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甘薯连作障碍发生的土壤养分因素探讨

中国土壤与肥料 2024年第4期 102-107页

作者：许仙菊姜晓蕊陈丹艳张永春汪吉东冯冰钟月华江苏省农业科学院农业资源与环境研究所农业农村部江苏耕地保育科学观测实验站/国家农业环境六合观测实验站江苏南京210014 金陵科技学院园艺园林学院江苏南京210038

连作障碍是甘薯种植中的一个突出问题。为了阐明甘薯连作障碍发生的原因,分别采集了5、10和15年连作甘薯及其对照土壤,分析了土壤pH、有机质、阳离子交换量、全量和有效态氮、磷、钾含量、有效态中微量元素含量,并计算了土壤氮、磷、钾... 详细信息

连作障碍是甘薯种植中的一个突出问题。为了阐明甘薯连作障碍发生的原因,分别采集了5、10和15年连作甘薯及其对照土壤,分析了土壤pH、有机质、阳离子交换量、全量和有效态氮、磷、钾含量、有效态中微量元素含量,并计算了土壤氮、磷、钾之间的比值。结果表明:相比于各自对照,5年甘薯连作显著提高了土壤pH,但是10和15年连作显著降低了土壤pH;5年连作对土壤有机质含量影响较小,但是10和15年连作提高了土壤有机质含量,其中15年连作达显著水平;5年连作对土壤全氮和碱解氮含量影响较小,但是10和15年连作均显著提高了土壤全氮和碱解氮含量;5、10和15年连作均显著提高了土壤全磷和有效磷含量;不同连作年限对土壤全钾、速效钾和中微量元素(钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硅)含量的影响没有明显规律;甘薯多年连作后,土壤氮/磷降低,氮/钾和磷/钾升高,导致土壤氮、磷、钾失衡,氮磷过多可能引起钾的相对缺乏,也会破坏土壤微生态体系,引起病虫害发生。甘薯是一种耐贫瘠且喜钾植物,基于上述结果,甘薯连作一般不会造成土壤肥力的降低,土壤酸化和氮磷钾养分失衡可能是造成甘薯连作障碍发生的两个主要原因。

关键词：连作年限甘薯土壤养分障碍因素土壤酸化

生物质炭和有机肥配施对水稻土溶解性有机质光谱学特征的影响

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土壤学报 2024年第4期61卷 1123-1133页

作者：梁栋周巧林张辉马洪波宁运旺张永春徐聪焦加国汪吉东江苏省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部江苏耕地保育科学观测站南京210014 农业农村部盐碱土改良与利用(滨海盐碱地)重点实验室南京210014 南京农业大学资源与环境科学学院南京210095

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质(DOM)的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理:对照(CK)、生物质炭(BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥(25%氮替代,MF)和化肥+... 详细信息

为探究生物质炭对水稻土壤溶解性有机质(DOM)的影响及其与有机肥配施的协同效应,通过5年连续定位试验,探讨了生物质炭施用5年后不同施肥处理:对照(CK)、生物质炭(BC)、化肥(F)、生物质炭+化肥(F+BC)、化肥+有机肥(25%氮替代,MF)和化肥+生物质炭+有机肥(25%氮替代,MF+BC)对水稻产量和土壤pH、全氮、有效磷、速效钾、有机碳、易氧化有机碳(ROC)及溶解性有机碳的影响。采用紫外-可见光谱、荧光光谱结合平行因子分析方法对土壤中DOM的光谱特征和荧光组分进行表征,分析了DOM的紫外光吸收系数和紫外光斜率系数以及荧光指数、腐殖化指数、生物指数和富里酸、色氨酸、胡敏酸相对含量。结果表明:施用生物质炭和有机肥均能有效提高水稻产量,缓解土壤酸化,并且MF+BC处理水稻产量和土壤有效磷含量最高。水稻产量与DOM生物可利用性、芳香化程度、腐殖化程度、色氨酸组分含量和亲水性呈显著正相关(P所述,在本研究条件下生物质炭配施有机肥在水稻增产和水稻土有机碳及DOM组分功能多样性提升方面具有长期效应。

关键词：生物质炭有机肥溶解性有机质紫外-可见光谱三维荧光光谱交互作用

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砂姜黑土麦玉轮作不同施氮量下土壤矿质氮运移规律及分布特征

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农业资源与环境学报 2024年

作者：吕金岭高燕哺骆晓声郭战玲李太魁河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所农业农村部原阳农业环境与耕地保育科学观测实验站河南省农业生态环境重点实验室河南省生态环境监测中心

砂姜黑土是黄淮海地区的一类典型农田土壤，由于存在明显的砂姜层以及易产生多发性裂隙，砂姜黑土的氮素迁移分布存在不确定性。鉴于此，本研究设置CK（无氮磷钾肥）、TR（传统高氮）、OPT（优化施氮）和ZOPT（再优化施氮）4个处理，采... 详细信息

砂姜黑土是黄淮海地区的一类典型农田土壤，由于存在明显的砂姜层以及易产生多发性裂隙，砂姜黑土的氮素迁移分布存在不确定性。鉴于此，本研究设置CK（无氮磷钾肥）、TR（传统高氮）、OPT（优化施氮）和ZOPT（再优化施氮）4个处理，采用剖面取样和同位素示踪方法，探究砂姜黑土麦玉轮作氮素运移规律及作物吸收利用率。结果显示，长期施肥条件下，砂姜黑土NO3--N残留量主要集中在0～20 cm土层，其次为50～60 cm土层，再次为120 cm土层，120 cm以下NO3--N残留量低且变化不显著；从3季取样来看，不同施氮处理NO3--N残留量主要在0～20 cm和40～60 cm层，20～40 cm层最低。其中第1季（玉米季）不同处理当季15N残留量主要集中在0～20 cm土层，其余土层较低；第2季（小麦季）0～20 cm土层15N残留量增加显著，其余土层增幅较小；第3季（玉米季）由于极端降雨的影响，0～20 cm土层15N占比下降，15N残留量由上一季的74.9%～85.9%降低至52.3%～56.5%，20～60 cm土层15N残留量增幅明显，80～100 cm土层有小幅上升。各处理三季作物产量无显著差异（P>0.05），而15N利用效率表现为ZOPT >OPT>TR，说明190 kg·hm-2施氮量可满足砂姜黑土当季麦玉轮作氮素需求。除此之外，不同处理三季平均氮素损失介于27.9%～36.4%之间，其中TR处理最高，ZOPT处理最低。基于以上研究，砂姜黑土常规气象条件下化肥氮主要以作物吸收和土壤残留为主，而极端降雨条件下，化肥氮主要以环境损失为主，淋溶不是当季化肥氮的主要损失途径。

关键词：砂姜黑土氮素运移极端降雨 N标记麦玉轮作

化肥减量配施不同有机肥的植烟土壤-微生物碳氮磷生态化学计量特征

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生态学杂志 2024年第7期43卷 2150-2157页

作者：余顺平熊于斌杨娅俞海冰胡良松黄琳汤利云南农业大学资源与环境学院昆明650201 云南农业大学烟草学院昆明650201 玉溪市农业科学院云南玉溪653100 农业农村部云南耕地保育科学观测实验站昆明650201

探明化肥减量合理配施不同有机肥的土壤微生物生物量碳氮磷及其生态化学计量特征,明确农田生态系统生产力与养分供应之间的平衡效应,对促进云南高原特色农业产业的高效绿色发展具有重要意义。本研究以连续9年的植烟土壤为对象,进行长期... 详细信息

探明化肥减量合理配施不同有机肥的土壤微生物生物量碳氮磷及其生态化学计量特征,明确农田生态系统生产力与养分供应之间的平衡效应,对促进云南高原特色农业产业的高效绿色发展具有重要意义。本研究以连续9年的植烟土壤为对象,进行长期定位施肥试验。试验设不施肥(CK)、当地常规推荐施肥(100%化肥,CF-1)、化肥减量20%(CF-2)、化肥减量20%配施有机肥(OF)和化肥减量20%配施生物有机肥(BF)处理。分析比较植烟土壤微生物生物量碳氮磷及生态化学计量比,探讨其化学计量内稳性指数。结果表明,与常规推荐施肥处理相比(CF-1),化肥减量20%配施有机肥处理(OF)和配施生物有机肥处理(BF)均显著提高土壤碳氮磷含量及微生物生物量碳氮磷,且土壤C∶N、C∶P、N∶P和微生物生物量C∶N、C∶P、N∶P呈降低趋势。回归分析表明,微生物生物量C、N、P、C∶N和N∶P的内稳性指数1/H均≥0.75,具有敏感型特征。冗余分析表明,植烟土壤微生物生物量C、N、P与土壤C、N、P含量呈显著或极显著正相关,微生物生物量C∶N、C∶P与土壤C、N、P含量呈极显著或显著负相关,表明化肥减量配施不同有机肥对植烟土壤C、N、P的改变直接导致微生物生物量C、N、P化学计量比的改变。综上所述,连续化肥减量20%配施不同有机肥能不同程度提高植烟土壤养分含量,对于维持土壤碳氮磷及微生物生物量碳氮磷化学计量平衡、提高土壤肥力具有重要作用。

关键词：植烟土壤化肥减量微生物生物量生态化学计量比内稳性

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有机肥与石灰配施对华南酸性土壤的改良效果

农业资源与环境学报 2024年第3期41卷 606-613页

作者：黄建凤吴腾飞叶芳张木逄玉万吴昭云肖勇吴永沛付弘婷李苹广东省农业科学院农业资源与环境研究所/农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室/广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广州510640 广东省农业环境与耕地质量保护中心广州510500 广东省农业科学院植物保护研究所广州510640

为明确有机肥与石灰对华南酸性土壤的改良效果,采用田间小区试验,研究了有机肥、石灰分别单施与配施对双季稻区酸性土壤的酸化性质、水稻生长及产量的影响。试验包括5个处理:不施肥(CK)、单施控释肥(CF)、控释肥+石灰(LM)、控释肥+有机... 详细信息

为明确有机肥与石灰对华南酸性土壤的改良效果,采用田间小区试验,研究了有机肥、石灰分别单施与配施对双季稻区酸性土壤的酸化性质、水稻生长及产量的影响。试验包括5个处理:不施肥(CK)、单施控释肥(CF)、控释肥+石灰(LM)、控释肥+有机肥(OF)、控释肥+石灰与有机肥配施(CLO),除CK外,各处理养分保持一致,物料均在水稻移栽前一次性施入土壤。结果表明,CLO处理对土壤pH的改良效果最优,其pH提高了0.42个单位,而OF和LM处理的pH分别提升0.27、0.37个单位;OF处理土壤有机质含量最高,达44.46 g·kg^(-1),其次为CLO处理,达37.76 g·kg^(-1);LM、OF及CLO处理均显著降低了土壤交换性酸含量,降幅最高的处理为CLO,达71.4%。相关性分析表明,土壤交换性氢和交换性铝与pH的回归方程斜率绝对值分别为1.3568和0.1560,均呈显著负相关;LM处理的土壤交换性盐基离子总量达7.52 cmol·kg^(-1),显著高于其他处理,其次为CLO处理,达6.92 cmol·kg^(-1)。配施处理能增加灌浆期水稻叶片叶绿素含量,显著高于CK,增产效果最优。研究表明,有机肥与石灰配施较单独施用对华南酸化土壤的改良效果更好。

关键词：华南酸性土壤有机肥石灰双季稻酸化改良

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秸秆添加对长期施肥旱地红壤N_(2)O和CO_(2)排放的影响

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环境科学 2024年第6期45卷 3716-3724页

作者：涂昊泽林杉王军胡荣桂肖恒斌邬磊华中农业大学资源与环境学院农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室武汉430070 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室北京100081

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N_(2)O和CO_(2)等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N_(2)O和CO_(2)排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照(CK,不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F... 详细信息

秸秆还田作为农田土壤培肥的一种重要措施,显著影响N_(2)O和CO_(2)等温室气体排放.为探明长期施肥土壤N_(2)O和CO_(2)排放对秸秆添加的响应规律及关键影响因素,采集对照(CK,不施肥)、当地推荐化肥施用量(F)、200%当地推荐化肥施用量(2F)、猪粪(M)和化肥配施猪粪(FM)这5种长期施肥(30 a)处理的旱地红壤,分别设置添加秸秆和不添加秸秆处理,在恒温恒湿条件下培养(65%田间持水量,25℃)20 d.结果表明,施肥显著促进了N_(2)O排放.相较不施肥处理[(22.05±2.09)μg·kg^(-1),以N计,下同],施化肥处理N_(2)O累计排放量显著增加了119%~195%[F和2F处理分别为(48.38±20.81)μg·kg^(-1)和(65.13±12.55)μg·kg^(-1)],施粪肥处理N_(2)O累计排放量显著增加了275%~399%[M和FM处理分别为(82.72±12.73)μg·kg^(-1)和(1101.99±425.71)μg·kg^(-1)].土壤硝态氮(NO_(3)^(-)-N)、可溶性有机碳(DOC)和可溶性总氮(DTN)是影响不同施肥处理N_(2)O排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆对CK、F和FM处理的N_(2)O累计排放无显著影响,显著增加了2F(345%)和M处理(247%)的N_(2)O累计排放.秸秆添加通过增加DOC和消耗DTN从而影响N_(2)O排放.施肥显著促进了CO_(2)排放.相较不施肥处理,施粪肥处理CO_(2)累计排放量显著增加了120%~130%[M和FM处理累计排放量(以C计,下同),分别为(122.11±4.3)mg·kg^(-1)和(116.47±4.55)mg·kg^(-1)],2F处理CO_(2)累计排放量显著增加了28%[(65.13±12.55)mg·kg^(-1)].微生物量碳(MBC)、DOC和DTN是影响不同施肥处理CO_(2)排放的主要因素.相较未添加秸秆,添加秸秆条件下CO_(2)累计排放量显著增加了660%~1132%.秸秆添加后DOC和MBC含量显著提高,促进了CO_(2)排放.综上,秸秆添加通过增加土壤DTN消耗和DOC含量显著促进施肥处理的N_(2)O和CO_(2)排放.在施用粪肥的旱地红壤中应合理考虑秸秆还田,以平衡肥力提升与温室气体排放的综合效益.

关键词：长期施肥土壤秸秆添加 N_(2)O CO_(2) 土壤化学性质偏最小二乘法路径分析模型(PLS-PM)

基于土地利用和地形的生态系统服务空间分布及权衡-协同-独立关系——以安塞区为例

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水土保持研究 2024年第2期31卷 240-251,263页

作者：薛曾辉高驭洋卢枰达周静王可琳张斌马玉刘梦云西北农林科技大学资源环境学院陕西杨凌712100 农业农村部西北旱地农业绿色低碳重点实验室陕西杨凌712100 农业农村部合阳农业环境与耕地保育科学观测实验站陕西合阳715300

[目的]生态系统退化问题日益突出,开展生态系统服务空间分布及其相关关系研究对区域生态文明建设具有重要意义。[方法]基于InVEST和CASA模型,在10 m空间分辨率下定量评估安塞区2020年土壤保持、固碳释氧、水源涵养和生境质量及其随地形... 详细信息

[目的]生态系统退化问题日益突出,开展生态系统服务空间分布及其相关关系研究对区域生态文明建设具有重要意义。[方法]基于InVEST和CASA模型,在10 m空间分辨率下定量评估安塞区2020年土壤保持、固碳释氧、水源涵养和生境质量及其随地形和土地利用变化趋势,分析生态系统服务间权衡—协同—独立关系。[结果](1)林地和草地生态系统服务较强,未利用地和建设用地较弱;耕地、林地和草地生态系统服务间协同作用明显,而未利用地表现为权衡作用,水域表现为独立作用。(2)土壤保持量最高值在中低海拔、急悬坡和半阴坡,固碳释氧量最高值在中低海拔、陡峭坡和阴坡,涵养水源量最高值在低海拔和阳坡,生境质量最高值在高海拔、急悬坡和阳坡。(3)地形和土地利用视角下,生态系统服务整体表现为协同度>独立度>权衡度,协同作用常发生在土壤保持、固碳释氧和水源涵养之间,生境质量与其他生态系统服务权衡作用明显。(4)协同作用随着海拔升高和坡向向阳程度加强而提升,随着坡度增加呈先升高后降低变化趋势,权衡则与之相反。[结论]土地利用和地形对生态系统服务影响较大,应因地制宜开展土地规划和生态管理,基本证明了退耕还林还草生态恢复措施与其地形气候的适应性和决策的正确性。

关键词：安塞区生态系统服务权衡-协同-独立 InVEST模型 CASA模型地形因子土地利用

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我国南方稻区镉植物有效性预测模型研究

农业环境科学学报 2024年

作者：佘梓健戴湲李林峰李奇罗伟林李义纯仲恺农业工程学院环境科学与工程学院广东省农业科学院农业资源与环境研究所农业部南方植物营养与肥料重点实验室广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广东省兴宁市黄陂镇农业农村服务中心

为明确田间条件下，水稻土中镉（Cd）的植物有效性与铁氧化物的定量关系，在南方Cd污染风险较大的稻田采集178件糙米样品及对应的根际土壤样品，探索铁氧化物形态转化对土壤Cd植物有效性的影响，构建基于铁氧化物的水稻土中Cd植物有效... 详细信息

为明确田间条件下，水稻土中镉（Cd）的植物有效性与铁氧化物的定量关系，在南方Cd污染风险较大的稻田采集178件糙米样品及对应的根际土壤样品，探索铁氧化物形态转化对土壤Cd植物有效性的影响，构建基于铁氧化物的水稻土中Cd植物有效性预测模型。结果表明，研究区水稻土Cd污染大多以中度～重度Cd污染为主，存在较高的潜在生态风险；与稀盐酸提取法、二乙三胺五乙酸（DTPA）提取法和乙酸铵提取法相比，采用氯化钙提取法提取的有效态Cd含量(CaCl2-Cd)与糙米Cd累积量（Cdr）关系最为密切；CaCl2-Cd与土壤中铁全量（Fes）极显著正相关，与铁氧化物的游离度（Fed/Fes）极显著负相关；Cdr与Fes极显著正相关、与游离铁氧化物含量（Fed）和晶形铁氧化物含量（Fec）显著负相关、与铁氧化物的活化度（Feo/Fed）显著正相关和与Fed/Fes极显著负相关；土壤Cd植物有效性预测模型对研究区土壤有效态Cd含量和糙米Cd累积量的预测均达到极显著水平（P<0.001），预测值与实测值间的均方根误差值分别为0.034和0.14。

关键词：水稻土镉植物有效性铁氧化物预测模型

施硅水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响

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生态环境学报 2024年第5期33卷 781-790页

作者：李林峰徐梓盛陈勇李奇林晓扬李义纯广东省农业科学院农业资源与环境研究所广东广州510640 农业部南方植物营养与肥料重点实验室广东广州510640 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室广东广州510640

稻田镉(Cd)污染治理是中国当前亟需解决的重大科学问题;根表铁膜是水稻根系吸收Cd的重要屏障,施硅(Si)调控水稻根系抗氧化酶和乙烯合成酶活性影响根表铁膜对Cd的吸附,并改变水稻体内Cd的累积和分布,但不同施Si水平对水稻根表铁膜和体内C... 详细信息

稻田镉(Cd)污染治理是中国当前亟需解决的重大科学问题;根表铁膜是水稻根系吸收Cd的重要屏障,施硅(Si)调控水稻根系抗氧化酶和乙烯合成酶活性影响根表铁膜对Cd的吸附,并改变水稻体内Cd的累积和分布,但不同施Si水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响尚未完全清楚。采用水稻盆栽试验,探讨高、低两种施Si水平条件下,水稻成熟期不同组织器官中Cd的含量、分布规律和水稻体内Cd的转运能力,以及抽穗期根表铁膜的Cd含量、形貌特征与根系抗氧化酶和乙烯合成酶基因的表达,试图揭示不同施Si水平对水稻根表铁膜Cd吸附和体内Cd累积分布的影响。结果表明,施Si会减少成熟期水稻茎中Cd的含量,增大根系中Cd的分布比例,而高Si水平(0.66 g·kg^(-1))还会进一步降低茎节和糙米中Cd的含量和分布比例,抑制根系转运Cd至糙米的能力。此外,施Si可以增强抽穗期水稻根系超氧化物歧化酶基因(OsSOD-Cu/Zn和OsSOD-Fe)、过氧化氢酶基因(OsCATa和OsCATb)以及乙烯合成酶基因(OsACS1)的表达,高Si水平(0.66 g·kg^(-1))能够显著增加根表铁膜中的DCB-Fe和DCB-Cd含量,增大根表铁膜的表面粗糙度,并且进一步增强根系OsSOD-Fe和OsACS1的表达。研究结果证实施Si水平是影响水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的关键因素,高水平Si能够更显著地促进水稻根系抗氧化酶基因的表达,增强铁膜形成及其对Cd的吸附,并且抑制根系Cd向糙米的转运和茎节中Cd的分布,从而降低糙米中Cd的累积。该研究成果可为解决中国稻田Cd污染治理难题提供理论依据。

关键词：水稻施硅水平镉铁膜累积分布基因表达