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  • 2020年, 9卷, 第04期
    刊出日期：2024-06-19
      
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  • 耕作方式和种植模式对黑土碳氮含量及玉米产量年际变化的交互效应
    高燕, 张延, 张旸, 陈学文, 梁爱珍
    2020, 9(04): 323-334.
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    土壤有机碳(SOC)及全氮(TN)是评价土壤肥力的重要指标。阐明耕作方式和种植模式对土壤碳氮水平的综合效应,进而明晰作物产量的响应,可为土壤培肥、增产增收提供理论依据和技术支撑。本研究基于东北黑土区保护性耕作长期定位试验(始于2001年),探究长期免耕玉米连作(NTCC)、秋翻玉米连作(MPCC)、免耕玉米-大豆轮作(NTCS)、秋翻玉米-大豆轮作(MPCS)四种处理对黑土碳氮含量以及作物产量年际变化的影响。结果表明:(1)随着耕作年限增加,NTCC和NTCS处理显著增加0～10 cm土层SOC和TN含量; 10～20 cm土层SOC、TN含量变化在4个处理下呈先减少后增加的趋势; 20～30 cm土层SOC、TN含量没有明显的年际变化;(2)与2001年初始碳氮储量相比,无论是玉米连作还是玉米-大豆轮作,免耕处理土壤碳氮储量均显著增加,且NTCC处理的土壤碳、氮储量最高,分别为75.7 Mg (C)·hm-2、7.0 Mg (N)·hm-2,较传统耕作分别显著增加18.6%和20.4%;(3)土壤碳氮比(C/N)随着耕作年限增加而逐渐降低,其中NTCC处理的年平均C/N最低;(4)实施16年后NTCS处理玉米年平均产量最高,达10 111 kg·hm-2,其他3个处理间玉米产量无显著差异。0～20 cm土层的SOC、TN含量、C/N与玉米产量均没有显著的相关关系。综上所述,对质地黏重的中层黑土,免耕玉米-大豆轮作促进了玉米增产,较传统耕作有助于促进土壤碳、氮固定,是东北黑土区适宜的耕作措施,有关土壤碳氮的固定能力的提升的机制尚待进一步研究。
  • 不同耕作模式对东北黑土微生物群落结构和酶活性的影响
    张常仁, 杨雅丽, 程全国, 刘亚军, 张春雨, 何红波, 鲍雪莲, 解宏图
    2020, 9(04): 335-347.
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    为了探究在不同耕作模式下东北黑土微生物群落结构和酶活性的变化,在吉林省梨树县开展长期定位试验,选取传统耕作(CT)、免耕+无秸秆还田(NT-0)、免耕+全量秸秆还田(NT-100) 3个处理,测定不同耕作模式下0～5 cm、5～10 cm和10～20 cm土层土壤碳、氮和微生物群落的变化。结果表明:不同耕作模式影响土壤养分含量、微生物生物量、结构和酶活性及其在土层间的分配。表层NT-100处理的土壤有机碳、全氮和水溶性碳含量,细菌、真菌和放线菌微生物生物量以及β-葡萄糖苷酶、纤维二糖酶和β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶活性显著高于CT和NT-0处理。秸秆还田促进微生物对土壤有机碳的周转和积累,长期免耕提升了土壤有机质的稳定性。免耕特别是免耕秸秆还田是提高东北地区黑土土壤质量的一种有效的农田管理方式。
  • 土壤微生物活性和生物量对干湿交替的响应
    谢志煌, 高志颖, 郭丽丽, 张锦源, 于镇华
    2020, 9(04): 348-354.
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    干湿交替是土壤时常经历的一种最普通和频繁的自然过程,主要由降雨在时间上的分布不均所引起,可导致土壤发生物理、化学和生物学变化,从而对土壤团聚体的形成、有机质的分解、土壤生产力和土壤碳氮循环产生重要的影响。土壤微生物是驱动地球元素循环的"发动机",是连接大气圈、水圈、岩石圈及生物圈物质和能量交换的重要纽带,更是土壤生态系统的核心。明确干湿交替对土壤微生物的响应及其对土壤碳氮矿化过程的影响,对于准确预测农田生态系统碳氮循环对未来气候变化的响应和反馈具有重要意义。本文总结了微生物对干湿交替的响应及其对土壤碳氮矿化的影响,提出今后应综合应用高通量测序平台和分子生物学技术,研究不同土壤与气候条件下干湿交替对土壤微生物活性影响,获取土壤中参与土壤碳氮循环过程的微生物群落特征信息。
  • 秸秆还田对黑土团聚体内有机碳红外光谱特征的影响
    盛明, 龙静泓, 雷琬莹, 郝翔翔, 李娜, 韩晓增, 李禄军
    2020, 9(04): 355-366.
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    研究短期不同秸秆还田方式对农田黑土不同粒径团聚体内有机碳含量和红外光谱特征的影响,为优化秸秆还田方式和提高农田生态系统土壤固碳潜力提供理论依据。基于建立在海伦站内的不同秸秆还田方式田间定位试验,试验共6种处理:(1) S0,翻耕20 cm,秸秆不还田;(2) S1,翻耕20 cm,半量秸秆(5 t·hm-2)还田;(3) S2,翻耕20 cm,全量秸秆(10 t·hm~(-2))还田;(4) S3,深翻35 cm,全量秸秆(10 t·hm-2)深混还田;(5) S4,免耕,全量秸秆(10 t·hm~(-2))覆盖还田;(6) S5,翻耕20 cm,全量秸秆(10 t·hm~(-2))燃烧后产物还田。利用水稳性团聚体分级和傅里叶红外光谱技术(FTIR)研究了不同秸秆还田方式下全土及各粒级团聚体内有机碳的含量和红外光谱特征。研究发现,与S0处理相比,不同秸秆还田方式不同程度的提升了黑土表层总有机碳含量,表现为S2> S1> S4> S5> S3> S0,各处理土壤中> 2 mm和2～0.25 mm粒级团聚体所占比例分别提升了16.4%～112.9%和19.0%～29.4%,其内部的有机碳含量分别提高了14.4%～55.5%和32.7%～54.7%。与S0处理相比,不同的秸秆还田方式使土壤有机碳的脂肪族-CH红外吸收峰相对面积增加,芳香族C=C红外吸收峰相对面积减少。相关分析和主成分分析表明,全土、> 2 mm和2～0.25 mm的团聚体中有机碳含量与脂肪族相对峰面积呈极显著正相关关系,与芳香族相对峰面积呈显著负相关关系(P <0.05);而<0.053 mm团聚体内的有机碳含量与脂肪族相对峰面积呈显著负相关关系,与芳香族相对峰面积呈显著正相关关系(P <0.05),说明土壤大团聚体中主要是结构简单、易分解组分的碳,而小粒径的微团聚体中以稳定性较强的芳香族碳为主,短期秸秆还田能促进大团聚体形成,提高土壤有机碳中脂肪族碳的含量及团聚体对碳的保护能力,更利于碳的固存。秸秆还田措施中采用20 cm翻耕秸秆全量还田对于提高表层黑土有机碳含量和稳定性具有较好的效果。
  • 连续深松对黑土区玉米根际土壤细菌群落结构的影响
    杨彦明, 周祎, 张博文, 张兴隆, 刘景辉, 郑海春
    2020, 9(04): 367-379.
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    为阐明连续多年深松对玉米根际土壤细菌群落结构的影响,于2016-2018年以翻耕为对照,设3个深松年限(1 a、2 a、3 a)和3个深度(25 cm、35 cm、45 cm)共10个处理,采用高通量测序技术分析了0～20 cm土层玉米根际土壤细菌群落特征。结果表明:细菌群落结构表现具有年际间差异,2018年绿弯菌门(Chloroflexi)、芽单胞菌门(Gemmatimonadetes)、疣微菌门(Verrucomicrobia)及硝化螺旋菌门(Nitrospirae)相对丰度较2017年分别增加66.4%～79.4%、31.7%～62.1%、13.4%～50.9%、19.6%～74.5%;拟杆菌门(Bacteroidetes)、厚壁菌门(Firmicutes)、奇古菌门(Thaumarchaeota)、蓝藻门(Cyanobacteria)则显著降低。2018年,各处理Shannon、Chao1、ACE指数均低于CK,降幅分别为0.16%～2.07%、0.9%～5.19%、0.17%～5.86%。相同深松深度下,深松2年细菌群落多样性及丰富度均高于深松1年,深松年限越短、深度越深越有利于细菌群落丰富度与多样性提高,45 cm较35 cm、25 cm、CK增幅0.37%～3.76%、0.07%～1.63%、0.41%～0.48%;深松持续年限越长,浅松处理效果最佳。深松较翻耕可提高变形菌门、芽单胞菌门相对丰度,降低放线菌门(Actinobacteria)、硝化螺旋菌门(Nitrospirae)相对丰度。深松较翻耕可提高溶杆菌属、Arenimonas、鞘氨醇单胞菌属相对丰度,降低链霉菌属、类诺卡氏菌属、伦茨氏菌属相对丰度。土壤细菌丰富度及多样性与土壤温度呈显著正相关关系,与土壤气象比呈负相关关系,Simpson指数与土壤EC呈显著负相关关系;土壤细菌群落受土壤温度、p H、广义土壤结构指数(GSSI)影响较大。上述研究有助于从微生物角度分析黑土区农田生态系统物质和能量循环机理,为提升黑土可持续生产能力提供依据。
  • 昆虫病原线虫的分子鉴定
    李春杰, 王鑫鹏, 黄铭慧, 姜野, 王从丽
    2020, 9(04): 380-387.
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    为了快速鉴定昆虫病原线虫,同时验证实验室多年保存的昆虫病原线虫种或品系间的差异,采用线虫保守区间核糖体DNA (r DNA,18S-ITS1-5.8S-ITS2-28S)的PCR扩增和测序分子鉴定方法,对13个线虫种和品系的18S-28S r DNA和28S r DNA (D2-D3)进行扩增并对序列进行比较和分析,研究斯氏属(Steinernema)和异小杆属(Heterorhabditis)线虫的r DNA保守区域是否和已报道的线虫相同。结果表明,28S r DNA的D2-D3的扩增序列比对的分子数据和形态学鉴定的结果完全一致,且与基因库已报道的线虫种相似度达到99%～100%,能明显区分线虫属、种或者品系。18S-ITS1-5.8S的序列能够区分S.glaseri和S.carpocapsae,但不能区分序列相近的S.litorale和S.feltiae,需要内转录间隔区ITS2来区分。因此,r DNA能被用于快速分类鉴定昆虫病原线虫的种和品系。
  • 严重钙胁迫下接种AM真菌无益于缓解玉米苗期的钙毒害
    冉琼, 钟章成, 杜道林
    2020, 9(04): 388-395.
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    为探讨喀斯特土壤富钙特征对玉米的毒害效应以及AM真菌对高钙胁迫的缓解作用,采用盆栽试验,研究了不同钙过量水平下接种AM真菌(Glomus mosseae)对玉米幼苗生长、光合和生化特性的影响。结果表明,高钙(1.0 g·kg-1,不含本底值)处理较对照处理对玉米的生长发育具有显著抑制效应,显著降低了玉米幼苗的株高、生物量、光合速率、蒸腾速率、气孔导度及可溶性糖含量;对照处理下接种AM真菌显著提高了玉米的株高、生物量,增强了玉米的光合能力,能显著增加玉米的可溶性糖含量,减少MDA的积累,从而缓解植物叶片膜脂过氧化程度,促进玉米的生长发育。但是,高钙处理下接菌处理没有正向作用,未能与植物形成良好的共生关系,对玉米的生长生理的影响不显著。
  • 有机肥替代化肥对旱地胡麻氮磷运移规律的影响
    马伟明, 史丽萍, 韩宝萱, 曹智, 王英泽, 刘宝文, 李文珍, 高玉红
    2020, 9(04): 396-406.
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    通过田间试验,研究了不同比例有机肥替代化肥对旱地胡麻植株养分运移规律及其产量形成的影响。结果表明:不同施肥处理的胡麻,植株茎叶中氮、磷积累量存在不同程度的差异,胡麻全生育期各处理植株茎叶氮、磷积累量呈先增后减的变化趋势。其中,90%福瑞年土壤调理剂替代化肥(F9)处理的胡麻盛花期和成熟期叶片氮含量分别较单施化肥(F1)处理显著增加13.6%和50.9%,磷含量显著增加了32.2%和32.9%%,且该处理能有效增加现蕾-成熟期胡麻茎秆氮素含量,而90%的肉蛋白生物有机肥替代化肥(F8)处理对盛花-成熟期胡麻的茎秆磷素含量增加效果显著。旱地胡麻氮、磷素收获指数均在90%福瑞年土壤调理剂替代化肥(F9)处理下最大,且在该处理下单位面积胡麻籽粒产量较单施化肥(F1)处理显著增加3.5%。90%福瑞年土壤调理剂替代化肥有利于促进胡麻植株对于养分的吸收和积累,增加胡麻籽粒产量,是当地胡麻生产中比较适宜的有机肥替代化肥比例。
  • 长期施用有机肥对黑土土壤肥力和玉米产量的影响
    邹文秀, 邱琛, 韩晓增, 郝翔翔, 刘晓洁, 陆欣春, 严君, 陈旭
    2020, 9(04): 407-418.
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    我国有机肥资源丰富并且有施用有机肥培肥土壤的传统,为了探讨有机肥的培肥效果及玉米产量的响应,于2003年在东北黑土区中部建立了有机肥还田定位试验,设置了无肥(CK)、化肥(NPK)和有机肥(M) 3个处理开展研究,有机肥的施用量为22 500 kg·hm~(-2)。研究结果表明,试验期间CK处理玉米产量均显著低于NPK和M处理(P <0.05),2003-2015年间NPK处理玉米产量较M处理显著提高了10.7%～29.4%(P <0.05),有机培肥13 a以后M处理玉米产量与NPK处理没有显著差异(2018年除外)(P> 0.05),表明连续有机培肥后的土壤有实现有机肥替代化肥的能力。与初始土壤相比,在0～20 cm和20～40 cm土层,M处理土壤有机碳、全氮、全磷、碱解氮、速效磷和速效钾含量分别显著增加了48.8%～315%和12.4%～147%(P <0.05),NPK处理仅显著增加了速效磷的含量,CK处理有机碳、全氮和碱解氮含量分别显著下降了13.8%～24.0%和17.0%～27.0%。M处理显著降低了0～20 cm和20～40 cm土层的土壤容重,显著提高了0～20 cm土层的通气孔隙度。有机肥的长期施用能够提高0～40 cm土层土壤肥力,改善土壤结构,对有机肥替代化肥促进作物产量的稳定和提高的主要原因。
  • 阳台“一米菜园”不同配方基质番茄栽培的效果评价
    熊文, 罗军元, 雷礼文, 付小琴, 李涵, 许煜峰
    2020, 9(04): 419-427.
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    阳台蔬菜作为一种新型种植模式逐渐受到人们的欢迎。但是,由于阳台蔬菜栽培存在基质成本较高和异味较重等问题,制约了阳台蔬菜的推广。本试验以腐熟的鸡粪和牛粪为基质原料,按照不同组分和比例配制了6种配方基质,并以商品基质为对照,针对适合阳台"一米菜园"种植的番茄(Solanum lycopersicum)品种,分析了南方地区不同处理下基质的理化性质,以及不同生长时期番茄的生育指标、经济性状、营养品质和光合特性的指标。结果表明:6个配方中,适宜的腐熟牛粪和鸡粪比例有利于番茄生长和品质提升,其中,配方A (鸡粪∶牛粪∶草炭∶蛭石∶河沙=3∶3∶1∶1∶2)对番茄产量和品质的提升效果最佳,配方C (鸡粪∶牛粪∶草炭∶河沙=2.5∶2.5∶2∶3)次之。因此,配方A和C可以作为当地较为理想的阳台"一米菜园"番茄栽培基质配方。
  • 测量高度对盐碱土光谱响应的对比分析研究
    隋敏, 任建华, 陈强, 赵悦, 臧淑英
    2020, 9(04): 428-439.
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    土壤盐碱化作为制约农业发展的重要问题,不仅降低了农业的粮食产量,严重影响了农业经济的可持续发展,同时还对当地的生态环境造成极大的破坏。本文从土壤盐碱化问题入手,选取东北松嫩平原典型苏打盐碱土地区作为研究区域,对比分析不同高度下土壤样本含盐量的光谱响应差异。通过调整实验中的光谱仪镜头与土样之间的垂直距离,精准获取3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm等5个实验高度的光谱数据测量结果。通过原始光谱反射率和一阶、二阶微分变换结果将波段与土壤电导率值(EC)进行相关分析,筛选出相关性高的敏感波段建立多元线性回归与偏最小二乘回归,结果表明最小二乘模型的预测能力明显优于多元线性回归模型,且不同测量高度与光谱数据变换对EC的相关性差异较大,其中利用5 cm测量高度下的反射率二阶微分变换结果建立的最小二乘模型对于盐碱土样本的拟合效果最佳,R~2=0.91,RMSE=0.40,RPD=3.08。本研究通过室外光谱实测实验选取最佳测量实验高度,旨在提高对土壤含盐量的预测精度,同时针对松嫩平原改善土壤盐碱化问题提供出可行性的建议。
  • 印度地埂技术理论与实践——比降地埂
    宋春雨
    2020, 9(04): 440-452.
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    地埂是世界范围内应用的一项低成本防止水土流失的工程措施。比降地埂是地埂技术的主要类型,它以预先确定的纵向坡度沿着比降等高线来修建,以便将径流水排出径流区。作为最早广泛应用地埂技术的国家之一,印度的地埂技术相对完善。本文介绍了印度比降地埂的特点、适应性和主要应用区域,重点阐述了比降地埂埂高、横截面积、土方工程量及成本等重要参数的计算方法,并通过实例演示了参数的计算过程,同时还简要介绍了田间施工操作要点和注意事项,期待对我国今后地埂技术的设计和推广应用有所启发和推动。