土壤不同形态碳氮含量和酶活性对培养时间及外源碳投入的响应

在绿色农业科技的推动下,有机物料资源化利用备受青睐,但有机物料种类不同对土壤肥力的提升效果不同,为探究有机物料施用对潮土不同形态碳氮含量及酶活性的动态影响,通过为期1年的培养试验,设置添加10 g/kg的秸秆菌渣(S)、树枝菌渣(B)、小麦秸秆(W)、黑麦草秸秆(R)和蚕豆秸秆(BB),并以空白处理作为对照(CK)。结果表明:与CK相比,有机物料施用显著增加土壤不同形态碳氮含量及酶活性,随培养时间的延长,有机碳及全氮含量呈增加的趋势,增幅分别为25.4%～42.9%和35%～60%,易氧化有机碳和碱解氮含量呈先上升后下降的趋势,最大值分别为2.80,43.26 mg/kg,水溶性有机碳、微生物量碳氮和酶活性则呈下降的趋势,最大值分别为346 mg/kg,293μg/g和23.08μg/g。有机物料施用会增加土壤酶活性提高土壤呼吸速率,通过对3个取样期7种水解酶的分析发现,酶活性表现为:LAPPHOSNAGBGCBAGXYL,即参与氮循环酶活性参与磷循环酶活性参与碳循环酶活性,绿肥秸秆主要增加氮循环酶活性,且以BB处理酶活性最高,菌菇渣主要增加碳循环酶活性,B处理酶活性高于S处理。有机物料施用会影响土壤酶活性,增加不同形态碳氮含量,但增幅因有机物料种类不同而有所差异,且碳氮组分对培养时间的响应不一。总体而言,小麦秸秆和蚕豆秸秆腐殖化系数最高,对不同组分碳氮含量增加效果最优。     

不同质地土壤玉米秸秆还田配施腐熟剂效应的研究

为研究鉴选不同质地土壤秸秆还田适宜的秸秆腐熟剂,于2017—2018年在西辽河平原灌区中壤土和砂壤土秸秆还田配施人元腐熟剂和中农绿康腐熟剂,以秸秆还田不施腐熟剂为对照,共设置6个处理,测定玉米秸秆腐解率、玉米产量、玉米根系特性和土壤化学性状,研究不同秸秆腐熟剂对玉米产量及土壤特性的影响。结果表明:不同质地土壤2种腐熟剂秸秆腐解率间无显著差异;中壤土2年各处理玉米产量及根系特性、土壤化学性状均表现为人元腐熟剂中农绿康腐熟剂秸秆还田不施腐熟剂,且中农绿康腐熟剂和人元腐熟剂显著高于秸秆还田不施腐熟剂,而2种腐熟剂处理之间无显著差异;砂壤土2年各处理玉米产量及根系特性、土壤化学性状均表现为中农绿康腐熟剂人元腐熟剂秸秆还田不施腐熟剂,且中农绿康腐熟剂显著高于人元腐熟剂和秸秆还田不施腐熟剂。2年不同质地土壤中配施腐熟剂在根系特性、土壤化学性状方面表现为砂壤土配施中农绿康腐熟剂效果优于人元腐熟剂,而中壤土配施2种腐熟剂效果无显著性差异。     

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定水稻中的5种砷形态

为对水稻中各种形态As进行全面分析,本文建立了同时测定水稻植株及稻米中亚砷酸根、砷酸根、一甲基胂酸、二甲基胂酸和阿散酸共5种砷形态的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱分析方法。样品经甲醇水提取,采用阴离子分析柱Hamilton PRP-X100 (25 mm×4.1 mm, 10μm i.d.), 20 mmol/L磷酸氢二铵溶液和5%甲醇作为流动相进行等度洗脱,高效液相色谱分离,电感耦合等离子体质谱进行定性和定量分析。在0~12.5 mg/L范围内各砷形态线性良好,相关系数R2均在0.999 5以上, 5种砷形态的检出限为0.15~0.36μg/L,定量限为0.50~1.20μg/L。两个添加水平进行了方法验证,平均回收率为84.8%~105.6%,相对标准偏差为0.7%~4.2%。结果表明,该方法回收率高、稳定、可靠,适用于水稻组织中砷形态的分析检测。     

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。     

连作对花生土壤酶活性、养分含量和植株产量的影响

通过盆栽试验,设置4个不同连作年限处理,研究连作对花生栽培种桂花17和野生种A.correntina土壤酶活性、养分含量和植株干物质产量影响的差异。结果表明:与对照相比,两个花生品种不同连作年限土壤有效养分含量和植株干物质产量均降低,A.correntina相比桂花17下降幅度小。桂花17各连作年限处理土壤的脲酶、转化酶、酸性磷酸酶活性随连作年限的增加有下降的趋势,处理间变幅大。而A.correntina各生育期土壤的脲酶、转化酶、酸性磷酸酶活性总体表现无一致性上升或下降的规律,处理间变幅小。两个花生品种在不同的连作年限间的过氧化氢酶活性的变化无规律性。连作条件下,花生野生种A.correntina的土壤理化和生物学性状的变化幅度更小。     

锥-板环形水槽的研制及其在颗粒起动试验中的应用

在颗粒起动观测试验中,传统长直型水槽及环形水槽试验无法观测流体长期作用下的颗粒运动,依据锥-板转子流变仪原理,设计了一种锥-板环形水槽装置;采用无量纲拖曳力作为起动时的流体力学指标,结合CCD(电荷耦合组件,charge coupled device)成像技术及PIV(粒子图像测速,particle image velocimetry)技术,运用该装置对层流时无黏性均匀颗粒在流体长期作用下的运动形态及起动规律进行了观测,观测发现流体长期作用下颗粒的起动为连续的起动过程,存在2个不同的临界状态,分别为初始临界状态和饱和临界状态,初始临界状态下的起动拖曳力和经典Shields曲线的取值基本一致,饱和临界状态下的起动拖曳力明显高于Shields曲线的取值,表明锥-板环形水槽是一种合理有效的颗粒起动观测装置,特别适用于流体长期作用下的颗粒起动规律研究。     

免耕条件下秸秆还田量对土壤酶活性的影响

试验采用小区定位法,研究了玉米-大豆隔年轮作免耕条件下,0%、30%、60%、100%四种秸秆还田量对土壤酶活性的影响,及其与土壤养分的相关性,以期从土壤酶学角度确定免耕条件下适宜的秸秆还田量。结果表明,秸秆还田能够增加土壤脲酶(6.3%~43.5%)、酸性磷酸酶(4.9%~22.2%)、蔗糖酶(3.1%~34.6%)和过氧化氢酶的活性(7.3%~56.0%),且对表层(0~10 cm)土壤的酶活性影响较大;酶活性的增幅受秸秆还田量的影响,各种酶活性至60%秸秆还田量时达到较高值,影响顺序为60%处理100%处理30%处理0%处理;另外,土壤酶活性与土壤养分含量的存在显著相关性。     

模拟自然降雨条件下植物根系增强边坡土体抗剪强度特征

该研究以位于青藏高原东北部黄土区的西宁盆地作为试验区,采用柠条锦鸡儿(Caragana korshinskii Kom.)、霸王(Zygophyllum xanthoxylon(Bunge)Maxim.)、垂穗披碱草(Elymus nutans Griseb.)、细茎冰草(Agropyron trachycaulum(Linn.)Gaertn.)的单播种植,以及柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播种植等2种方式,开展了原位模拟降雨试验并采用直接剪切试验,系统分析了模拟降雨试验前后试验区边坡表层以下3个不同位置处复合体抗剪强度大小及其随深度变化规律。结果表明:模拟降雨试验前,由柠条锦鸡儿与细茎冰草、垂穗披碱草混播的边坡a层(0~20 cm)根-土复合体黏聚力分别为19.5、18.9 k Pa,均较相同条件下单播边坡a层复合体黏聚力大;混播种植边坡各层根-土复合体黏聚力均较模拟降雨试验后裸坡a层土体黏聚力大,其中柠条锦鸡儿与细茎冰草混播边坡、垂穗披碱草混播边坡模拟降雨试验后,a层复合体黏聚力分别较裸坡a层黏聚力的增幅为30.65%~56.45%;柠条锦鸡儿、霸王、垂穗披碱草、细茎冰草单播边坡b层复合体黏聚力增幅为4.17%~38.89%;柠条锦鸡儿分别与细茎冰草、垂穗披碱草混播边坡b层黏聚力增幅为29.17%~34.72%;边坡c层土体黏聚力增幅相对不及a层、b层显著,反映了草本起到浅层加筋作用,灌木则起到深部锚固作用。     

豫北冬小麦、夏玉米多年需灌水次数及典型 生育期需灌水分析

研究气候变化情景下豫北地区农业需灌水次数的变化情况,可为当地灌溉以及保证农业可持续发展提供参考。本文分析处理近63 a(1951—2013年)气象数据和新乡七里营站点土壤数据,结合作物生长参数,利用降水、灌溉、作物蒸散发与土壤水分之间变化关系,建立干旱灌水指数模型。此模型中干旱灌水指数(DII)分布在[-1,1]之间,小于0时即干旱需灌水。在现有冬小麦-夏玉米种植制度下,利用干旱灌水指数模型计算多年需干旱灌水指数,并进一步得到灌水次数。选择冬小麦生长季分别为湿润(1985—1986年)、正常(2004—2005年)、干旱(1983—1984年)的3个典型实际代表年度,夏玉米生长季分别为湿润(2003年)、正常(1993年)、干旱(2009年)的3个典型实际代表年,计算了不同代表年冬小麦、夏玉米作物需水情况。进一步计算得到了冬小麦、夏玉米在典型湿润、正常、干旱3个不同代表年的干旱灌水指数,并进行了有无灌水的干旱情况分析。结果表明:近63 a冬小麦-夏玉米系统每年需灌水2~7次不等,平均需灌水5.1次。冬小麦和夏玉米湿润、正常、干旱3个代表年蒸散发量(ETC)分别为489.4 mm、551.4 mm、481.7 mm和466.1 mm、477.8 mm、529.3 mm。在无灌水条件下典型代表年内,冬小麦、夏玉米都会遭遇不同程度干旱,典型湿润、正常、干旱代表年冬小麦分别灌水2次、3次、4次,夏玉米分别需灌水1次、2次、3次后,基本可以消除干旱对其正常生长影响。综上,通过干旱灌水指数来量化需灌溉次数是可行的。气候变化情景下,近10年(2003—2013年)需灌水频次变化大,年际间干旱事件频发,更好的科学灌溉管理可减少干旱对作物的影响。