土地利用方式和施肥管理对黑土物理性质的影响

为了探讨东北黑土区土壤水分的调控能力及其影响因素以及土壤水分对降水和不同植被覆盖的响应,以海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站内的长期定位试验为基础,利用中子水分仪测定土壤体积含水量,研究裸地、休闲地以及包括单施有机肥、化肥+秸秆还田、单施化肥和不施肥4种处理的农田耕层土壤物理性质和土壤水分动态.结果表明:与休闲地相比,农田土壤容重增加7.47％,而孔隙度、饱和含水量和田间持水量均呈降低趋势,分别下降2.59、6.04和1.90百分点;肥料的施入尤其是施用有机肥和秸秆还田能够改善土壤物理性质;裸地土壤物理性质最差.由于植被耗水量较大,农田和休闲地土壤剖面年平均体积含水量显著低于裸地,施用化肥和秸秆还田可显著降低农田土壤剖面年平均体积含水量.各处理土壤剖面水分变异系数均随土壤深度的增加(0～70 cm深处)而呈先减小后增加趋势.由于植被生长的耗水作用,休闲地和农田土壤水分变化比裸地强烈,秸秆还田加剧了农田土壤水分的变异.土壤储水量的动态变化与降水量之间存在明显相关性,不同土地利用方式和施肥管理对浅层土壤储水量的影响较大,但随着土壤深度的增加,各处理对土壤储水量的影响越来越不明显.     

不同水分处理下农田黑土水分特征

采用田间定位试验,利用中子仪原位监测土壤储水量的方法,研究3个水分处理下农田土壤水分特征.结果表明:受长期不同水分处理的影响,适宜水分处理0-110 cm土壤储水量最高,其次为自然降水处理,分别比干旱处理增加了23.4%和12.9%;在大豆生育期内,各水分处理土壤储水量的季节性变化均呈"减小-增加-减小-增加"的趋势,与大豆生育期内降雨分布密切相关;各处理大豆耗水量表现为适宜水分处理>自然降水处理>干旱处理,其值分别为459.4、420.3、326.4 mm;不同时段大豆耗水量表现为在无控水影响的时期(2008-05-01-2008-06-15)大豆耗水量处理间差异较小,而在控水时期差异较明显;从进水量与耗水量的比值可以看出,黑土调节土壤水分的能力较强;干旱处理、自然降水处理和适宜水分处理水分利用效率分别为3.9、4.8和5.4 kg·hm-2·mm-1,表明一般年份灌溉能够提高水分利用效率.     

有机肥对塌陷复垦土壤玉米产量和磷生物有效性的影响

采煤塌陷土地复垦是补充耕地资源的有效途径之一,然而土壤磷有效性低是限制矿区土地复垦和作物生产的重要因子之一.为了解施用有机肥后矿区复垦土壤中磷的有效性变化,基于作物磷素需求的有机肥施肥模式,进行采煤塌陷复垦土壤(山西省孝义市偏城村)田间试验,分析连续两年施用相同磷量(100 kg/hm~2)的鸡粪、猪粪、牛粪和化肥对玉米产量和磷肥利用效率的影响.结果表明:(1)有机肥处理显著提高了玉米的籽粒产量和地上生物量.施肥第一年鸡粪处理增产效果显著高于猪粪和牛粪处理,第二年各施肥处理间差异不显著.玉米产量增加主要是提高了百粒重.(2)各施肥处理0-60 cm土壤剖面有效磷(Olsen-P)含量随土层深度增加呈下降趋势.其中0-20 cm土层有效磷含量鸡粪处理显著高于猪粪和牛粪处理,20-40 cm土层鸡粪和猪粪处理显著高于牛粪处理,40-60 cm土层处理间差异不显著.(3)连续两年施用有机肥及化肥后玉米磷肥利用效率为鸡粪≥猪粪≈牛粪≈化肥.施鸡粪处理磷肥回收率最高,2017年和2018年分别为23.97%和26.99%.鸡粪处理农学磷有效性系数最高(1.47),明显高于猪粪处理(1.00)和牛粪处理(0.89).总之,施用鸡粪显著提高了玉米产量和磷肥利用效率,可作为培肥矿区复垦土壤或与本研究区土壤类型相似的低产农田改良的推荐有机肥.(图4表5参31)     

有机肥与化肥配施对黄瓜产量及土壤微生物多样性的影响

有机肥和化肥配合施用比单施化肥或有机肥具有明显的优势,但在配合施用时其对土壤生物多样性的影响方面还缺乏深入探讨。在等氮量条件下,将水葫芦(Eichhornia crassipes)有机肥(WOF处理)、猪粪有机肥(POF处理)和发酵床熟化垫料有机肥(FOF处理)分别以1∶1的比例与化肥〔w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O)=15∶15∶15〕配施,并以单施化肥(CF处理)和不施肥(CK处理)为对照,分析其对设施大棚黄瓜(Cucumis sativus)产量及土壤微生物多样性的影响。结果表明:采用不同有机肥与化肥配施可以获得与化肥相当或者超过化肥的产量,其中FOF处理产量最高,比CF处理提高26.77%,其次为WOF处理。有机肥与化肥配施不仅可以保持或提高黄瓜果实产量,同时可以提高果实品质,WOF、POF和FOF处理维生素C含量比CF处理增加30%左右。与CF处理相比,有机肥与化肥配施能提高氮素利用效率,但是不同来源的有机肥与化肥配施在氮素利用效率上存在明显差异。PCR-DGGE分析显示细菌群落结构可分为3大类,CK和CF处理群落结构相似,WOF和POF处理群落结构相似,FOF处理则单独成一类;不同来源的有机肥与化肥配施都能提高土壤中细菌的香农-威尔指数和丰度,与CF处理相比最高能提高5%以上。施入外源有机物质可以改变土壤的细菌群落结构,提高土壤微生物多样性,而施入化肥对土壤的细菌群落结构无显著影响。     

有机无机肥配施对旱地塿土碳氮的影响

在陕西关中塿土区,通过田间试验研究旱地小麦-玉米轮作条件下有机无机肥配施对表层土壤有机碳(SOC)、全氮(TN)和土壤微生物量碳(SMBC)、氮(SMBN)以及土壤剖面硝态氮(NO3--N)分布和累积的影响。结果表明,与单施化肥处理(NP)相比,化肥配施有机肥处理(M1)土壤剖面NO3--N累积量差异不显著,化肥配施生物炭处理(M3)显著降低35.2%,而化肥配施秸秆处理(M2)则显著增加32.1%。与NP和CK处理相比,各有机无机肥配施处理(M1、M2和M3)表层SOC和SMBC、SMBN含量均显著提高(P0.05),土壤TN含量和C/N比增加(P0.05)。与NP处理相比,M3处理SOC含量增加26%,TN含量增加14%;M2处理SMBC和SMBN含量分别增加32%和23%。与CK处理相比,NP、M1和M2处理表层土壤p H值显著降低,而M3处理则无显著差别。在塿土区旱地小麦-玉米轮作条件下,M3处理既可以降低土壤剖面NO3--N累积量和淋溶风险,又可以提高SOC、TN和SMBC、SMBN含量,是一种值得推广的施肥方式。     

不同耕作措施对采煤沉陷区坡耕地玉米产量和水分利用效率的影响

针对采煤沉陷区坡耕地的水土流失问题,通过田间试验,以平作为对照(CK),研究平作+残茬覆盖(T1)、横坡垄作(T2)和横坡垄作+残茬覆盖(T3)对坡耕地夏玉米籽粒产量和水分利用效率的影响。结果表明,从苗期到拔节期,残茬覆盖明显降低了土壤水分的无效蒸发,2个残茬覆盖处理(T1和T3)0~100 cm土壤含水量显著高于CK(P0.05);到拔节期时,T1和T3处理土壤含水量分别比CK提高9.64%和9.74%。玉米拔节后降雨增多,与CK相比,T1、T2和T3处理地表径流减少,坡耕地的保水保肥能力提高。T1、T2和T3处理还显著提高了玉米的产量、水分利用效率、降雨利用效率和氮肥偏生产力(P0.05),其中T3处理保水保肥和增产效果最好,其玉米的产量、水分利用效率、降雨利用效率和氮肥偏生产力分别较CK提高16.59%、31.20%、16.55%和16.59%。通过横坡垄作并附以秸杆覆盖是适用于采煤沉陷区坡耕地的有效农耕措施。     

河北省玉米生长季干旱特征及成因分析

干旱是影响河北省玉米生长的重要农业气象灾害。利用玉米种植区1971-2018年气象资料和1981-2018年玉米(Zea mays)生长观测资料,以有效降水量代替实际降水量计算水分亏缺指数,对河北省玉米生长季干旱分布特征、变化趋势和变化成因进行了分析。结果表明,(1)干旱概率和干旱强度分布特征基本一致,春玉米区由高到低依次为播种期拔节-抽雄期抽雄-乳熟期出苗-拔节期乳熟-成熟期,夏玉米区依次为播种期抽雄-乳熟期乳熟-成熟期拔节-抽雄期出苗-拔节期。(2)春玉米区4月下旬至5月上旬(播种期)和6月下旬至8月上旬(拔节-乳熟期)、夏玉米区6月上中旬(播种期)和8月上中旬(抽雄-乳熟期)受干旱影响较大,其中春玉米区以张家口和承德北部干旱最重,夏玉米区以石家庄东部、衡水西部和邢台东北部干旱最重。(3)春玉米区5月上中旬受需水量减少、降水量增加趋势影响,干旱强度和范围随年代显著下降,8月中下旬受需水量增加趋势影响,干旱强度和范围随年代显著上升;夏玉米区6月下旬受需水量减少趋势影响、9月下旬受需水量减少和降水量增加趋势影响,干旱强度均随年代显著下降。需水量减少与日照时数减少和风速减小密切相关,而需水量增加与气温上升、风速增大、空气湿度减少密切相关。     

长期不同施肥对红壤Cu和Cd含量及活化率的影响

对始于1990年的红壤旱地施肥长期定位试验的6个处理包括对照(不施肥,CK)、施氮(N)、氮磷(NP)、氮磷钾(NPK)、氮磷钾+有机肥(NPKM)和有机肥(M)的历年耕层土壤重金属Cu和Cd全量和有效态含量进行分析,以阐睨长期不同施肥条件下红壤Cu、Cd含量及活化率变化特征.结果表明,16 a连续不施肥或施用化肥(N/NP/NPK)条件下土壤Cu、Cd全量和有效态含量基本保持不变;Cu活化率随施肥时间变化不显著,但Cd的活化率在施肥后期(1996-2006)呈明显上升趋势,在施氮处理上高达95.7%;不施肥和配施化肥下Cd的活化率与土壤pH值呈极显著负相关.化肥配施有机肥(NPKM)和单施有机肥处理(M)的土壤中Cu、Cd全量和有效态含量及其活化率随时间均呈显著上升趋势;土壤Cd含量从1990年的0.12 mg·kg-1 上升为2006年的1.31～1.48 mg·kg-1,平均年上升0.08～0.09 mg·kg-1;土壤有效态Cd含量2006年达到0.53～0.58 mg·kg-1,为1990年的18.0～19.9倍;Cd活化率与土壤有机质含量呈显著正相关.长期施用有机肥红壤Cu、Cd含量超标严重,土壤Cu和Cd全量之间达极显著相关(r=0.887**,n=30),其来源具有一致性,有机肥为环境带来的风险应予以重视.     

华北高产农田施用生物质炭对耕层土壤总氮和碱解氮含量的影响

基于华北高产农田3年的定位试验,探讨冬小麦-夏玉米轮作制度下,生物质炭与化肥配施对土壤耕层全氮与碱解氮质量分数的影响。试验设CK（单施化肥）,C1（施用化肥＋秸秆炭2 250 kg.hm-2）,C2（施用化肥＋秸秆炭4 500 kg.hm-2）;CN（施用炭基缓释肥750 kg.hm-2）4个处理,随机区组排列,3次重复。结果表明：施用生物质炭明显增加了土壤耕层全氮的质量分数,其中在0～7.5 cm土层,C2处理土壤全氮的质量分数最大,为1.7 g.kg-1,与CK处理相比差异显著（P〈0.05）;在7.5～15 cm土层,生物质炭的各处理虽能增加土壤全氮的质量分数,但差异不显著（P〈0.05）。在这2个土层中,施用生物质炭对土壤碱解氮的质量分数没有显著影响。结果初步表明,在华北高产粮区施用生物质炭对增加耕层土壤全氮量有积极意义。     

不同施肥措施对双季稻田土壤和大麦植株镉累积的影响

施肥措施是影响稻田土壤和作物重金属镉(Cd)累积的关键因素之一,探讨长期定位施肥后稻田土壤和作物Cd累积的变化特征,为双季稻区科学施肥和土壤环境保护提供科学理论依据。以双季稻田长期定位施肥试验为研究平台(31年),分析了5种施肥措施[化肥(MF)、秸秆还田+化肥(RF)、30%有机肥+70%化肥(LOM)、60%有机肥+40%化肥(HOM)和无肥(CK)]对土壤和大麦植株Cd累积的影响。结果表明,与CK处理相比,HOM和LOM处理均显著提高了大麦成熟期稻田耕层(0~20cm)土壤Cd全量和有效态含量,分别提高了36.67%、80.91%和141.86%、79.07%。大麦植株Cd积累量和富集系数均以根系为最高,其次是叶和茎,籽粒为最低。LOM处理提高了大麦植株根系、叶和籽粒Cd含量,分别比CK处理增加0.270、0.235和0.039 mg·kg~(-1);RF处理提高了植株茎Cd含量,比CK处理增加0.076 mg·kg~(-1)。各施肥处理稻田土壤重金属Cd单项污染指数变幅在1.100~1.990之间,其PCd均大于1,表现为HOMLOMCKMFRF,其中LOM和HOM处理PCd均显著高于其他处理(P0.05);MF、RF和CK处理间PCd均无显著性差异。以上结果表明,长期施用化肥和秸秆还田条件下,稻田土壤未见明显的Cd积累,但有机肥施用条件下稻田土壤呈现显著Cd积累。