进作物对养分的吸收，并可显著增加冬小麦粒产量，改善子粒品质。     

外源氨基酸对烟叶氨基酸含量的影响

 通过水培试验在营养液中添加氨基酸对烤烟生长的影响。研究表明,3种氨基酸处理均比对照明显促进了烤烟生长,提高了叶片叶绿素a、叶绿素b与类胡萝卜素的含量,增强了硝酸还原酶活性和蔗糖转化酶活性,提高了根系活力。外源谷氨酸、天门冬氨酸、苯丙氨酸都可以增加烟叶氨基酸含量,以谷氨酸处理效果最明显,其次是天门冬氨酸处理,再次是苯丙氨酸处理。同时3种氨基酸处理都显著提高了单株烤烟烟叶氨基酸累积量,其增加量为天门冬氨酸处理>谷氨酸处理>苯丙氨酸处理。     

海冰水膜下滴灌对棉花产量和水分利用效率的影响

在河北省黄骅中捷农场进行矿化度为3 g/L的海冰水膜下灌溉试验,研究不同灌溉处理对土壤水分含量、盐分积累、棉花生长发育、产量及水分利用效率的影响.结果表明,与井水灌溉相比,海冰水灌溉可以增加土体的中下层土壤含水量.海冰水灌溉会引起土壤表层盐分含量的增加,但经过雨季水分的淋洗作用,盐分会得到很大程度的淋溶,因此,在棉花生长后期2种不同灌溉水源处理,土壤各层次盐分含量无显著差异,井水灌溉棉花产量略高于海冰水灌溉,但二者之间产量及产量构成指标差异不显著.海冰水膜下滴灌与漫灌相比,可以显著提高棉花产量和灌溉水利用效率,其中产量提高22%.研究结果表明,矿化度为3 g/L的海冰水可以用于棉田灌溉,结合膜下滴灌技术可以有效提高灌溉水的利用效率.