长期稻草还田对胡敏酸化学结构的影响——高级13C NMR研究

为了从分析技术上对胡敏酸的结构分异进行定量化研究,以湖南桃源地区的长期(1990—2011年)田间试验为平台,采用元素分析、稳定碳同位素分析和高速多重倾斜幅度交叉极化/魔角自旋(Multiple cross-polarization/magic angle spinning,multi CP/MAS)定量测定技术结合选择性官能团测定的固态13C核磁共振(Nuclear magnetic resonance,NMR)方法,旨在利用系列技术阐明连续22年稻草还田对土壤胡敏酸化学结构的影响。结果表明,稻草还田后胡敏酸含量增加了78%,但元素组成没有发生显著变化,其分子饱和程度、氧化度和极性都与不施肥对照很接近。稻草还田土壤胡敏酸的δ~(13)C值低于对照,表明长期稻草还田提高了非极性物质来源的碳。定量multi CP/MAS NMR方法则证实稻草还田后主要提高了土壤胡敏酸的脂类、芳香族物质和木质素比例,而蛋白质、多肽和糖类物质的比例则有所降低,从而导致烷基/烷氧基比值及疏水性指数增大,表明其分解程度增加,疏水性特征更加明显。高级NMR技术进一步发现胡敏酸中有大量的质子化碳,稻草还田后质子化芳香碳比例增加,但质子化异头碳和烷氧基比例降低,而它们的非质子化碳相对稳定;δ113~93化学位移内除异头碳外还含有芳香碳,且稻草还田的芳香碳在此化学位移内的比例更高。可见稻草还田后土壤胡敏酸的量和结构均有所变化,高级测定技术对结构的刻画有助于了解长期稻草还田肥力的提升机制。     

稳定同位素在作物水分关系研究中的应用

作物水分研究是节水农业的重要内容.本文回顾了C、O、H稳定同位素在作物水分研究中的应用及进展,阐明了C稳定同位素技术在作物水分利用率研究中的应用,还介绍了O稳定同位素在作物CO2同化过程中和H稳定同位素在作物水源利用方面的研究.以期为我国农业水资源的持续充分利用研究提供参考.     

基于GPS和SMS技术的土壤养分水分速测系统的研究

为了满足精确施肥中对高密度、全面的农田土壤信息采集、数据无线传输和施肥决策的需要,本系统利用计算机技术和无线数传技术(SMS)对GPS、GIS和土壤养分水分速测系统进行有机集成.一方面通过AT891v55单片机,使差分GPS和土壤水分测定仪有机集成,实现土壤采样、水分测定、定位一体化;另一方面研制开发了集成针对石灰性褐土的速测值向常规值转换模型的土壤养分速测仪,并利用BENQ M22 SMS数传模块实现土壤养分速测系统与土壤养分管理决策系统的远程数据通讯和资源共享;同时利用Visual Basic和MapObjects控件集成GIS,实现具有空间属性的土壤养分数据可视化管理和分析处理.     

土壤水吸力空间分布规律的时间稳定性研究

该文分析了潘店乡(PDV,32km2)和封丘站(FQS,0.05km2)两个尺度下的土壤水吸力的时间稳定性,潘店乡布设39个测点,封丘站布设44个测点.每个测点埋设两根张力计,深度分别为20cm和40cm.PDV于2004年3月至5月共测定19次;FQS于2004年3月至7月共测定27次.研究结果表明:在这两个尺度下土壤水吸力都具有一定的时间稳定性,FQS明显优于PDV.灌溉对时间稳定性影响很大,土壤水吸力的稳定性在干湿交替时最差.PDV土壤水吸力的时间稳定性只在一个灌溉周期内存在,而FQS的时间稳定性可在整个灌溉周期、不同作物条件下持续.     

长期秸秆还田对典型砂姜黑土胀缩特性的影响机制

易于胀缩是砂姜黑土最典型的属性障碍因子之一。该文依托长期定位试验(2007―2017年)研究了秸秆还田对砂姜黑土收缩的影响机制。田间试验设置5个处理:不施肥(CK)、常规氮磷钾(F),及氮磷钾配施下的玉米秸秆还田(MSF)、小麦秸秆还田(WSF)和小麦-玉米双季秸秆还田(WMSF)。结果显示土壤容重(soil bulk density,SBD)呈现WMSFWSF≈MSF≈FCK,与土壤田间持水量(fieldmoisturecapacity,FC)的变化规律相反。WMSF处理土壤田间持水量为38%,高于CK处理7.38%。土壤比容积差值与土壤线性伸展系数(coefficient of linear extensibility,COLE)和有机质(soil organic matter,SOM)含量均呈显著正相关(P0.05)。土壤收缩主要集中于正常段和滞留段,而质量含水量下降则表现在结构段和滞留段较为明显。尽管秸秆还田,尤其MSF处理结构段土壤含水量较大,但土体未发生明显收缩行为。综上所述,SOM累积因自身胀缩造成土体更强烈收缩,但通过水养增容实现了土体易于胀缩属性障碍因子的消减。小麦秸秆还田可显著提升土壤SOM含量,而玉米秸秆还田因难以腐化对土壤大孔隙度影响较大,小麦-玉米双季秸秆还田更符合该类型土壤农业生产中有机质提升、结构改善,水养增容的实际需求。     

黄土丘陵沟壑区治沟造地土壤快速培肥效应

湖南省安化县是国家扶贫开发工作重点县,境内地域类型可分为高山区、库区和低山丘陵区,将不同地域类型与建档立卡贫困户综合考虑,分析不同地形区域的贫困特征及贫困程度影响因素有利于脱贫攻坚工作的精准实施。该文以578份建档立卡贫困户实地问卷调查结果为数据源,结合3种不同地形区域的实际情况,运用空间自相关、地理探测器等方法对安化县不同地形区域的贫困特征、贫困程度主要影响因素及因素间的交互作用进行分析。结果表明：1）不同地形区域贫困程度不同：库区贫困程度综合值的绝对值均值为0.236、高山区为0.192、低山丘陵区为0.127,库区贫困程度最高、高山区次之、低山丘陵区最低;2）不同地形区域贫困程度影响因素不同,库区主要受基础设施建设、政策落实情况和地形坡度因素影响,高山区主要受地形坡度、劳动力数量和经营收入因素影响,低山丘陵区主要受劳动力数量、政策落实情况和工资收入因素影响;3）不同地形区域双因素交互作用强度主要表现为经济要素及自然要素的交互作用强度高于政策要素与其他要素的交互作用强度。不同地形区域贫困程度的显著影响因素存在差异,对不同地形区域需实施差异化扶贫政策,提高扶贫措施的针对性和有效性。     

低山丘陵区红壤水分的动态变化及影响因素

红壤分布区域是中国重要的粮食产地,但是降水时空分布的不均匀导致了季节性干旱的发生。因此,了解红壤中水分时空分布规律具有十分重要的意义。该文研究了低山丘陵区红壤旱地不同肥料配比长期试验小区土壤含水率的季节性变化状况及其与气象因素的关系,分析了典型红壤地区的土壤水分变化规律。结果表明：研究区1 a内的土壤含水率变化分为4个阶段：土壤水分充盈期、土壤水分亏缺期、土壤水分补充恢复期和土壤水分平稳期。空白小区土壤含水率变化较大;在施用肥料的试验小区中,蒸发对氮肥小区、氮磷小区和氮磷钾小区的影响逐渐降低;而降雨对氮肥小区、氮磷小区和氮磷钾小区的影响力逐渐增加。通过掌握典型红壤地区的土壤水分变化规律,对该地区水资源的调配管理、灌溉安排及干旱评估均可起到重要的指导作用。     

长期施肥对典型潮土钙、镁形态转化及其环境行为的影响

研究了长期(1989—2009年)不同施肥处理下潮土钙、镁累积特征及形态转化规律,探讨了两种典型盐基阳离子及其碳酸盐在农田土壤酸碱缓冲性能、有机质累积等环境过程中的作用。田间试验设置7个处理:有机肥(OM)、OM+无机化肥氮磷钾(NPK)、NPK、NP、PK、NK和不施肥(CK), OM+NPK处理为有机肥和无机化肥氮磷钾各施一半。气量法结合BCR形态分析结果显示,不同施肥条件下潮土耕层(0～20cm)钙、镁元素均出现持续累积过程,不同处理的累积量表现为:NKOMOM+NPKNPKNPPKCK,与土壤晶格态和碳酸盐结合态钙、镁含量变化规律一致,而与金属氧化物和有机复合态钙、镁含量变化规律相反。OM处理下潮土pH及钙、镁元素含量较低,对土壤碳酸盐影响较小。潮土中碳酸盐以碳酸钙为主,碳酸镁次之,部分碳酸根离子与有机质复合,其构成了土壤复杂的酸碱缓冲体系。钙离子与镁离子相比,易于与金属氧化物复合,与有机质的复合能力相对较弱,抑制土壤黏土矿物-金属氧化物-有机碳复合体的形成。     

玉米水分利用效率、碳稳定同位素判别值和叶面积之间的关系

通过盆栽试验,研究了水分胁迫对玉米各生育期叶面积(LA)、比叶面积(SLA)、水分利用效率(WUE)和碳稳定同位素判别值(Δ¹³C)的影响以及不同水分条件下WUE、茎叶Δ¹³C和SLA之间的关系。试验设4个水分处理, 分别为田间持水量的75%~100%(W1)、50%~75%(W2)、30%~50%(W3)和0~30%(W4)。W2和W3处理对生物量干重的影响在玉米拔节期明显,而W4处理导致各生育期生物量干重的极大降低。在W2和W3处理下,玉米各生育期的WUE随着水分胁迫程度的增加而增加;而W4处理下,WUE在孕穗期后则显著降低。SLA在孕穗期达到最大。玉米各生育期叶片Δ¹³C在W1、W2和W3处理中呈随水分胁迫的增加而降低的趋势,而W4处理下的叶片Δ¹³C则高于W2和W3处理。玉米叶片光合同化物质往茎秆转移时没有发生碳同位素的分馏作用。在玉米的各生育期,叶片Δ¹³C、茎秆Δ¹³C和玉米WUE呈一致性的负相关;各生育期的SLA与Δ¹³C呈正相关关系,而与WUE呈显著的负相关。     

土壤中优势流的几个基本问题研究

优势流是指土壤在整个入流边界上接受补给,但只通过少部分土体的快速运移.优势流是一种普遍存在的现象,而不是一种特例.它受许多因素的控制,如土壤中的大空隙、土壤结构、土壤质地、土壤水分含量、土壤初始水分含量、水和溶质的施加速率及溶质的施加方法等.优势流的产生机理主要有2种:一种是由土壤介质的非均质性所驱动的优势流;另一种是由湿润锋的不稳定性所驱动的优势流.目前,优势流的监测方法主要有取土壤原状土、实验室内的土柱出流试验及染色示踪试验.尽管优势流的模拟非常困难,但人们仍提出了许多模型来描述它.今后优势流研究的重点应放在进行大量的综合性野外试验,以获取足够的数据资料来确切地刻划优势流;发展新的观测技术以便在时间和空间上监测优势流;建立新的模型来模拟优势流,从而进一步解决与土壤和地下水污染有关的环境问题.