测定土壤氨基糖和氨基酸手性异构体中氮同位素比值的气相色谱/质谱方法

建立了利用活性碳源和15N-NH4+培养-气相色谱/质谱联机测定土壤氨基糖和氨基酸手性异构体15N富集比值的方法,从而可有效区分土壤中原有的和利用外源氮素新合成的氨基化合物。在活性底物存在下,外加同位素氮素被迅速同化并合成氨基化合物,因而利用质谱技术可检测到同位素峰的强度变化。由于氨基糖和中性及酸性氨基酸分子中只有一个N原子,15N富集度可通过同位素峰(F+1)与母峰F相对强度的比值计算;但碱性氨基酸赖氨酸的质谱碎片m/z 439含有两个N原子,15N富集度应利用m/z 441(F+2)的相对强度的变化计算。15N在目标化合物中的富集程度用原子百分超(APE)评价,D-氨基酸的APE还需进一步利用水解诱导的外消旋化系数(HIR%)校正。APE值可反映氨基化合物的循环速率大小,是研究土壤氮素动态变化的有力工具。     

森林次生演替过程中有机质层和矿质层土壤微生物残体的变化

微生物对土壤有机质(SOM)转化和形成具有重要作用,然而微生物残体对SOM贡献的评估仍是目前的热点。以长白山5个森林次生演替序列(20 a、80 a、120 a、200 a和≥300 a)和2个土壤深度(0～5 cm有机质层和5～15 cm矿质层)为对象,利用氨基糖和中红外光谱技术,探究森林次生演替过程中微生物残体变化及其对土壤有机碳(SOC)的贡献。森林次生演替序列80～200 a显著增加了有机质层和矿质层微生物残体含量及其对SOC的贡献,而在演替300 a均显著降低。森林演替80～200a有机质层和矿质层土壤芳香族碳组分/多糖较低,有利于微生物生物量碳(MBC)产生和微生物碳利用(高的MBC/SOC),促进微生物残体积累及其对SOC的贡献;而演替300 a芳香族碳组分/多糖较高,抑制MBC产生和微生物碳利用,导致微生物残体及其对SOC贡献的下降。SOC含量差异导致不同土壤深度微生物残体含量的变化,有机质层高的SOC产生高的MBC,进而刺激微生物残体积累;此外,有机质层难利用SOM组分高于矿质层,导致真菌残体对SOC的贡献比例下降,而细菌残体的贡献增加。     

黑土区农田氮磷淋溶消减措施

黑土是我国重要的土壤资源,承载了全国50%以上的玉米产量。但过量的化肥施入和不合理的农业管理造成黑土土壤氮磷大量残留,氮磷淋溶风险增强。相关研究表明,尽管黑土区旱地农田氮磷淋溶损失相对较低,肥料残留效应仍致使其潜在淋溶风险增强。因此,本研究综合分析了环境因子和农业管理措施对黑土区农田氮磷淋溶特征的影响规律,明确了黑土氮磷淋溶消减措施,并针对玉米农田和蔬菜地提出消减策略。具体结果如下:施肥和降水是影响黑土农田氮磷淋溶的重要因素,灌溉是影响蔬菜地氮磷淋溶的关键农田管理措施;按需施肥、有机无机配施、避免雨热同期追肥、节水灌溉、免耕秸秆覆盖、不同作物轮作和添加生物炭等均是适合于当地气候和土壤条件的氮磷淋溶阻控措施。建议玉米农田采用一次性基肥施入,有机肥占比50%～70%,采用免耕秸秆覆盖技术;蔬菜地在常规施肥和灌溉频次下分别降低20%的施肥量和灌溉量,推荐蔬菜秋季收获后秸秆粉碎深埋等管理措施。本研究明确了黑土区农田氮磷淋溶消减策略,有助于实现黑土区农业绿色可持续发展和绿色生态环境的构建。     

化肥对黑土不同粒级碳水化合物的影响

本文采集公主岭市长期定位监测基地不施肥和施用不同化肥的黑土,通过超声波分散-离心分离得到细黏粒(<0.2μm)、粗黏粒(0.2～2μm)、粉粒(2～53μm)、细砂粒(53～250μm)、粗砂粒(250～2000μm)5个颗粒级别,分析全土及不同粒级中土壤碳水化合物并进行含量与分布的比较。结果表明,黑土中不同粒级碳水化合物库的性质差异显著,碳水化合物多集中在粉+黏粒中;长期施用化肥后,黑土全土及各粒级碳水化合物库大小和浓度基本上没有变化;粗砂粒级(Gal+Man)(:Ara+Xyl)下降,表明该粒级中植物来源碳水化合物所占比重有所增加,暗示出粗砂粒级对施肥措施更为敏感。     

生物炭添加对养分的富集和留存效应

在吉林黑土区和辽宁棕壤区设置常规施肥(CK)和肥料减量20%配施生物炭(BC)2种处理,在BC处理的15 cm和30 cm深度土层埋放生物炭(稻壳炭)炭袋。埋放炭袋30、60、180 d后分析炭袋下土壤样品的铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量。结果表明:棕壤区种植玉米30 d后,BC处理15 cm深度炭袋下土壤铵态氮和硝态氮含量较CK显著增高;黑土区和棕壤区种植玉米30 d后BC处理15 cm深度炭袋下土壤速效磷含量均显著高于对照,说明生物炭对速效氮和速效磷均具备截获作用。黑土区土壤速效氮含量随时间延长而降低,硝态氮占速效氮的比值降低,而棕壤区土壤硝态氮含量及其占速效氮的比例持续到玉米种植90 d时仍保持在较高水平,在棕壤上应用生物炭留存速效氮的持效期可达90 d。添加生物炭的处理,土壤速效磷含量一直保持在较高水平,且可持续180 d,说明生物炭对速效磷的存留效应长达半年。BC处理15 cm和30 cm深度土壤的速效钾含量高于CK,说明生物炭对速效钾有较好的截获和存留作用,效用可达180 d。结果表明,生物炭输入土壤可以在一定程度上提高土壤速效养分(氮、磷、钾)含量,并可长期稳定持续性保留养分,进而提高土壤肥力。     

长期氮肥施用对农田黑土NLFA与PLFA特性的影响

以不施肥与休闲处理为对照,通过对土壤微生物磷脂脂肪酸（PLFA）、中性磷脂脂肪酸（NLFA）、NLFA/PLFA比值及各菌群特定PLFA比值的测定,研究不同氮肥处理条件下东北黑土微生物群落变化规律.PLFA测定结果表明,氮磷配施能促进土壤微生物生长;氮磷钾配施未表现出促进土壤微生物生长的作用;单施氮肥处理因有效磷等养分过度消耗而抑制真菌生长.不同菌群之间PLFA比值表明,真菌较细菌更能适应养分贫瘠条件,而氮肥与磷肥的施入则能促进细菌生物量增加.不同氮肥处理NLFA含量及个别NLFA/PLFA比值存在较大差异,可用来说明土壤微生物生理状态和土壤养分水平.     

秸秆覆盖免耕对土壤氨基糖在团聚体粒级中分布的影响

本试验对常规垄作(RT)、无秸秆覆盖免耕(NT-0)和全量秸秆覆盖免耕(NT-100)下不同土层(0~5 cm、5~10 cm、10~20 cm)氨基糖含量在不同团聚体粒级中的分布特征进行了分析。结果表明,与传统耕作相比,免耕处理显著影响了表层土壤(0~10 cm)的团聚化作用,促进了微团聚体和小颗粒大团聚体向大团聚体的转化。在不同的土壤层次,NT-0没有改变土壤有机碳含量,而NT-100显著增加了土壤有机碳含量。另外,相对于NT-0和RT,NT-100显著促进了0~5 cm土壤各团聚体粒级中总氨基糖、氨基葡萄糖和氨基半乳糖的积累,而在5~20cm土层没有产生显著影响。研究表明,免耕无秸秆覆盖对土壤有机碳、氨基糖含量以及各氨基单糖含量没有影响,而结合秸秆覆盖则显著促进了表层土壤有机碳以及氨基糖的积累。     

“十四五”全国农业机械化发展规划

由于人口的高速增长和饮食结构改变所带来的粮食需求增加正引发日益严峻的全球粮食安全问题。在世界各地,随着农业机械化程度的提高,面临土壤压实和土壤肥力持续恶化的问题。虽然集约化的耕作模式和规模化种植制度提升了粮食产量,在一定程度上缓解全球粮食安全,但这种相对单一的耕作模式显著增加了土壤的压力。土壤压实通过增加土壤容重和土壤强度降低土壤孔隙度和土壤水分入渗及持水能力等,对土壤物理特性,特别是水分和养分的存储和供应产生不利影响,严重危害土壤健康。因此土壤压实将逐渐成为限制粮食产量的关键因素之一。本文基于国内外有关土壤压实的研究,综合分析了土壤压实对土壤物理、化学和生物特性的影响和潜在作用机制,并剖析了影响土壤压实的关键因素以及有效解决土壤压实的潜在应对措施。由于影响因素众多且相互制约,致使人们对土壤压实的发生机制尚不清楚。未来对土壤压实的研究仍需不断深入,包括压实对微生物群落结构的影响以及田间试验和室内培养试验方法的优化等,为更积极有效地预防土壤压实、防治土壤退化提供技术支撑。     

美国保护性耕作技术应用与推广

正推广保护性耕作在我国已经上升到国家农业发展战略,从2020年开始,在东北启动实施黑土地保护性耕作行动计划。这是一项具有持久性的战略攻击战,政府和农业、农机推广机构等都担负着引领指导推广的重任。笔者在美国大学做访问学者和考察期间,对美国保护性耕作发展情况和效果同他们政府、农业机构的认识及做法进行了了解,他们的经验值得思考借鉴。     

免耕条件下不同秸秆覆盖量的土壤有机碳红外光谱特征

【目的】研究不同秸秆覆盖量免耕条件下不同剖面深度土壤的红外光谱特征,探讨免耕对土壤有机碳组成的影响及秸秆来源土壤有机碳在不同土层的分布特征。【方法】以吉林省梨树县黑土秸秆覆盖免耕长期定位试验区不同层次土壤为研究对象,对比分析无秸秆覆盖（CK）、33%秸秆覆盖、67%秸秆覆盖、100%秸秆覆盖4种处理土壤红外光谱特征。【结果】连续5年秸秆覆盖免耕种植后的土壤,红外光谱吸光值随着剖面层次的加深而降低;差减土壤矿物光谱后的谱图表明：0—5 cm土层土壤红外基团吸收明显增加,芳香碳、脂肪碳、烷基碳较之下层土壤具有明显的吸收峰。【结论】秸秆覆盖有利于有机碳在表层的累积,显著增加秸秆来源的芳香碳、脂肪碳及烷基碳含量。