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黑土物理特性变化及改善途径

土壤与作物 2024年第2期13卷 173-180页

作者：张敏韩晓增陆欣春陈旭严君邹文秀中国科学院东北地理与农业生态研究所黑龙江哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049

东北黑土区位于世界四大黑土区之一,因其高肥力和有机质含量而闻名。作为我国主要的粮食生产基地之一,在保障国家粮食安全方面具有重要地位。然而,随着东北黑土地的开垦,养分的失调导致了黑土物理特性的变化和功能的退化,从而使得黑土... 详细信息

东北黑土区位于世界四大黑土区之一,因其高肥力和有机质含量而闻名。作为我国主要的粮食生产基地之一,在保障国家粮食安全方面具有重要地位。然而,随着东北黑土地的开垦,养分的失调导致了黑土物理特性的变化和功能的退化,从而使得黑土肥力下降,威胁着该地区的粮食安全和生态安全。黑土物理特性发生变化,主要体现在黑土层土壤容重增加,孔隙度降低,水稳性团聚体减少,田间持水量下降等。采用合理的耕作方式和施肥制度能在不同程度上改善土壤物理特性,从而遏制土壤肥力的不断下降。本文总结了自黑土开垦以来土壤容重、水稳性团聚体、田间持水量和饱和导水率的变化,分析了耕作和有机物料等对土壤物理特性的重要调节作用,讨论了不同保护途径如何通过改善土壤物理特性达到提升土壤肥力的目的,最后从制定合理的耕作体系和有机培肥机制,优化作物种植模式等展望了未来黑土重点研究的方向。

关键词：黑土水稳性团聚体容重饱和导水率田间持水量

有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响

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土壤与作物 2024年第1期13卷 52-65页

作者：陆欣春韩晓增邱琛陈旭严君张乃文张志明甘佳伟邹文秀刘洪刚中国科学院东北地理与农业生态研究所黑龙江哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049 公主岭农业技术推广总站吉林公主岭136100

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响,优化草甸土耕作层结构、提高作物产量,2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地,在玉米播种前设置了秸秆浅混还田(CT,0~15cm)、秸秆深混还田(STS,0~35cm)、秸秆和有机肥深混还田(... 详细信息

为了研究有机物料还田对草甸土孔隙结构及玉米产量的影响,优化草甸土耕作层结构、提高作物产量,2019年以吉林省公主岭市的草甸土为试验地,在玉米播种前设置了秸秆浅混还田(CT,0~15cm)、秸秆深混还田(STS,0~35cm)、秸秆和有机肥深混还田(STSM,0~35 cm)、无秸秆还田常规耕作(CK)4个处理。对玉米收获后的土壤进行取样分析,测定0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构,并采用结构方程模式、Mantel test和随机森林方法分析土壤孔隙结构调控玉米产量的途径。结果表明,经CT、STS和STSM处理后的0~15 cm土层土壤容重与CK处理相比显著下降了5.2%~7.8%(P增加了7.8%~16.6%和77.5%~325%(P15~35 cm土层上述3个土壤物理性质。CT扫描结果显示,有机物料还田显著改善了相应土层土壤结构。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度;与CT处理相比,STS和STSM处理>15~35 cm土层>1000µm孔隙数量和孔隙度分别显著增加了1.2倍~1.3倍和47.5%~58.9%(P增加了土壤孔隙的复杂性和连通性。与CK处理相比,CT、STS和STSM处理显著增加了0~15 cm土层的各向异性和分形维数,降低了欧拉数(PSTS>CT>CK。结构方程模型结果显示,0~15 cm土层土壤孔隙结构可以直接影响玉米产量或者通过影响容重和饱和导水率间接影响玉米产量,而15~35 cm土层土壤孔隙结构只能通过影响田间持水量间接影响玉米产量。0~35 cm土层土壤物理性质和孔隙结构能够解释玉米产量的81.9%,15~35 cm土层对玉米产量的贡献大于0~15 cm土层。有机物料深混还田通过改变0~35 cm土层草甸土物理性质和孔隙分布,增加孔隙结构的复杂性和连通性,优化耕层结构,具备提高玉米产量的潜力,其中秸秆和有机物配合施用的效果优于单独秸秆还田。如果草甸土分布区有机肥源充足,建议利用秸秆和有机肥料进行深混还田可建立良好的土壤肥力,可以有效增加玉米产量。

关键词：草甸土饱和导水率孔隙分布各向异性结构方程模型

长期不同利用方式对黑土剖面中有机质化学组成的影响

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土壤学报 2022年第5期59卷 1228-1237页

作者：郝翔翔邹文秀韩晓增中国科学院东北地理与农业生态研究所海伦国家野外科学观测研究站黑土区农业生态重点实验室哈尔滨150081

为了研究土地利用方式改变对土壤有机质(SOM)组成和稳定的影响。以典型黑土区29年长期定位试验为平台,采用红外光谱和固体^(13)C核磁共振技术,对农田、草地和林地三种利用方式下不同剖面深度(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80和80~100 ... 详细信息

为了研究土地利用方式改变对土壤有机质(SOM)组成和稳定的影响。以典型黑土区29年长期定位试验为平台,采用红外光谱和固体^(13)C核磁共振技术,对农田、草地和林地三种利用方式下不同剖面深度(0~10、10~20、20~40、40~60、60~80和80~100 cm)SOM的活性组分含量和有机质官能团进行了分析,探讨了土地利用方式变更对SOM化学组成的影响。结果表明:土壤剖面中4种活性有机碳(微生物生物量碳,溶解性有机碳,轻组有机碳和易氧化有机碳)的含量均表现为草地>林地>农田。随着剖面深度的增加,SOM的脂族碳、甲氧基碳和烷氧基碳逐渐降低,而芳香碳和羧基碳则逐渐增加,其稳定程度逐渐增强。草地和林地土壤剖面中的SOM含有较多氧化程度低、易分解的甲氧基和烷氧碳,而农田SOM则含有较高的芳香结构和羧基碳,其腐质化程度较高。土地利用方式的改变会引起上、下土层中SOM化学组成的变化,植被恢复有利于SOM活性组分的形成,长期耕作可促进SOM稳定组分的积累。

关键词：黑土土地利用方式土壤剖面土壤活性有机碳分子结构

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典型黑土的黑度与土壤有机质组分关系研究

土壤学报 2023年第5期60卷 1421-1429页

作者：郝翔翔王翠邹文秀严君韩晓增中国科学院东北地理与农业生态研究所海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站黑土区农业生态重点实验室哈尔滨150081 哈尔滨学院信息工程学院哈尔滨150086

土壤颜色作为土壤的一项重要物理指标,被广泛应用于土壤诊断、分类以及土壤性质判断。在矿物成分大致相同条件下,土壤有机质(SOM)是控制土壤变黑的重要因素。采用基于CIE L*a*b*颜色分析系统的分光测色仪,并结合土壤物理分组方法,对30... 详细信息

土壤颜色作为土壤的一项重要物理指标,被广泛应用于土壤诊断、分类以及土壤性质判断。在矿物成分大致相同条件下,土壤有机质(SOM)是控制土壤变黑的重要因素。采用基于CIE L*a*b*颜色分析系统的分光测色仪,并结合土壤物理分组方法,对30个典型黑土及其物理组分(轻组、粗颗粒、细颗粒和矿质结合态有机质)的黑度进行了分析,旨在明确黑土SOM含量与其黑度间的定量关系,揭示不同物理组分对土壤黑度的贡献。结果表明:黑土的黑度与SOM、以及各物理组分的黑度与相应组分的有机碳含量之间,均呈显著正相关关系。而且随着组分稳定程度的增加,这种相关性逐渐增强。从不同组分看,轻组和粗颗粒组分的黑度值大于细颗粒和矿质结合态组分,但相关分析表明,轻组和粗颗粒组分的黑度与原土黑度无显著相关关系,二者对土壤黑度的贡献率仅为2.6%。而矿质结合态组分作为土壤腐殖质的主要储存位置,其对土壤的黑度贡献率达81%以上,是黑土呈现黑色的决定性因素。

关键词：土壤颜色土壤有机碳亮度值物理分组黑土

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菲在长期施肥黑土团聚体中的老化行为

环境科学 2011年第8期32卷 2436-2443页

作者：张迪韩晓增中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨150081 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030 中国科学院研究生院北京100049

在东北黑土区长期肥料试验定位监测田采集[化肥与有机肥配施(NPOM)、不施肥(NF)]的表层(0～20 cm)土壤样品,用室内模拟培养的方法研究了菲在黑土及其不同粒径团聚体中的老化行为及其影响因素的溯源分析.结果表明,老化前期>2 mm粒径组团... 详细信息

在东北黑土区长期肥料试验定位监测田采集[化肥与有机肥配施(NPOM)、不施肥(NF)]的表层(0～20 cm)土壤样品,用室内模拟培养的方法研究了菲在黑土及其不同粒径团聚体中的老化行为及其影响因素的溯源分析.结果表明,老化前期>2 mm粒径组团聚体是优先吸附剂,而老化后期<0.053 mm粒径组的团聚体是优先吸附剂.在120 d的老化周期内,0.25～0.053 mm和0.25～2 mm粒径组的提取率无显著差异.NPOM处理原状土中结合残留态菲为31.13%,而NF处理原状土中结合残留态菲为27.73%,菲在NPOM和NF处理中老化平均速率分别为0.26%.d-1和0.23%.d-1.经对5个影响结合残留态菲的含量的相关指标进行主成分分析,结果表明有机碳含量、比表面积是影响结合残留态菲含量最主要因子.因此,长期施用有机肥后形成的土壤结构有利于菲的老化,从而降低菲在土壤中的活性和毒性.

关键词：黑土团聚体菲老化长期施肥

肥沃耕层构建对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响

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应用生态学报 2023年第4期34卷 883-891页

作者：陆欣春范欣欣邹文秀严君陈旭韩晓增邓维娜中国科学院东北地理与农业生态研究所哈尔滨150081 东北农业大学哈尔滨150030 富锦市农业技术推广中心黑龙江富锦156100

为探究肥沃耕层构建技术对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响,本研究在黑龙江省富锦市的白浆土上进行了3年的定位试验,试验设置常规整地方法(T15)和肥沃耕层构建方法[秸秆深混还田(T35+S)、有机肥深混施用(T35+M)、秸秆与有机肥深混还田(T... 详细信息

为探究肥沃耕层构建技术对白浆土土壤肥力和玉米产量的影响,本研究在黑龙江省富锦市的白浆土上进行了3年的定位试验,试验设置常规整地方法(T15)和肥沃耕层构建方法[秸秆深混还田(T35+S)、有机肥深混施用(T35+M)、秸秆与有机肥深混还田(T35+S+M)、深翻35 cm+秸秆深混+有机肥+化肥(T35+S+M+F)]共5个处理。结果表明:1)肥沃耕层构建处理均比常规对照显著增加了玉米产量,增幅15.4%~50.9%。2)与常规对照相比,肥沃耕层构建前两年对土壤pH值影响不显著,到第3年显著提高了耕层(0~15 cm)土壤pH值;T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M处理显著提高了亚耕层(15~35 cm土层)土壤pH值,T35+S处理对亚耕层土壤pH值影响不显著。3)肥沃耕层构建处理(T35+S+M+F、T35+S+M、T35+M、T35+S)可提高耕层和亚耕层土壤养分含量,其中亚耕层土壤有机质、全氮、有效磷、碱解氮和速效钾含量分别显著提高了3.2%~46.6%、9.1%~51.8%、17.5%~130.1%、4.4%~62.8%、22.2%~68.7%,导致亚耕层肥力丰富度指数增加,其养分含量趋近于耕层水平,构建了35 cm肥沃耕层。4)肥沃耕层构建处理第2、3年0~35 cm土壤有机质含量分别增加了8.8%~23.2%、13.2%~30.1%;土壤有机碳储量逐步增加。5)T35+S处理碳转化率为9.3%~20.9%,T35+M、T35+S+M和T35+S+M+F处理碳转化率为10.6%~24.6%;肥沃耕层构建处理土壤固碳速率为815.7~3066.4 kg·hm^(-2)·a^(-1),T35+S处理固碳速率随着时间推移逐渐增加,其他3个处理第二年达到碳饱和。采用玉米秸秆或者玉米秸秆配合有机肥深混的肥沃耕层构建方式能够同步培肥白浆土耕层和亚耕层土壤,提高玉米产量,从经济效益考虑,实际生产中可采用秸秆、有机肥和化肥深混一次性还田方式结合保护性耕作培肥白浆土。

关键词：白浆土秸秆深混还田有机肥还田土壤肥力产量

氮肥对大豆结瘤固氮、籽粒产量和蛋白质含量的影响

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植物营养与肥料学报 2022年第8期28卷 1457-1465页

作者：邹狮严君韩晓增邹文秀陈旭陆欣春中国科学院东北地理与农业生态研究所黑龙江哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049

【目的】合理施用氮肥不仅可提高大豆结瘤固氮能力,还可减少农业污染,实现大豆生产的高产优质高效。研究施氮时期和施氮量对大豆结瘤固氮、产量及蛋白质含量的影响,为大豆高产优质提供理论基础及科学依据。【方法】采用盆栽试验,供试大... 详细信息

【目的】合理施用氮肥不仅可提高大豆结瘤固氮能力,还可减少农业污染,实现大豆生产的高产优质高效。研究施氮时期和施氮量对大豆结瘤固氮、产量及蛋白质含量的影响,为大豆高产优质提供理论基础及科学依据。【方法】采用盆栽试验,供试大豆品种为‘东生35’,试验设2个氮肥施用时期(V2期和R1期)和3个氮肥施用量[N 0、5、100 mg/(kg,土)],表示为N0、N5和N100。在大豆R2期(盛花期)和R5期(鼓粒期)取样分析了地上部干物质积累量、根瘤数量、根瘤干重和固氮酶活性。在R8期(成熟期)调查了大豆籽粒产量和蛋白质含量。【结果】施氮时期和施氮量对大豆地上干物质积累、结瘤和固氮能力均有显著影响。不论是V2期还是R1期施氮,大豆地上部干物质积累量均随着施氮量的增加而增加,而根瘤干重、数量则呈降低的趋势。R1期施氮条件下,N100处理的大豆盛花期根瘤数量和根瘤干重比N0分别下降了42.3%和32.8%,而固氮酶活性则均以N5处理最高;V2期施氮条件下,N5处理的大豆固氮酶活性在R2期和R5期较N0处理分别增加15.3%和27.1%。大豆籽粒产量和蛋白质含量均以N5处理最高,籽粒蛋白质含量较N0处理增加了6.3%~9.4%。结构方程结果表明,施氮量正向调控固氮酶活性,间接影响大豆产量;负向调控根瘤数量,间接影响大豆籽粒蛋白质含量。施氮时期直接负向调控大豆籽粒产量,正向调控籽粒蛋白质含量。【结论】合理施氮有利于大豆高产优质,早期(V2期)施用氮肥有利于大豆产量提升,而推迟到始花期(R1期)施用氮肥更有利于大豆固氮和籽粒蛋白质含量的增加。盆栽条件下,施氮量对大豆产量和蛋白质含量的影响大于施肥时期,施氮量均以控制在N 5 mg/(kg,土)为宜。

关键词：大豆根瘤施氮量施氮时期结瘤固氮酶活性产量蛋白质

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重迎茬大豆植株氮磷钾含量与积累特征的研究

农业现代化研究 1997年第6期18卷 371-374页

作者：韩晓增中国科学院黑龙江农业现代化研究所

通过系统定位轮作试验，建立大豆正茬、迎茬、重茬的种植方式。在不同生育期，测定了大豆植株氮磷钾含量和积累。结果表明；在各个生育期大豆植株氮磷钾含量和积累总量均为正茬＞迎茬＞重茬。影响大豆植株氮磷钾的含量和积累的主要原因... 详细信息

通过系统定位轮作试验，建立大豆正茬、迎茬、重茬的种植方式。在不同生育期，测定了大豆植株氮磷钾含量和积累。结果表明；在各个生育期大豆植株氮磷钾含量和积累总量均为正茬＞迎茬＞重茬。影响大豆植株氮磷钾的含量和积累的主要原因是：病虫危害大豆根部导致吸收和运输受阻以及受茬口影响，土壤中的氮磷钾活性变低，大豆固氮能力下降，氮磷钾的积累与产量相关。重茬大豆植株氮磷钾积累总量较正茬分别减少４１．８１％，４８．７８％，３６．０２％；大豆经济产量重茬较正茬减少３１．５５％，迎茬较正茬减少１５．５３％。

关键词：重迎茬大豆氮磷钾积累

不同土地利用方式下典型黑土区土壤微生物群落演替规律

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土壤学报 2022年第5期59卷 1238-1247页

作者：胡芳王芳韩晓增许敏付玉豪严君贾仲君 Tiedje James M. 蒋新中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室(南京土壤研究所) 南京210008 中国科学院东北地理与农业生态研究所黑土区农业生态重点实验室哈尔滨150081 中国科学院大学北京100049 密歇根州立大学植物、土壤和微生物科学系微生物生态中心美国密歇根州48824

利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期(32年)裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明:与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作... 详细信息

利用先进的分子生态学技术,针对中国科学院海伦农业生态试验站长期定位实验,研究了典型黑土区经过长期(32年)裸地、农田和草地三种土地利用后,土壤微生物区系的演替规律及其环境驱动机制。结果表明:与裸地相比,32年玉米-大豆-小麦轮作种植或自然草地恢复后,土壤有机质含量从52.07 g·kg^(–1)显著增加至54.83 g·kg^(–1)和61.54 g·kg^(–1),增幅分别为8.0%和27.5%,土壤氮磷钾养分有效性也显著增加。同时,每克干燥土壤中微生物丰度从2.25×10^(7)拷贝数增加至8.08×10^(7)拷贝数和1.69×10^(8)拷贝数,分别增加了2.58倍和6.51倍。裸地、农田和草地土壤的优势微生物菌门均为变形菌、酸杆菌和放线菌,其相对丰度均高于19%,且三者无显著差异(P>0.05)。然而,所有检测到的228个微生物属中,高达54个微生物属有显著差异(P<0.05),但绝大多数为相对丰度较低的微生物。分析表明土壤养分含量是微生物群落分异的主要环境驱动力,Granulicella微生物属可作为指示类群评估黑土环境的变化。上述研究结果表明,植被覆盖是土壤微生物群落演替的重要影响因素,未来应深入研究原位条件下黑土微生物的功能及其农业环境意义,为维系土壤养分元素循环和发展可持续农业生态管理模式提供理论参考。

关键词：长期试验黑土土壤微生物高通量测序农田草地