Film fully-mulched ridge-furrow cropping affects soil biochemical properties and maize nutrient uptake in a rainfed semi-arid environment

Abstract

This study evaluated the effects of plastic mulched ridge-furrow cropping on soil biochemical properties and maize (Zea mays L.) nutrient uptake in a semi-arid environment. Three treatments were evaluated from 2008 to 2010: no mulch (narrow ridges with crop seeded next to ridges), half mulch (as per no mulch, except narrow ridges were mulched), and full mulch (alternate narrow and wide ridges, all mulched with maize seeded in furrows). Compared to the no mulch treatment, full mulch increased maize grain yield by 50% in 2008 and 25% in 2010, but reduced yield by 21% in 2009 after low precipitation in early growth. Half mulch had a similar grain yield to no mulch in the three cropping years, suggesting half mulch is not an effective pattern for maize cropping in the area. Mulch treatments increased aboveground nitrogen (N) uptake by 21?34% and phosphorus (P) uptake by 21?42% in 2008, and by 16?32% and 14?29%, respectively, in 2010; but in 2009 mulching did not affect N uptake and decreased P uptake. Soil microbial biomass and activities of urease, β-glucosidase and phosphatase at the 0?15 cm depth were generally higher during vegetative growth but lower during reproductive growth under mulch treatments than no mulch. Mulching treatments increased carbon (C) loss of buried maize residues (marginally by 5?9%), and decreased light soil organic C (15?27%) and carbohydrate C (12?23%) concentrations and mineralizable C and N (8?36%) at harvest in the 0?20 cm depth compared with no mulch, indicating that mulching promotes mineralization and nutrient release in soil during cropping seasons. As a result of these biological changes, mineral N concentration under mulch was markedly increased after sowing in upper soil layers compared with no mulch. Therefore, our results suggest that mulched cropping stimulated soil microbial activity and N availability, and thus contributed to increasing maize grain yield and nutrient uptake compared with no mulch.     

Microbial remediation of a pentachloronitrobenzene-contaminated soil under Panax notoginseng: A field experiment

Pentachloronitrobenzene (PCNB) is an organochlorine fungicide that is mainly used in the prevention and control of diseases in crop seedlings. Microbial removal is used as a promising method for in-situ removal of many organic pesticides and pesticide residues. A short-term field experiment (1 year) was conducted to explore the potential role of a PCNB-degrading bacterial isolate, Cupriavidus sp. YNS-85, in the remediation of a PCNB-contaminated soil on which Panax notoginseng was grown. The following three treatments were used:i) control soil amended with wheat bran but without YNS-85, ii) soil with 0.15 kg m^-2 of solid bacterial inoculum (A), and iii) soil with 0.30 kg m^-2 of solid bacterial inoculum (B). The removal of soil PCNB during the microbial remediation was monitored using gas chromatography. Soil catalase and fluorescein diacetate (FDA) esterase activities were determined using spectrophotometry. In addition, cultivable bacteria, fungi, and actinomycetes were counted by plating serial dilutions, and the microbial biodiversity of the soil was analyzed using BIOLOG. After 1 year of in-situ remediation, the soil PCNB concentrations decreased significantly by 50.3% and 74.2% in treatments A and B, respectively, when compared with the uninoculated control. The soil catalase activity decreased in the presence of the bacterial isolate, the FDA esterase activity decreased in treatment A, but increased in treatment B. No significant changes in plant biomass, diversity of the soil microbial community, or physicochemical properties of the soil were observed between the control and inoculated groups (P<0.05). The results indicate that Cupriavidus sp. YNS-85 is a potential candidate for the remediation of PCNB-contaminated soils under P. notoginseng.     

定量分解气候变化与人类活动对季节径流变异的贡献率

变化环境下径流序列可能发生变异。当前径流变异的贡献率分解研究多集中于年尺度,而对季节尺度的关注不足。以黄土高原典型流域——泾河流域为研究对象,应用小波分析方法揭示其季尺度径流序列的演变规律,采用有序聚类法和累积距平法对其径流序列进行变异诊断,最后采用累计斜率变化率比较法定量分解气候变化和人类活动对其四季径流变异的贡献率。结果表明:(1)泾河流域夏季和冬季径流的周期变化均在20世纪90年代左右有发生转变,均由小尺度周期变化转变为较大尺度周期变化;(2)春、夏、秋和冬季径流分别在1969年、1996年、1985年和1990年发生变异;(3)人类活动对春、夏、秋和冬季径流变异的贡献率分别为50.40%,89.69%,39.14%和84.59%,在夏季和冬季人类活动(主要是水土保持措施的不断深入)对泾河径流变异的贡献占主导地位,且干扰影响了径流的周期变化。     

新疆喀纳斯景区表层土壤磁学特征及环境意义

为探究环境磁学方法在景区土壤污染监测中的可行性,以新疆5A级景区喀纳斯为研究区域,采集表层土壤样品72个,并对其进行系统的环境磁学分析。结果表明:喀纳斯景区土壤磁性矿物平均含量较高,磁学矿物主要由亚铁磁性矿物构成,并含有少量的不完全反铁磁性矿物。磁晶颗粒主要为粗颗粒多畴,同时存在较少的超顺磁颗粒。磁参数空间分布表明,磁性矿物含量参数(χLF、SIRM、SOFT、HIRM)在湖口旅游区表现出高值,新村、老村和旅游接待地呈现相对低值;其他参数(χFD%、S-ratio、SIRM/χLF)空间分布规律与含量磁性参数基本呈相反趋势;研究区的磁性高值点分布与景区人类活动密集区、建筑物及道路的分布具有一致性;湖口旅游区较高的磁性值主要与较强的自然成土作用有关,其他区域的磁性高值点主要受旅游活动的影响。因此,借助土壤磁学方法能够有效区分和圈定景区土壤人为污染范围,为景区土壤污染防治和旅游规划提供参考依据。     

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。     

产低温淀粉酶菌株的筛选、鉴定及酶学性质初步研究

对低温淀粉酶资源的开发是功能酶研究的新热点,本研究从东帕米尔高原江布拉克冰川冻土中分离获得多株高产低温淀粉酶菌株,最高产酶菌株D5-2经16S rDNA鉴定为假单胞菌属(Pseudomonas sp.)细菌.对D5-2所产淀粉酶性质进行初步分析,结果表明,其最适作用温度和pH值分别为25 ℃和6.5,酶的热稳定性较差,40 ℃处理1h后酶活急剧下降,至70℃酶活力仅存23％;在pH 5.5～8.0条件下,酶活力相对稳定;Mn2+和Mg2+对淀粉酶有激活作用,而乙二胺四乙酸(ethylene diamine tetraacetic acid,EDTA)、Fe2+和Na+则抑制酶活.结果提示,菌株D5-2分泌的淀粉酶符合低温酶特性,应用空间较大,值得深入探究开发.     

适量有机肥与氮肥配施方可提高河西绿洲土壤肥力及作物生产效益

【目的】 河西绿洲灌溉农业区是我国主要的商品粮生产及玉米制种基地,结合当地耕作制度进行土壤有效培肥是提高农业生产效益和可持续发展的基础。本研究以河西灌漠土长期定位试验为依托,探讨了长期施用一种或者多种有机肥以及有机无机肥配合对土壤养分、土壤酶活性及产量的影响,为筛选出适于当地农业可持续发展的施肥模式提供理论依据。 【方法】 试验采用随机区组排列,除对照外,在施磷肥 (P₂O₅) 150 kg/hm2 的基础上,再设 12 个处理:单施用农家肥 120 t/hm2 (M);单施绿肥 45 t/hm2 (G);单施秸秆 10.5 t/hm2 (S);单施氮肥 375 kg/hm2 (N);农家肥 60 t/hm2 + 绿肥 22.5 t/hm2 (1/2MG);农家肥 60 t/hm2 + 秸秆 5.25 t/hm2 (1/2MS);农家肥 60 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2MN);绿肥 22.5 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2GN);秸秆 60 t/hm2 + 氮肥 187.5 kg/hm2 (1/2SN);农家肥 40 t/hm2 + 绿肥 15 t/hm2 + 氮肥 124.5 kg/hm2 (1/3MGN);农家肥 40 t/hm2 + 秸秆 3495 kg/hm2 + 氮肥 124.5 kg/hm2 (1/3MSN);农家肥 30 t/hm2 + 秸秆 2625 kg/hm2 + 绿肥 11.25 t/hm2 + 氮肥 94.5 kg/hm2 (1/4MGSN)。调查了耕层土壤有机质和速效养分含量变化以及几种主要土壤酶活力,采用主成分分析、聚类分析、经济效益分析综合比较了不同施肥方式对土壤质量与经济收益的影响。 【结果】 长期不施肥、单施氮肥(N)、氮肥配施绿肥或者秸秆均会造成土壤钾素匮缺,较 1988 年初测土土壤速效钾含量分别下降了 16.59%、39.37%、25.04%、23.31%;M、G、S 三种有机肥单施或与氮配施均能提高土壤碱解氮、土壤有效磷、土壤有效钾、土壤有机质(SOM)含量,不同施肥方式下,其含量大小总体表现为高量有机肥 > 减量有机肥 + 减量 N > N > CK;M、G、S、N 单施或 1/2MN、1/2GN、1/2SN 处理均能提高蔗糖酶、磷酸酶、脲酶、过氧化氢酶活性,以 G、1/2GN 处理对提高土壤蔗糖酶、脲酶的活性的效果最显著,M、G、MN、GN 处理对提高碱性磷酸酶活性的效果最显著;主成分得分进行聚类分析,不同处理培肥土壤质量效果由高到低分成四类,分别为一类高量有机肥 M、G、1/2MG > 二种有机肥与氮肥减量配施 1/2MN、1/3MSN、1/3MGN、1/2GN、1/2MS、1/4MSGN > 三类氮肥、秸秆、秸秆与氮肥 N、1/2SN、S > 四类不施肥(CK);各施肥方式均能提高作物产量,与不施肥(CK)相比,增产幅度为 12.21%～235.4%,肥料贡献率在 10.89%～70.18% 之间,单施肥增产总趋势为 N > G > M > S,减量配施肥增产总趋势为 1/2GN > 1/2MN>1/2MS,施肥方式以有机肥配施 N 对产量贡献最大;经济效益分析表明施 N 或有机肥与 N 配施对于提高净收益作用较大。 【结论】 通过主成分分析与聚类分析、经济效益与产量综合比较,农家肥、绿肥和秸秆长期单施成本高,产量和经济效益低,维持土壤养分和产量需要的用量大。因此,提倡适量有机肥与氮肥配施,达到提高作物产量,增加经济效益,保证土壤肥力可持续发展。      

重金属锌对猪粪堆肥过程中氧化还原类酶活性的影响

以猪粪和秸秆为主要试验材料,添加不同浓度重金属Zn,采取发酵罐处理方法,在好氧高温条件下研究了重金属Zn对猪粪堆肥过程中多酚氧化酶、脱氢酶活性的变化,以及堆腐过程堆体温度、堆料pH值、胡敏酸E4/E6值的变化。结果表明：（1）低量重金属Zn处理（L）较不添加重金属Zn（CK）和添加高量重金属Zn（H）堆料升温快、温度高、高温持续时间长。（2）重金属Zn的加入对堆料的pH值影响不大,不是影响堆肥进程的直接原因。（3）H处理在整个堆肥过程中E4/E6值均高于L和CK,表明高浓度Zn处理抑制腐殖质的缩合和芳构化。（4）L处理的多酚氧化酶活性大多数时间高于H处理的活性,说明低量重金属Zn更好地促进了木质素的降解及其产物的转化。（5）从整个堆肥过程来看,3个不同处理的脱氢酶活性表现出一定的不稳定性,可能是重金属对脱氢酶活性有抑制作用的同时发生＂抗性酶活性＂现象。     

喷施硅铈溶胶缓解镉铅对小白菜毒害的研究

通过大田试验,在轻度镉-铅复合污染菜地向小白菜叶面喷施不同浓度的硅溶胶、铈溶胶及硅铈复合溶胶,研究其对产量、品质、抗氧化酶活性及Cd、Pb吸收的影响。结果表明,喷施硅铈溶胶均能促进小白菜生长,增加小白菜生物量和提高维生素C、可溶性糖的含量,降低亚硝酸盐的含量;显著增强抗氧化系统保护酶(SOD、POD)活性和降低小白菜地下部、地上部中镉、铅的含量及累积量。在不同浓度的施硅和施铈处理中,喷施0.50 g kg-1SiO2处理和0.20 g kg-1CeO2处理在增产、提升品质和缓解重金属对小白菜毒害上效果最佳,喷施硅铈复合溶胶虽效果显著,但与单独施硅、施铈相比无明显提高。     

模拟氮沉降对杉木人工林(Cunninghamia lanceolata)土壤酶活性及微生物群落功能多样性的影响

在杉木人工林中开展模拟氮沉降试验,设计N0(对照)、N1(N 60 kg/(hm2.a))、N2(N 120 kg/(hm2.a))和N3(N 240 kg/(hm2.a))等4个氮沉降水平。通过连续7年的处理后,研究了外加氮源对土壤酶活性及群落功能多样性的影响。相同氮沉降处理下,参与土壤碳循环的6种主要酶(蔗糖酶、纤维素酶、淀粉酶、β-葡糖苷酶、多酚氧化酶、过氧化物酶)活性、土壤微生物群落碳源利用能力和多样性指数与均匀度指数均随土层加深而降低。氮沉降对纤维素酶和多酚氧化酶具有促进作用,而对淀粉酶和过氧化物酶表现出一定的抑制作用;中?低氮沉降(N1、N2)对蔗糖酶无影响,而对β-葡糖苷酶具有促进作用,高氮沉降(N3)促进了蔗糖酶活性,但抑制了β-葡糖苷酶活性。各土层中,低氮处理(N1)促进了微生物群落碳源利用能力和多样性指数与均匀度指数的增加,而中?高氮处理(N2、N3)则呈抑制作用。主成分分析表明,土壤微生物群落利用的主要碳源为碳水化合物和羧酸,不同氮沉降处理碳源利用类型存在差异。因此,氮沉降促进了表层土壤纤维素酶、多酚氧化酶和蔗糖酶的活性,但在一定程度上抑制了淀粉酶、过氧化物酶和β-葡糖苷酶活性;氮沉降增加改变了杉木人工林土壤微生物群落的功能多样性。