玉米/大豆间作种植对农田大型土壤动物群落动态变化的影响

为调查玉米/大豆间作种植模式对农田大型土壤动物群落结构动态特征的影响,采用手拣法捕获土壤动物,于2016年6～9月玉米生育期内对大型土壤动物群落组成、多样性、垂直分布和功能群特征进行了研究。结果表明:玉米生育期共捕获大型土壤动物818只,隶属于34个类群。大型土壤动物个体数随玉米生长呈现逐渐增加的趋势,在拔节期间作种植显著提高了土壤动物个体数(P<0.05);玉米拔节、抽穗和成熟期10～20 cm土层大型土壤动物个体数显著高于0～10和20～30 cm土层(P<0.05)。Shannon-Weiner指数和Margalef指数随玉米生长呈现先升高后下降的趋势,在拔节期Shannon-Weiner指数和Margalef指数均最大;Simpson指数总体与Shannon-Weiner指数变化趋势相反,随玉米生长呈现先下降后升高的趋势。间作种植在成熟期显著提高了植食性大型土壤动物个体数,在拔节期显著提高了捕食性和腐食性大型土壤动物个体数(P<0.05);植食性和腐食性大型土壤动物个体数随玉米生长呈增加的趋势;捕食性大型土壤动物个体数随玉米生育期基本呈增加的趋势。     

青贮玉米高产与环境友好型施肥模式探究

针对目前内蒙地区青贮玉米种植过程中肥料施用不合理等突出问题,通过田间试验,探究了青贮玉米田不同养分投入模式对其产量、经济效益和环境等的影响。结果表明:传统施肥模式中,以氮肥为主的肥料基施是导致青贮玉米低产的主要原因,基于土壤测试的基肥加追肥模式和光谱全追肥模式下青贮玉米产量分别为 67500和 73000 kg·hm -2,与传统施肥模式相比,分别增产 12500和 23500 kg·hm -2,增幅分别为 36.4%和47.4%,分别净增收 103%和 119%。相比传统施肥模式,基于土壤测试的基肥加追肥模式和光谱全追肥模式氮肥利用率分别提高了 98.1%和 106.4%,氮肥的表观损失仅分别为传统模式的 21.8%和 5.6%,有效地提高了肥料利用率且明显地减少了氮素的流失,降低了环境风险。研究结果可为内蒙古青贮玉米可持续发展和经济环境双赢提供技术支撑和保障。     

基于全株生物量和全株氮浓度的马铃薯氮临界浓度稀释模型的构建及验证

  【目的】  临界氮浓度稀释曲线的构建是作物氮素营养诊断的基础,然而其曲线参数可能受品种等因素影响。本研究的主要目的是构建滴灌条件下常见马铃薯品种临界氮浓度稀释曲线模型,并利用相应的氮素营养指数进行马铃薯氮素营养诊断。  【方法】  于2014—2016年分别进行了滴灌条件下3个马铃薯品种、不同施氮量的田间试验。在马铃薯苗期、块茎形成期、块茎膨大期、淀粉积累期和收获期5个关键时期,进行地上部茎叶和地下部块茎取样,分别测定了生物量和氮浓度,根据公式计算出马铃薯全株生物量和全株氮浓度。根据全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型和相应的氮素营养指数。  【结果】  马铃薯地上部生物量和地上部氮浓度以及全株生物量和全株氮浓度都是随着生育时期的推进呈现出负幂函数关系,基于地上部生物量和地上部氮浓度建立的临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.52,而以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释曲线决定系数平均为0.94,较前者提高了80%。以马铃薯全株生物量和全株氮浓度建立临界氮浓度稀释模型更为合理,且受品种影响较小,克新1号、夏坡地和荷兰14用同一个临界氮浓度稀释曲线的决定系数均达到0.95,表明构建的氮素营养模型可以进行不同品种的马铃薯氮素营养诊断。  【结论】  相对于传统籽粒型作物基于地上部生物量和地上部氮浓度建立临界氮浓度稀释模型,基于全株生物量和全株氮浓度建立的临界氮浓度稀释模型适用于不同品种马铃薯的营养诊断。在内蒙古滴灌生产条件下,马铃薯临界氮浓度稀释模型为Nc = 4.57W–0.41,基于该模型计算的马铃薯克新1号合理施氮量为N 170～180 kg/hm2、夏坡地合理施氮量为 190～200 kg/hm2、荷兰14合理施氮量为 215～225 kg/hm2。这些计算结果与试验结果的吻合度达到了0.95。     

不同培肥措施对河套灌区盐碱地改良效果

为了研究不同培肥措施对盐碱化土壤改良效果,以内蒙古河套灌区盐碱地为对象,通过3年田间试验,研究了等氮素条件下不同培肥措施对土壤pH值、全盐、脱盐率、有机质、全氮、碱解氮、有效磷等指标的影响。结果表明:不同培肥措施土壤剖面盐分变化趋势基本一致,即0～20 cm降低,20～60 cm升高,60～100 cm稳定,其中CK、化肥处理表层土壤(0～20 cm)盐分含量最高,收获期土壤盐分分别为5.33和5.24 g·kg~(-1);秸秆还田、秸秆还田+有机肥、秸秆还田+有机肥+化肥配施处理盐分含量最低,收获期土壤盐分分别为5.0、4.58、4.73 g·kg~(-1)。不同培肥措施0～10、10～20 cm土壤脱盐率分别为7.81%～20.70%、4.48%～16.96%,其中有机肥、秸秆还田与有机肥、秸秆还田+有机肥+化肥配施对促进盐分淋洗、抑制反盐的效果较好,土壤脱盐率分别为11.99%、18.83%、15.65%,以CK和单施化肥处理效果最差,分别为5.74%、6.37%。作物生育期内,不同培肥措施的土壤pH值变化差异不显著,但连续施用有机肥、有机肥+秸秆以及有机肥+秸秆还田+化肥配施耕层土壤pH值较CK处理降幅较大。与CK相比,不同培肥措施均显著提高耕层土壤碱解氮、有效磷的含量(P 0.05),其含量分别提高29.43%～93.14%、17.45%～161.84%;有机肥、有机肥与化肥配施显著提高了土壤有机质和全氮的含量,分别为14.66%、13.36%和13.36%、17.35%。有机肥、秸秆还田、化肥三者配施均能显著提高向日葵产量,其中有机肥+秸秆还田+化肥处理对向日葵产量提高的最为显著,较CK增产44.41%。因此,在等氮素条件下,河套灌区应重视有机肥与化肥、有机肥与秸秆还田、有机肥与秸秆还田+化肥的配合施用,不仅可以培肥土壤、提高脱盐率,还可获得一定的高产。     

水氮耦合对荒漠草原植物物种多样性及生物量的影响

为了研究大气氮沉降和降水变化对荒漠草原物种多样性及地上、地下生物量的影响,设置自然降雨(CK)、增雨30%(W)和减雨30%(R)3个水分处理及0(N0)、30(N30)、50(N50)和100 kg·(hm2·a)-1(N100)4个氮素(NH4NO3)水平(其中不包括大气氮沉降),进行水氮交互试验。结果表明,1)CK×N和R×N处理下荒漠草原物种多样性随着施氮量增加,整体呈现先上升后下降的趋势,N30水平达到最大,W×N处理下随着施氮量增加物种多样性显著降低(P0.05)。2)对比W×N0处理,CK×N0和R×N0处理地上生物量显著增加(P0.05)。水氮交互作用下,随着施氮量增加,CK×N和W×N处理有助于地上生物量显著增加(P0.05),R×N处理地上生物量有增加的趋势。水氮交互作用对一、二年生植物有显著影响(P0.05),地上生物量整体呈现(W×N)(CK×N)(R×N)。3)不同水氮交互作用下,地下生物量随土层增加逐渐减少,主要集中在0-30 cm土层,W×N处理可促进根系向深层土壤生长。在CK×N和R×N处理下,随着施氮量增加,荒漠草原物种地下生物量整体呈现先上升后下降的趋势,W×N处理随着施氮量增加地下总生物量显著增加(P0.05)。4)CK×N30和R×N30处理下,根冠比显著降低(P0.05)。以上结果说明,荒漠草原植物物种多样性及生物量与水分及养分有密切关系。     

短花针茅荒漠草原植被群落结构及生物量对水氮变化的响应

为了解降水变化和氮沉降对荒漠草原植被群落结构和生物量的影响,在内蒙古四子王旗短花针茅荒漠草原进行水氮交互试验,采用裂区试验设计,主区为CK(自然降水)、W(增水30%)、R(减水30%),副区为0 (N₀)、30 (N₃₀)、50 (N₅₀)、100 (N₁₀₀) kg N·hm^-2·a^-1共12个处理。结果表明:1)水氮的介入导致植物群落组成、重要值发生了明显变化,R中群落物种数最低,提高了优势种在群落中的重要值,氮素添加导致群落物种数呈“抛物线”型,群落物种数先增多后减少。2) CK、W、R条件下随施氮量增加,物种丰富度、Shannon-wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均先增大后减小,2016和2018年在CK-N₃₀、W-N₃₀、R-N₅₀达到最大值,干旱年份(2017)分别在CK-N₃₀、W-N₅₀、R-N₁₀₀达到最大值。水分主效应、氮素和水氮交互作用均对以上3个植物多样性指数有显著影响(P<0.05)。3)水分和氮素刺激了地上生物量的增加,短期氮素添加使多年生禾草生物量在地上总生物量中占比增加,多年生杂草生物量在地上总生物量中占比减小。水分、氮素、水氮交互均对地上生物量有显著影响(P<0.05)。     

基于无人机高光谱影像的马铃薯叶绿素含量估测

  【目的】  叶绿素含量高低反映植被的健康状况与光合能力。研究准确、有效地将冠层影像反演为叶绿素含量的技术参数,以便经济快速、实时地监测作物生长状况。  【方法】  田间试验于2018—2020年在内蒙古阴山北麓马铃薯主产区进行,设置氮肥梯度处理,在马铃薯块茎膨大期和淀粉积累期,测定试验地马铃薯植株SPAD值,通过线性关系将其转化成叶绿素含量。利用无人机为平台搭载S185成像光谱仪获取马铃薯试验区高光谱影像,并从中提取马铃薯冠层光谱反射率。将3年田间试验所获取的125个样本点数据按80%、20%的比例随机划分为训练集与验证集。用训练集数据建立了8个比率、归一化光谱指数,通过波段优化算法建立优化光谱指数和马铃薯关键生育期叶绿素含量的相关性与估测模型,并用验证集数据检验所建立模型的精度,最后利用所构建的估测模型制作马铃薯叶绿素含量分布图。  【结果】  根据训练集数据,马铃薯植株叶绿素含量分布范围在10.58～23.14 mg/g,平均叶绿素含量为19.80 mg/g,变异系数为14.9%;根据验证集数据,马铃薯植株叶绿素含量分布范围在12.80～23.73 mg/g,平均为19.59 mg/g,变异系数为17.0%。基于绿光波段建立的叶绿素光谱指数(CI_green)和归一化光谱指数550 (ND550)均与马铃薯叶绿素含量具有较好相关性(R2分别为0.48、0.61),但作物种类及生育时期的影响降低了估测的准确性。通过优化波段586、462 nm和586、498 nm计算的优化比率光谱指数(RSI)和优化归一化光谱指数(NDSI)能够明显提高模型准确性,具备良好的线性拟合效果,决定系数R2分别由0.48和0.61提高到0.82和0.83。经验证后,估测模型预测值与实测值接近1∶1线,决定系数R2分别为0.77和0.79,均方根误差RMSE较低。通过反演马铃薯叶绿素含量分布图可知,优化光谱指数(NDSI)模型反演效果较好,叶绿素含量分布范围为18～21 mg/g,与实测值相符合。  【结论】  本研究优化光谱指数RSI和NDSI最佳敏感波段分别为586、462和586、498 nm,此波段范围内RSI和NDSI与马铃薯关键生育期叶绿素含量相关性最优,通过波段优化算法重新构建的优化光谱指数预测模型可靠性及精度显著高于已有光谱指数,决定系数分别为0.82和0.83,且验证效果较好。应用两种光谱指数对研究区高光谱影像进行叶绿素反演估测,生成的田间马铃薯叶绿素含量分布图显示优化光谱指数NDSI估测效果最好,为光谱指数估测马铃薯关键生育期叶绿素含量提供了理论支持。     

光伏电站内不同植被下土壤C、N、P 化学计量特征

西部地区光伏电站的建设和运营会对土壤和植被产生一定破坏,造成局地风沙危害。以光伏电站内樟子松、苜蓿和黄芪样地为研究对象,对不同植被下土壤养分及其化学计量进行研究,为光伏电站内植被恢复模式选择提供数据支撑。结果表明,不同植被下土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量的大小顺序为SOCTNTP。相同植被间,黄芪地表层土壤的SOC含量显著高于底层,苜蓿地则是下层显著高于表层;不同植被间,只有黄芪地表层土壤SOC含量显著高于苜蓿地,下层土壤SOC则是苜蓿地显著高于黄芪地,其余样地间土壤SOC、TN和TP差异均不显著。整个研究区C、N、P化学计量比的大小顺序为C∶PC∶NN∶P。0～20 cm表层土壤均是黄芪地C∶N、C∶P和N∶P大于樟子松地和苜蓿地(差异不显著),而20～40 cm土层则是苜蓿地C∶N、C∶P和N∶P最大(只有苜蓿地和黄芪地间的C∶P差异显著);不同土层间只有黄芪地的表层土C∶N显著高于底层土。土壤SOC、TN、TP、C∶N和N∶P含量均为弱变异,只有C∶P为中等变异。土壤SOC与C∶N和C∶P,C∶N与C∶P,N∶P与TN均呈极显著正相关。研究区土壤的C∶P为12.79,远低于中国陆地土壤C∶P平均值,表明光伏电站土壤N素缺乏,C偏低,N为养分限制因子。     

短花针茅荒漠草原土壤呼吸及其对施肥的响应

2011～2014年,在内蒙古短花针茅荒漠草原设置了氮、磷和氮磷配施等3种施肥处理以及单施氮肥的3个不同添加梯度处理,并以未施肥为对照,采用LI-8100土壤碳通量测量系统测定了各处理样地土壤呼吸速率季节变化,结合土壤养分、地下生物量和环境因子,分析了不同施肥处理下土壤呼吸的变化规律及其与各影响因子之间的关系。结果表明:1)土壤呼吸季节变化规律不受施肥的影响,呈单峰型,最高值出现在每年8月。2)土壤呼吸与气温和降雨量呈指数相关关系,其年际变化受降雨量的影响较大。3)单施N肥、单施P肥和NP配施均促进生长季土壤呼吸,但其作用程度受降雨量多少而不同,降雨量越高对土壤呼吸的影响越明显。4)随着N肥添加量的增加,土壤呼吸速率呈增强趋势,但土壤呼吸与环境因子间的相关性减弱;单施P处理生长季平均土壤呼吸速率最高,NP配施处理稍低,二者随气温和降雨量的变化幅度大于单施N肥处理。