保护性耕作对潮土结构特性的影响

研究不同保护性耕作措施对潮土结构特性的影响,探求不同秸秆还田方式下土壤结构的变化规律.以河北省石家庄市栾城县长期定位试验为研究基础,采用了传统翻耕、翻耕秸秆还田、旋耕秸秆还田、免耕覆盖还田、免耕立秆还田和免耕粉碎还田6种处理,分别对不同耕层的土壤容重、有机碳含量、团聚体及有机无机复合体进行了测定,对比分析了不同保护性耕作对潮土结构特性的影响.结果表明:免耕覆盖还田的土壤容重值最低;干筛情况下,免耕秸秆覆盖还田的MWD值显著高于其它处理30.4%～47.4%,而湿筛情况下,免耕立秆还田与粉碎还田MWD值高于其它处理;立秆还田的土壤分散系数最低,而粉碎还田的分散系数比其它处理高20.48%～330.93%;翻耕处理的原土复合量、原土复合度分别高于免耕处理10.82%～21.62%、8.97%～20.97%.不同秸秆还田方式对土壤结构稳定性的影响有很大差异:覆盖还田能改善田间土壤结构;立秆还田能提高微团聚体的稳定性;粉碎还田通过增加土壤有机碳含量而增加水稳性大团聚体的含量.     

市政污泥堆肥过程胡敏酸电子转移能力的演变规律

腐殖质作为电子穿梭体在介导有机污染物和重金属降解和转化过程中具有十分重要的作用.本研究通过电化学方法测定了市政污泥堆肥胡敏酸的电子转移能力(electron transfer capability,ETC),并利用三维荧光光谱和紫外-可见光光谱分析探讨堆肥过程胡敏酸化学组成和结构变化对其ETC的影响.结果表明,堆肥胡敏酸的电子接受能力(electron accepting capacity,EAC)和电子供给能力(electron donating capacity,EDC)分别在12.46—18.62μmol e-·g~(-1)C和165.07—257.84μmol e-·g~(-1)C之间,从堆肥初期到堆肥末期,两者均呈现增加的趋势.元素分析结果表明在堆肥前期N、C和H含量下降较快,而S含量在后期下降较快.平行因子分析发现,随着堆肥进行胡敏酸中代表类腐殖质物质的组分1和组分3的含量逐渐升高,而代表类蛋白物质的组分2的含量逐渐减少.胡敏酸HIX、S_R和SUVA_(269)分别从初期的0.523、3.33和1.69变至0.732、2.20和2.39,说明胡敏酸中有机质的腐殖质化程度、分子量和芳香性均随着堆肥腐熟呈现出增大趋势.相关性分析表明,随着堆肥进行胡敏酸中类腐殖质物质增多、类蛋白物质减少,导致胡敏酸分子量、芳香度与腐殖质化程度增大,从而促进了胡敏酸EDC和EAC的增加.     

不同类型堆肥中腐殖酸与富里酸的光谱特性和分子量分布

以中药渣(HR)、小麦秸秆(WS)和稻壳(RH)为辅料工业化生产的鸡粪堆肥中的腐殖酸(HA)和富里酸(FA)为研究对象,系统对比分析了不同类型堆肥腐殖质(HSs)的光谱特性和分子量分布。结果表明,3类堆肥中HA的芳香性均高于FA,HR和RH堆肥中HA和FA的芳香化程度均高于WS堆肥。三维荧光区域体积积分结果显示,HA的类腐殖质含量(Ⅲ+Ⅴ,86%～91%)高于FA(56%～64%),而FA的类蛋白物质(Ⅰ+Ⅱ,28%～37%)远高于HA(5%～9%),表明HA具有更高的腐殖化程度和分子量特征;其次,RH和WS堆肥中FA分别含有更多的类富里酸和类腐殖酸,而HR堆肥中FA的类络氨酸组分更多。傅里叶红外光谱分析发现,FA比HA含有更多的酰胺和羧酸,其中HR、WS和RH堆肥中FA分别富含芳香族羧酸、酰胺和多糖结构。元素分析结果显示,与FA相比,堆肥HA具有较高的C/N比和较低的O/C比,表明HA具有更多的不饱和结构,而FA具有更多的含氧官能团。添加不同辅料的堆肥中,WS堆肥HSs的脂肪化程度最高。高效体积排阻色谱结果显示,HA比FA具有更宽的高分子量分布(>2×10⁴     

菌渣好氧堆肥过程中腐熟度指标及红外光谱的动态变化

为实现食用菌菌渣的合理处置及资源化利用,以食用菌菌渣、鸡粪和豆渣为原料,共设计3个堆肥处理(菌渣与黄豆渣混堆,C1;菌渣与鸡粪混堆,C2;菌渣直接堆制,C3),通过高温好氧堆肥方式研究堆肥过程中相关腐熟度指标及红外光谱的动态变化。结果表明,堆肥过程中温度变化经历了3个阶段,50℃以上高温持续时间均大于10 d。pH总体呈上升趋势,至堆肥结束达到8.0—9.0之间,符合腐熟堆肥的标准;EC值在1.0—2.5 mS·cm~(-1)范围内浮动,C1处理的EC值大于C3的EC值;C/N总体呈下降趋势,堆肥结束时3种处理的比值均低于20;种子发芽指数(GI)随着堆肥过程逐渐上升,至21d时,3种处理的GI值均超过50%,堆肥结束时,C3的GI值达到72.46%,C1、C2的GI值分别为81.02%和82.36%。堆肥过程中胡敏酸(HA)含量逐渐升高,富里酸(FA)的含量变化不大,3种处理胡敏酸与富里酸的比值(HA/FA)总体呈升高趋势,C1、C2和C3的HA/FA值分别由初始的2.38、2.20和2.28增加到3.92、3.22和3.82。红外光谱数据表明,随着堆肥过程的进行,多糖类物质含量减少,有机物中不饱和结构的多聚化或联合程度增大,芳香结构物质与氨基基团有所增加,说明堆肥过程中有机物质的变化规律先是大分子物质(如蛋白质、多糖类等)被降解,然后是腐殖质类物质的逐渐合成。     

稻草还田方式对双季稻田耕层土壤有机碳积累的影响

选择南方典型双季稻田,研究不同的稻草还田方式对土壤不同层次有机碳的积累、表土碳密度、C/N比值及水稻产量的影响。结果表明,不同的稻草还田和耕作处理对水稻产量无显著影响;不同稻草还田处理的土壤有机碳和C/N均随土层加深而减小;3个稻草还田处理0-5 cm土层土壤有机碳质量分数显著高于不还田对照,其中,以高桩免耕处理最高,比无草翻耕处理提高13.8%（P〈0.01）;5-10 cm土层表现为高桩翻耕处理显著高于其他处理,增加幅度为1.39-1.66 g kg-1;10-15 cm为翻耕处理（包括稻草不还田和还田）显著高于各免耕处理;稻草翻耕处理（0-15 cm）的耕层有机碳密度显著高于其他处理。因此,南方双季稻田采取稻草翻耕还田方式有利于增加土壤有机碳汇。     

腐殖质在蛭石上的吸附特性

为进一步揭示可溶性有机质在黏土矿物上的迁移转化规律,运用高效体积排阻色谱、1H核磁共振光谱、紫外可见光谱、傅里叶变换红外光谱以及X射线光电子能谱等多种技术综合分析富里酸和胡敏酸在蛭石上的吸附行为。结果显示,由于不同官能团与蛭石的亲和性不同,富里酸和胡敏酸在吸附过程中产生组分分级,较大尺寸的分子组分被优先吸附,而低分子组分则滞留在溶液中。元素分析结果表明,胡敏酸的疏水性强于富里酸,其与蛭石的疏水性作用也更强。与富里酸相比,胡敏酸较大的平均分子量使得其在蛭石表面的铁吸附位点有空间位阻效应。当腐殖质质量浓度高于20 mg·L-1时,空间位阻效应以及芳香性官能团和铁离子间的电子传输作用使得蛭石对分子尺寸更小的富里酸的吸附量更大。蛭石吸附富里酸和胡敏酸后溶液pH值升高,说明发生了配体交换反应。溶液pH值升高和离子强度降低能够增大蛭石与腐殖质之间的静电斥力,从而降低蛭石对富里酸和胡敏酸的吸附量。     

污泥堆腐过程中腐殖酸组分及结构变化特征

污泥是污水处理过程中的副产物,含有重金属、有机污染物、病原菌和寄生虫卵等有毒有害物质。为了明确堆腐对污泥中腐殖酸的影响,本研究在污泥∶草炭∶稻草=3∶1∶2(干重比)和55%含水量条件下,开展了为期30 d的堆腐试验。采用紫外光谱仪、红外光谱仪等仪器手段,研究了污泥堆腐过程中腐殖酸组成及结构变化。结果表明,污泥堆腐过程中腐殖酸含碳量呈先下降后上升的变化规律,但变幅较小;胡敏酸含碳量由23.5 g·kg~(-1)逐渐增至51.4 g·kg~(-1),增幅为118.9%;而富里酸碳含量则由46.1 g·kg~(-1)逐渐降至20.8 g·kg~(-1),降幅为54.8%。紫外光谱表明,堆腐过程中胡敏酸和富里酸的最大吸收峰位置没有发生明显变化,但峰形变宽,E_(465)/E_(665)值降低;傅立叶变换红外光谱表明,堆腐前后胡敏酸和富里酸特征吸收峰位置比较相近,但某些官能团的强度发生改变,堆腐后胡敏酸和富里酸的芳构化和腐殖化程度提高。     

土壤耕作方式对双季稻镉积累分配特性的影响

为探讨镉污染稻田双季稻最优土壤耕作方式,于2015年～2017年,以陵两优211与威优46为材料,在湖南湘潭中度镉污染稻田开展定位试验,比较研究了双季免耕(G1)、双季翻耕(G2)、双季旋耕(G3)、早旋晚免(G4)、早翻晚免(G5)等5种土壤耕作方式下双季稻镉积累分配特性.结果表明:(1)晚稻根镉含量以成熟期最高,但早稻规律不明显.土壤耕作方式明显影响根镉含量,免耕处理最高,翻耕处理最低;(2)翻耕可降低早稻成熟期茎镉含量,但晚稻成熟期茎镉含量的处理间差异存在年际间差异;(3)早、晚稻叶镉含量随生育进程推进表现持续增长趋势,不同土壤耕作方式间叶镉含量差异显著,多年免耕可降低叶镉含量,而多年旋耕可提高叶镉含量;(4)水稻齐穗至成熟期穗镉含量一般呈持续增长趋势,其增幅以翻耕处理最大,免耕处理最小;(5)3年早稻地上部镉累积量均以G5处理最高,而晚稻地上部镉累积量2015年以G5处理最高,2016和2017年以G2处理最高,3年均以G1、G4、G5处理较低.可见,土壤耕作方式对双季稻镉积累分配有明显影响,翻耕促进水稻地上部镉积累,而免耕可降低水稻穗部镉含量和地上部镉累积量.     

蚯蚓生物处理对剩余污泥腐殖酸特性的影响

以城市污水处理厂产生的剩余污泥为对象,研究蚯蚓(赤子爱胜蚓)生物处理对剩余污泥腐殖酸相关性质的影响.结果表明,在水力负荷4.0 m3·m-2·d-1、有机负荷1.70 kgVSS·m-3·d-1的条件下,蚯蚓生物滤池对于剩余污泥具有良好的减量化效果,VSS平均减量率为55.2%.随着蚯蚓滤池反应器高度的增加,处理后污泥中腐殖酸的C/H值、E4/E6(465 nm与665 nm吸光度的比值)值逐渐降低,紫外光谱205—210 nm处最大吸收峰向近紫外区移动,腐殖酸分子量增大,芳构化明显,缩合程度加强,出泥腐殖化程度提高.荧光淬灭实验分析显示腐殖酸与重金属Cu(Ⅱ)的络合作用明显,蚯蚓滤池处理出泥腐殖酸的络合容量相对进泥有所增加,可溶性铜离子含量降低,可能减少被作物吸收的风险.     

双季翻耕与免耕条件下水稻产量与镉累积特性比较

在湖南省湘潭县镉污染稻田开展定位试验,连续4 a比较了双季翻耕与双季免耕对双季稻产量与镉积累分配特性的影响.结果表明:(1)实施不同土壤耕作方式1 a～2 a的情况下,翻耕处理具有显著增产优势,但其产量优势随年限延长而逐渐削弱,至第4 a翻耕处理已无显著增产优势;(2)翻耕与免耕处理穗和籽粒各部位镉含量差异明显,且年际间也有差异,连续2 a以上免耕处理可降低糙米镉含量;(3)早、晚稻地上部镉累积量均表现为茎穗叶,但水稻镉累积量在年际间、早晚稻间差异极大.可见,镉污染稻田连续2 a以上双季免耕可以获得与翻耕产量相当、米镉含量更低的稻谷.     

近地面O_3含量升高条件下土壤中腐殖质单体儿茶酚转化的放射性~（14）C示踪研究

近地面大气臭氧（O3）含量不断升高对生态环境的影响已引起人们的广泛关注,然而O3含量升高对土壤有机碳的矿化及转化影响却少有研究。土壤有机碳是全球碳循环的重要组成部分,土壤碳库的微小变化将引起大气CO2浓度的显著改变。文章以典型土壤腐殖质单体化合物儿茶酚为代表,利用14C示踪技术,研究了O3含量比当前背景升高约0.15μmol·mol-1时对土壤中腐殖质苯酚类前体化合物的矿化及转化的影响。结果表明,O3含量升高会对土壤中培育12d后儿茶酚的矿化及残留物分布具有显著的影响,而且这种影响程度和规律同土壤有关。O3含量升高促进了黄棕壤中儿茶酚的矿化,增加了儿茶酚残留物在黄棕壤腐殖酸（HA）中的总量,并使残留物在HA中偏向于同大分子结合。O3含量升高对灰潮土中儿茶酚的矿化有抑制作用,但对儿茶酚残留在HA内总量及分布没有显著影响。O3含量升高对儿茶酚在土壤中的稳定性及归趋的影响可能是O3对于微生物活性的抑制作用和O3的直接氧化作用的共同结果。后续工作中应研究土壤腐殖质中其它组份的稳定性及转化对近地面大气O3含量升高的响应,以全面考察O3含量升高对土壤碳库的影响。     

保护性耕作对土壤养分及有机碳库的影响

以稻草覆盖免耕方式稻田冬种马铃薯(Solanum tuberosum L.)为例,研究了保护性耕作对土壤养分以及有机碳库的影响.结果表明:保护性耕作能显著增加表层土层的养分含量,土壤氮素含量比传统耕作增加0.81%～7.24%,磷素含量增加14.95%～19.21%,钾素含量增加0.57%～15.40%,且全氮、全磷、全钾含量与传统耕作之间均达到了极显著差异水平,除碱解氮含量与传统耕作之间差异不显著外,速效磷与速效钾含量与传统耕作之间达到了显著差异水平与极显著差异水平;保护性耕作能增加土壤总有机碳与活性有机碳含量,提高土壤碳库管理指数,0～10 cm土层土壤的碳库管理指数分别比传统耕作高出9.10%、13.95%,10～20 cm土层则比传统耕作略低.因此保护性耕作能使土壤朝着有利于土壤质量提高的方向发展.两个保护性耕作处理:免耕稻草覆盖(8 cm)、免耕覆盖稻草(8 cm)后盖黑色地膜之间差异不大.     

不同耕作和培肥模式对豫中冬小麦田土壤腐殖质及微生物区系的影响

了解不同耕作与培肥模式对麦田土壤的影响,对提升麦田土壤地力及促进小麦的持续高产具有重要的意义。试验于2011-2012年在许昌县陈曹乡史庄村小麦试验田进行,以周麦22为试验材料,分别于孕穗期、开花期和成熟期取土测定土壤微生物与腐殖质含量。借助方差分析和相关分析等经典统计方法研究了不同耕作模式（浅耕15~20 cm;深耕35~40 cm）和培肥模式（单施化肥;化肥增施有机肥）对麦田土壤腐殖质与微生物的影响。试验结果表明：深耕增施有机肥能够显著提高小麦生育后期0~5和5~20 cm耕层土壤富里酸含量（p〈0.01）。增施有机肥有利于小麦生育后期各耕层土壤胡敏酸含量的积累（p〈0.05）,其中20~40 cm耕层土壤增幅最为明显,成熟期深耕增施有机肥与浅耕增施有机肥和开花期相比增幅分别达253.85%与300.00%;深耕增施有机肥能够显著提高小麦孕穗期与成熟期5~20 cm耕层土壤细菌数量（p〈0.01）,成熟期浅耕增施有机肥与深耕增施有机肥处理细菌数量和开花期相比增幅分别达690.38%和508.75%,其中深耕增施有机肥处理与其它三个处理相比细菌数量最多且差异极显著（p〈0.01）。增施有机肥能够显著提高小麦成熟期0~5与20~40 cm耕层土壤真菌数量（p〈0.01）,深耕增施有机肥能够显著提高小麦孕穗期5~20 cm耕层土壤真菌数量（p〈0.01）。深耕增施有机肥能够显著提高小麦生育后期20~40 cm耕层土壤放线菌数量（p〈0.05）。相关分析表明,在本研究培肥和耕作模式下麦田土壤腐殖质组分的含量与微生物区系的数量呈正相关关系。     

耕作措施对华北夏玉米田土壤温度和酶活性的影响

为探讨长期耕作措施下华北平原夏玉米生长季土壤温度与酶活性的变化规律,本研究对四种耕作处理（免耕秸秆还田NTS,旋耕秸秆还田RTS,翻耕秸秆还田CTS和翻耕秸秆不还田CT）下土壤层次的温度和酶活性进行了测定和分析。结果表明：同一土壤层次的各耕作处理均从6：00．18：00呈现正弦波的变化特征;免耕、旋耕等保护性耕作处理在玉米的生育期内温度变化平稳,日均差均小于翻耕秸秆还田和翻耕秸秆不还田;免耕秸秆还田处理土壤酶活性最高,脲酶活性在夏玉米的3个生育期（播种期、大喇叭口期和收获期）分别高于翻耕秸秆不还田处理28．98％,35．62％和24．9％,碱性磷酸酶分别高32．7％,11．94％和10．39％,脱氢酶分别高27．53％,20．39％和30．53％,旋耕和翻耕秸秆还田处理3种酶的活性也明显高于翻耕秸秆不还田处理;旋耕与翻耕秸秆还田处理脲酶和碱性磷酸酶的差异不显著,脱氢酶的差异达到了5％的差异显著水平;通过研究表明在华北平原采用少免耕为主的保护性耕作措施,可以提高土壤酶活性,降低成本,提高经济效益。     

Comparative effects of different maize straw returning modes on soil humus composition and humic acid structural characteristics in Northeast China

In order to evaluate the effects of different maize straw returning modes on humus composition and humic acid (HA) structural, a field experiment was designed to have five treatments, i.e. Treatment CK (no straw returned), Treatment EIS (straw incorporated evenly into the soil using the crashing-ridging technique), Treatment SP (straw plowed into the soil), Treatment SM (straw returned as mulch) and Treatment SG (straw returned as pellets). Our results showed that Treatment EIS significantly increased the content of soil organic carbon (SOC), soil humus substances (HEC), soil humic acid carbon (HAC) and fulvic acid carbon (FAC) by 27.8%, 47.6%, 63.3% and 33.8%, respectively, as compared with CK. Among all the straw returning treatments, Treatment EIS was the most significant in effect of increasing the content of HEC, HAC and FAC. Moreover, Treatment EIS altered the composition of humus more significantly than all the other treatments, by increasing the proportion of alkyl C and the ratio of aliphatic C/aromatic C. These results suggest that straw returning accelerated the accumulation of soil organic C and various components of humus, significantly improved the structure of soil HA, with the practice of EIS in particular.     

不同耕作方式对土壤性质与玉米生长的影响研究

通过种植前对土壤进行不同耕作处理试验,探讨不同耕作方式和耕作深度（30 cm,35 cm,45 cm）对土壤理化性状及玉米（Zea mays L）根系生长的影响。结果表明,三种耕作方式对土壤容重、土壤含水量、土壤微生物总量、玉米根系生长的影响表现为：深松耕作〉传统耕作〉免耕。其中,深松耕作对表层土壤（0～25 cm）容重降低作用大于深层土壤（25～45 cm）;对增加土壤含水量、增加土壤微生物总量、促进玉米根系生长方面的作用,深层土壤大于表层土壤;从不同耕作深度进行比较,深松45 cm〉深松35 cm〉深松30 cm〉传统耕作,即耕作越深,对土壤物理性状和作物根系生长影响越大。不同耕作处理间玉米产量无显著性差异。综合研究区的土壤性质、作物生长、自然环境等因素,雨养农区可采用免耕—深松的循环耕作模式,改良土壤性质,提高经济效益。     

不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征研究

为探讨长期定位试验田不同耕作方式下土壤氮素矿化和硝化特征,采用室内恒温通气培养法,保持土壤田间持水量在65％条件下,测定不同耕作方式下表层土壤（0～20cm）在不同温度下的NH4^＋和NO3^-含量,并计算氮素矿化量和硝化率。结果表明,随着温度的升高,土壤氮素矿化和硝化作用均增强,几种耕作方式下土壤氮素矿化和硝化作用均表现为35℃〉30℃〉25℃。保护性耕作与水旱轮作和常规平作之间的矿化量存在显著的差异,垄作免耕〉厢作免耕〉水旱轮作〉常规平作。土壤氮素最终硝化率达到了60％～80％,表现为常规平作最高,水旱轮作次之,厢作免耕最低。矿化率与土壤有机质、碱解氮和速效磷对数均成显著正相关,相关系数分别为r^2=0．99,r^2=0．97,r^2=0．96,pH是影响硝化作用的重要因素,硝化率与土壤pH成显著正相关,r^2=0．991。     

黄土高原丘陵沟壑区农业生态系统碳循环模拟研究

利用甘肃农业大学定西旱农综合试验站的2001—2008年长期定位试验数据对DNDC模型进行了验证,结果表明：模型可以用于安定区县域尺度农田土壤有机碳储量及其变化的模拟。模拟不同处理间碳的循环结果显示,秸秆还田或覆盖可提高作物秸秆与根系残留的外源碳携入量,也能提高土壤异氧呼吸对内源碳的消耗。利用DNDC模型以及区域气象、土壤和作物资料,对该区域表层（0～20 cm）农田土壤碳循环进行模拟研究的结果表明,2008年农田土壤（面积为1.2×109 m2）表层（0～20 cm）有机碳总储量为2.8×109 kg,平均土壤有机碳密度为2.33 kg.m-2。通过对该区域农田土壤模拟不同碳投入的情景,分析预测2008年至2037年土壤有机碳储量,得出增加有机肥能够显著增加土壤有机碳的积累,其次为免耕同时增加秸秆还田率50%,而单独实施这两种措施,土壤有机碳的积累速度较慢。     

保护性耕作对土壤有机碳、氮储量的影响

以辽宁彰武县保护性耕作示范推广基地土壤为研究对象,通过实地调查和取样分析,对比研究了传统犁耕和6年免耕秸秆覆盖条件下的土壤有机碳、氮储量,为广泛评价保护性耕作的土壤碳、氮截获功能和合理选择农业耕作方式提供科学依据。研究结果表明,与犁耕相比,免耕覆盖不同程度地提高了0-5cm和5～15cm土层的有机碳、氮储量,对15cm以下土层没有影响,从而增加了0～100em土体总的有机碳、氮储量,证明了免耕覆盖的土壤碳、氮截获功能,年均截获率分别为1．37Mg·hm-2和0．84Mg·hm-2有机碳、氮在犁耕土壤0～30cm剖面的垂直分布较为均匀,免耕覆盖后则发生明显的分层,产生表聚现象。