稻虾共作模式氮和磷循环特征及平衡状况

稻虾共作模式是我国长江中下游地区一种新兴的稻田复合种养生态模式,研究稻虾共作系统中氮（N）和磷（P）的循环特征及盈亏状况,对合理调控稻虾共作系统养分循环和平衡,指导系统N和P优化管理具有重要的意义。本文通过田间试验,采用投入产出法,以中稻单作模式作为对照,研究了稻虾共作模式下N和P的循环特征及平衡状况。结果表明：克氏原螯虾子系统N和P的输出/输入比分别为0.62和0.44,且子系统中N和P以饲料输入最大,占总输入的92.9%和96.4%,以成虾N和P输出最大,分别占总输出的53.3%和59.5%;在目前投入水平下,两种模式土壤子系统中N和P表观平衡均出现盈余,且稻虾共作模式土壤子系统N的盈余量高于中稻单作模式,而P的盈余量则低于中稻单作模式;稻虾共作模式和中稻单作模式的N和P输出/输入比均小于1,且稻虾共作模式的N和P输出/输入比均小于中稻单作模式;稻虾共作模式增加了土壤截存的N和P量,其土壤截存的N和P量较中稻单作模式分别提高49.2 kg·hm^-2和9.1 kg·hm^-2;稻虾共作模式提高了系统N和P表观损失量,其系统N和P表观损失量较中稻单作模式分别提高10.2 kg·hm^-2和1.0 kg·hm^-2。可见稻虾共作模式降低了N和P输出/输入比,促进了土壤中N和P的累积,但增加了系统N和P表观损失量。     

葛藤覆盖对幼龄橡胶园表层土壤理化性状和酶活性的影响

  【目的】  绿肥覆盖是解决土壤有机质含量低、土壤酸化和养分不平衡的有效途径之一,葛藤作为一种常见的豆科绿肥,研究其覆盖对胶园土壤性状和土壤酶活性的影响,可为绿肥的应用推广、胶园地力提升和橡胶增产增效提供理论依据和技术支撑。  【方法】  以海南儋州幼龄胶园中葛藤覆盖4年的土壤为研究对象,以相同区域无葛藤覆盖的幼龄胶园土壤为对照,采集0—10 cm (上层) 和10—20 cm (下层) 土样,测定了土壤容重、pH、土壤含水量、有机碳、总氮、总磷、总钾、速效磷、速效钾、铵态氮、硝态氮和6种土壤酶 (蔗糖酶、过氧化氢酶、β-1,4-葡萄糖苷酶、脲酶、L-亮氨酸氨基肽酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶) 活性。  【结果】  1) 与无葛藤覆盖相比,种植葛藤提高了土壤有机碳、全氮和全磷含量,增幅分别为4.2%～5.9%、9.1%～11.8%和12.0%～38.1%,上层有机碳和全氮增幅 (5.9%、11.8%) 高于下层 (4.2%、9.1%),而全磷含量上层增幅 (12.0%) 低于下层 (38.1%);上层土壤pH明显提高,而下层土壤pH显著下降;2) 种植葛藤显著增加了上层土壤过氧化氢酶和脲酶活性,增加幅度分别为同一土层裸地的327.8%和108.1%,但显著减低了上层土壤蔗糖酶活性 (活性下降为裸地的50.8%)。种植葛藤对两个土层的土壤β-1,4-葡萄糖苷酶、β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶和L-亮氨酸氨基肽酶活性的影响均不显著;3) 种植葛藤后土壤过氧化氢酶活性与全氮、全钾含量之间呈显著正相关,与速效钾之间呈显著负相关 (P < 0.05);土壤蔗糖酶活性与全氮、pH、全钾和速效磷均呈显著负相关。裸地土壤中,过氧化氢酶活性与铵态氮呈显著负相关;脲酶活性与有机碳和速效钾分别呈极显著和显著负相关,与pH和全钾分别呈极显著和显著正相关;蔗糖酶活性与pH、全钾呈显著负相关,与速效钾和有机碳呈显著正相关;β-1,4-葡萄糖苷酶和β-1,4-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性与硝态氮含量均呈显著负相关。  【结论】  葛藤覆盖能有效缓解胶园上层土壤酸化,改善土壤养分状况,提高幼龄胶园0—10 cm土层土壤过氧化氢酶和脲酶的活性,具有一定的改土增效作用。因此,葛藤覆盖是一种提高幼龄胶园表层土壤熟化和综合肥力水平可行的管理措施。     

长期施氮肥对黄棕壤微生物生物性状的影响及其调控因素

基于黄棕壤小麦-甘薯轮作的长期定位试验,探究不同施氮处理土壤微生物生物量碳(MBC)、氮(MBN)含量和酶活性的变化及其潜在调控因子,为科学施氮提高土壤质量和改善土壤生态功能提供依据。试验选取始于2011年4个施氮处理:不施肥(CK)、不施氮肥(PK)、施化学氮肥(NPK)和化学氮肥配施有机肥(NPKM),调查两季作物收获后土壤MBC和MBN含量、酶活性及微生物碳氮利用效率的变化,并通过冗余分析(RDA)和结构方程模型(SEM)明确调控弱酸性黄棕壤中MBC和MBN变化的潜在因素。小麦和甘薯两季的结果表明:施氮肥降低了土壤MBC、MBN含量和蔗糖酶(SSC)、脲酶(SUE)活性,与NPK处理相比, NPKM处理增加了MBC、MBN含量和SSC、SUE活性。长期施用氮肥提高了土壤有机碳(SOC)和土壤养分[全氮(TN)和矿质态氮(MN)]含量,但施氮肥显著降低土壤p H以及微生物的碳氮利用效率。与小麦季相比,甘薯季土壤SOC和MN含量有所下降,而MBN含量和SSC活性有所升高。RDA和SEM结果表明,氮肥的施用强化了MBC与MBN、SSC与MBC以及SUE与MBC之间的关联性;不同施氮处理下土壤p H、有机碳、氮含量以及微生物的碳氮利用效率的变化直接或间接地影响土壤MBC、MBN含量和SSC、SUE活性,其中p H是调控土壤MBC变化的直接因素,而土壤SSC和SUE活性与MBC、MBN含量相互影响。长期施用氮肥降低了黄棕壤MBC、MBN含量和酶活性,化学氮肥配施有机肥有利于缓解生物性状的下降,土壤p H是影响MBC变化的主要因素,小麦-甘薯轮作中土壤微生物强烈的碳代谢过程利于增加MBN。     

体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重

土壤含水率直接测量是相关研究和应用的基础,在土壤力学、作物栽培、农田灌溉、生态环境等研究和实践中十分重要。该文提出了一种与传统烘干称质量法相当的体积置换法直接测量土壤质量含水率及土壤容重。该方法在假设一定土壤颗粒密度的前提下,用一定体积的标准取样环刀取得土样后,通过向待测量土体补充水分使土壤达到饱和,用一定体积的水置换土壤中的充气空隙,直到土样达到饱和状态;再通过测量得到的初始/原始土样质量、饱和后土壤的质量以及已知土壤颗粒密度和水密度,计算得到被置换的充气空隙的体积,进而由此计算得到土壤质量含水率和土壤容重。采用3种不同土壤,即陕西杨凌黏黄土、北京粉壤土和江西黏红土,分别预配制成7种不同初始土壤体积含水率,含水率约为:风干土(含水率2%～3%)、5%、10%、15%、25%、30%和饱和含水率,以及3种不同土壤容重:1.25、1.35和1.45g/cm3进行室内试验。用类似的土样,采用传统方法烘干土样8、12、24、48h后,测量确定土壤的质量含水率,通过延长烘干时间测得数据表明,传统方法烘干8h所测得的质量含水率仍有1%～3.2%的含水率误差。最终试验结果表明体积置换方法测得的土壤含水率比传统烘干土样8h所测得的结果大2%～3%,比烘干土样48h所测得的结果大1%左右。体积置换方法测量操作过程简单,耗时较少,节约能源,测量结果具有较高精度。     

基于汇流累积计算的沟壑密度分析方法

沟壑密度是评价地表侵蚀影响,水土流失情况,进行地貌类型分析等的重要指标。文章基于研究区填洼后的DEM,利用地表汇流累积分析原理和栅格重分类方法,通过研究沟道覆盖区栅格数与汇流累积栅格二值化阈值间的关系,选择合适的阈值用于提取地表沟道。然后结合自然地表高程,分析合理的高程和相对高程栅格重分类阈值并进行高程栅格二值化,将二值化结果作为乘积模板并配合栅格细化算法优化沟道提取结果。最终利用1 km²单位面积规则格网对沟道提取结果进行目标栅格数统计计算,得到地表沟壑密度值。结果显示,该方法基于30 m分辨率DEM提取的西安市地表沟壑密度均值为1.29 km/km²。除雁塔区,其余各行政区统计均值与前人研究结果基本吻合。试验结果证明,基于本方法可以高效较精确地计算该市地表沟壑密度,分析结果可以量化研究区沟壑密度特征值以及通过栅格像元灰度变化体现沟壑密度变化趋势。     

Specific Responses of Soil Microbial Residue Carbon to Long-Term Mineral Fertilizer Applications to Reddish Paddy Soils

Mineral nutrient inputs to soil may alter microbial activity and consequently influence the accumulation of microbial residues. In this study, we investigated the effects of application rates and ratios of mineral fertilizers on the microbial residue carbon(MRC) of reddish paddy soils after long-term(15-year) fertilizer applications in southern China. Contents of three soil amino sugars as microbial residue contents were determined and MRC were calculated based on amino sugars. Results showed that three individual amino sugar contents increased as fertilizer application rates increased until maximum values were reached at a rate of 450-59-187 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K). The three amino sugar contents then declined significantly under the highest mineral fertilizer application rate of 675-88-280 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K). In addition, to enhance the microbial residue contents, it was more beneficial to double P(N:P:K= 1:0.26:0.41) in fertilizers applied to the P-deficient reddish paddy soils than to double either N(N:P:K = 2:0.13:0.41) or K(N:P:K= 1:0.13:0.82). The contents of the three individual amino sugars and microbial residues under different fertilizer application rates and ratios were significantly and positively correlated with soil organic carbon(SOC), total N, total P, and p H. Increases in values of the fungal C to bacterial C ratios showed that soil organic matter(SOM) stability increased because of the fertilizer applications over the past 15 years. The contents and ratios of amino sugars can be used as indicators to evaluate the impact of mineral fertilizer applications on SOM dynamics in subtropical paddy soils. The results indicated that fertilizer applications at a rate of 450-59-187 kg ha~(-1) year~(-1)(N-P-K) may improve crop yields, SOC contents, and SOC stability in subtropical paddy soils.     

植被恢复的土壤固碳效应：动态与驱动机制

植被恢复是影响土壤有机碳库动态变化的关键过程之一,阐明植被恢复过程中土壤有机碳的固持动态及其驱动机制,是全球变化下碳循环研究的热点和前沿问题。本文综述了近年来国内外关于植被恢复过程中土壤有机碳固定动态及其驱动机制方面的研究,剖析植被恢复中土壤有机碳固持动态及其影响因素,探讨植物碳输入对土壤有机碳动态变化的影响机制,揭示植被恢复中土壤有机碳固定的物理、化学和微生物驱动机制,并对目前研究中存在的问题进行总结,进而提出关于植被恢复的土壤固碳效应研究,亟需在土壤有机碳组分的动态、微生物结构和功能,以及植物—土壤—微生物对土壤有机碳固持的协同作用机制等方面进一步加强。本综述可为植被恢复与土壤固碳稳定机制研究指明未来的方向,进而为促进我国植被恢复的土壤碳循环研究,科学评价生态系统土壤固碳潜力和有效实施生态系统碳汇管理提供科学参考。     

毕节岩溶区坡耕地烟草镉安全评价研究

以贵州省毕节地区岩溶环境烟水配套工程为例,通过实地调查和采样,对烟草地土壤-烟草系统镉进行评价。结果表明,烟草地土壤镉含量0.12~0.67 mg.kg-1,平均0.40 mg.kg-1,已遭轻度-中度污染。水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、腐植酸态、铁锰氧化物结合态、强有机结合态和残渣态镉分别为0.024、0.100、0.033、0.067、0.096、0.019 mg.kg-1和0.016 mg.kg-1,其中离子交换态、铁锰结合态和腐植酸态占66%。全镉与水溶态、离子交换态和铁锰结合态,水溶态与离子交换态和碳酸盐结合态,离子交换态与铁锰氧化物结合态显著正相关,揭示了镉形态间的转化关系及其对烟草的潜在影响。烟株上部烟叶镉含量1.04～1.59 mg.kg-1,茎、根中镉残留量为0.2～1.4 mg.kg-1,可能与源自K326的主推和示范品种对镉的提取效率高有关。因此,建议采用吸收镉低的烟草品种和合理的差异性水肥管理措施,固定土壤中活性态镉,降低土壤镉向烟株的转移,以保障烟叶品质,同时妥善处理这些农业废弃物以保护环境。     

模拟酸雨胁迫对赤红壤磷素形态特征的影响

通过田间小区模拟酸雨实验,研究酸雨胁迫下赤红壤不同磷素形态变化的方向和程度。结果表明,原位模拟酸雨影响下,一定强度（pH≥4.0）的酸雨胁迫能有效促进有效磷的释放,而当pH〈4.0强度酸雨胁迫时有效磷的释放随pH值降低逐渐受到抑制。随酸雨酸度的增强,土壤酸性磷酸酶和微生物量磷均呈现先升高后降低的变化趋势,可见一定强度酸雨胁迫能促进溶磷微生物和磷酸酶活性,而当高强度酸雨胁迫时土壤微生物活动逐渐受到抑制。无机磷组分中Al-P、Ca-P和Fe-P含量均随酸雨酸度的增强而降低,土壤O-P含量没有显著变化。相关分析发现,有效磷含量与微生物量磷、酸性磷酸酶呈极显著正相关,表明此时土壤有效磷变化与有机磷矿化关系最为密切。有效磷含量与各种形态无机磷（Al-P、O-P、Ca-P和Fe-P）含量之间也有较强的正相关性,表明土壤生态系统磷素转化是一个自我调节的动态平衡过程,且在一定条件下可以相互转化。     

哈尔滨市农业生态系统能值分析

应用能值分析理论与方法对哈尔滨市农业生态系统2000—2009年的能值变化及可持续性动态进行了分析。结果表明:哈尔滨市农业生态系统总能值用量呈不断波动趋势,农业生态系统维持对不可更新工业辅助能的依赖性较大,环境负载率居国内较高,可持续性发展压力较大。未来农业生态系统管理要大力发展节水灌溉农业;应积极引进先进技术,增加劳动力的智力资源能值投入,调整工业辅助能投入,提高能值受益率;并探索建立多层次、高功能的生态农业模式。