水旱长期耕作下土壤团聚体及有机碳动态变化

分析比较新疆水旱长期耕作不同年限下土壤团聚体组成及其各粒级团聚体有机碳的动态变化,探讨水田和旱地土壤团聚体有机碳的赋存能力。采用湿筛法对新疆水田和旱地的土壤团聚体及其有机碳的变化进行研究。研究发现,(1)水田和旱地土壤有机碳随着种植时间的延长呈现增加趋势,旱地显著低于水田土壤有机碳的增加。(2)水田种植100 a内,53—250μm微团聚体和>250μm水稳性团聚体增加了199.80 g·kg^-1和321.60 g·kg^-1,<53μm团聚体则逐步减少;旱地种植下,53—250μm微团聚体在0—5 a间快速增加了231.21 g·kg^-1,5 a后基本维持在一个相对稳定的水平;<53μm团聚体0—10 a间快速下降后,维持在230.67—252.33 g·kg^-1之间的稳定水平。(3)团聚体有机碳水田显著大于旱地,100 a间水田>250μm水稳性团聚体有机碳质量分数,与荒地相比增加了22.95 g·kg^-1;而旱地则在种植0—10 a间表现出增加的趋势...     

不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物群落结构的影响

以水稻、小麦、玉米秸秆和油菜、蚕豆青秆为研究对象,采用磷脂脂肪酸(PLFA)方法,并结合主成分分析方法,研究了不同秸秆翻埋还田对旱地和水田土壤微生物数量、菌群分布、群落结构特征等的影响.PLFA分析结果表明,旱地土壤PLFA总量变幅为8.35~25.15 nmol·g-1,大小顺序为油菜蚕豆玉米水稻小麦,5种秸秆翻埋还田均能提高土壤微生物PLFA总量,其中油菜、蚕豆处理分别是不加秸秆处理的2.18、2.08倍,差异显著;5种秸秆处理各菌群PLFA量均高于不加秸秆处理,其中真菌量均显著提高,微生物群落物种丰富度值也显著提高.水田土壤PLFA总量变幅为4.04~22.19nmol·g-1,大小顺序为水稻玉米小麦油菜蚕豆,其中油菜和蚕豆处理低于不加秸秆处理;除蚕豆外其余秸秆处理真菌PLFA量均显著高于不加秸秆处理,蚕豆处理细菌和PLFA总量均显著低于其他处理,各处理间放线菌、革兰氏阳性菌(G+)、革兰氏阴性菌(G-)无显著差异;水稻、小麦、玉米、油菜均能显著提高水田土壤微生物的物种丰富度指数和优势度指数.主成分分析结果表明蚕豆青秆对旱地土壤微生物群落结构影响最大,油菜青秆和小麦秸秆对水田土壤微生物群落结构影响最大.     

旱地和淹水土壤中DDT的降解及DDMU和DDMS的形成趋势

在水稻和黑麦草2种栽培条件下,研究了新施入土壤中的工业DDT及微量老化残留DDT的降解,以及二级降解物DDMS和DDMU的形成动态.结果表明,DDT在旱地土壤中降解缓慢,其一级降解物DDE和DDD检出量略有增加,二级降解物DDMU和DDMS的形成极为有限,到试验终止时(黑麦草生长128 d)二者检出量仅为20 ng·g^-1.DDT在淹水土壤中可迅速降解,84 d后DDT残留量仅为施入量的2％左右,维持在70～80 ng·g^-1的水平;随DDT的降解,其一级降解物DDD检出量增加,在第84 d达峰值,DDD检出量的峰值与DDT的谷值时间基本吻合;同时DDMS和DDMU检出量也明显增加,在84 d时达到峰值,分别为28和115 ng·g^-1.未发现不同土壤条件对微量老化残留DDT降解动态或降解物形成产生影响.因此,淹水条件极利于新施入DDT在土壤中的降解并形成DDMS,但不能通过改变土壤水分条件来促进老化残留DDT降解.     

旱地深层土壤厌氧氨氧化菌及全细菌群落结构对加水培养的响应变化

为研究旱地深层土壤中厌氧氨氧化菌及相伴随的全细菌的群落结构对水分增加的响应变化,选取西澳大陆Kalgoorlie地区60 m深的典型旱地土壤,采集淀积层和母质层土壤样品,加入纯水或3.5%的盐水进行密闭培养.针对厌氧氨氧化功能基因hzsB基因及细菌16S rRNA基因进行高通量测序.结果显示:初始土壤并未有厌氧氨氧化菌的检出,加水培养3个月之后,开始有厌氧氨氧化菌的检出,此时盐水培养中厌氧氨氧化菌群多样性要高于纯水培养的结果.且纯水培养中,厌氧氨氧化菌群落结构在淀积层和母质层中类似,均以Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'为主(92.09%和91.94%),另有一定量的Candidatus ‘Jettenia sp.'(7.43%和7.89%).盐水培养中,淀积层主导种属为Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(50.03%)和Candidatus ‘Jettenia sp.'(40.25%),母质层主导种属为Candidatus ‘Jettenia sp.'(71.20%);继续培养一个月后,盐水培养和纯水培养中厌氧氨氧化菌群多样性均有增加,且盐水培养中厌氧氨氧化菌群多样性依旧要高于纯水培养的结果.此时纯水培养中,淀积层依旧以Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(87.88%)为主导,母质层中Candidatus ‘Jettenia sp.'增长明显,达到50.90%,取代Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(39. 92%)成为主导种属.盐水培养中,Candidatus‘Brocadia fulgida'(45. 19%)与Candidatus ‘Brocadia anammoxidans'(47.99%)共同主导淀积层厌氧氨氧化菌群,母质层中Candidatus ‘Brocadia fulgida'增至73. 14%,取代Candidatus ‘Jettenia sp.'(13.65%)成为主导种属.另外,相伴随的母质层土壤全细菌群落结构在培养过程中相对比较稳定,以厌氧或兼性厌氧的变形菌门(Proteobacteria)占绝对主导(81.84%～95.45%),其中大部分为海洋营生的盐单胞菌科(Halomonadaceae)和希瓦氏菌科(Shewanellaceae).同时厚壁菌门(Firmicutes)在培养过程中出现较明显增长.培养过程中,Candidatus ‘Jettenia sp.'与放线菌门(Actinobacteria)的相对丰度变化显著正相关(r=0.991,p=0.009),与海洋营生的希瓦氏菌科(Shewanellaceae)的相对丰度变化显著负相关(r=-0.971,p=0.029).综上,本文在一定程度上揭示了水分及盐度的变化对厌氧氨氧化的发生及菌群组成分布的重要影响,进一步拓展了对不同生境中厌氧氨氧化菌生理特性的认识.     

有机无机肥长期配施对果园土壤碳库及温室气体排放的影响

有机肥的施用可以提高土壤总有机碳和活性有机碳含量,在改善土壤质量,提升土壤肥力方面有重要意义.设4个处理：不施肥（CK）、单施有机肥（M）、单施化肥（NPK）和有机无机肥配施（MNPK）,研究长期有机无机配施下土壤有机碳和其活性组分含量变化,分析不同施肥措施对温室气体排放的影响,并评估了土壤碳库管理指数的变化.结果表明,与CK处理相比,MNPK处理的土壤总有机碳（TOC）、微生物量碳（MBC）、可溶性有机碳（DOC）、易氧化有机碳（EOC）和颗粒有机碳（POC）含量分别增加了82.84%、66.30%、21.12%、93.28%和145.80%.NPK处理对土壤总有机碳和有机碳组分含量无显著差异.有机无机配施有利于提高土壤碳库活度指数（LI）、土壤碳库指数（CPI）和土壤碳库管理指数（CPMI）,LI和CPI的增加是CPMI增加的主要原因.相关分析表明土壤有机碳组分和CPMI与温室气体排放呈显著正相关关系;有机无机配施增加了CO₂累积排放量和增温潜势（GWP）,但却能够降低温室气体排放强度（GHGI）;MNPK处理产量最高,为56365 kg ·hm^-2,较CK处理（29073 kg ·hm^-2）提高了93.87%.因此,旱地苹果园有机无机肥配施,可促进有机碳的累积,稳定土壤碳库,更有利于果园的可持续发展.     

基于脱贫和环境改善目标的寒旱地区农村庭院生态工程

我国寒旱地区具有农牧交错、村落相对分散、农民贫困、地方政府财力不足等特点,农民增收和环境治理压力较大,需要提高厕所、垃圾、污水等设施水平并推进村庄和庭院整治。以典型寒旱地区库伦旗为例,针对当地寒冷、半干旱等气候特点以及目前农村院落的基本要素构成现状,设计并示范应用了基于脱贫和人居环境改善双目标的农村庭院生态工程模式,以“种植-养殖-厕所-清洗-水窖”为主线,包括温室大棚种植及设施中心、改水改厕、庭院有机废弃物微生态循环、微型水处理与循环利用等单元技术,在农村庭院尺度上实现系统整合。结果表明,本生态工程每年可以实现6.6 t的畜禽粪便（含0.14 t氮）、23.4 t中水、38.5 t雨水重新回到大棚种植系统,可突破寒旱地区气温较低、土壤水肥资源缺乏等瓶颈;构建生态环境良好、资源能源集约利用、农民增收的生产生活一体化复合生态庭院。本研究结果可为我国寒旱地区人居环境治理和乡村振兴战略实施提供参考。     

红壤旱地湿沉降氮特征及其对马唐-冬萝卜连作系统氮素平衡的贡献

大气湿沉降作为农田生态系统养分的重要来源却一直没有得到足够的重视。文章通过常规农作条件,采用自动降雨收集器结合田间实验方法,重点研究了红壤旱地牧草马唐(Digitaria ischaemum)和蔬菜冬萝卜(Raphanus sativus)连作期间大气湿沉降氮素特征,估算了湿沉降向该生态系统输入的氮量,讨论了其对该生态系统氮素平衡的贡献。结果发现,该研究区域不同月份大气湿沉降T-N平均质量浓度为3.91mg·L-1,其中NH4 -N、NO3--N的分别为1.21、0.61mg·L-1;试验期间,湿沉降输入马唐-冬萝卜连作系统的T-N为34.34kg·hm-2,其中冬萝卜生长期最多,占67.88%,湿沉降T-N对该系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为12.97%、17.65%、48.90%。湿沉降T-N对马唐生态系统氮素输入、输出、盈余的贡献分别为6.45%、16.54%、10.57%;对冬萝卜生态系统氮素输入、输出的贡献分别为24.86%和18.23%。红壤旱地普遍具有"酸瘦黏板"的特点,氮素作为一种重要的生命物质和作物营养的必需元素,对作物产量和人民生活质量的提高具有重要的意义。研究结果表明,湿沉降对农田生态系统的影响不容忽视。     

有机无机配施下西北旱区麦田土壤N2O的排放特征及微生物特性

有机无机配施可为作物提供长效持续的营养物质来源,研究旱地农田有机无机配施带来的环境效应和土壤酶活性及微生物特性,对减少化肥面源污染,改善生态环境有重要意义.本试验以3个梯度氮水平(NO、N1、N2):0、150、300 kg·hm-2为主处理,单施化肥和有机无机配施(+M)为副处理,有机肥施用量为30 t·hm-2;测定了小麦生长季的温室气体N2O排放通量和土壤酶活性,硝态氮及铵态氮含量和土壤物理性质.结果表明,土壤N2O排放通量最高的为N2+M处理,排放通量达到0.190 4 mg·(m2·h)-1,N2+M处理较NO累计排放量提高了 255％;N2和N2+M处理N2O的排放通量和增温潜势高于N1和N1+M处理,而产量低于N1和N1+M处理;微生物量碳氮以N2+M处理分蘖期最多,分别为346.31 mg·kg-1和33.36 mg·kg-1;N2+M处理的土壤酶活性较高,其次是N2处理,NO和NO+M处理土壤酶活性较低;通径分析表明,铵态氮(NH4+-N)、土壤磷酸酶(AKP)和微生物量氮(MBN)对N2O排放通量的直接影响较大,其他间接影响较小可不予以考虑.研究旱地麦田有机无机配施的环境效益,与多方面因素相关,合理地配施有机肥可以平衡产量与土壤环境的综合效益.