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深松和秸秆还田对旋耕农田土壤有机碳活性组分的影响

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农业工程学报 2020年第2期36卷 185-192页

作者：田慎重张玉凤边文范董亮 Jiafa Luo 郭洪海山东省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部黄淮海平原农业环境重点实验室山东省环保肥料工程技术研究中心济南250100 Agriculture Research Ruakura Research CentreHamilton 3240New Zealand

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆... 详细信息

土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆还田处理(rotary tillage with straw removal,RT)、旋耕秸秆还田处理(rotary tillage with straw return,RTS)、旋耕转变为深松无秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal,RT-DT)、旋耕转变为深松秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw return,RTS-DTS)下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、易氧化有机碳(readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、活性有机碳(labile organic carbon,LOC)在土壤有机碳中比例的变化及各组分间的相互关系。研究结果表明,耕作方式从旋耕转变为深松和秸秆还田对SOC及其各活性组分均产生显著影响,耕作方式转变、秸秆还田及两者的交互效应是影响SOC及其活性组分的主要因素。秸秆还田显著提高了RTS处理和RTS-DTS处理的SOC含量,分别比RT和RT-DT处理高6.1%~15.6%和19.1%~32.3%。并且转变耕作方式后RTS-DTS处理比于RTS处理SOC含量提高16.9%~20.0%。同时,RTS-DTS处理的POC含量比RTS处理高13.6%~53.8%;但RT-DT和RTS-DTS处理的土壤ROC含量较RT和RTS处理都呈下降趋势,RTS-DTS处理的ROC含量比RTS处理下降4.6%~10%;MBC含量降低23.8%~30.6%。虽然秸秆还田显著提高了各处理的DOC含量,但RTS转变为RTS-DTS处理后,其3个土层的DOC含量下降了8%~41%。相比于RT和RTS处理,RT-DT和RTS-DTS处理0~30 cm各土层中LOC在SOC中的比例显著下降。相关性分析结果表明,除POC与ROC之间无显著性相关关系外,SOC及各组分间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系。耕作方式转变为深松和秸秆还田提高了SOC含量的同时,显著降低了SOC中的活性有机碳组分,这更有利于SOC的有效积累,促进土壤碳库的稳定固存。

关键词：土壤有机碳秸秆还田深松活性有机碳旋耕碳组分

不同有机物料改善富磷菜田土壤微生物结构功能和蔬菜磷素吸收利用研究

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植物营养与肥料学报 2024年第1期30卷 114-127页

作者：李琳琳石宁王菲养分资源高效利用全国重点实验室/农业农村部黄淮海平原农业环境重点实验室/山东省农业科学院农业资源与环境研究所山东济南250100 河南科技学院资源与环境学院河南新乡453003

【目的】碳是微生物代谢活动的优质养分和能量来源,对根际微生物的群落结构和生态功能具有重大影响。解析碳驱动微生物周转对作物吸收利用磷的影响,探索富磷土壤中磷素高效利用的绿色途径。【方法】蔬菜田间试验分别在山东东营(潮土)和... 详细信息

【目的】碳是微生物代谢活动的优质养分和能量来源,对根际微生物的群落结构和生态功能具有重大影响。解析碳驱动微生物周转对作物吸收利用磷的影响,探索富磷土壤中磷素高效利用的绿色途径。【方法】蔬菜田间试验分别在山东东营(潮土)和淄博(褐土)进行,供试作物依次为番茄、西葫芦。设置不施肥对照(CK)、优化施肥(OPT)、优化施肥+腐植酸(OPT+HA)、优化施肥+蚯蚓粪(OPT+EC)、优化施肥+菌渣(OPT+MR) 5个处理。在拉秧期采集土样分析土壤碳、磷养分含量,碳、磷相关胞外酶活性以及土壤细菌群落特征。【结果】1)有机物料投入提高了番茄和西葫芦产量及磷吸收积累量。2)在OPT基础上,增施HA、EC和MR可显著提高土壤肥力和酶活性,以MR的提升效果最为显著。在东营,增施MR处理土壤微生物生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量较OPT处理分别提高了17.46%和17.03%,土壤β-葡萄糖苷酶(β-GC)和酸性磷酸酶(ACP)活性分别显著提高了19.75%和13.12%,土壤有效磷含量显著降低了28.50%;在临淄,增施MR土壤各类碳组分含量较OPT处理均有显著提高,增幅在16.19%~54.30%,土壤β-GC活性显著提高了24.55%。3)增施EC和MR显著提高了土壤细菌群落Chao1指数和Shannon指数;增施MR显著提高了土壤中突柄杆菌(Prosthecobacter)、堆囊菌属(Sorangium)相对丰度,增施HA显著提升了土壤中Vermiphilaceae、MWH_CFBk5、Pedobacter相对丰度;增施EC的土壤中富集了Fodinicola和Phaselicystis,改变了土壤微生物群落结构。【结论】在优化施肥基础上,增施有机物料,尤其是菌渣,可有效提高土壤可溶性有机碳比例,增加土壤β-葡萄糖苷酶活性,显著改善土壤微生物群落结构,提高有益菌群丰度,增强土壤磷的活化,进而提高了蔬菜对磷的吸收和利用,降低了土壤中有效磷含量。因此,在富磷土壤上,优化施肥配合增施菌渣是提高土壤微生物活性及蔬菜磷素吸收积累的可行措施。

关键词：富磷土壤土壤碳组分土壤胞外酶活性土壤微生物生物量 α多样性

不同保水剂对土壤团聚体组成及微生物量碳、氮的影响

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中国土壤与肥料 2018年第5期 122-128页

作者：马征董晓霞张柏松山东省植物营养与肥料重点实验室山东济南250100 山东省农业科学院农业资源与环境研究所山东济南250100 农业部黄淮海平原农业环境重点实验室山东济南250100

以济麦22为材料,研究保水剂种类对土壤团聚体组成及土壤微生物量碳、氮的影响,科学评价保水剂对土壤的改良作用及其环境效应具有重要意义。试验设置4种不同类型保水剂及2个施用水平,共9个处理,分析土壤团聚体分布、水稳性大团聚体(R0.25... 详细信息

以济麦22为材料,研究保水剂种类对土壤团聚体组成及土壤微生物量碳、氮的影响,科学评价保水剂对土壤的改良作用及其环境效应具有重要意义。试验设置4种不同类型保水剂及2个施用水平,共9个处理,分析土壤团聚体分布、水稳性大团聚体(R0.25)、平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)、土壤不稳定团粒指数(ELT)、分形维数(D)、土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、土壤微生物量氮(microbial biomass nitrogen,MBN)、土壤微生物量碳氮比和微生物熵的变化。结果表明,各处理在拔节期和收获期土壤R0.25值均高于对照,增幅分别在46.97%～124.89%和9.35%～75.20%。不同类型保水剂及施用量处理之间存在显著差异,其中复合类型腐殖酸保水剂(FSC)和聚丙烯酰胺型保水剂(AS)处理的R0.25值随用量的增加显著增大,而有机-无机复合类型保水剂(WT2)对土壤团聚体影响较小,且用量加倍抑制了小麦的生长。在土壤性质相对稳定的收获期,AS、复合类型有机肥保水剂(OSC)和FSC处理的MWD、GMD值显著升高,而ELT、D值显著减小,表明上述3种保水剂均可增强土壤团聚体的稳定性,有利于改善土壤结构,其中T8(NPK+10 g/kg FSC)效果最为显著。与对照相比,AS、OSC和FSC保水剂处理MBC显著提高了34.38%～189.27%,MBN显著提高了48.84%～334.89%,其中FSC保水剂对MBC和MBN值的提高效果最为明显。各处理微生物熵介于0.53%～1.64%,土壤微生物量碳氮比在1.50～4.66之间,处理间差异显著。综上所述,FSC的施用更有利于提高土壤水稳性大团聚体含量及稳定性,且对土壤微生物量碳、氮的促进作用更为显著,是改善土壤团粒结构,提高土壤质量的有效措施。

关键词：保水剂土壤团聚体土壤稳定性土壤微生物量碳土壤微生物量氮微生物熵

控释肥对小麦/玉米农田土壤硝态氮累积和迁移的影响

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中国农业科学 2018年第20期51卷 3920-3927页

作者：石宁李彦张英鹏罗加法仲子文孙明刘兆辉井永苹薄录吉山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室/山东省农业面源污染防控重点实验室新西兰农业科学院鲁亚库拉研究中心山东省农业科学院

【目的】利用田间试验研究树脂包膜控释尿素对冬小麦夏玉米产量、肥料表观利用率、氮肥表观损失量、土壤硝态氮的累积和迁移规律的影响,为一次性施肥技术的发展提供重要的理论指导。【方法】对冬小麦-夏玉米轮作的大田试验设置3个处理:... 详细信息

【目的】利用田间试验研究树脂包膜控释尿素对冬小麦夏玉米产量、肥料表观利用率、氮肥表观损失量、土壤硝态氮的累积和迁移规律的影响,为一次性施肥技术的发展提供重要的理论指导。【方法】对冬小麦-夏玉米轮作的大田试验设置3个处理:(1)不施氮(CK);(2)普通尿素优化施肥处理(OPT,基施50%,小麦返青、玉米拔节50%);(3)树脂包膜尿素一次性施肥处理(CRF,80%OPT施氮量)。小麦OPT和CRF处理氮用量分别为180和144 kg·hm-2,玉米OPT和CRF处理氮分别为210和168 kg·hm-2,小麦磷钾的施用量分别为P2O5 90 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2,玉米磷钾的施用量分别为P2O5 60 kg·hm-2、K2O 60 kg·hm-2,肥源分别为过磷酸钙和氯化钾。在小麦返青期、拔节期、孕穗期和收获期以及玉米苗期、拔节期、灌浆期和成熟期按照20 cm土层采集0—100 cm土壤剖面土样进行分析,在收获时收集植株叶片及籽粒样品进行养分分析并测定其产量。【结果】与优化施肥相比,控释肥在减少20%施氮量的情况下,小麦产量达到7.87 t·hm-2,地上部总氮吸收量为209 kg·hm-2,玉米产量和吸氮量分别为7.57 t·hm-2和142 kg·hm-2,不仅保证了小麦、玉米的产量和地上部总氮吸收量,小麦玉米持续施用控释肥还减少了土壤中氮的表观损失量。土层中硝态氮素累积主要发生在40—60 cm土层,控释肥能够有效减少硝态氮在0—100 cm土层中的累积量,同时减缓硝态氮向深层土壤迁移的速率。【结论】在冬小麦-夏玉米体系中,控释肥能够实现减量施氮不减产,同时减少氮肥损失,降低土壤中硝态氮的累积和迁移,降低环境风险。

关键词：控释肥硝态氮累积迁移小麦玉米

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施肥方法对小麦专用控释氮肥肥效的影响

中国农业科学 2018年第20期51卷 3897-3908页

作者：刘苹谭德水徐钰林海涛李彦宋效宗沈玉文刘兆辉山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室/山东省环保肥料工程技术研究中心山东省农业科学院

【目的】探索小麦生产过程中适宜的控释氮肥品种及其施用方法,为小麦控释肥的一次性机械化施用技术的推广应用提供理论依据。【方法】选取山东省土壤类型、肥力水平、气候条件均不同的3个小麦优势产区,采用田间小区试验的方法,研究了同... 详细信息

【目的】探索小麦生产过程中适宜的控释氮肥品种及其施用方法,为小麦控释肥的一次性机械化施用技术的推广应用提供理论依据。【方法】选取山东省土壤类型、肥力水平、气候条件均不同的3个小麦优势产区,采用田间小区试验的方法,研究了同等优化施肥情况下,自制小麦专用控释氮肥的不同施用方法(撒施旋耕CRF1、种子正下条施CRF2、种子侧下条施CRF3)对小麦产量、养分吸收、土壤硝态氮含量及氮肥利用率等的影响,同时与常规尿素施肥(尿素一半基施一半返青拔节期追施CK1、尿素全部作为基肥撒施旋耕CK2)和不施氮肥(CK0)肥效进行对比。【结果】泰安棕壤小麦产量介于7 021-7 683 kg·hm-2,CRF1与CRF2分别比CK1增产6.1%和3.5%,但差异不显著,CRF3与CK1产量差异不显著,CRF1、CRF2小麦产量显著高于CK2,分别增产9.4%和6.7%。茌平潮土小麦产量介于4 576-5 193 kg·hm-2,CRF1与CK1小麦产量差异不显著,显著高于CK2,增产11.3%。桓台褐土各施氮肥处理的小麦产量介于5 222-5 830 kg·hm-2,CRF1、CRF2、CRF3均与CK1产量无显著差异,CRF1产量显著高于CK2,增产10.8%。三地均以CRF1的小麦产量与氮肥偏生产力较高,CRF2与CRF3无显著差异。在泰安棕壤,CRF1与CRF3的籽粒氮素分配率显著高于CK1与CK2。桓台褐土CRF1、CRF2和CRF3的氮肥利用率分别为46.7%、49.5%和50.2%,3个处理之间没有显著差异,与CK1和CK2差异不显著。控释氮肥的3种施肥方法对干物质在小麦籽粒与秸秆的分配、籽粒氮含量与积累量以及氮素的盈余量均没有显著的影响。茌平和桓台0-90 cm土层以CRF2和CRF3的硝态氮含量较高,泰安以CK1与CK2的硝态氮含量较高,CRF1相对最低。【结论】自制小麦专用控释氮肥在减量优化施肥的情况下,采用撒施旋耕的施肥方法有利于小麦的稳产或增产以及生产成本的节省。

关键词：控释肥施肥方法小麦产量氮肥利用率施肥位置

不同氮肥管理措施对华北地区夏玉米田增产减排的效果分析

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中国土壤与肥料 2018年第1期 9-15页

作者：徐钰刘兆辉张建军石璟王梅杨岩江丽华山东省农业科学院农业资源与环境研究所农业部黄淮海平原农业环境重点实验室山东省植物营养与肥料重点实验室山东济南250100 济南市农业局山东济南250099

减少因氮肥施用而产生的N_2O对于全球N_2O的减排具有重要作用。本研究利用静态暗箱-气相色谱法,对农民习惯施肥(FP)、氮肥条施(ND)、缓控释氮肥(CRF)和一次性分层施肥(LD)4个氮肥管理措施下的华北地区夏玉米农田生态系统N_2O排放进行了... 详细信息

减少因氮肥施用而产生的N_2O对于全球N_2O的减排具有重要作用。本研究利用静态暗箱-气相色谱法,对农民习惯施肥(FP)、氮肥条施(ND)、缓控释氮肥(CRF)和一次性分层施肥(LD)4个氮肥管理措施下的华北地区夏玉米农田生态系统N_2O排放进行了观测,并分析不同处理下的N_2O减排效果和减排成本。结果表明,玉米季农田土壤N_2O排放峰值主要出现在施肥并灌溉后,峰值持续时间一般为3~5 d。与FP相比,ND、CRF和LD可以显著降低土壤N_2O的排放峰值,N_2O排放总量减少12.6%~18.9%,三者的减排效果依次为LD>CRF>ND。ND、CRF和LD均有N_2O减排和玉米增产的作用,但由于劳动力成本的提高,仅CRF和LD处理略有增收。与FP相比,三者的单位产量N排放强度和单位净收益N排放强度均有所降低。本试验条件下,每减排1 kg CO_2-eq,CRF可减少成本0.97元,而ND和LD的减排成本分别增加4.83和3.23元。如果生产中使用施肥机械,一次性分层施肥的减排成本可节省2元。综合来看,若无配套施肥机械,施用缓控释肥可被选为夏玉米保产减排且效益最优的氮肥管理措施;反之,也可选用一次性分层施肥。

关键词：氮肥管理措施夏玉米氧化亚氮生产成本减排成本

改良剂作用下滨海盐化潮土团聚体分布、稳定性及有机碳分布特征

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水土保持学报 2020年第4期34卷 327-333页

作者：马征王学君董晓霞刘苹郑福丽沈玉文山东省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部黄淮海平原农业环境重点实验室农业农村部废弃物基质化利用重点实验室山东省植物营养与肥料重点实验室济南250100

通过对滨海盐化潮土小麦—玉米轮作2年田间定位试验,研究不同改良剂施用对土壤团聚体分布、稳定性及土壤团聚体中有机碳含量、各级团聚体有机碳对总有机碳贡献率的影响。试验共设置3个处理:对照(CK)、有机土壤改良剂(OSA)和有机—无机... 详细信息

通过对滨海盐化潮土小麦—玉米轮作2年田间定位试验,研究不同改良剂施用对土壤团聚体分布、稳定性及土壤团聚体中有机碳含量、各级团聚体有机碳对总有机碳贡献率的影响。试验共设置3个处理:对照(CK)、有机土壤改良剂(OSA)和有机—无机土壤改良剂(CSA),分析土壤团聚体分布、水稳性大团聚体(R0.25)、平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)、分形维数(D)、有机碳储量(soil organic carbon storage,SOCS)和有机碳贡献率(contribution rate of organic carbon)。结果表明,滨海盐化潮土水稳性团聚体组成主要以5 mm和2~5 mm粒径级,OSA处理2个粒级团聚体含量较CK分别显著增加167.38%和59.00%,CSA处理分别显著增加89.17%和100.66%。施用OSA与CSA同时显著提高了土壤团聚体MWD和GMD值,说明2种改良剂的施用均有利于提高大团聚体数量及稳定性。施用改良剂2年处理土壤各粒级团聚体中有机碳含量均有所提高,OSA处理以1~2 mm粒级提高最多,CSA以2~5 mm粒级提高最多,且前者达显著水平。与CK相比,改良剂可促使土壤有机碳向大团聚体富集,显著提高>1~2 mm粒级团聚体对土壤总有机碳的贡献率93.62%~109.76%,降低或显著降低<1~2 mm粒级团聚体对土壤总有机碳的贡献率20.55%~24.92%。在小麦—玉米轮作模式下,改良剂施用不仅可以显著提高滨海盐化潮土水稳性大团聚体含量和稳定性,还可显著增加水稳性大团聚体有机碳含量与储量,是加强盐碱土壤有机碳库积累的有效措施。

关键词：土壤改良剂滨海盐化潮土土壤团聚体有机碳碳储量

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不同负压灌溉条件土壤水分运移规律研究

节水灌溉 2017年第10期 5-8页

作者：郑福丽孙泽强谭德水张柏松江丽华山东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业部黄淮海平原农业环境重点实验室/山东省植物营养与肥料重点实验室济南250100

基于室内模拟实验,研究了不同负压(0、-5、-10、-15、-20 k Pa)灌溉条件下土壤水分的运移规律。研究结果表明:不同负压条件下的负压灌溉湿润体均为近似椭球体,其水分入渗量及湿润锋的运移均与时间呈显著幂函数关系(Y=a X^b),相关系数在0... 详细信息

基于室内模拟实验,研究了不同负压(0、-5、-10、-15、-20 k Pa)灌溉条件下土壤水分的运移规律。研究结果表明:不同负压条件下的负压灌溉湿润体均为近似椭球体,其水分入渗量及湿润锋的运移均与时间呈显著幂函数关系(Y=a X^b),相关系数在0.99以上,入渗速率随负压绝对值增大而减小,-5 k Pa处理的渗水速率为对照的80%,-10 k Pa处理为对照的67%,-15和-20 k Pa处理均为对照的57%。湿润锋水平和垂直运移速度随负压绝对值增大而降低,与对照相比,-5 k Pa处理的垂直湿润锋延迟2 d到达箱底,-10 k Pa处理延迟5 d,-15 k Pa处理延迟8 d,-20k Pa处理延迟12 d。土壤含水量变幅随着控制水势下降而增加,下限土壤含水量减小。

关键词：负压灌溉累积入渗量湿润锋土壤含水量

多样化种植对提升耕地质量的作用:进展与展望

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土壤学报 2024年第3期61卷 619-634页

作者：田慎重管西林宁堂原孙涛张玉凤边文范董亮高新昊山东省农业科学院农业资源与环境研究所养分资源高效利用全国重点实验室农业农村部黄淮海平原农业环境重点实验室农业农村部废弃物基质化利用重点实验室济南250100 山东农业大学农业农村部作物水分生理与抗旱种质改良重点实验室山东泰安271018

多样化种植是现代生态农业的重要举措之一,对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下,多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样... 详细信息

多样化种植是现代生态农业的重要举措之一,对提高生物多样性、生态服务功能和土壤质量等具有重要意义。在全球粮食供给紧张和耕地短缺背景下,多样化种植在提升我国耕地质量和保障粮食安全中将会发挥越来越重要的作用。但现有研究对多样化种植的理解多集中在提高生物多样性和发挥生态功能等方面,对其提升耕地质量的作用关注较少,特别是多样化种植如何通过改善土壤物理、化学、生物多样性来提高耕地质量和维持土壤健康方面的理解还较为局限。本文在总结多样化种植的内涵及对促进耕地土壤健康和提高生态服务功能作用的基础上,系统梳理了多样化种植对改善土壤物理、化学、生物多样性等方面的作用研究进展,展望了未来以提升耕地质量为核心发展多样化种植亟需关注的方向和研究重点,以期为多样化种植在我国耕地质量提升策略中发挥更大作用提供参考。

关键词：多样化种植耕地质量土壤健康轮作间作