长期施肥对红壤性水稻土活性碳的影响

在23年的长期田间定位试验区,研究了不同施肥对红壤性水稻土活性碳的影响。结果表明,在不施肥(CK)、无机肥(NPK)、有机肥(猪粪 紫云英绿肥)(OM)和无机肥与有机肥配施(NPKM)处理中,土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量均随土层深度的增加而降低;不同施肥处理土壤微生物量碳含量、潜在可矿化碳含量和可溶性有机碳含量从高到低顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK,长期施用肥料,特别是施有机肥与无机肥配施能提高土壤微生物量碳、潜在可矿化碳和可溶性有机碳含量,从而保持和提高土壤碳库质量。同施肥处理A层的土壤活性碳占土壤有机碳的比率显著大于P层;同施肥处理同发生层各土壤活性碳占土壤有机碳比率从高到低的顺序为:潜在可矿化碳的比率(R2)>微生物量碳的比率(R1)>可溶性有机碳的比率(R3);同施肥处理同发生层土壤活性碳占土壤有机碳比率R1、R2、R3大小顺序都为:NPKM>OM>NPK>CK。除P层微生物量碳和可溶性有机碳之间外,土壤有机碳总量与各活性碳之间以及各类活性碳之间相关性均达到极显著水平。     

长期施肥酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物特征

构建微域培养结合梯度凝胶电泳(DGGE)、Illumina MiSeq高通量测序、生物信息学分析等分子生态学技术,以不施肥土壤为对照(CK),研究长期施化肥(NPK)和有机肥(OM)对酸性旱地土壤硝化活性及自养硝化微生物群落的影响,并认知其与土壤理化因子间的关系.结果表明,施化肥和有机肥显著提高土壤有机碳和无机氮含量,施有机肥提高土壤pH和总氮含量、降低C/N;供试土壤自养硝化作用占据主导(73.60%~85.32%),施肥显著提升土壤自养硝化活性,且施有机肥提升效果更为明显;微域培养后,OM土壤氨氧化古菌(AOA)和细菌(AOB)amoA基因绝对丰度及16S rRNA基因相对丰度显著上升,而CK和NPK土壤仅AOA相对丰度显著上升,即3种土壤AOA均有明显活性(主要类群为Nitrososphaera,99.30%),而AOB仅在OM土壤有活性(主要类群为Nitrosospira,99.99%),另外还发现OM土壤中亚硝酸盐氧化细菌(NOB)有较强活性(主要类群为Nitrospira,96.69%);逐步回归分析显示自养硝化活性显著受总氮含量影响,AOA和AOB amoA基因丰度分别受有机碳含量和pH影响,Nitrososphaera相对丰度与NO_3~--N含量显著正相关,而Nitrosospira和Nitrospira相对丰度则与C/N显著负相关.可见,长期施肥后土壤总氮含量的提升显著刺激自养硝化活性;以Nitrososphaera为主的AOA在酸性旱地土壤硝化作用中发挥了重要作用,施有机肥土壤pH上升及C/N下降刺激了Nitrosospira(AOB)生长,从而改变了酸性旱地土壤中活跃的自养硝化微生物类群.     

土壤调理剂对镉污染稻田修复效果

选用森美思、CCT01、矿物质和特贝钙这4种土壤调理剂,在萍乡地区受镉(Cd)污染稻田开展大田控镉试验,探讨4种调理剂对土壤pH、容重、有机质、速效养分、质地和微团聚体等理化性质及土壤有效态Cd和糙米Cd含量的影响.研究结果表明与对照相比,添加土壤调理剂提高了土壤pH值、容重和阳离子交换量;其中森美思和CCT01土壤调理剂使土壤粉粒和黏粒增加,砂粒减少,而矿物质和特贝钙土壤调理剂使粉粒和黏粒减少,砂粒增加;除CCT01土壤调理剂外,施用土壤调理剂增加了大粒级团聚体,而减少小粒级微团聚体.土壤调理剂对土壤理化性质的影响促进污染土壤中的Cd由活性高的形态向活性低的形态转化,从而降低了土壤有效态Cd含量(5. 21%～34. 78%)和糙米中Cd含量(51. 39%～68. 06%).相关性分析表明,糙米Cd含量与土壤有效态Cd和有效磷呈显著的正相关关系,而与土壤pH和容重呈显著的负相关关系.从土壤和糙米降镉率及对理化性质的影响考虑,特贝钙土壤调理剂修复效果最佳,其次是森美思和矿物质土壤调理剂.     

有机质提升对酸性红壤氮循环功能基因及功能微生物的影响

外源有机物质输入是提升酸性红壤有机质含量的主要方式,氮素是土壤肥力的重要限制因子.有机质提升后土壤生态系统的变化会影响土壤氮循环过程及功能微生物,但目前还未见报道.本研究选择长期施有机肥的酸性旱地红壤及不施肥对照土壤作为研究材料,基于宏基因组测序及氮循环功能基因数据库比对,研究32 a的连续有机物质输入导致的土壤有机质含量上升对酸性红壤氮循环功能基因及相关功能微生物的影响.结果表明,酸性红壤有机质提升显著增加了土壤总有机碳和总氮含量,缓解了土壤酸化.有机质提升增加了土壤净硝化活性和氨氧化潜势.有机质提升显著增长了编码古菌氨单加氧酶amoA基因和反硝化过程还原酶的功能基因nar、nap、nir、nor和nos的丰度,降低了编码羟胺氧化酶hao基因及执行硝酸盐异化还原成铵过程的功能基因nrf的丰度,提升了有机氮代谢功能基因glnA、gdh、glsA、ansB和nao丰度,改变了硝酸盐同化过程功能基因丰度以及硝化过程功能微生物群落组成.有机质提升后土壤酸化的缓解和总有机碳含量的提升是影响氮循环各过程功能基因丰度及功能微生物组成的最主要因子.本研究全面研究了无机氮和有机氮循环功能基因,关联了氨氧化过程的功能基因、功能微生物类群和功能活性,可为把握酸性红壤氮循环特征提供数据依据,也可为酸性土壤改良提供思路.     

小麦秸秆生物质炭对水稻产量及晚稻氮素利用率的影响

选择湖南长沙红黄泥水稻土和江西进贤红壤性水稻土为供试土壤,研究小麦秸秆制生物质炭在20、40t.hm-2施入量水平下与氮肥配施对早、晚稻产量及晚稻氮素利用率的影响。结果表明,生物质炭与氮肥配施情况下,2个试验点不同生物质炭施用量处理间早稻产量均无显著差异,但进贤试验点生物质炭施用量为20和40t.hm-2处理晚稻产量分别比未施生物质炭对照提高5.18%和7.95%,而长沙试验点3个处理间晚稻产量无显著差异。在相同氮素水平下,当生物质炭施用量为40 t.hm-2时,2个试验点土壤有机碳含量与未施生物质炭对照相比最高增幅均在55%以上;施用生物质炭可提高酸性或弱酸性土壤pH值,降低土壤容重;施用生物质炭也可显著提高水稻氮肥利用率,在40 t.hm-2施用水平下,长沙和进贤试验点水稻氮肥吸收利用率分别提高20.33和17.58百分点,进贤试验点氮肥农学效率提高39.81%。在酸性土壤中施用生物质炭可提高氮肥利用率,保持水稻产量稳定或有一定的增产效果。     

不同水稻品种对重金属的积累特性

采用田间试验法,以南方主要种植的129个水稻品种为研究对象,通过对稻米样品中镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)、无机砷(As)和总汞(Hg)重金属含量的测定,分析不同品种和类型的水稻对重金属吸收能力的差异.结果表明,35个早稻糙米Cd含量在0. 35～0. 60 mg·kg~(-1)之间,超标率100%,糙米Pb含量在0. 08～0. 30 mg·kg~(-1)之间,超标率14. 29%; 54个中稻糙米Cd含量在0. 03～0. 45 mg·kg~(-1)之间,超标率33. 33%; 40个晚稻糙米Cd含量在0. 08～0. 20 mg·kg~(-1)之间,均未超过国家标准.早、中、晚稻都表现出三系杂交稻糙米Cd含量高于两系杂交稻,但是差异不明显;早稻三系杂交稻糙米Cr和总Hg含量显著高于两系杂交稻.中稻糙米Cd含量与Pb和总Hg含量间呈显著正相关;与糙米中无机As含量间存在极显著负相关;而与糙米中Cr含量间相关性不明显.总之,水稻对重金属的吸收积累,受遗传背景、品种类型和重金属互作的影响较大.     

不同程度镉污染农田中粉葛镉富集转运特征

探究不同程度镉（Cd）污染土壤对粉葛植株Cd积累分配特征的影响,为Cd污染农田的植物修复提供参考依据.在不同Cd污染［ω（Cd）为0.32~38.08 mg ·kg^-1］农田开展多点试验,分析了粉葛主要生育期不同部位生物量、Cd含量、Cd积累量及其富集和转运系数.结果表明,研究区粉葛块根干重为5.04~11.98 t ·hm^-2,生物量为13.21~29.07 t ·hm^-2,Cd积累量为15.74~106.03 g ·hm^-2;粉葛对Cd的吸收规律表现为：主藤>叶片>侧枝>葛头>块根;随着土壤Cd含量的增加,粉葛各部位Cd含量均显著增加（P<0.05）,而生物量均显著降低（P<0.05）;粉葛地上部Cd富集和转运系数呈先增大后减小的变化趋势,而根部Cd富集和转运系数均逐渐减小.相关分析表明,土壤Cd含量是影响粉葛Cd积累的关键因素.在轻中度Cd污染下,粉葛经济部分（葛粉）ω（Cd）为0.03~0.22 mg ·kg^-1,均低于药用植物的标准限值（≤0.30 mg ·kg^-1）;在中度污染粉葛地上部Cd富集和转运系数分别为2.43~7.97和3.02~9.81.粉葛具有很强的Cd富集和运输能力,是适合用作Cd污染土壤修复的潜力植物.     

低丘红壤区伏秋旱的成因、特征及抗旱体系的研究

本文全面分析了低丘红壤区伏秋旱的成因、特征和抗旱措施。结果表明,降水量超前于潜在蒸发量变化及红壤调控、供水力弱、有效水少,供需矛盾突出是伏秋旱的主因。其特征是频率和强度加大、干热同步、表土干旱。关键对策是建立开源节流为主体、降耗增效为两翼的抗旱技术体系。     

镉污染稻田土壤理化性质、微生物及酶活性的差异性分析

通过田间试验,分析了萍乡市2 hm2 Cd污染稻田中土壤理化性质、微生物和酶活性的空间差异性及相关性特征。结果表明:糙米Cd变异系数大于土壤有效态Cd和总Cd,且晚稻变异性大于早稻,属于中等变异性。土壤pH和容重变异系数较小,有机质、阳离子交换量、速效钾、有效磷和碱解氮变异系数为22.82%~35.60%,属于中等变异性;除过氧化氢酶变异性较小外,土壤酶活性、机械组成和微团聚体变异系数为10.54%~38.21%,属于中等变异性;土壤微生物（52.59%~84.64%）变异性较强,表现为细菌 > 放线菌 > 真菌。相关性分析表明:土壤pH、砂粒、蔗糖酶、酸性磷酸酶和过氧化氢酶与土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶具有较强的负相关;而土壤有机质、阳离子交换量、黏粒、有效磷、速效钾、真菌和脲酶之间具有较强的正相关。主成分分析发现:pH、有机质、容重、速效钾和碱解氮是土壤理化性质的关键因子。