施用常规磷水平的80%可实现玉米高产、磷素高效利用和土壤磷平衡

【目的】近年来,黑土有效磷含量呈逐年增加趋势。研究田间条件下,黑土的玉米产量及构成因素、磷素的吸收利用和土壤有效磷含量变化对不同施磷水平的响应,为黑土区的磷肥合理施用和地力培育提供理论依据。【方法】在土壤有效磷初始含量较高（30.15 mg/kg）的吉林公主岭黑土区,进行了3年的田间试验,以不施磷肥为对照（P0）,设置当地磷肥用量的80%（P₂O₅ 60 kg/hm2,P60）和当地施肥量（P₂O₅75 kg/hm2,P75）,研究不同施磷水平对玉米产量及产量性状、磷素吸收分配、磷肥利用效率的影响,并分析了土壤表观磷平衡和有效磷含量的变化。【结果】连续三年（2009~2011年）不同施磷水平下,玉米的产量随施磷水平的提高而增加,到第三年施磷处理的玉米产量显著高于不施磷处理,随施肥年限增加,P60与P75处理的增产效应差距缩小。P75处理吸收的磷素高于P60,但分配到籽粒中的磷素比例逐年下降,说明其吸收的磷素未高效转移到籽粒中,存在磷素奢侈吸收现象。两个施磷处理的磷肥利用率均为P75>P60,磷肥偏生产力均为P60>P75,说明P60处理中土壤基础养分和施入磷肥的综合效应更大。2009~2011年,土壤的表观磷平衡,P0处理一直处于亏缺状态,P60和P75处理均有盈余。P0、P60和P75处理的土壤有效磷的变化量为-15.4、-0.19和3.50 mg/kg。有效磷含量变化与表观磷盈余量呈极显著线性正相关,土壤P盈余每增加100 kg/hm2,有效磷含量增加9.6 mg/kg。【结论】在有效磷含量较高的黑土区,适当减少磷肥用量（60 kg/hm2 P₂O₅,比传统施肥减少20%）能获得与传统施磷相当的产量,维持土壤适宜的有效磷含量和供磷水平,并能保证磷肥的高效利用。可以考虑将P₂O₅ 60 kg/hm2作为黑土区的推荐施磷水平。     

Nodulation and root growth increase in lower soil layers of water‐limited faba bean intercropped with wheat

Below‐ground niche complementarity in legume–cereal intercrops may improve resource use efficiency and root adaptability to environmental constraints. However, the effect of water limitation on legume rooting and nodulation patterns in intercropping is poorly understood. To advance our knowledge of mechanisms involved in water‐limitation response, faba bean (Vicia faba L.) and wheat (Triticum aestivum L.) were grown as mono‐ and intercrops in soil‐filled plexiglass rhizoboxes under water sufficiency (80% of water‐holding capacity) and water limitation (30% of water‐holding capacity). We examined whether intercropping facilitates below‐ground niche complementarity under water limitation via interspecific root stratification coupled with modified nodulation patterns. While no significant treatment effects were measured in intercropped wheat growth parameters, water limitation induced a decrease in shoot and root biomass of monocropped wheat. Likewise, shoot biomass and height, and root length of monocropped faba bean significantly decreased under water limitation. Conversely, water limitation stimulated root biomass of intercropped faba bean in the lower soil layer (15–30 cm soil depth). Similarly, total nodule number of faba bean roots as well as nodule number in the lower soil layer increased under intercropping regardless of water availability. Under water limitation, intercropping also led to a significant increased nodule biomass (48%) in the lower soil layer as compared to monocropping. The enhanced nodulation in the lower soil layer and the associated increase in root and shoot growth provides evidence for a shift in niche occupancy when intercropped with wheat, which improves water‐limited faba bean performance.     

干湿度梯度及植物生活型对土壤氮磷空间特征的影响

通过对我国土壤氮磷含量及化学计量比值的分布特征研究,探讨了湿度梯度与植物生活型对土壤氮磷空间分布的影响。研究结果表明:中国陆地系统自然土壤氮、磷含量及氮磷比分别在0.02~8.78 g/kg,0.05~1.73 g/kg和0.06~9.85范围内变化,地形和气候因素对其空间变异性的影响均较为显著。干湿度梯度分带对土壤氮含量和氮磷比值的影响较磷含量更为明显,氮含量与氮磷比呈现出明显的梯度变化特征,表现出湿润区半湿润区干旱区半干旱区的规律,而磷含量变化不显著。在不同生活型植被土壤中,森林土壤氮磷的变化规律较灌木和草本土壤更为复杂;其植物磷平均含量低于全国平均值,说明森林生态系统植物受磷元素的限制作用与其较低的土壤磷含量供给有关。土壤氮磷含量和氮磷比与年均降水量和年均温度的相关性及逐步回归分析表明,土壤氮磷及其化学计量的变异性主要是受降水的影响。     

侵蚀程度对红壤团聚体分布及养分含量的影响

[目的]探讨不同侵蚀程度下红壤团聚体和养分的变化规律,为侵蚀红壤的肥力提升和合理开发利用提供理论依据。[方法]将红壤表层按照不同深度剥离来模拟不同土壤侵蚀程度,比较分析不同侵蚀程度下团聚体稳定性、有机质和各养分的变化规律及其相互关系。[结果]各侵蚀程度红壤团聚体干筛粒级分布规律大体相似,以≥2mm粒级团聚体为优势粒级,与无明显侵蚀土壤相比,强烈侵蚀土壤≥2mm水稳性团聚体含量降低近1/3;随着土壤侵蚀程度增加,土壤碳、氮、磷等养分含量均表现出逐渐减少的规律,其中强烈侵蚀土壤有机质、全氮和全磷含量减少了30%左右,碱解氮含量减少了近50%,速效磷含量减少了80%以上。相关分析表明,土壤有机质、全氮、全磷、碱解氮含量均与≥2 mm团聚体含量、WSA,MWD和GMD值具有较好的正相关性(p0.05),与D和PAD值呈负相关。[结论]不同侵蚀程度对红壤团聚体分布及养分含量有一定影响,可通过增加有机肥来改善侵蚀红壤结构,提高土壤肥力。     

适宜无机盐及浓度抑制麦胚脂肪酶存在时油水界面张力

为了探明无机盐稳定化脂肪酶的潜在机理,该文以小麦胚芽脂肪酶为研究对象,基于界面酶学的分析方法,研究添加浓度介于1.0×10-9~1.0×10-2 mol/L的Na~+、K+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的氯化物对小麦胚芽脂肪酶存在的油-水界面特性的影响。结果表明,当小麦胚芽脂肪酶体系浓度为1.7×10-6 mol/L时,一价金属中Na~+更有利于抑制油-水界面的表面张力(P0.05),对麦胚脂肪酶存在时的油水界面特性影响也较大;二价金属离子Ca~(2+)对界面张力的影响趋势与一价离子不同,在高浓度时反而增加界面张力;当油水界面上存在脂肪酶的催化底物(三油酸甘油酯)和产物(油酸)时,添加浓度分别为10-6、10-6、10-4和10-9mol/L的Na~+、K~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)均可一定程度上降低油水界面张力,从而降低麦胚脂肪酶的作用效果,三油酸甘油酯存在时Mg~(2+)的作用效果最明显(P0.05),油酸存在时Na+的作用效果最明显(P0.05)。综上,无机盐金属离子主要通过影响麦胚脂肪酶在油水界面的聚集行为及底物结构状态起到钝化麦胚脂肪酶的作用,该结果可为麦胚脂肪酶存在时界面的活性调控及麦胚的稳定化处理提供参考。     

沼肥替代化肥对设施蔬菜产量和土壤养分及重金属累积的影响

针对盲目施用沼肥可能带来的土壤环境问题,该研究采用5年8茬的设施番茄-甜椒田间轮作试验,研究不同沼肥和化肥配比对蔬菜产量、设施土壤氮磷养分及重金属累积的影响.结果表明:在等氮钾养分投入下,沼肥和化肥以不同比例配施的各处理没有影响蔬菜产量;氮素盈余和0~180cm土层土壤全氮含量随沼肥施用比例增加没有显著差异;磷素盈余随沼肥施用比例增加显著增加,完全沼肥处理0~30cm土层土壤Olsen-P及CaCl2-P含量分别达到151和8.0mg/kg,高于其他2个处理,且明显超出环境阈值.与完全沼肥处理相比,减量沼肥施用(3/5沼肥处理)明显降低了土壤氮素淋洗风险和磷素累积.与不施肥处理相比,施用沼肥后30~60、60~90、150~180cm土层土壤全Hg含量均低于不施肥处理;除30~60cm土层使用沼肥处理土壤中全As含量显著高于不施肥处理,其他土层各处理间均没有显著差异,而完全沼肥处理全Cr、全Cd、全Pb含量有所下降,且全Pb含量下降最为显著,但均没有出现重金属污染风险.沼肥替代化肥施用可有效实现废弃物中的养分资源循环利用,但增加菜田土壤磷素累积和淋失风险,本研究为设施菜田合理施用沼肥提供技术支持,为实现沼肥资源的循环利用和化肥替代模式提供理论参考.     

湖区小麦-玉米轮作模式下不同施肥措施调控氮磷养分流失研究

针对我国南水北调东线过水区南四湖富营养化问题,利用沿湖流域典型种植模式——小麦-玉米轮作体系,选择材料易获取的几种施肥措施,采用田间原位安装淋溶水采集器和地表水径流池收集水样,室内分析不同处理防控氮磷养分流失的效果。结果表明:各施肥措施在作物不同茬口均能降低氮磷养分的随水流失,不同模式防控养分流失效果有差异;氮径流损失中,硝态氮占主要比例,玉米季和小麦季分别为82.7%~86.4%和94.2%~96.5%,而淋溶途径中硝态氮比例略有下降;径流为氮损失的主要途径,玉米茬口氮损失比例占轮作周年的67.0%~71.4%;磷径流损失中可溶性磷和颗粒磷比例相当,而淋溶磷以可溶性磷为主;淋溶途径损失的磷养分比例稍高,仍以玉米茬口总磷损失为主,占54.4%~63.1%;防控氮磷流失结合周年作物产量,玉米上使用减量控释氮肥或优化施肥配合秸秆还田、小麦上优化施肥或使用减量控释氮肥是相对理想的养分运筹搭配模式。     

添加尿素和无机盐土对秸秆厌氧消化的影响

向厌氧消化体系加入外源添加剂是一种有效且简单的用于提高产气效率的方法。为了解决秸秆厌氧消化原料转化率低、易酸化、厌氧消化时间长等问题,该文选取尿素和无机盐土作为秸秆厌氧消化的添加剂,研究比较不同添加量对玉米秸秆厌氧消化过程产气特性、发酵环境、微生物活性以及物能转化效率的影响。结果表明,对于出现酸化问题且甲烷菌活性较低的厌氧消化系统,添加尿素和无机盐土有利于缓解酸化并促进微生物生长繁殖,三磷酸腺苷（ATP）峰值时的微生物数量可增加2.76×1011-5.31×1011个/L。添加一定量的尿素和无机盐土可使产气高峰提前,添加10%的无机盐土处理组与纯秸秆处理相比,产气高峰可提前4d;但酸化也会削弱尿素和无机盐土对产甲烷过程的促进作用,添加量越大,削弱效果越显著。研究结果可为秸秆厌氧消化的工程应用提供参考。     

滨海盐碱地不同造林树种林地土壤盐碱化特征

采用野外取样与室内分析测试相结合的方法,对不同林地土壤的全盐量、阴阳离子组成、总碱度、p H、电导率、碱化度等指标进行了系统研究。结果表明:对照空地与各林地土壤中均无CO32-存在,造林可明显改变土壤中Na+、Cl-、SO42-、HCO3-等可溶性盐离子的含量,降低土壤全盐含量,造林地土壤阴离子由SO42-+Cl-为主演变为SO42-+HCO3-为主。土壤p H、碱化度和总碱度的变化趋势一致,不同造林地土壤碱化程度以紫穗槐林地最大,柽柳林地次之。土壤全盐含量(y)和电导率(x)间呈极显著线性正相关,故可用电导率计算含盐量进行研究区域的盐渍化程度分级。研究结果可为阐明滨海盐碱地的盐碱化过程、指导土壤改良提供参考。     

Pedogenic carbonate recrystallization assessed by isotopic labeling: a comparison of 13C and 14C tracers

The C isotopic composition (δ¹³C) of pedogenic carbonates reflects the photosynthetic pathway of the predominant local vegetation because pedogenic (secondary) CaCO₃ is formed in isotopic equilibrium with soil CO₂ released by root and rhizomicrobial respiration. Numerous studies show the importance of pedogenic carbonates as a tool for reconstructing paleoecological conditions in arid and semiarid regions. The methodological resolution of these studies strongly depends on the time scale of pedogenic carbonate formation, which remains unknown. The initial formation rate can be assessed by ¹⁴C labeling of plants grown on loess and subsequent incorporation of ¹⁴C from rhizosphere CO₂ into newly formed carbonate by recrystallization of loess CaCO₃. We tested the feasibility of ¹⁴C and ¹³C tracers for estimating CaCO₃ recrystallization rates by simultaneous ¹⁴C and ¹³C labeling and comparison with literature data. ¹⁴C labeling was more efficient and precise in assessing recrystallization rates than ¹³C labeling. This is connected with higher sensitivity of ¹⁴C liquid scintillation counting when compared with δ¹³C measurement by IRMS. Further, assessment of very low amounts of incorporated tracer is more precise with low background signal (natural abundance), which is true for ¹⁴C, but is rather high for ¹³C. Together, we obtained better reproducibility, higher methodological precision, and better plausibility of recrystallization rates calculated based on ¹⁴C labeling. Periods for complete CaCO₃ recrystallization, extrapolated from rates based on ¹⁴C labeling, ranged from 130 (125–140) to 240 (225–255) y, while it was ≈ 600 (365–1600) y based on the ¹³C approach. In terms of magnitude, data from late‐Holocene soil profiles of known age provide better fit with modeled recrystallization periods based on the ¹⁴C approach.