不同利用方式红壤磷素有效性的深度变化——以江西省余江县孙家小流域为例

在江西省鹰潭市余江县孙家红壤小流域的典型红壤区随机选取了具有代表性的林地(F)、花生旱地(PU)、新稻田(NP,<30 a)和老稻田(OP,> 200 a),在0~40 cm深度每隔5 cm采集分层土样,分析了土壤全磷(TP)、有效磷(Bray P)、磷素活化系数(PAC)及有机磷(Po)、无机磷(Pi)与各组分磷的深度变化,探讨了土壤pH与土壤有机质(SOM)对红壤磷素有效性的影响。研究结果表明:孙家小流域不同利用方式红壤TP含量大小依次为:老稻田>新稻田>林地>花生旱地;除林地外,花生旱地与稻田土壤TP、Bray P、Pi和Po含量随着土壤深度的增加呈显著降低趋势,且稻田土壤Po含量及其占全磷的比例显著高于林地和花生旱地。花生旱地与稻田0~20 cm土壤中极有效磷(EAP)、中等有效磷(MAP)及EAP、MAP中的无机磷与有机磷的比值均显著高于林地土壤。林地转为旱地和稻田,尤其是长期植稻可以促进土壤非有效磷(NAP)向利于作物吸收的EAP与MAP转化,因而提高土壤磷素有效性。相关分析表明,随着SOM累积量的增加,四种利用方式红壤中EAP、MAP含量均显著提高。     

饱和D-最优设计在高蛋白大豆施肥优化中的应用

【目的】高蛋白大豆生产是我国农业供给侧改革发展的一个重点产业,合理施肥是实现高蛋白大豆生产的一个必要环节。利用饱和D-最优设计对黄淮海地区高蛋白大豆氮、磷、钾肥施用量进行研究,旨在为高蛋白大豆生产中的肥料配施提供理论依据和参考。【方法】以高蛋白大豆冀豆21为试验材料,采用氮、磷、钾三因素二次饱和D-最优设计,每个因素分别设10个处理,每个处理3次重复,共计30个小区,随机区组排列。各处理肥料均在大豆开花期分批次施用,成熟后测定大豆产量及籽粒蛋白质含量。【结果】建立了以氮、磷、钾施用量编码值为变量因子,高蛋白大豆产量和蛋白质含量为目标函数的三元二次多项式数学模式。通过对模型解析寻优表明,氮、磷、钾肥对高蛋白大豆和蛋白质含量均有显著影响,且氮肥>钾肥>磷肥;当氮、磷、钾肥用量分别为95.46、183.8和128.7 kg/hm^2时,边际产量效应值为0,当氮、磷、钾肥分别为120.8、178.4和141.3 kg/hm^2时,边际蛋白质含量效应值为0。氮磷、氮钾、磷钾对高蛋白大豆产量和蛋白质含量存在明显的交互作用。本试验条件下,大豆产量超过3104 kg/hm^2,籽粒蛋白质含量46.04%以上的施肥方案为施氮量76.13～101.1 kg/hm^2,施磷量131.1～168.5 kg/hm^2,施钾量104.9～134.8 kg/hm^2。【结论】利用饱和D建立的肥料函数模型可以很好的说明氮、磷、钾施肥与大豆产量、蛋白质含量的连续变化关系和氮、磷、钾间的互作效应,适量的氮肥、磷肥、钾肥可有效提高高蛋白大豆产量和蛋白质含量。供试条件下,最佳肥料配比是N76.1～101.1 kg/hm^2、P 131.1～168.5 kg/hm^2、K 104.9～134.8 kg/hm^2。     

苏南地区农业土地利用方式改变对土壤理化及生物学性质的影响

【目的】研究苏南地区稻麦轮作农田转变为桃园对土壤理化及生物学性质的影响,旨在为苏南地区土地合理利用和土壤质量管理提供数据支撑。【方法】于2017年麦季 (5月) 和稻季 (7月) 采集研究区稻麦轮作田及由其改为桃园的土壤样品,采用常规方法测定土壤理化性质,96微孔酶标板荧光分析法测定土壤酶活性,实时荧光定量方法测定细菌16S rRNA和真菌ITS基因丰度。【结果】当土地利用方式由稻麦轮作田转变为桃园后,土壤理化性质发生明显变化。与水旱轮作田相比,桃园土壤容重增加,总孔隙度没有明显改变,但毛管孔隙度显著降低,而非毛管孔隙度显著增加,土壤更加紧实,pH有进一步降低的趋势;土壤有机质含量下降,全磷和有效磷含量增加;土壤细菌16S rRNA基因丰度下降,真菌ITS rRNA基因丰度升高,有机质降解的微生物群落由“细菌型”向“真菌型”转化。相应地,土壤中与氮转化相关酶和过氧化氢酶活性降低。从春季到夏季,稻麦轮作田和桃园土壤有机碳含量均下降,稻田降幅较大。另外,两种利用方式下土壤的细菌16S rRNA基因丰度、真菌ITS rRNA基因丰度、纤维素酶和蔗糖酶的活性均显著下降。【结论】苏南地区农业土地利用方式的转变显著增加了土壤容重,改变了土壤孔隙性,增加了土壤全磷和有效磷含量,降低了土壤pH,进而大幅度降低了土壤中氮转化酶活性,并促使土壤微生物菌群由细菌型向真菌型转变,最终影响土壤的养分循环及固碳潜力。因此,土地利用方式改变后,应注重土壤养分的管理。     

极端暴雨条件下黄土丘陵沟壑区土壤蓄水能力和入渗规律

黄土高原退耕还林还草工程实施后,下垫面环境条件的变化可能对流域水文过程、水文通量、水量平衡以及生态系统产生十分重要的影响。研究极端暴雨条件下剖面土壤蓄水能力和入渗规律,对于阐明流域产汇流过程和影响机制具有重要的科学价值。采用土壤墒情仪对陕北"7·26"特大暴雨事件下黄土丘陵沟壑区草地剖面土壤水分进行了实时动态监测,分析了极端暴雨条件下剖面土壤水分的动态变化和蓄水过程,利用Horton入渗模型模拟了剖面土壤水分湿润锋的运动过程,揭示了极端暴雨条件下剖面土壤水分的入渗规律。结果表明:(1)极端暴雨条件下,黄土丘陵沟壑区坡面草地不同深度层次土壤水分与降雨过程的响应不同,具有层次性和明显的滞后效应,其中,0～140 cm是影响该地区土壤水文过程的关键层次;(2)土壤水分再分配结束时,湿润锋最深深度达140 cm,土壤蓄水量达225.99 mm,较降雨前95.37 mm增加了1.37倍;(3)极端暴雨过程中湿润锋的运动随时间呈对数递减关系,其稳渗速率随容重增加而减小,呈指数函数递减;(4)极端降雨过程中该地区坡面草地的产流机制仍以超渗产流为主,对于揭示流域的产汇流机制和完善水文预报模型具有重要的科学意义。     

土壤微生物生物地理学：国内进展与国际前沿

土壤微生物生物地理学是研究土壤中微生物空间分布格局及其随时间变化的一门科学,是土壤微生物学和微生物生态学等领域的研究前沿。近年来,尽管土壤微生物生物地理学研究取得了巨大进展,目前仍面临诸多难题与挑战。本文简要回顾了土壤微生物生物地理学的发展历程,重点介绍近年来我国在森林、草地和农田生态系统中土壤微生物生物地理学研究的主要进展。同时进一步阐述了目前土壤微生物生物地理学研究的国际前沿方向,包括微生物群落空间分布及其驱动机制、群落构建过程与共存网络、微生物地理分布与生态系统功能的关联以及预测微生物群落对全球变化的响应。最后,对土壤微生物生物地理学未来的研究方向进行了展望,强调了清晰的微生物物种定义、微生物群落的时间动态、多组学与合成生物学技术以及高精度的预测模型在土壤微生物生物地理学研究中的重要性。     

不同有机肥对采煤塌陷区土壤氮素矿化动态特征研究

为揭示不同有机肥对煤矿复垦土壤氮素矿化特性的影响,以山西省孝义市水峪煤矿采煤塌陷复垦土壤为研究对象,采用室内好气培养法,研究在40%含水量和30℃培养条件下,施用3种有机肥(鸡粪、猪粪、牛粪)后在0~161天的氮素矿化动态特征,以明确不同有机肥对该矿区复垦土壤氮素矿化特征,从而预估不同有机肥的供氮特性,为合理施用有机肥进行低产农田的培肥改造提供科学依据。结果表明:(1)各处理0~14天铵态氮含量均随培养时间的延长迅速下降,与培养时间呈极显著负相关关系(P<0.01),14~161天土壤铵态氮含量维持在较低水平,培养结束时,各处理铵态氮含量均低于1.31mg/kg。(2)各处理土壤硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量变化均呈近似的“S”形曲线递增,表现为0~56天缓慢增加,56~84天迅速增加,84天至培养结束(161天)其含量基本不变。培养结束时不同处理间硝态氮含量、累积量及矿质氮累积量整体上均表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白,且鸡粪较猪粪和牛粪处理间存在显著差异,猪粪和牛粪较空白处理间存在显著差异(P<0.05)。(3)不同施肥处理出现氮素净矿化的时间点不同,其中鸡粪处理在第14天时最早出现净矿化现象,而猪粪和牛粪在培养28天后才出现明显的氮素净矿化。(4)不同施肥处理在培养的不同阶段硝态氮和矿质氮累积速率不同,但整体趋势一致,表现为培养0~84天各处理土壤累积矿化波动较大,56~84天达到峰值,培养84~161天各处理矿化速率平稳下降。总体来看,有机肥的施入能有效促进煤矿复垦土壤氮素矿化,从而提高土壤氮素有效性。其中,施鸡粪较猪粪和牛粪对提高矿区复垦土壤有效氮效果更好。4种处理的氮素矿化效果总体表现为鸡粪>猪粪>牛粪>空白。     

河套盐碱地不同利用方式土壤盐碱化特征差异分析

为研究河套平原盐碱地在不同利用方式对土壤盐碱化特征分布的影响,通过野外调查取样和室内分析相结合的方法,对5种土地利用方式下(林地、农用地、牧草地、改良地、盐荒地)不同深度土壤剖面形态特征、可溶盐含量、盐分离子组成、总碱度、pH、碱化度等指标的变化规律进行了系统研究。结果表明:不同利用方式土壤剖面土体结构、颜色、根系分布、石灰性反应及碱化层分布均有明显差异;土壤剖面的可溶性盐、阴阳离子分布因土地利用方式不同而存在差异,牧草地和林地土壤剖面可溶性盐呈"橄榄"型、盐荒地和改良地呈"表聚"型、农用地呈"底聚"型;土壤pH、碱化度和总碱度在剖面中的分布特征基本一致,呈"S"型;经不同利用方式土壤的盐化程度和碱化程度均有所下降,与盐荒地相比,农用地盐碱化指标下降的最为显著(P0.05),其中0—20 cm土壤全盐量降至0.88 g/kg,pH降至7.83,总碱度、ESP降至0.17 cmol/kg和12.54%,表明苏打盐碱地经农用后更有利于土壤脱盐化过程和脱碱化过程;土壤全盐量、Ca~(2+)、Mg~(2+)、SO_4~(2-)、总碱度、pH可作为控制区域盐碱化的主要因子。研究结果为阐明河套平原盐碱地的盐碱化过程及盐碱化土壤利用模式提供技术参考。     

近549年来黄河天然径流量时间变化特征研究

天然径流量是流域气候及下垫面综合作用的结果，同时是流域水资源分配的重要依据。深入探究长时间序列年径流量时间变化特征对流域水资源调控以及水资源可持续利用意义重大。基于黄河1470—2018年长时间序列天然径流量数据，综合采用EMD经验模态分解法、滑动平均法以及距平累积法揭示黄河549年间天然径流量的年际变化与周期变化特征。结果表明，黄河年天然径流量变化过程具有显著的随机特征，随年份不同呈现波动性变化，5%及95%频率的年天然径流量分别为337.0亿m³和681.0亿m³。采用距平累积法可将黄河近549年天然径流序列以1825年为界分为2个时期；黄河年天然径流量以2.8年变化周期最为显著，其次为23.8年、47.3年、5.6年、11.3年周期规律，出现该周期性规律主要是由于太阳黑子活动、厄尔尼诺现象以及地极移动振幅变化因子的影响。     

夏休闲期复种饲料油菜提升后作冬小麦产量品质、土壤肥力及周年经济效益研究

为明确晋中麦区夏休闲期复种饲料油菜的可行性,试验于2015-2016年采用大田试验法,研究了夏休闲期复种饲料油菜对后作冬小麦生长、麦田土壤养分及周年经济效益的影响。前茬小麦收获后复种油菜,供试油菜和小麦品种分别为华油杂62和CA0547,设置3个处理:以不种油菜的休闲田作为对照(CK₀),油菜地上部被收获为CK₁,油菜被全量还田为T。结果表明,与CK₀和CK₁相比,T有利于增加后作冬小麦抽穗前单株绿叶数,提高生育中后期植株干物质及N、P积累,保持灌浆期旗叶面积,进而增加穗粒数,提高籽粒产量,提高籽粒蛋白质及醇溶蛋白和谷蛋白含量;同时T有利于提高后作冬小麦020 cm土层土壤有机质含量、040 cm土层土壤脲酶和蔗糖酶活性。此外,从油菜-小麦周年经济效益来看,CK₁较CK₀和T分别高出128.9%和260.0%。综合分析可知,夏休闲期复种饲料油菜并且全量还田可以提高小麦产量,提升籽粒品质,改良土壤有机质含量和土壤酶活性;夏休期复种饲料油菜并收获可以获得更高的周年经济效益。本研究结果为合理利用夏休闲期以提升小麦产量与品质、改良土壤、提高年经济效益提供了理论依据。     

硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性及桃幼树生长的影响

为探究硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对桃树生长的效应,以盆栽一年生瑞蟠21号毛桃(Amygdalus persica Linn.)为试验材料,设置3种不同施肥方式(T1:硅钙钾镁;T2:硅钙钾镁+黄腐酸钾;CK:空白对照),在桃幼树生长季进行追肥处理,研究硅钙钾镁肥及硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾对土壤酶活性、土壤养分状况及桃幼树根系构型和植株生长的影响。结果表明,与CK相比,T1、T2均显著提高了桃幼树生长季各时期土壤酸性磷酸酶、脲酶和过氧化氢酶活性,以及土壤中碱解氮、有效磷、速效钾和有效硅等含量,且配施黄腐酸钾后作用更明显。与CK相比,T1、T2细根比重分别提高了11.2%和26.2%,根系活力分别提高了12.2%和18.1%,根系总长度分别增加了28.1%和61.9%,且有效延缓了根系衰老;T1、T2植株总干重分别提高了1.2倍和2.0倍,根冠比分别提高了9.4%和17.0%,且差异显著。与CK相比,T1、T2各器官中全氮、全磷、全钾含量均显著增加,地上部硅含量分别提高了61.3%和91.9%,地下部硅含量分别提高了62.3%和102.5%,且差异显著。同时,T1、T2桃幼树叶片叶绿素含量和净光合速率均显著提高。综上所述,硅钙钾镁肥可有效提高土壤酶活,促进桃幼树细根的生长,延缓根系衰老进程,增加氮、磷、钾、硅等营养元素积累量,提高叶片光合速率,促进植株生长;硅钙钾镁肥配施黄腐酸钾后,提高了土壤有效硅及植株硅含量,比单施硅钙钾镁肥效果更加显著。本研究结果为桃树合理施用硅钙钾镁肥提供了理论依据。