长期耕作与长期定位施肥对农田土壤动物群落多样性的影响

【目的】2003年8月至2004年9月,选取撂荒、耕作10年、50年与100年的吉林黑土、新疆灰漠土和撂荒、耕作20年与100年江西红壤及其长期定位施肥试验中的撂荒、CK、N、NP、NK、NPK、MNPK和1.5MNPK处理,研究长期耕作、定位施肥与土壤动物群落多样性关系。【方法】采用改良干漏斗(Modified Tullgren)法分离土壤0-20cm的土壤动物。【结果】共采集农田土壤动物26571只,其中大型土壤动物1632只、中小型土壤动物24939只,隶属4门5纲26目。弹尾目、膜翅目、蜱螨目为农田土壤动物中的优势类群。Kruskal-Wallis方差分析显示,长期耕作条件下不同土壤类型间仅农田土壤动物群落均匀性差异显著(x均匀性(2)=6.045,P0.05);长期定位施肥条件下,不同土壤类型间农田土壤动物个体数、类群数以及群落多样性差异性(x个体数(2)=17.26,x类群数(2)=14.03,x多样性(2)=15.61,P0.001)。长期耕作条件下,土壤动物类群一般在撂荒处理中数量最多、耕作早期中小型土壤动物类群最少;长期定位施肥条件下农田土壤动物个体和类群数在撂荒、有机肥配施处理中最高。长期耕作与长期定位施肥对农田土壤动物群落影响不均衡,其中对农田土壤动物个体总数影响最大,对均匀性影响最小。研究时段,长期耕作条件下土壤有机质和全氮与农田主要土壤动物群落之间典型相关关系不显著(P0.05);长期定位施肥条件下土壤有机质和全氮与农田主要土壤动物群落之间存在显著典型相关关系(P0.01),其中土壤全氮对蜱螨目、弹尾目、膜翅目和土壤动物个体总数影响最大,而土壤有机质对蜱螨目、弹尾目、膜翅目、土壤动物个体总数、类群数和群落多样性影响最大。土壤动物主要类群因素对由长期定位施肥引起的土壤有机质和土壤全氮变化具有很好的预测能力。【结论】农田土壤动物群落多样性改变与长期耕作与长期定位施肥有关。农田主要类群因素能够较好地预测长期定位施肥引起的土壤主要养分变化。     

不同轮耕模式对黑土土壤微生物群落结构的影响

以吉林省公主岭市黑土3年的田间试验为研究对象,采用高通量测序方法,研究不同轮耕模式和秸秆还田对土壤微生物群落组成及其多样性的影响。结果表明,与秸秆离田处理(A)相比,秸秆连年深翻(D)、深翻/旋耕(C)和覆盖/覆盖/深翻(E)3个还田处理均显著提高亚表层(20～40 cm)土壤有机质和氮磷钾含量。对于微生物总量OTU分析表明,经过秸秆深翻处理亚表层土壤微生物总数均高于表层土壤,秸秆连年覆盖还田(B)处理则是表层(0～20 cm)土壤微生物总量高于亚表层土壤。经秸秆深翻处理亚表层土壤Chao1指数较高,Simpson指数较低,物种丰度明显提高;连年覆盖还田处理表层土壤物种Chao1指数和Shannon指数较高;秸秆覆盖还田可提高表层土壤物种丰度。C和D处理与A处理亚表层土壤组间物种多样性有显著差异,具体差异在分类学上的组成中有所体现,门水平上物种组成无差异,但属水平上亚表层土壤与表层土壤之间微生物组成不同。冗余分析显示,不同秸秆还田模式下土壤有机质及有效N、P养分变化是引起土壤微生物群落结构变化的重要环境因子。秸秆覆盖还田和秸秆深翻还田分别能够有效改善表层和亚表层土壤微生物群落结构和多样性。     

不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳对土壤有机碳的贡献

基于公主岭黑土长期定位试验站,利用13C标记的玉米秸秆进行田间原位培养试验,分析不同施肥处理土壤覆膜后秸秆碳在土壤的转化及其对土壤总有机碳(SOC)的贡献,以期为东北黑土区土壤培肥和碳的固存提供依据。结果表明:裸地土壤添加秸秆后不施肥(CK)与单施化肥(NPK)处理SOC的δ13C值显著高于有机肥配施化肥(MNPK)处理(P<0.05);覆膜土壤添加秸秆第360天SOC的δ13C值为-18.27‰^-17.19‰,且各施肥处理间差异不显著(P>0.05)。覆膜条件下土壤有机碳中秸秆碳(13CSOC)含量显著高于(P<0.05)裸地,尤其在第60天覆膜处理是裸地处理的1~3倍,说明覆膜改善了土壤的水热条件,促进了秸秆碳在土壤中的积累。裸地条件下CK、NPK和MNPK处理秸秆碳对土壤有机碳的贡献率平均分别为1.28%,1.32%和0.46%;覆膜条件下分别为0.81%,1.51%和0.97%。由上可以看出,无机氮、磷和钾养分的供应有利于秸秆碳在土壤的积累,对土壤有机碳库固定起着正反馈作用。     

长期化肥有机替代对黑土颜色及腐殖物质的影响

基于30年长期定位试验,通过测定黑土光谱反射率和不同腐殖质组分含量,探究了不同施肥对黑土土壤腐殖质含量、土壤颜色及二者之间的关系。试验设置5个处理:(1)休耕(Fallow);(2)不施肥处理(CK);(3)单施化肥(NPK);(4)有机肥部分替代化肥(NPKM);(5)秸秆部分替代化肥处理(NPKS)。结果表明:与NPK处理相比,Fallow、NPKS、NPKM分别显著提高49.7%,74.3%,27.0%的土壤有机碳含量(p<0.05)。NPKM处理中胡敏酸(HA)含量最高为3.9 g/kg,随后依次为CK、NPKS、NPK、Fallow。NPKM、NPKS和Fallow处理中土壤富里酸(FA)含量为2.2~2.3 g/kg,显著高于NPK和CK。NPKM处理中胡敏素(HM)含量为18.6 g/kg,显著高于其他处理(p<0.05)。不同处理间土壤光谱反射率由高到低依次为NPK>Fallow、CK>NPKS>NPKM,与CK处理相比,NPK土壤光谱反射率在平均提高6.5%,NPKS和NPKM则分别降低11.1%和15.1%。根据线性相关分析结果,黑土土壤光谱反射率与土壤HAHM均呈显著负相关关系(p<0.01),相关系数(r)分别为-0.858,-0.681。综合上述结果,长期有机物料投入可以显著提高黑土腐殖物质含量,降低黑土光谱反射率,使黑土颜色加深,而长期化肥施入则使黑土光谱反射率提高,出现\"褪色\"现象,有机粪肥在黑土中对土壤有机质和腐殖质含量的提升效果优于秸秆。     

等氮量投入下有机无机肥配施对玉米产量及氮素利用的影响

以1989年建立的国家黑土肥力与肥料效益监测基地的长期肥料定位试验为研究平台,研究等氮条件下有机无机肥长期配施对玉米产量及氮肥利用率的影响。研究结果表明,长期氮磷钾肥配施(NPK)及氮磷钾肥与有机肥配施(牛粪+NPK、秸秆+NPK)有利于玉米产量的提高,与不施肥(CK)相比,分别提高192.0%、218.3%和192.6%。NPK、牛粪+NPK及秸秆+NPK处理氮肥农学利用率、氮肥偏生产力均显著高于单施氮肥处理。经18年长期定位试验,与试验初期相比均能提高土壤有机质含量、全氮含量及碱解氮含量,以牛粪+NPK处理效果最好,分别增加46.6%、28.6%和36.8%。施用牛粪及秸秆后土壤pH值年纪间变化不大,长期施用化肥土壤pH值降低。     

吉林省主要覆膜作物地膜残留情况调查

通过文献调研、问卷调查和典型样点采集的方法对吉林省3种主要覆膜作物的地膜残留情况进行调查分析,结果表明:地膜残留量与覆膜年限、地膜回收方式以及种植作物种类密切相关。随覆膜时间的延长地膜残留量有增加的趋势。3种模式地膜残留量由高到低为:瓜菜模式>玉米连作模式>花生连作模式,连续覆膜10年,3种模式的地膜残留量分别为30、28.35 kg·hm^-2和15.9kg·hm^-2。以一级污染水平作为标准(75 kg·hm^-2),覆膜量每年按75～150 kg·hm^-2、年残留率按1.2%～4.02%计,估算吉林省安全使用地膜的年限约为12～83年。     

长期定位监测黑土土壤肥力的研究——Ⅰ.黑土耕层有机质与氮素转化

以国家黑土肥力与肥料效益监测基地为平台,针对不同施肥措施,研究了土壤有机质及氮素含量的年际动态变化与平衡。试验结果表明,土壤有机质及氮素含量变化与施肥与否密切相关,且配合有机肥的施肥措施,有效增加了土壤碳、氮库容,丰富养分库的循环内容。     

不同农业利用方式对土壤重金属累积的影响及原因分析

【目的】探讨不同农业利用方式下土壤中重金属的累积及其影响要素,制定有效降低土壤中重金属含量的技术和策略。【方法】系统采集了吉林省四平市部分区域内设施菜地、露天菜地、大田玉米地及林地4种土地利用类型的148个样品,分析了其Cr、Ni、Cu、As、Cd、Pb、Zn等重金属的含量,并进行了相应的调查。【结果】在研究区域内,不同利用方式对土壤中Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的含量有较大的影响,平均含量顺序均为:设施菜地露天菜地大田林地,但对Pb含量的影响不显著。4种土地利用方式中,以设施菜地中Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的累积最多,其次是露天菜地、大田玉米地,林地未出现累积。研究的7种重金属元素中以Cd的累积较严重,其次是Cu。其中设施菜地的Cd含量平均达0.467mg·kg-1,超过了《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中II级标准(0.3mg·kg-1,6.5pH7.5),也相当于自然状态下林地Cd含量平均值的5.2倍;但4种利用类型中其它重金属含量的平均值均低于国家II级标准。分析认为,与土地利用年限相比,农用化学品、特别是肥料的质量和数量是导致不同利用方式下土壤重金属含量差异的重要原因。【结论】土地利用方式对Cr、Ni、Cu、As、Cd、Zn的累积具有显著影响,其中以设施菜地累积较显著,避免重金属含量较高化肥、有机肥和农药的施用是防止土壤重金属累积、促进土壤健康和可持续利用的重要保障。     

深松模式对吉林省西部玉米田土壤物理特性的影响

针对东北平原西部地区土壤耕层浅薄、犁底层紧实、通透性变差等问题,为改善区域农田土壤结构,提高土壤蓄水保墒能力,提升农田土地生产力、农民增产增收,试验设置免耕、行间深松、行上深松和行间行上深松4个处理,在吉林省西部半干旱区开展深松模式对土壤物理特性和玉米产量的影响研究。结果表明,与免耕相比,深松可显著降低0～40 cm土层土壤容重,且以行间行上深松效果最好,土壤容重平均降低0.17 g/cm3。土壤总孔隙度和含水量表现出增加的趋势,其中行间深松、行上深松和行间行上深松分别比对照免耕增加8.3%、9.6%、15.5%和9.78%、10.83%、14.65%,且深松较免耕土壤宜耕层下移较明显,两年分别下移17.5 cm和5～15 cm。深松后,玉米经济产量及构成因素和经济效益也呈同步增加趋势。结合经济效益和产投比,行上深松是吉林省西部玉米田的适宜的深松模式之一。