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水氮耦合对滴灌棉田土壤有机碳组分及酶活性的影响

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植物营养与肥料学报 2023年第5期29卷 860-875页

作者：郝海波许文霞侯振安石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832000

【目的】研究灌水量和施氮量对滴灌棉田土壤有机碳、氮含量及有机碳库稳定性的影响,为实现新疆棉花高效生产和可持续发展提供理论依据。【方法】采用两因素三水平完全随机区组设计进行棉花田间滴灌施肥试验,设置的3个灌水量(W)分别为360... 详细信息

【目的】研究灌水量和施氮量对滴灌棉田土壤有机碳、氮含量及有机碳库稳定性的影响,为实现新疆棉花高效生产和可持续发展提供理论依据。【方法】采用两因素三水平完全随机区组设计进行棉花田间滴灌施肥试验,设置的3个灌水量(W)分别为360 mm (低量)、480 mm (适量)、600 mm (高量),3个施氮(N)水平分别为0 kg/hm^(2)、300 kg/hm^(2) (适量)和450 kg/hm^(2) (高量),共9个处理组合。棉花收获后,采集0—20 cm土层土壤,测定土壤有机碳(SOC)、水溶性有机碳(WSOC)、微生物生物量碳(MBC)、易氧化有机碳(EOC)和稳定态有机碳(NOC)含量,测定土壤脲酶(URE)、β-葡萄糖苷酶(BG)、N-乙酰基-β-D葡萄糖苷酶(NAG)活性。利用田间原位填埋尼龙网袋法测定各处理土壤有机物料(秸秆)分解率(OMDR),计算土壤碳库管理指数(CPMI)。【结果】与W600N450处理相比,2015和2016年W480N300处理土壤有机碳分别提高了8.9%和10.9%,C/N分别提高了16.2%和16.3%,EOC和NOC含量分别提高了11.8%~15.4%和14.3%~20.8%,WSOC含量分别降低了35.5%和21.8%。表明合理的水氮管理有利于提高土壤有机碳和稳定态有机碳含量,降低水溶性有机碳含量,提高土壤碳库的稳定性。与W480处理相比,W360处理MBC含量显著降低了13.1%,W600处理降低了WSOC和NOC含量;W360处理EOC含量两年分别降低了2.1%和5.3%,W600处理分别降低了4.1%和7.6%(P滴灌施肥条件下,过高的灌水量和施氮量会降低土壤有机碳和稳定态有机碳含量,降低土壤碳库活度和碳库管理指数,提高微生物生物量碳含量以及酶活性,不利于维持土壤有机碳的稳定。本试验条件下,灌水480 mm配合施氮300 kg/hm^(2)的水氮管理有利于促进滴灌棉田土壤有机碳积累,提高有机碳活性。

关键词：水氮耦合土壤有机碳组分土壤酶滴灌棉田

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干旱区绿洲膜下滴灌棉田蒸散发

干旱区研究 2023年第1期40卷 152-162页

作者：刘延雪乔长录石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室新疆石河子832000

蒸散发是干旱区农田水循环过程中水分消耗的主要途径,对研究气候变化下干旱区农田耗水规律和制定科学的灌溉制度有重要作用。连续3 a利用大型称重式蒸渗仪监测滴灌棉田蒸散发,设置覆膜与不覆膜对比试验,研究蒸散发过程,分析覆膜和气象... 详细信息

蒸散发是干旱区农田水循环过程中水分消耗的主要途径,对研究气候变化下干旱区农田耗水规律和制定科学的灌溉制度有重要作用。连续3 a利用大型称重式蒸渗仪监测滴灌棉田蒸散发,设置覆膜与不覆膜对比试验,研究蒸散发过程,分析覆膜和气象因素对蒸散发的影响。结果表明:(1)在棉花整个生育期内,覆膜与不覆膜滴灌棉田的平均蒸散量分别为292.15 mm和429.22 mm,膜下滴灌的种植方式可以降低31.93%的蒸散量。(2)蒸散量和蒸散强度在不同生育阶段的大小关系:花铃期>蕾期>吐絮期>苗期。(3)滴灌棉田在00:00—08:00进行凝结,在08:00—23:00进行蒸散发,蒸散量在午后达到最大值,苗期最大值出现最早,花铃期最大值出现最晚。(4)蒸散发与风速、辐射、气温呈正相关;与湿度和气压呈负相关。(5)降雨会促进滴灌棉田蒸散发。总体而言,覆膜可以减少水分蒸散发,有助于提升农业生产过程中的水分利用效率。

关键词：蒸散发滴灌棉田蒸渗仪干旱区

氮肥稳定剂对滴灌棉田土壤有效氮供应、棉花氮素吸收及利用的影响

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核农学报 2023年第10期37卷 2071-2078页

作者：胡丹康丽霞李培楚张淑英刘涛石河子大学农学院新疆石河子832003

为探明氮肥稳定剂对滴灌棉田的有益效果,采用田间试验,设置不施氮肥(CK)、单施尿素(U)、尿素添加单一氮肥稳定剂(UNI)和尿素添加复合氮肥稳定剂(UNIUI)4个处理,研究土壤有效氮供应、棉花干物质积累、氮素吸收及利用情况。结果表明,UNI和... 详细信息

为探明氮肥稳定剂对滴灌棉田的有益效果,采用田间试验,设置不施氮肥(CK)、单施尿素(U)、尿素添加单一氮肥稳定剂(UNI)和尿素添加复合氮肥稳定剂(UNIUI)4个处理,研究土壤有效氮供应、棉花干物质积累、氮素吸收及利用情况。结果表明,UNI和UNIUI处理土壤尿素态氮和铵态氮含量较U处理均有提高,其中,土壤铵态氮含量在吐絮期分别提高了17.36%(P0.05);土壤硝态氮含量在盛花期和盛铃期较U处理有所降低,吐絮期则显著提高了22.23%和24.84%(P棉田土壤有效氮库,促进棉株干物质积累和氮素吸收,显著提高棉田氮肥利用率,且复合氮肥稳定剂应用效果优于单一氮肥稳定剂。本研究结果为干旱区滴灌棉田氮肥增效提供了新途径。

关键词：氮肥稳定剂土壤氮转化干物质积累氮素吸收滴灌棉田

秸秆还田方式及施氮量对滴灌棉田土壤有机碳氮的影响

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水土保持学报 2022年第3期36卷 207-212页

作者：霍启煜马丽娟徐悦轩闵伟侯振安石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室新疆石河子832003

通过连续7年田间定位试验,采用2因素试验设计,设置秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(ST)和秸秆炭化还田(BC)3种秸秆还田方式和0(N0),300(N300),450(N450)kg/hm^(2)3个施氮(N)量,研究秸秆直接还田和炭化还田配施氮肥对土壤碳氮含量和棉花产... 详细信息

通过连续7年田间定位试验,采用2因素试验设计,设置秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(ST)和秸秆炭化还田(BC)3种秸秆还田方式和0(N0),300(N300),450(N450)kg/hm^(2)3个施氮(N)量,研究秸秆直接还田和炭化还田配施氮肥对土壤碳氮含量和棉花产量的影响。结果表明:ST和BC处理土壤有机碳含量呈现逐年递增趋势,且BC处理增幅大于ST处理。第7年,在各施氮水平下,ST处理较CK处理土壤有机碳提高33.28%~36.43%,BC处理较CK处理土壤有机碳提高58.56%~63.25%。多年秸秆还田(ST和BC)可以提高土壤全氮含量,N0水平下,ST处理全氮含量最高;N300水平下,BC处理7年后土壤全氮含量较ST处理显著提高;N450水平下,5年后BC处理土壤全氮含量高于ST处理。在N0水平,ST和BC处理提高了土壤碳/氮,N300和N450水平,BC处理提高了土壤碳/氮。秸秆炭化还田配施氮肥显著提高了棉花产量,N300和N450条件下,BC处理较CK增产17.43%~17.89%。因此,多年秸秆炭化还田配施氮肥可增加土壤有机碳含量,氮库容量和土壤碳/氮,提高棉花产量。

关键词：滴灌棉田秸秆还田方式施氮量有机碳全氮

非灌溉季节施加生物炭对滴灌棉田土壤结构及水热特性的影响

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水土保持学报 2022年第3期36卷 220-227页

作者：邹瑞晗吕德生王振华朱艳宗睿石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子832000 现代节水灌溉兵团重点实验室新疆石河子832000

为探究在非灌溉季节施加生物炭对滴灌棉田耕层土壤水热特性和三相结构的调控效应。设置生物炭15(B_(1)),30(B_(2)),45(B_(3)),60(B_(4)),0(B_(0))t/hm^(2)5个施加量,分析其对新疆滴灌棉田非灌溉季节耕层土壤(0—40 cm)三相结构、总孔隙... 详细信息

为探究在非灌溉季节施加生物炭对滴灌棉田耕层土壤水热特性和三相结构的调控效应。设置生物炭15(B_(1)),30(B_(2)),45(B_(3)),60(B_(4)),0(B_(0))t/hm^(2)5个施加量,分析其对新疆滴灌棉田非灌溉季节耕层土壤(0—40 cm)三相结构、总孔隙度、土壤温度和土壤含水率的影响。结果表明:与对照处理相比,施炭处理使土壤固相体积降低2.58%~10.74%,总孔隙度增加3.38%~12.05%;同时,施炭处理的融后土壤质量含水率较对照处理提高1.07%~2.65%;施炭处理的土壤导热系数降低,土壤耕层最低温度增加0.34~2.15℃,最大温差缩小0.47~2.14℃。基于以上土壤结构和水热特性指标进行主成分分析得出,综合得分最高的处理为B_(3),其次为B_(2)。非灌溉季节施加生物炭有利于改善土壤三相结构,增加土壤总孔隙度,增强土壤保墒保温能力。新疆滴灌棉田非灌溉季节生物炭最佳施用量为30~45 t/hm^(2)。

关键词：生物炭非灌溉季节滴灌棉田土壤三相结构土壤水热特性

秸秆炭化还田对滴灌棉田土壤微生物代谢功能及细菌群落组成的影响

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环境科学 2020年第1期41卷 420-429页

作者：王晶马丽娟龙泽华闵伟侯振安石河子大学农学院新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室

通过5 a田间定位试验,研究持续秸秆直接还田和炭化还田对滴灌棉田土壤微生物功能多样性以及细菌群落组成的影响.试验设置3个处理:单施化肥(对照,CK)、秸秆直接还田+化肥(ST)和秸秆炭化还田+化肥(BC).秸秆直接还田和炭化还田均显著提高... 详细信息

通过5 a田间定位试验,研究持续秸秆直接还田和炭化还田对滴灌棉田土壤微生物功能多样性以及细菌群落组成的影响.试验设置3个处理:单施化肥(对照,CK)、秸秆直接还田+化肥(ST)和秸秆炭化还田+化肥(BC).秸秆直接还田和炭化还田均显著提高土壤有机质、全氮及速效养分含量,其中秸秆炭化还田的作用更显著.秸秆直接还田处理土壤微生物碳源代谢活性最高,其次是秸秆炭化还田,均显著高于对照.秸秆直接还田主要促进了碳水化合物类和胺类碳源的代谢;秸秆炭化还田显著提高多聚物类碳源的代谢.秸秆直接还田和炭化还田显著提高土壤细菌群落多样性.与对照相比,秸秆直接还田显著增加变形菌门、放线菌门、拟杆菌门以及黄单胞菌科、酸微菌科、微杆菌科和噬纤维菌科的相对丰度;秸秆炭化还田处理酸杆菌门、芽单胞菌门、硝化螺旋菌门以及Blastocatellaceae (Subgroup4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科的相对丰度显著增加.相关性分析表明黄单胞菌科、酸微菌科与碳水化合物类、氨基酸类、羧酸类、胺类碳源代谢显著正相关,噬纤维菌科、微杆菌科与碳水化合物类、胺类碳源代谢显著正相关,Blastocatellaceae (Subgroup4)菌科、芽单胞菌科、亚硝化单胞菌科与多聚物类碳源代谢显著正相关.持续秸秆炭化还田显著增加滴灌棉田土壤养分,改变细菌群落组成,提高多聚物类碳源的代谢活性.

关键词：秸秆直接还田秸秆炭化还田滴灌棉田碳源代谢活性细菌群落组成

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生物炭对滴灌棉田土壤氮库及其组成的影响

生物炭对滴灌棉田土壤氮库及其组成的影响

作者：霍启煜石河子大学

学位级别：硕士

目的:新疆棉花生产中氮肥过量施用现象普遍。减少氮肥投入和氮素损失,提高氮肥利用率是新疆滴灌棉花生产亟待解决的问题。增强土壤氮素保持能力是减少氮素损失,提高氮肥利用率的重要途径。近年来,生物炭作为土壤改良剂在农田土壤固碳保... 详细信息

目的:新疆棉花生产中氮肥过量施用现象普遍。减少氮肥投入和氮素损失,提高氮肥利用率是新疆滴灌棉花生产亟待解决的问题。增强土壤氮素保持能力是减少氮素损失,提高氮肥利用率的重要途径。近年来,生物炭作为土壤改良剂在农田土壤固碳保氮方面的巨大潜力备受关注。利用生物炭提高土壤保氮供氮能力,减少氮肥投入对于促进新疆棉花绿色可持续发展具有重要意义。本研究通过多年田间定位试验,阐明连续施用生物炭滴灌棉田土壤有机碳和全氮含量的变化趋势,研究生物炭对土壤氮库组分的影响,揭示土壤团聚体氮库分布特征,探讨生物炭对土壤氮素保持与供应能力的影响,为合理利用生物炭提高新疆滴灌棉田土壤氮素保持和氮肥利用率提供理论依据。方法:采用田间小区试验,包括多年田间定位试验(2014-2020)和氮肥减施试验(2021)。多年田间定位试验采用碳、氮两因素“3×3”试验设计。三个有机碳源处理:(1)对照(CK),(2)施用秸秆(ST),(3)施用生物炭(BC);三个施氮(N)水平分别为0、300、450 kg hm(分别用N0、N300、N450表示)。在多年田间定位试验的基础上开展氮肥减施试验,设6个处理:(1)不施氮肥(N0),(2)常规施氮(N300),(3)秸秆+常规氮肥(N300+ST),(4)生物炭+常规氮肥(N300+BC),(5)秸秆+氮肥减施20%(N240+ST),(6)生物炭+氮肥减施20%(N240+BC)。结果:(1)连续施用生物炭(BC)和秸秆(ST)显著增加土壤有机碳含量,且呈现逐年递增趋势。BC处理土壤有机碳含量显著高于ST处理。试验第7年(2020年),BC和ST处理土壤有机碳较CK分别提高58.6%～63.3%和33.3%～36.4%。在不施氮肥条件下(N0),ST处理土壤全氮含量最高;施氮肥条件下(N300和N450),试验前3年,ST处理土壤全氮含量与BC差异较小;试验第7年,BC处理土壤全氮含量最高,较ST和CK分别增加4.0%～4.7%和42.6～46.04%。在N0水平下,ST和BC处理均提高了土壤碳氮比;N300和N450水平,ST处理土壤碳/氮比显著降低,而BC处理显著增加。(2)在一个灌水施肥周期(7 d),BC和ST处理土壤铵态氮和硝态氮含量均显著高于CK。棉花生长中后期(花铃期-吐絮期),BC处理土壤硝态氮显著高于ST和CK。BC和ST处理土壤固定态铵含量无差异,均显著高于CK处理,分别提高38.6%和29.9%。三种土壤活性有机氮组分含量均表现为BC>ST>CK。BC处理土壤可溶性有机氮、微生物量氮、土壤颗粒有机氮较ST和CK处理分别增加21.5%和45.7%、26.3%和31.6%、22.8%和41.2%。(3)生物炭(BC)和秸秆(ST)显著提高土壤酸解氮和非酸解氮含量,且BC显著高于ST处理。BC处理酸解氮、非酸解氮较秸秆和对照处理分别增加4.4%、18.8%和24.7%、44.6%。ST处理土壤酸解氨基酸态氮含量显著高于生物炭和对照;而BC处理土壤酸解氨态氮、氨基糖态氮和未知态氮含量均最高。(4)BC和ST均显著提高土壤>0.25 mm团聚体,且生物炭效果更显著。BC处理土壤各级团聚体全氮含量均显著高于ST和CK,较CK提高23.64%～37.84%。与CK相比,BC和ST处理各级团聚体酸解氮和非酸解氮含量均显著增加,且0.053-0.25 mm团聚体酸解氮和非酸解氮含量的增幅最大。BC和ST处理土壤团聚体酸解氮各组分含量均显著高于CK;其中,酸解氨基酸态氮和酸解氨态氮含量在0.25 mm团聚体增加最多。(5)常规施氮水平下(N300),生物炭和秸秆显著提高棉花产量和氮肥利用率。N300+BC和N300+ST处理棉花产量较N300处理分别增加20.5%和16.7%,氮肥利用率分别提高17.2和7.1个百分点。N240+ST处理棉花产量与N300无显著差异,N240+BC处理棉花产量和氮肥利率用较N300分别提高10.1%和20.5个百分点。结论:多年连续施用生物炭(配施氮肥)显著提高土壤有机碳和全氮含量。秸秆配施氮肥会降低土壤碳氮比,而生物炭配施氮肥显著增加土壤碳氮比。生物炭可增加土壤无机氮和活性有机氮含量,提高土壤供氮能力。同时,生物炭显著增加土壤>0.25 mm团聚体和土壤非酸解氮含量;并提高酸解氨基糖态氮和酸解未知态氮,尤其是>0.25 mm团聚体中的含量,增强土壤有机氮的稳定性。氮肥减施试验结果表明生物炭配合氮肥减施20%显著提高棉花产量和氮肥利用率。因此,生物炭可以增加滴灌棉田土壤氮库容量,提高土壤氮素供应和保持能力。

关键词：生物炭土壤无机氮土壤有机氮组分土壤团聚体滴灌棉田

基于GIS、RS的滴灌棉田土壤养分精确管理分区研究

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农业机械学报 2014年第7期45卷 125-132页

作者：张泽吕新吕宁陈剑李新伟冯波石河子大学农学院石河子832000 石河子国家农业科技园区石河子832012

在GIS和RS支持下,针对新疆生产建设兵团第五师81团滴灌棉田,选用遥感结合土壤、土壤、遥感数据为数据源,利用模糊c均值聚类法进行土壤养分精确管理分区研究。研究结果表明:无论以何种数据源划分分区,分区后各分区养分指标变异系数均有... 详细信息

在GIS和RS支持下,针对新疆生产建设兵团第五师81团滴灌棉田,选用遥感结合土壤、土壤、遥感数据为数据源,利用模糊c均值聚类法进行土壤养分精确管理分区研究。研究结果表明:无论以何种数据源划分分区,分区后各分区养分指标变异系数均有所下降,空间分布朝均一方向发展;不同管理分区间差异明显,同一管理分区内土壤养分含量的空间变异差异较小。以遥感结合土壤为数据源所划分管理分区与实际产量所划分分区符合度最高达到91.36%,以土壤为数据源的管理分区次之,符合度达到84.40%,仅以遥感数据(归一化植被指数)为数据源所划分管理分区符合度最低为75.47%。因此,运用聚类分析法以遥感结合土壤数据为数据源可获得较好的分区结果,可实施变量投入和精确施肥推荐,为棉田土壤养分管理提供科学的理论依据。

关键词：滴灌棉田 GIS RS 管理分区聚类分析

旱区覆膜滴灌棉田N_2O排放对化肥减量有机替代的响应

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农业机械学报 2015年第12期46卷 204-211页

作者：陶瑞张前前李锐刘涛褚贵新石河子大学农学院石河子832003 石河子大学新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室石河子832003

覆膜滴灌条件下,采用静态箱-气相色谱法研究了不同施肥策略:CK(不施肥)、CF(N 300 kg/hm^2;P2O590 kg/hm^2;K2O 60 kg/hm^2)、60%CF+OF(普通有机肥6 000 kg/hm^2)、60%CF+BF(生物有机肥6 000 kg/hm^2)对棉田土壤N_2O排放的影响,旨在明确滴灌棉田连续不同施肥策略下土壤N_2O的排放特征。结果表明,棉花生育期N_2O排放通量表现为施肥处理大于不施肥处理,滴灌施肥后第3/4天N_2O排放通量顺序为CF>60%CF+OF>60%CF+BF>CK,而滴灌后第7/8天N_2O排放通量则表现为有机肥处理高于化肥处理,滴灌施肥结束后表现与之相同;生育期的N_2O排放总量以100%化肥处理(CF)最高,与其相比,60%CF+OF和60%CF+BF处理分别降低3.75%和8.37%,N_2O排放系数则分别降低1.39%和73.8%;相关及通径分析均表明,与土壤NH+4-N相比,NO-3-N与N_2O排放的关系更密切。

关键词：滴灌棉田铵态氮硝态氮 N2O排放通量通径分析