红外光谱与核磁共振在土壤有机质结构研究中的应用

土壤有机质结构与其稳定性密切相关,可调控土壤有机质的含量和性质,对于农业生产管理和环境保护具有重要意义.由于其复杂性,至今对土壤有机质结构、变化规律的认识还不是很清楚.现已证明光谱技术是阐明物质结构的较好方法.近年来,红外光谱和核磁共振技术被广泛应用于土壤有机质结构的研究.本文通过收集阅读相关文献报道,总结了红外光谱分析和核磁共振技术应用于研究土壤有机质结构研究的现状,以期相关领域的研究者能通过综述快速了解这两种方法在研究土壤有机质结构方面的情况,进一步促进土壤有机质结构的研究.     

大豆根系特征与磷素吸收利用的关系

大豆幼苗经过培养处理形成三种内磷浓度,在两种不同营养液磷水平下进行培养,研究大豆根系特征与磷素吸收利用之间的关系.研究发现,大豆植株体内磷对促进根系的伸长有着非常重要的作用.对于相同的内磷处理,不同外源磷对根长影响较大,外磷浓度越高根长越短,尤其在磷处理后的第3周,S2和S3内磷水平的处理,从P2降低到P1水平时,根长分别增加了5.2%和30.1%.在无外磷的条件下,不同内磷浓度对根表面积的影响从磷处理后的第2周开始均达到了5%的显著水平,而施加外磷的处理,只有在磷处理后的第4和第5周,才达到5%的差异显著水平.在所有的取样时期,植株干生物量与磷效率比值没有达到显著水平,但是,随着磷效率比值的增加,达到0.40以后,植株干生物量随着磷效率比值的增加而增加.植株磷效率比值与含磷量之间达到了1%的显著水平,随着磷效率比值的增加,植株体内含磷量呈指数下降.     

增温对冬小麦产量的影响因土壤类型而不同

本研究旨在揭示不同土壤类型条件下,小麦产量对增温的响应规律及特征。试验采用开放式增温系统对冬小麦全生育期进行全天增温,供试土壤为黑土、棕壤、风沙土、潮土、红壤和砖红壤。与常温处理相比,增温处理冬小麦株高、地上干重、穗粒数和产量分别增加了11.5%、17.7%、12.3%和12.8%;增温对生长在不同类型土壤上的小麦株高的影响不同,生长在潮土上的小麦株高增幅最大,而生长在风沙土上的小麦株高增幅最小;增温使生长在黑土上的小麦产量降低了33.3%,而风沙土和红壤上的小麦产量分别增加了44.7%和43.2%。研究表明生长在各地域的冬小麦适应气候变化的潜力存在差异,该结果可为不同气候区小麦生产适应未来气候变化提供理论指导。     

长期施肥对黑土有机碳矿化和团聚体碳分布的影响

采用我国东北地区的连续施肥28 a的典型黑土,通过颗粒分组的方法,研究了长期不同施肥处理对土壤团聚体形成和有机碳在各级团聚体中的分布规律,以及各粒级团聚体对养分的贡献能力的影响。结果表明,施用有机肥促进了土壤中大颗粒团聚体(>0.25 mm)的形成,尤其以2~1 mm粒级增加的比例最大;而当化肥和有机肥配合施用后,主要促进土壤中<1 mm团聚体形成,尤其对0.5~0.25 mm粒级团聚体形成的促进作用最大。施肥(无论是有机肥还是化肥)能增加土壤有机碳含量,而且,化肥有机肥配合施用较单施化肥和单施有机肥的效果更好。随着团聚体粒级的降低,团聚体中有机碳的分配出现两个峰值,分别在2~1 mm和0.25~0.053 mm两个粒级中出现。单施化肥处理及化肥有机肥配施处理与无肥处理相比均增加了0.5~0.25 mm粒级团聚体对有机碳的贡献率;单施有机肥的处理与无肥处理相比增加了1~0.5 mm粒级团聚体对有机碳的贡献率。然而,对于东北的典型黑土,2~1 mm和0.25~0.053 mm两个粒级对土壤有机碳的保护作用最大,表明团聚体对有机碳的保护作用是碳分配和矿化分解作用的综合结果,通过调控施肥种类可以达到有效保护土壤质量和肥力的效果。     

不同供N方式对大豆生长和结瘤固氮的影响

采用框栽试验方法对比研究了不同供N方式对大豆生长和结瘤同氮的影响.结果表明:持续供N和非持续供N对大豆生长有不同的影响,在苗期,非持续供N与持续供N相比,对大豆生长有较大的促进作用,而在仡期以后则是持续供N对大豆生长的促进作用较大;持续供N和非持续供N对大豆结瘤同氮的影响不同,大豆根瘤数量表现为非持续供N＞持续供N＞无N,表明氮肥的持续施用对大豆根瘤的形成和生长有抑制作用,不利于大豆根瘤的生长发育;不论何种方式供N对大豆同氮酶活性和豆血红蛋白含量均有抑制作用,使固氮酶活性和豆血红蛋白含量显著降低,而且氮肥的持续施用对固氮酶活性和豆血红蛋白含量的抑制要显著高于非持续供N,表现为持续供N＜非持续供N＜无N,因此,氮肥的持续施用使大豆的同氮效率降低.     

不同连作方式对大豆生物固氮的影响

[目的]研究不同连作方式对大豆生物固氮的影响。[方法]在长期定位试验中设置正茬(大豆-小麦-玉米-大豆)、重茬(小麦-小麦-大豆-大豆)和迎茬(小麦-大豆-小麦-大豆)3种连作方式,研究不同连作方式对大豆根瘤形成和固氮量的影响。[结果]结荚期和鼓粒期正茬大豆体内含氮量较重茬、迎茬多。3种连作方式的大豆根系形成根瘤的数量表现为正茬>迎茬>重茬,迎茬、重茬的大豆根瘤数分别较正茬减少1.3~1.4、13.4~20.5个/株。大豆通过共生固氮作用固定的氮素表现为正茬>迎茬>重茬,重茬、迎茬大豆固氮量分别比正茬降低18.4%、6.5%。大豆产量表现为正茬>迎茬>重茬。[结论]大豆体内含氮量、根瘤数、固氮量和产量都表现为正茬>迎茬>重茬。     

长期定量施肥对大豆根系形态和根瘤性状的影响

为阐明施肥对大豆根系生长和结瘤性状的影响,以中国科学院海伦农业生态实验站长期定位施肥试验为平台,研究了施用不同种类肥料(NPK、NPKM、NK、NP和PK)对大豆根系特征和根瘤性状的影响.结果表明:各施肥处理大豆根长、根表面积和根体积变化趋势相似,均在结荚期出现峰值.NPK和NP处理的根长和根表面积比其它施肥处理大,而...     

黑土农田有机碳平衡与消长动态

以中国科学院海伦农业生态实验站长期肥料试验区为研究平台,采用静态箱-气相色谱法原位测定CO2排放通量,进而估算出土壤有机碳矿化速率。秋季收获时测定玉米根系、凋落物、根际沉积碳和施用有机肥对土壤碳的输入量。从土壤有机碳输入和输出角度来研究黑土农田有机碳平衡与消长动态。结果表明,施用有机肥增加了土壤有机碳的输入量,但同时增加了土壤有机碳矿化输出量,从碳收支平衡的角度来分析,土壤有机碳呈现出增加趋势,年际间增加138kg／hm^2,0～20cm耕层土壤有机碳含量增加了0．08g／kg,占土壤有机碳含量的0．28％,在测量误差范围内。长期不施肥的CK处理,土壤有机碳输入量较小,每年仅为754kg／hm^2,而土壤有机碳通过矿化输出量却较大,仅次于NPKOM处理,达到1202kg／hm^2,致使土壤有机碳下降速率加快,以每年0．22g／kg下降,经过17年试验,有机碳下降1．7g／kg。平衡施肥NPK和NP处理,每年输入和输出碳量相近,每年碳收支在12-44kg／hm^2之间,土壤有机碳含量基本保持不变,维持在27～28g／kg之间波动。NK处理土壤有机碳呈下降趋势,理论上以每年0．07g／kg速度下降,但实际上是在测定误差范围内,很难测定出有机碳的消长量。     

大豆在利用不同氮源时对土壤磷形态和有效性的影响

通过盆栽培养方法,在土壤中可利用磷基本耗竭条件下,研究供给两种不同氮源的大豆对土壤中有机和无机磷的利用和形态转化的影响。结果表明,生物固氮处理大豆吸收的总磷量比尿素处理多58.0%,而对磷素的利用效率仅下降了3.3%。无论供给哪种形态氮源,种植大豆后土壤中各形态无机磷含量总体表现为O-P>Al-P>Fe-P>Ca10-P>Ca8-P>Ca2-P,有机磷的含量表现为:中等活性有机磷(MLOP)>高稳性有机磷(HROP)>中稳性有机磷(MROP)>活性有机磷(LOP)。生物固氮处理,Al-P和O-P成为维持大豆生长的主要磷源,而尿素处理只有O-P。生物固氮处理主要是促进土壤中的MLOP和MROP矿化分解,分别减少了29.48 mg/kg和14.16 mg/kg;尿素处理土壤中的MROP和HROP转化的程度较大,分别减少了12.47 mg/kg和3.68 mg/kg。比较而言,尿素处理的大豆从土壤中获得有机磷的能力不及生物固氮处理。     

黑土农田有机碳平衡与消长动态

以中国科学院海伦农业生态实验站长期肥料试验区为研究平台,采用静态箱—气相色谱法原位测定CO2排放通量,进而估算出土壤有机碳矿化速率。秋季收获时测定玉米根系、凋落物、根际沉积碳和施用有机肥对土壤碳的输入量。从土壤有机碳输入和输出角度来研究黑土农田有机碳平衡与消长动态。结果表明,施用有机肥增加了土壤有机碳的输入量,但同时增加了土壤有机碳矿化输出量,从碳收支平衡的角度来分析,土壤有机碳呈现出增加趋势,年际间增加138 kg/hm2,0~20 cm耕层土壤有机碳含量增加了0.08 g/kg,占土壤有机碳含量的0.28%,在测量误差范围内。长期不施肥的CK处理,土壤有机碳输入量较小,每年仅为754 kg/hm2,而土壤有机碳通过矿化输出量却较大,仅次于NPKOM处理,达到1 202 kg/hm2,致使土壤有机碳下降速率加快,以每年0.22 g/kg下降,经过17年试验,有机碳下降1.7 g/kg。平衡施肥NPK和NP处理,每年输入和输出碳量相近,每年碳收支在12~44 kg/hm2之间,土壤有机碳含量基本保持不变,维持在27~28 g/kg之间波动。NK处理土壤有机碳呈下降趋势,理论上以每年0.07 g/kg速度下降,但实际上是在测定误差范围内,很难测定出有机碳的消长量。