玉米—大豆轮作体系对黑土土壤固氮菌群落结构及其质量的影响

以大豆连作（CS）、玉米连作（CM）、玉米—大豆轮作（MS）、玉米—玉米—大豆（MMS）和玉米—大豆—大豆（MSS）为研究对象,利用荧光定量PCR和高通量测序分析种植制度对土壤固氮菌丰度和群落结构的影响。结果表明：轮作中土壤有机质（SOM）、全磷（TP）、有效氮（AN）和有效磷（AP）的含量显著高于连作;轮作固氮菌丰度显著高于CM,显著低于CS;MMS与MSS固氮菌多样性显著高于CM;轮作和连作土壤固氮菌群落结构差异明显,全氮（TN）是固氮菌群落结构变化的主要驱动因子,种植制度通过土壤化学性质间接影响固氮菌丰度和多样性。这说明,在吉林省西部半干旱区,MSS与MMS更有利于土壤固氮菌繁殖,可以从微生物学的角度为合理种植和氮素调控提供科学依据。     

太湖地区典型轮作与休耕方式对稻田水稻季N2O和CH4排放量的影响

轮作休耕是实现"藏粮于地、藏粮于技"的重要途径之一,目前在太湖稻田区域主要推广紫云英(Astragalus sinicus L.)-水稻(Oryza sativa L.)、油菜(Brassica napus L.)-水稻和休耕-水稻典型轮作与休耕方式。在太湖地区典型稻田水稻生长季设置了6个处理:(1)紫云英-水稻轮作,不施N肥处理,MRN0;(2)紫云英-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2,以纯氮计,下同),MRN300;(3)油菜-水稻轮作,不施N肥处理,RRN0;(4)油菜-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),RRN300;(5)休耕-水稻轮作,不施N肥处理,FRN0;(6)休耕-水稻轮作,当地常规施肥量(300 kg·hm^-2),FRN300。通过田间试验,研究了不同轮作与休耕方式对水稻产量、氮肥利用率及稻田温室气体CH₄和N₂O排放的影响,从而为综合评价轮作休耕方式提供科学依据。田间试验结果显示,与不施氮肥处理相比,在不同轮作休耕方式下施氮300 kg·hm^-2,可增加53.7%—60.0%的水稻产量,以MRN300处理水稻产量最高,与RRN300和FRN300处理相比,水稻产量分别提高了1.6%和6.0%。在不施氮水平下,MRN0、RRN0和FRN0各轮作处理间N₂O排放通量和累积排放量均值差异不显著(P>0.05)。而在施氮300 kg·hm^-2下,紫云英-水稻轮作可降低N₂O排放通量和累积排放量,与RRN300和FRN300处理相比,N₂O排放通量分别降低了36.0%(P<0.05)和2.1%(P>0.05)。在同一施氮水平下,紫云英-水稻轮作CH₄排放通量和累积排放量最小,与RRN300和FRN300处理相比,MRN300处理CH₄排放通量分别降低了1.1%和6.7%,CH₄和N₂O的全球增温潜势(GWP)分别降低了3.3%和6.5%,单位水稻产量温室气体排放强度(GHGI)分别降低了4.6%和11.6%。综上,紫云英-水稻轮作对提高水稻产量,降低温室气体排放效果最好。     

沼液秸秆联用对滨海围垦田土壤重金属迁移及形态变化的影响

为揭示秸秆还田措施下沼液替代化学氮肥施用对土壤中重金属环境风险的影响,本文以江苏滨海典型围垦农田（稻麦轮作）为对象,设置不加沼液和不加秸秆（CK）、加沼液但不加秸秆（B）、加秸秆但不加沼液（S）和沼液秸秆联用（BS）这4个处理的田间小区试验,观测不同土层中土壤Cu、Zn、Cd和Pb的迁移及形态变化特征,并评估其环境风险.结果表明：①BS处理下稻麦田表层（0~20 cm）土壤中Zn和Pb的总量显著下降（P<0.05）.稻田土壤中4种重金属由表层向中下层（20~60 cm）相对迁移6%~11%,麦田土壤中Cu、Cd和Pb从表层向下迁移25%~33%.这表明,沼液秸秆联用加速了表层土壤中重金属的垂向下移.②BS处理下,稻田表层土壤中Cu的弱酸提取态所占质量分数下降8.8%,Zn、Cd和Pb的残渣态降低7.0%~14.2%.这表明Cu被钝化,但Zn、Cd和Pb有活化趋势.相比较而言,麦田表层土壤中Cu的残渣态降幅为弱酸提取态的2.8倍,表明Cu被活化.与此同时,Cd的残渣态升高,Pb的弱酸提取态降低,Cd和Pb被钝化.③重金属生态风险评估表明,BS处理下稻麦田土壤均未发现重金属生态风险,并且,其风险指数明显低于B和S处理（P<0.05）.因此,沼液秸秆联用有助于显著降低滨海围垦田土壤重金属污染风险.     

氮肥水平对不同土壤N2O排放的影响

摘要：鉴于N2O排放量占施用氮肥量的比例即N2O排放系数还有很大不确定性,室外盆栽试验于2002~2003年在南京农业大学实施,选取3个供试土壤,各土壤设置对照和低、中、高氮肥水平,全年施尿素量 (以N计) 分别为334 kg/hm2、670 kg/ hm2、1004 kg/hm2。结果表明,水稻生长季,各个土壤的N2O累积排放量与其对照相比的增加量在低、中、高氮肥水平间无明显差异;而小麦生长季,随氮肥施用量增加,各个土壤的N2O累积排放量与其对照相比的增加量在3种氮肥水平之间的差异显著。整个稻麦轮作系统,随氮肥用量的增加明显促进麦田N2O的排放。无论水稻或小麦生长季,对照3个土壤的N2O累积排放量并无显著差异,F土壤（江苏溧水）,G土壤（江苏涟水）和H土壤（江苏农科院）的N2O累积排放量,在水稻生长季分别为168mg/m2、127 mg/m2和146 mg/m2;小麦生长季,分别为134 mg/m2、124 mg/m2和168 mg/m2。在施氮肥后,3个土壤的N2O排放量出现差异,如在中氮水平下,小麦生长季,F土壤、G土壤和H土壤N2O累积排放量分别为976 mg/m2、744 mg/m2和626 mg/m2。稻麦轮作生长季内,在低氮与中氮两个水平下,不同土壤间N2O排放系数存在显著差异。以一个稻麦轮作周期为时间尺度,F土壤,G土壤和H土壤总的N2O排放系数分别为1.1%±0.23%, 0.75%±0.17%和1.01%±0.11%,表明不同土壤对N2O排放系数的影响不同。     

控释掺混肥对麦玉轮作体系作物产量和温室气体排放的影响

为探究控释掺混肥一次性施肥对华北平原麦玉（冬小麦和夏玉米）轮作体系作物产量和温室气体排放的影响,于2020~2022年在德州市现代农业科技园区开展田间试验.冬小麦和夏玉米均设不施氮对照（CK）、农户习惯施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、CRU1（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为5∶5和3∶7）、CRU2（包膜尿素与普通尿素在冬小麦和夏玉米上的掺混比例分别为7∶3和5∶5）共5个处理.对比分析了不同处理的作物产量、氮肥利用效率、施肥经济效益和温室气体排放的差异.结果表明,施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P<0.05）.与FFP相比,CRU1和CRU2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了0.4%~5.6%、-5.4%~4.1%和-1.1%~3.9%（P>0.05）;氮肥吸收利用率、氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别提高了-8.6%~43.4%、2.05~6.24 kg·kg^-1和4.24~10.13 kg·kg^-1;周年净收益提高了0.2%~6.3%.施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N₂O和CO₂的周年排放（P<0.05）,但对CH₄周年排放没有影响（第1年FFP处理除外）.CRU1和CRU2处理的土壤N₂O周年排放总量较FFP处理显著降低了23.4%~30.2%（P<0.05）.施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P<0.05）,但各施氮处理通过提高作物产量降低了温室气体排放强度.与FFP相比,CRU1和CRU2处理的周年GWP降低了9.6%~11.5%（P<0.05）,周年温室气体排放强度（GHGI）降低了11.2%~13.8%（P>0.05）.综上所述,一次性减量施用控释掺混肥在减少氮肥和人工投入、提高作物产量、经济效益和降低温室气体排放方面具有积极作用,是促进华北平原粮食作物清洁生产的有效氮肥管理措施.     

城郊稻田生态系统高效生产模式的研究与评价

根据天津市宝坻区的自然条件、区位优势和现有的农业种植结构,提出了稻藕轮作与稻鱼蟹混养相结合的高效生产模式并分析其生态优势。借助Ecopath软件,从系统可持续性和净产值角度,比较分析了稻鱼蟹混养与稻藕轮作相结合生产模式与稻田养鱼、稻田养蟹、稻鱼蟹混养、单一种稻4种稻田生产模式的优劣。结果表明:5种稻田生产模式F inn′s指数值从大到小依次为稻鱼蟹混养与稻藕轮作相结合、稻田养鱼、稻田养蟹、稻鱼蟹混养和单一种稻;稻鱼蟹混养与稻藕轮作相结合生产模式的可持续性指标优于其他3种生态种植模式,其净生产力、生物量/输出量、输出量/输入量和稳定性指标分别是单一种稻模式的2.63、4.25、2.03和3.56倍;与其他4种稻田生产模式相比,稻鱼蟹混养与稻藕轮作相结合模式的净产值很高,是适合于在北方推广的最优生态种植模式。     

华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系氮肥的氨挥发

 利用可多点原位测定氨挥发的风洞系统,监测了华北平原2002～2004年冬小麦-夏玉米轮作体系传统和优化氮肥管理下的氨挥发损失.结果表明,氨挥发主要发生在施肥后2～3周内,以施肥后连续采样15d的氨挥发累积量作为总排放量,相同施氮量下生长季夏玉米的氨挥发大于冬小麦.优化处理的氨挥发平均损失率(35.9%)显著高于传统处理(20.9%),但从氨挥发绝对量上看,传统处理为125.1kgN/hm²,优化处理为42.3kgN/hm²,降幅达66.2%.施肥和灌水方式显著影响氨挥发,撒施碳铵后翻耕的氨挥发损失为10.1%,追肥撒施的氨挥发损失平均为24.6%;撒施尿素后立即灌水,氨挥发损失为19.7%,5h后灌水氨挥发损失为34.0%,增加了72.6%.     

秸秆还田配施化肥对稻-油轮作土壤酶活性及微生物群落结构的影响

秸秆还田是农业生态系统提高土壤肥力和维持作物生产力的有效管理措施.为了研究秸秆还田配施化肥对巢湖地区稻-油轮作农田土壤养分含量、酶活性和微生物群落的影响,开展连续4 a （2016~2020年）的田间定位试验,设置无秸秆+无施肥（CK）、常规施肥（F）、秸秆还田+常规施肥（SF）和秸秆还田+常规施肥减20%（SDF）这4个处理,探究不同处理下影响土壤酶活性与细菌、真菌群落发生变化的关键环境因子.结果表明,秸秆还田配施化肥较常规施肥处理能够提高土壤养分含量,SF处理的土壤养分含量最高.与F相比,SF处理的水稻季土壤有机质（OM）和全磷（TP）含量显著提高了7.94%和24.07%（P<0.05）,油菜季碱解氮（AN）含量显著提高了13.62%（P<0.05）.SF较F处理的土壤磷酸酶和脲酶在水稻季显著提高了28.54%和24.13%,在油菜季显著提高了38.97%和30.70%,而SDF处理的4种土壤酶中仅脲酶活性较F处理显著提高,水稻季和油菜季分别提高了20.31%和24.33%（P<0.05）.秸秆还田对水稻季土壤细菌的Chao1和Shannon指数有所增加,油菜季则有所减少,而对真菌群落的Chao1和Shannon指数均增加.对于微生物群落结构而言,SF和SDF较F处理的变形菌门相对丰度在水稻季分别增加了8.22%和7.88%,油菜季分别增加了18.53%和5.68%.与F相比,SF和SDF处理的绿弯菌门相对丰度在水稻季分别增加了12.00%和11.25%,油菜季分别增加了15.02%和8.43%.水稻季SF和SDF处理的担子菌门较F相比相对丰度显著提高了70%和43.42%（P<0.05）,油菜季SF和SDF处理的子囊菌门与F相比显著提高了69.79%和43.72%（P<0.05）.综上,秸秆还田配施化肥可提高土壤养分含量,土壤脲酶和磷酸酶对秸秆还田的响应更为敏感,稻-油轮作农田土壤的细菌群落构成发生改变主要受土壤TP和速效磷（AP）影响,而土壤OM、AN和pH则是引起真菌群落构成变化的主要环境因子,因而秸秆还田有利于提高农田土壤肥力和维护生态系统健康.     

稻-麦轮作模式下不同钝化材料对镉污染农田土壤的原位钝化效应

为明确大田条件下施用钝化材料对镉(Cd)污染农田土壤的原位钝化效应及其持续性,以秸秆生物炭、 YH粉、粉煤灰、海泡石和页岩粉(粒径均<0.2 mm,施用量均为2.25kg·m^-2)这5种钝化材料为研究对象,连续监测3 a稻-麦轮作模式下原位钝化处理对土壤养分、土壤酸碱度、土壤Cd污染状况和种植作物籽粒Cd含量的影响,探讨其钝化效应及持续性,为有效控制农田土壤Cd污染、保证作物安全生产提供理论依据和数据支撑.结果表明：(1)稻-麦轮作模式下,施用5种钝化材料对土壤养分含量影响较小,但均可提高土壤pH,促使土壤Cd由酸提取态向残渣态转化,降低土壤Cd有效性,其中秸秆生物炭与YH粉处理下当季土壤有效Cd含量的降幅最大(20.42%～22.53%),是其它钝化处理的1.07～1.84倍.(2)稻-麦轮作模式下,首年施用5种钝化材料后均显著降低了水稻和小麦籽粒Cd含量,降幅分别达19.88%～48.77%和5.06%～24.00%.施用秸秆生物炭、粉煤灰和YH粉后作物籽粒Cd含量显著低于对照和其它钝化材料,该处理条件下的水稻籽粒ω(Cd)(0.195、0.197和0....     

油-稻轮作模式下修复材料对土壤铜修复的持续性影响

通过3 a持续的油菜-水稻轮作小区实验,其中前2a连续施用修复材料,后1a不施用修复材料,探究羟基磷灰石、生石灰、生物炭、生物有机肥和纳米材料对铜污染土壤的修复效果,及其对铜在油菜和水稻不同部位的富集情况.结果表明,羟基磷灰石、生石灰和纳米材料均能显著提高土壤pH值;不同修复材料均可有效地抑制土壤铜的移动,以生石灰修复土壤处理的有效铜降幅最大,连续施用修复材料的四季分别为38.9%、34.9%、27.88%和29.04%,且生石灰钝化有效铜的后续效果也较其他修复材料理想.修复材料的施用,促使油菜和水稻可食用部分中铜含量显著降低,修复材料施用的四季中,不同作物可食用部分铜含量最大值分别降低46.03%、22.2%、29.44%和31.71%,由于修复材料的施用效果,不施修复材料两季节作物可食用部分中铜含量均未超过国家食品安全限值.不同修复材料的使用,油菜和水稻产量均有所提高.本文可为铜污染地区土壤改良提供一定的理论依据和技术支撑.