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。     

中国农村生物质能利用技术和经济评价

农村生物质能利用技术种类较多,确定各类技术的适用范围及经济性,有利于在农村地区选择合适的技术,促进生物质能利用技术在农村的开发利用。该文提出了户均用能成本的概念和计算方法,对农村户用沼气、养殖场沼气工程、固体成型燃料、秸秆沼气、秸秆气化集中供气等技术进行了技术经济评价。研究结果表明:农村户用沼气技术的经济性最好,其次为固体成型燃料技术,而秸秆气化集中供气技术的经济性最差。随着农村社会经济的发展,认为固体成型燃料技术将逐渐占主导地位,而秸秆沼气技术可以填补由于畜禽粪便短缺而带来的空白。     

大田原生盐碱荒地入渗特性的试验

为揭示原生盐碱荒地土壤的入渗特性,基于大田原生盐碱荒地4个试验点的原位土壤入渗试验,并与非盐碱土壤入渗特性比较,探讨了盐碱荒地土壤的入渗的过程和特性。结果表明:原生盐碱荒地的入渗过程与非盐碱荒地相类似,但其累积入渗量和入渗率远小于非盐碱地,且入渗率的衰减速度远快于非盐碱地,究其原因是由其水力传导度小所导致,而水力传导度小的根本原因是由于盐碱土壤中含有较多的交换性钠离子;盐碱土壤的累积入渗量和相对稳定入渗率与其含盐量、Na+离子含量间呈反比例关系;其入渗过程也可用Kostiakov模型来表征,用与Kostiakov两参数模型结合的分段模型可获得更好的表征精度。研究结果对于推进土壤水分运动理论的研究具有一定的意义,可为原生盐碱荒地的改良提供技术支撑。     

硒缓解植物重金属胁迫和累积的机制

硒(Se)在提高植物抗逆性、缓解重金属胁迫以及降低植物对重金属吸收方面有着重要的作用。本文综述了Se参与缓解植物重金属胁迫和累积的机制,Se能够缓解重金属的胁迫,主要是因为在植物体内由Se转化而来的相关产物的生理生化作用产生的综合效果。Se是谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)的必需组分,GSH-Px利用谷胱甘肽(GSH)将有毒的过氧化物还原成无毒的物质,清除由重金属引起的自由基。Se可以激活植物螯合肽(PC)合成酶及增加PC合成的前体,使植物产生更多的PC,形成更多的重金属-PC配合物。Se还可以与重金属形成大分子的复合物,降低重金属的毒害。Se能够与多种重金属元素产生拮抗效应,降低植物对重金属的吸收。     

铜基叶面肥及控释肥对辣椒生长发育和叶片保护酶等生理特性的影响

【目的】针对辣椒喜肥、耐肥、对水分要求严格的特点,采用铜基叶面肥、控释肥两种新技术,研究了叶面喷施铜基叶面肥和土施控释肥对辣椒产量、矿质养分在植株体内的分布、保护性酶活性以及果实品质的影响,为提高果蔬产量和改善品质提供理论依据。【方法】分别于2011年4~11月和2012年3~9月,在山东农业大学南校区土肥资源高效利用国家工程实验室新型肥料中试基地, 以赤峰牛角王为供试辣椒品种设置肥料盆栽试验,试验设8个处理: 1）喷清水土壤不施肥对照（CKW- NF）;2）喷清水+土施普通肥（CKW+CCF）; 3）喷清水+土施控释肥（CKW+CRF）; 4）喷清水+土施控释肥+保水剂（CKW+CRF+W）; 5）喷铜基叶面肥土壤不施肥（CBFF-NF）; 6）喷铜基叶面肥+土施普通肥（CBFF+CCF）; 7）喷铜基叶面肥+土施控释肥（CBFF+CRF）;8）喷铜基叶面肥+土施控释肥+保水剂（CBFF+CRF+W）。采用称重法测定辣椒产量,于收获期取果实及叶片鲜样用于果实品质和生理生化指标测定,植株各部位干样用于微量元素测定。【结果】1）两年内喷施铜基叶面肥和土施控释肥均能提高辣椒产量,其中叶面喷施铜基叶面肥+土施控释肥+保水剂（CBFF+CRF+W）组合对辣椒产量的提高幅度最大,与CKW+CRF+W相比2011年增产24.1%,2012年增产29.0%。2）相同的土壤施肥条件下,与喷清水相比,喷施铜基叶面肥能够显著提高辣椒植株体内的铜浓度。其中,土施控释肥加保水剂基础上喷施铜基叶面肥处理的辣椒果实中铜浓度比叶面喷清水显著提高了103.9%;土施控释肥条件下,叶面喷施铜基叶面肥较喷清水处理下的果实铜浓度增加了41.5%。3）喷施铜基叶面肥后,辣椒叶片的超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）活性升高,而过氧化氢酶（CAT）活性下降。CBFF+CRF+W处理下的辣椒叶片SOD活性较CKW+CRF+W处理显著提高了26.6%,CBFF+CRF+W组合的叶片的POD活性和CAT活性与CKW+CRF差异显著。4）与喷清水处理相比,无论在土壤施用控释肥还是土壤施用控释肥+保水剂的条件下,叶面喷施铜基叶面肥均使辣椒果实可溶性蛋白和维生素C的含量显著提高,其增加幅度在12.8%~178.4%。【结论】综合考虑几种肥料组合,叶面喷施铜基叶面肥和土施控释肥可在一定程度上调控植株微量元素的积累,改善辣椒营养品质,提高辣椒产量。     

Soil nitrogen availability alters rhizodeposition carbon flux into the soil microbial community

Purpose

Soil microorganisms are important in the cycling of plant nutrients. Soil microbial biomass, community structure, and activity are mainly affected by carbon substrate and nutrient availability. The objective was to test if both the overall soil microbial community structure and the community-utilizing plant-derived carbon entering the soil as rhizodeposition were affected by soil carbon (C) and nitrogen (N) availability.

Materials and methods

A ¹³C-CO₂ steady-state labeling experiment was conducted in a ryegrass system. Four soil treatments were established: control, amendment with carboxymethyl cellulose (CMC), amendment with ammonium nitrate (NF), combined CMC and NF. Soil phospholipid fatty acid (PLFA) and ¹³C labeling PLFA were extracted and detected by isotope ratio mass spectrometer.

Results and discussion

The combined CMC and NF treatment with appropriate C/N ratio (20) significantly enhanced soil microbial biomass C and N, but resulted in lower soil inorganic N concentrations. There was no significant difference in soil PLFA profile pattern between different treatments. In contrast, most of the ¹³C was distributed into PLFAs 18:2ω6,9c, 18:1ω7c, and 18:1ω9c, indicative of fungi and gram-negative bacteria. The inorganic-only treatment was distinct in ¹³C PLFA pattern from the other treatments in the first period of labeling. Factor loadings of individual PLFAs confirmed that gram-positive bacteria had relatively greater plant-derived C contents in the inorganic-only treatment, but fungi were more enriched in the other treatments.

Conclusions

Amendments with CMC can improve N transformation processes, and the ryegrass rhizodeposition carbon flux into the soil microbial community is strongly modified by soil N availability.

     

绿洲灌区小麦免耕秸秆还田对后作玉米产量性能指标的影响

产量性能是决定作物生长发育和产量形成的关键因素,研究前茬秸秆处理方式对后茬作物产量性能指标的影响,对于建立高效种植制度、优化栽培措施具有重要指导意义。2009—2012年,在甘肃河西绿洲灌区,通过田间定位试验,研究了前茬小麦不同秸秆还田和耕作措施(NTSS:25 cm高茬收割立茬免耕;NTS:25 cm高茬等量秸秆覆盖免耕;TIS:25 cm高茬等量秸秆翻耕;CT:不留茬翻耕对照)对后作玉米产量性能指标的影响,以期为优化试区玉米种植模式提供依据。结果表明,与CT相比,前茬小麦秸秆还田降低了后作玉米大喇叭口期之前的叶面积指数(LAI)与光合势(LAD),但增大了吐丝期之后的LAI与LAD,延缓了衰老,以NTSS、NTS延缓衰老作用突出;NTSS、NTS和TIS处理玉米全生育期的平均叶面积指数(MLAI)比CT分别提高12.8%、19.1%和7.0%,总光合势分别提高12.9%、18.6%和6.8%,免耕秸秆还田(NTSS和NTS)提高MLAI和LAD的效果最好。免耕秸秆还田提高了玉米全生育期的平均净同化率(MNAR),以NTSS提高作用明显,较CT高10.7%;但净同化率(NAR)表现为吐丝期之前增大,吐丝期之后降低。NTSS、NTS提高了后作玉米的籽粒产量,比CT分别高13.0%、15.6%,TIS比CT提高7.9%,NTS增产效应最大。不同秸秆还田及耕作方式下,玉米籽粒产量与MLAI、穗数(EN)、穗粒数(KNE)呈极显著正相关性,与收获指数(HI)呈显著正相关性,但与MNAR无显著相关性。MLAI、EN、KNE增加、HI提高是前茬小麦免耕秸秆还田提高后作玉米产量的主要原因。前茬秸秆免耕还田优化后茬玉米主要产量性能指标的效果最好。因此,前茬小麦25 cm秸秆覆盖免耕还田是绿洲灌区优化后作玉米产量性能指标及获得高产的可行栽培措施。     

沼液连续浇灌对旱作和水田土壤养分及重金属含量的影响

为研究沼液长期浇灌对土壤养分和重金属含量的影响,以旱作和水田土壤为研究对象,采用土壤静态培养法,在不同浓度沼液浇灌下,对旱作和水田土壤的pH值、总氮(TN)、总磷(TP)、有机质以及重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量进行为期2个月的连续检测。结果表明,沼液浇灌后旱作和水田土壤pH值均有所增加,长期浇灌能够有效防治土壤酸化;土壤TN、TP和有机质含量在沼液灌溉后均有一定程度的增加,但随着浇灌时间的增加,土壤TN和有机质含量呈下降趋势,土壤TP缓慢增加,长期浇灌会导致土壤营养不均衡;土壤重金属Cu、Zn、Pb、Cd的含量变化不大,均未超过国家土壤环境二级标准,但土壤中Pb和Cd的含量随沼液浇灌时间的增加呈上升趋势,长期浇灌会导致Pb、Cd的富集。     

物化法去除糖蜜酒精废水硫酸盐效果及其产气性能的比较

糖蜜酒精废水中高浓度的硫酸盐会抑制生化处理产甲烷性能。该文采用活性炭、Ba Cl2·2H2O、Ca(OH)2及铁碳微电池法对糖蜜酒精废水中的硫酸盐进行预处理,并分析了预处理前后硫酸根及化学需氧量COD的变化,同时,也分析评价了几种方法对产气性能的影响。结果表明:在500.0 g糖蜜酒精废水中加入8.0 g活性炭,硫酸根去除率达80.0%以上,且产气性能相对最好,累计产气率可达437.3 m L/g。在500.0 g糖蜜酒精废水中,根据S元素含量和Ba SO4的分子组成比例,添加70%的化学试剂Ba Cl2·2H2O,能全部去除硫酸根,累计产气率可达483.2 m L/g,产气效果相对最好,同等条件下,添加70%的Ca(OH)2,硫酸根也能全部去除,累计产气率可达436.6 m L/g。铁碳微电池处理的糖蜜酒精废水,能有效抑制硫酸根的影响,并且可以提高废水的可生化性,累计产气率为451.0 m L/g,是对照处理293.1 m L/g的1.5倍。各处理效果的产气性能排序为70%Ba Cl2·2H2O铁碳微电池8.0 g活性炭吸附70%Ca(OH)2对照组。     

心土培肥犁改良瘠薄土壤的效果

研究根据心土培肥的改土技术要求研制出心土培肥犁,并分别在瘠薄黑土和碳酸盐草甸黑钙土上开展大面积机械改土试验,明确自主研发的心土培肥犁改土后对土壤理化性质影响及对作物产量的效果,为其广泛应用到低产土壤改良提供机械及技术支持。试验设深松、心土培肥和常规对照耕作,采用大田对比方法。研究结果表明:心土培肥和深松在不同类型土壤上对土壤理、化性质,对作物产量及产量性状影响后效不完全一致;心土培肥降低土壤抗剪强度后效明显,碳酸盐草甸黑钙土10~30 cm土层土壤抗剪强度比对照降低6.65~12.16 k Pa,黑土比对照降低8.20~11.31 k Pa,碳酸盐草甸黑钙土改土后效果明显,黑土改土后效长,心土培肥改土效果优于深松;土壤容质量和硬度趋势同上;心土培肥提高土壤透气系数为2.78~14.28倍,饱和导水率为2.38~11.62倍;深松和心土培肥可提高下层土水分消耗比例,30~60 cm土层耗水量为心土培肥区深松区对照区,心土培肥耗水量比照高10%;心土培肥处理可提高土壤磷含量和供磷强度,20~30 cm和30~40 cm土层土壤供磷强度比对照分别提高4.19~5.17倍和4.96~17倍,碳酸盐草甸黑钙土高于黑土;心土培肥可提高玉米产量,碳酸盐草甸黑钙土上心土培肥增产幅度为6.82%~18.01%,黑土增产幅度为6.45%~11.18%,平均增产效果碳酸盐草甸黑钙土薄层黑土,但黑土持续增产效果好。