Contrasting development of soil microbial community structure under no-tilled perennial and tilled cropping during early pedogenesis of a Mollisol

A range of agricultural practices influence soil microbial communities, such as tillage and organic C inputs, however such effects are largely unknown at the initial stage of soil formation. Using an eight-year field experiment established on exposed parent material (PM) of a Mollisol, our objectives were to: (1) to determine the effects of field management and soil depth on soil microbial community structure; (2) to elucidate shifts in microbial community structure in relation to PM, compared to an arable Mollisol (MO) without organic amendment; and (3) to identify the controlling factors of such changes in microbial community structure. The treatments included two no-tilled soils supporting perennial crops, and four tilled soils under the same cropping system, with or without chemical fertilization and crop residue amendment. Principal component (PC) analysis of phospholipid fatty acid (PLFA) profiles demonstrated that microbial community structures were affected by tillage and/or organic and inorganic inputs via PC1 and by land use and/or soil depth via PC2. All the field treatments were separated by PM into two groups via PC1, the tilled and the no-tilled soils, with the tilled soils more developed towards MO. The tilled soils were separated with respect to MO via PC1 associated with the differences in mineral fertilization and the quality of organic amendments, with the soils without organic amendment being more similar to MO. The separations via PC1 were principally driven by bacteria and associated with soil pH and soil C, N and P. The separations via PC2 were driven by fungi, actinomycetes and Gram (−) bacteria, and associated with soil bulk density. The separations via both PC1 and PC2 were associated with soil aggregate stability and exchangeable K, indicating the effects of weathering and soil aggregation. The results suggest that in spite of the importance of mineral fertilization and organic amendments, tillage and land-use type play a significant role in determining the nature of the development of associated soil microbial community structures at the initial stages of soil formation.     

黑土环境中乙草胺的微生物降解特征研究

通过室内恒温(25℃)避光培养试验,研究了黑土环境中乙草胺的微生物降解特征。在适宜水分条件下,将土壤样品分别进行常规、灭菌、选择性抑菌剂加入等处理后培养并测定土壤乙草胺含量和土壤微生物量。结果显示:在灭菌土壤中乙草胺的残留量较未灭菌土壤显著增加,未灭菌土壤中乙草胺残留数量与微生物量变化密切相关,表明微生物活性是影响乙草胺降解的主要因素。适当的水分有益于土壤中微生物生长,从而促进了土壤中乙草胺的降解。加入青链霉素后乙草胺残留量远大于放线菌酮和常规培养,表明细菌比真菌具有更强的降解乙草胺的能力。随着乙草胺的施药量增加,初期微生物量显著降低,是导致乙草胺总降解率下降的主要原因。     

典型黑土区地形与垄作特征对切沟发育的影响

【目的 】明确黑土区坡耕地切沟分级特征,明晰地形条件与耕作垄向对切沟发育的影响,揭示自然条件与人类耕作扰动下切沟侵蚀发育机理,为切沟侵蚀精准防控与黑土地保护利用提供关键科学支撑。【方法 】文章以典型黑土区坡耕地为研究区,基于2018年高分一号遥感影像数据和地形数据,采用目视解译结合野外详查的方法,获取研究区切沟长度、坡度、垄向角、垄作坡长、垄作坡度等指标,结合地貌学水系分级原理划分切沟等级,并分析人为垄作因素与自然因素对切沟发育的影响。【结果 】（1）研究区发育的234条切沟可分为4个等级,其中1级切沟数量最多,沟长随着切沟等级提升而呈增加趋势;（2）斜垄耕作占比最多、横垄（80～100°）次之,1级沟主要分布在横垄耕作（38%）,0～300 m垄长（81%）和0～2°垄作坡度范围内（48%）;(3)切沟数量随着海拔的增加出现先增加后减小的趋势,在海拔210～220 m切沟最多,随着海拔的增加,垄作坡长和垄向角呈增大趋势,而垄作坡度呈现减小趋势;（4）切沟数量在坡度2～4°最多,随着切沟坡度的增加,垄向坡长和垄向角度减小,垄作坡度增大。【结论 】分析黑土区切沟分级特征、空间分布及其影响...     

东北黑土区冻融、风力、水力交互作用对坡面侵蚀的影响

多种外营力作用的复合侵蚀是东北黑土区坡耕地的主要侵蚀特征,但目前缺乏冻融、风力、水力之间相互作用对复合侵蚀影响的量化研究.基于此,采用室内冻融模拟、风洞试验和降雨模拟试验相结合的研究方法,分析了前期土壤冻融作用对土壤风蚀以及前期土壤冻融和风力叠加作用对后期坡面水蚀的影响.结果表明,前期土壤冻融作用显著增加了后期坡面的风...     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

农田黑土中不同浓度乙草胺对玉米苗期生长的影响

通过黑土盆栽试验研究了施用化肥条件下不同浓度乙草胺对玉米苗期生长的影响。结果表明,虽然在整个取样期间,植株体内无乙草胺残留检出,但是乙草胺施用对玉米苗期的形态和生理指标均具有一定影响。植株中超氧化物歧化酶活性、地下部分过氧化物酶活性和株高、根长等形态指标在玉米生长前期发生明显变化,其变化趋势受到乙草胺施用量的显著影响。在施有等量化肥的条件下,低浓度和高浓度乙草胺的施用抑制了玉米的生长,但中等浓度乙草胺对苗期玉米的生长表现出一定的促进作用。随着种植时间的延长,乙草胺活性降低,植物体的各项抗性指标和生理指标趋于一致。     

东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作土壤侵蚀的对比分析

斜坡垄作是东北黑土区最普遍的垄作方式之一,但当前关于斜坡垄作对坡耕地土壤侵蚀的影响鲜见报道。为此,本研究基于室内模拟试验,设计2个降雨强度（50和100 mm/h）以及2种垄作方式（斜坡垄作和顺坡垄作）,分析东北黑土区坡耕地斜坡垄作与顺坡垄作坡面土壤侵蚀的差异。结果表明：（1）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的0.46%和0.35%;但在45 min的降雨过程中,由于斜坡垄作发生断垄现象,造成50和100 mm/h两种降雨强度下斜坡垄作坡面侵蚀速率分别是顺坡垄作的1.24和1.03倍。（2）斜坡垄作径流强度和侵蚀速率随降雨历时的变化均从断垄开始发生突变。在50和100 mm/h降雨强度下,随着降雨历时的变化斜坡垄作断垄前的径流强度和侵蚀速率值均低于顺坡垄作,其平均径流强度分别为顺坡垄作的8.42%和3.75%、平均侵蚀速率分别为顺坡垄作的0.46%和0.35%,但斜坡垄作断垄后坡面径流和侵蚀速率明显增大,其平均径流强度分别为顺坡垄作的1.33和1.47倍、平均侵蚀速率分别是顺坡垄作的2.03和1.62倍。（3）在50和100 mm/h降雨强度下,斜坡垄作断垄前坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系（P<0.01）,而断垄后两者的相关关系则不显著（P>0.05）;而顺坡垄作在两种降雨强度下坡面径流量和侵蚀量存在显著的线性关系。（4）在两种降雨强度下斜坡垄作坡面90%以上的径流泥沙均来自断垄后。因此,提高垄丘稳定性和防止断垄现象发生,是减少斜坡垄作坡面土壤侵蚀的关键所在。     

吉林南部不同耕作管理下土壤水分对降雨事件的响应

土壤水分对降雨的响应特征与降水在地表和土壤中的分配密切相关。该研究为明确耕作方式对黑土土壤水分对降雨响应的作用,利用时域反射仪原位动态监测吉林南部耕作长期定位试验翻耕（CT）和免耕（NT）下玉米生育期含水率,通过7个指标量化两种耕作管理下土壤水分对降雨量大且持续时间长、降雨量小且持续时间短和降雨量较大且持续时间较短、降雨强度大的3类降雨事件的响应。结果表明：1）CT初始含水率较低,0～2.5、2.5～5和5～10 cm累积增加含水量（ASWI）显著高于NT;随土壤深度增加,CT的ASWI明显下降,而NT基本稳定。2）多数情况下,NT下相邻土层累积增加含水率之比（RSWI）大于100%,而CT低于100%。3）高降雨强度下NT相邻土层对降雨事件的响应时间（DRTlayer）平均值和异常值为负值的频率较多,说明NT下更易发生优先流。因此,极端降雨下NT土壤水分响应更剧烈,有利于降水向下层土壤渗透,减少地表径流形成。     

黑土小流域沟道分布遥感监测及主控因素研究

为了对典型黑土区小流域沟道分布进行遥感监测,并解析影响其发育的主控因素,选择黑龙江省海伦市光荣村为研究区,通过对遥感影像和地形图的目视解译判读和空间分析,量化汇水区面积、坡长等12个变量,结合对264条切沟与等高线分布关系的地貌学分析、统计分析和野外详查,解译地表径流和机耕道作用等6种情形,对典型黑土区小流域切沟发育主控因素进行探讨。结果表明,研究区林地面积大小不能直接控制切沟发育,林地内活跃沟长占活跃切沟总长的46.2%。小流域汇聚坡是切沟发育的典型地形,沟长占总长的68.1%,汇聚坡导致地表集中径流,沟长占总长的63.0%。汇水区面积和坡长是影响沟长的最主要因素,而小流域坡度是影响沟密度的显著因素。同时,切沟侵蚀多伴生于农田机耕道路一侧,机耕道旁沟长约占其总长的23.3%。研究表明,黑土区切沟侵蚀主要与机耕道促进地表径流的作用密切相关,侵蚀沟综合治理必须考虑小流域景观布局和山水林田湖草综合治理,应将农田机耕道路周边大型活跃切沟防控作为黑土区保护的重中之重。     

东北黑土活性有机碳、氮分布研究

通过对东北黑土区不同地点、不同层次的土壤样品的分析,探索活性有机碳(轻组有机C,N、颗粒有机C,N和易氧化有机C,N)在东北地区的分布情况。结果表明,随着纬度的增加,土壤活性有机C、N含量增加;随着深度的增加,土壤活性有机C、N含量减少。说明纬度低的地区,活性有机碳库转化较快,库容较小,而耕作措施相近的情况下,植物残体和根残体在有机C积累方面应予以重视。