不同施肥方式对稻麦轮作田土壤杂草种子库的影响

为揭示不同施肥方式(纯施化肥、有机肥配施化肥、秸秆还田配施有机无机肥、有机无机复合肥)对稻麦两熟制地区农田土壤杂草种子库的影响, 在江苏常州金坛区进行了固定施肥试验。经过连续4年试验处理后, 对不同施肥处理下农田土壤杂草种子库杂草种子种类及密度进行了调查, 并对杂草种子多样性、数量、分布与施肥措施的关系进行了分析。结果表明, 与不施肥相比, 施肥有减少稻麦轮作田土壤杂草种子库杂草种子种类数、杂草种子群落均匀度指数和物种多样性指数的趋势, 并使稻麦轮作田土壤杂草种子库杂草种子总密度明显降低。施肥明显提高了土壤杂草种子库菵草(Beckmannia syzigachne)、日本看麦娘(Alopecurus japonicus)、看麦娘(A. aequalis)种子的密度, 施用猪粪堆肥配施化肥处理提高程度更为显著; 秸秆还田配施化肥、秸秆还田配施有机肥化肥、有机无机复合肥施用处理有减少菵草、日本看麦娘、看麦娘杂草种子密度的趋势。施肥明显降低了土壤杂草种子库阔叶杂草种子密度; 施用有机肥有增加土壤杂草种子库水苦荬(Veronica undulata)、蛇床(Cnidium monnieri)种子密度的趋势; 施用猪粪堆肥有增加土壤杂草种子库鸭舌草(Monochoria vaginalis)种子密度的趋势。因此, 不同种类杂草对不同肥料存在偏好性差异, 不同施肥方式造成了土壤杂草种子库优势物种组成的差异。     

长期不同施肥方式对稻油轮作制水稻田杂草群落的影响

为揭示长期不同施肥方式下农田生态系统中杂草群落的变化规律,于2006年10月在太湖地区一个长期肥料试验定位监测田,运用群落生态学方法研究了7种长期不同施肥处理持续20a后对水稻-油菜轮作制水稻田杂草群落的影响.试验区共记录到杂草11种,隶属于6个科.其中,节节菜(Rotala indica)、陌上菜(Lindernia procumbens)、鸭舌草(Monochoria vaginalis)、异型莎草(Cyperus difformis)等4种杂草在所有施肥处理区发生密度较大.莎草科杂草牛毛毡(Eleocharis yokoscensis)只在不施肥区和纯氮肥区出现,而球穗扁莎(Pycreus globosus)和萤蔺(Scirpus juncoides)仅在不施肥区出现.长期不同施肥措施下,田间杂草群落的物种多样性有明显差异:全年秸秆区的物种丰富度(7.3种)最小,不施肥区(10.7种)最大;不施肥区、常规区、秋季秸秆区Shannon-Wiener指数显著大于其他处理区;不施肥区和常规区Simpson指数显著小于其他处理区;不施肥区和纯氮肥区Pielou均匀度指数显著小于其他处理区.田间杂草群落的优势种组成也发生了一定变化, Whittaker指数表明,与不施肥处理相比,单施化肥、化肥配施猪粪对杂草群落结构及物种组成的影响最显著,化肥配施油菜秸秆和化肥配施油菜水稻秸秆次之,而纯施氮肥和化肥配施水稻秸秆的影响较小.Srensen群落相似性指数及聚类分析结果也得到相似的结论.结果表明,单施化肥(平衡施用N、P、K肥)、化肥配施猪粪、化肥配施夏季、秋季和全年秸秆处理均能显著改变田间杂草群落的组成,改变某些杂草在群落中的优势地位,从而抑制其发生危害程度.     

长期不同施肥下太湖地区黄泥土表土微生物碳氮量及基因多样性变化

农业管理措施影响下土壤微生物群落结构的变化是农业土壤质量研究的前沿问题。运用化学分析方法和 PCR- DGGE技术从土壤微生物碳氮量及基因多样性角度研究了长期不同施肥措施下太湖地区代表性水稻土 -黄泥土的表土微生物活性与分子多样性的变化。结果表明 ,施用化肥以及化肥和有机肥配施在提高土壤有机碳含量的同时 ,不仅提高了水稻土的微生物碳氮量 ,而且改变了微生物的群落结构 ;与长期单施化肥相比 ,长期化肥配施有机肥不仅显著提高了土壤微生物碳氮量 ,而且提高了土壤微生物的分子多样性 ;就土壤的微生物分子群落相似性来说 ,单施化肥下与未施肥下相近 ,而化肥配施秸秆下与化肥配施猪粪下接近 ,说明土壤的有机培肥对土壤微生物群落结构有重要影响。长期单施化肥下水稻产量的年际波动性显著大于化肥配施有机肥下 ,这进一步佐证了化肥配施有机肥显著促进了水稻土的生态系统初级生产力与较高的土壤生态系统稳定性。应用PCR- DGGE技术所揭示的微生物分子群落结构特点可以指示水稻土 10 a尺度的不同农业管理措施下的土壤质量变化     

长期不同施肥方式对稻油两熟制油菜田杂草群落多样性的影响

为揭示长期不同施肥管理措施下农田生态系统生物多样性的变化规律,作者于2006年4月在太湖地区一个长期肥料试验定位监测田,运用群落生态学方法研究了7种长期不同施肥处理持续20年后对水稻-油菜两熟制油菜田杂草群落多样性的影响。试验区共记录到杂草17种,隶属于11科。不同施肥处理小区中杂草种类以单施化肥区（6种）和施化肥＋全年秸秆区（5种）最少,纯氮肥区最高（12种）;以看麦娘（Alopecurus aequalis）、日本看麦娘（A.japonicus）、菵草（Beckmannia syzigachne）、牛繁缕（Malachium aquaticum）、野老鹳草（Geranium carolinianum）等5种发生密度较大,它们分别在不同施肥小区中占据优势。长期不同施肥措施下,田间杂草群落的物种多样性有明显差异：纯氮肥区Shannon-Wiener指数显著大于其他小区,但Simpson优势度指数最低;不施肥区（对照区）和纯氮肥区Pielou均匀度指数显著高于其他施肥处理区;施化肥＋秸秆还田显著提高了田间杂草的优势度。田间杂草群落的优势种组成也发生了一定变化,Whittaker指数表明施化肥＋夏季秸秆还田和单施化肥的影响最显著,常规施肥和施化肥＋秋季秸秆还田次之,而施化肥＋全年秸秆还田和单施氮肥没有显著影响。Sφrenson群落相似性指数及聚类分析结果也得到同样的结论。本文研究结果表明,单施化肥（平衡施用N、P、K肥）、常规施肥和化肥配施秸秆处理均能显著改变田间杂草群落的组成,降低某些优势杂草在群落中的优势地位,从而抑制其发生危害程度。     

不同施肥对水稻土作物碳同化与土壤碳固定的影响——以太湖地区黄泥土肥料长期试验为例

肥料施用对农田土壤生产力及土壤碳循环的影响是农业与陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重要科学问题。以太湖地区黄泥土的长期肥料定位试验为例,研究不同施肥处理对水稻土-作物系统作物碳同化及土壤碳固定的影响。所研究的肥料施用处理包括不施肥(NF)、单施化肥(CF)、化肥与秸秆配施(CFS)以及化肥与猪粪配施(CFM) 4个处理,始于1987年,一直实行稻-油轮作,实行少耕。连续观测水稻和油菜的产量,并于2004年和2005年分别采集了土壤剖面样品和耕作层（0～5cm和5～15cm）土壤,测定土壤总有机碳含量。研究表明,不同施肥处理对水稻产量有显著影响,尤其以配施有机无机肥处理水稻产量显著最高且最为稳定,而对油菜产量的影响不明显。施肥显著提高了耕层土壤碳密度,而对全土碳密度没有显著影响。施肥处理的固碳速率介于0.1～0.4t/(hm^２•a), 配施有机肥处理显著高于单施化肥处理。相关分析表明,土壤固碳速率与作物根茬+有机肥源碳的总碳输入量呈显著的对数关系。这提示土壤有机碳积累主要与作物产量有关,而并非依变于有机肥源碳输入。因此,与作物产量直接关联的作物碳输入的增加是土壤中碳固定提高的重要途径。施入N素对水稻碳同化和土壤碳固定的效应均为化肥配施有机肥处理显著高于单施化肥处理,这揭示化肥配施有机肥是提高与稳定稻田生产力和促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。当然,不同施肥下上述效应的差异可能与土壤-作物系统中碳分配和土壤生物碳利用的差异有关。     

不同施肥对水稻土作物碳同化与土壤碳固定的影响——以太湖地区黄泥土肥料长期试验为例

肥料施用对农田土壤生产力及土壤碳循环的影响是农业与陆地生态系统碳循环及全球变化研究的重要科学问题。以太湖地区黄泥土的长期肥料定位试验为例,研究不同施肥处理对水稻土-作物系统作物碳同化及土壤碳固定的影响。所研究的肥料施用处理包括不施肥(NF)、单施化肥(CF)、化肥与秸秆配施(CFS)以及化肥与猪粪配施(CFM)4个处理,始于1987年,一直实行稻-油轮作,实行少耕。连续观测水稻和油菜的产量,并于2004年和2005年分别采集了土壤剖面样品和耕作层(0~5cm和5~15cm)土壤,测定土壤总有机碳含量。研究表明,不同施肥处理对水稻产量有显著影响,尤其以配施有机无机肥处理水稻产量显著最高且最为稳定,而对油菜产量的影响不明显。施肥显著提高了耕层土壤碳密度,而对全土碳密度没有显著影响。施肥处理的固碳速率介于0.1~0.4t/(hm2.a),配施有机肥处理显著高于单施化肥处理。相关分析表明,土壤固碳速率与作物根茬 有机肥源碳的总碳输入量呈显著的对数关系。这提示土壤有机碳积累主要与作物产量有关,而并非依变于有机肥源碳输入。因此,与作物产量直接关联的作物碳输入的增加是土壤中碳固定提高的重要途径。施入N素对水稻碳同化和土壤碳固定的效应均为化肥配施有机肥处理显著高于单施化肥处理,这揭示化肥配施有机肥是提高与稳定稻田生产力和促进土壤固碳和温室气体减排的双赢措施。当然,不同施肥下上述效应的差异可能与土壤-作物系统中碳分配和土壤生物碳利用的差异有关。     

连续施肥对农田黑土微生物功能多样性的影响

应用Biolog Eco微平板培养法研究了中国科学院海伦农业生态试验站20余年连续不同施肥处理(对照、氮磷钾、氮磷钾+秸秆、氮磷钾+猪粪1、氮磷钾+猪粪2和氮磷钾+猪粪3)下土壤微生物代谢功能多样性的变化。结果表明:长期施肥条件下,单施化肥和有机肥与化肥配施对土壤细菌、真菌数量影响不明显,但高量有机肥与化肥配施可以显著增加放线菌数量。Biolog结果表明,施用有机肥的平均颜色变化率高于单施化肥和对照。Shannon指数、Simpson指数和McIntosh指数均是有机肥和化肥配施高于化肥单施与对照。主成分分析结果表明,对照、NPK与其他几种处理有较明显的距离,说明有机肥的连年施用导致了土壤微生物代谢功能多样性的变化。     

减磷配施有机肥对水旱轮作紫色水稻土磷素淋失的消减效应

为探索长江流域稻油轮作系统水稻季减少农田磷素流失的最佳施肥模式和有效耕作措施,降低其对长江水质的威胁。采用渗漏池长期田间原位定点试验并结合室内实验分析,研究了化肥配施猪粪有机肥和水稻秸秆还田对土壤磷素淋溶迁移的影响。结果表明在水稻生长期内土壤淋溶水中磷素浓度随时间延长呈逐渐下降的趋势,前期波动幅度大且下降迅速,到55d之后逐步稳定达到平衡。总可溶性磷(TDP)是渗漏水磷素的主要形态。土壤淋溶水中总磷(TP)和总可溶性磷(TDP)含量均表现为优化施肥+猪粪有机肥(MP)优化施肥+秸秆还田(SP)优化施肥(P)优化施肥量磷减20%+猪粪有机肥(MDP)优化施肥量磷减20%+秸秆还田(SDP)不施磷肥(P0)。土壤总磷(TP)淋失负荷在0.295—0.493 kg/hm2之间。施用有机肥提高了淋溶水中的磷素含量,促进了土壤中磷素的淋失,同时显著提高了土壤中有效磷的含量,猪粪有机肥的促进作用比水稻秸秆大。减少化肥施用量有利于降低土壤磷素淋失。在综合考虑农业生产省本增效和控制农田面源污染的情况下,可以采取减量化肥配施有机肥的施肥模式。     

紫色土线虫对长期不同施肥措施的响应

土壤线虫在农田生态系统中数量丰富且对土壤环境变化敏感, 可用于评估不同田间管理条件下的土壤健康。本文探究了紫色土区长期不同施肥措施及土壤团聚体粒径对线虫群落的分布及其生态功能多样性的影响。试验设置了5个施肥处理: 不施肥(对照, CK)、单施化肥(NPK)、生物炭 + 化肥(BCNPK)、商品猪粪 + 化肥(OMNPK)和秸秆 + 化肥(RSDNPK)。团聚体粒径分为: 原状土(BS)、大团聚体(> 2 mm; LA)和小团聚体(0.25-2 mm; SA)。结果表明, 与对照相比, 施肥可促进线虫数量增长, 其中单施化肥处理下增幅最小(66%); 有机物料与化肥配施对线虫数量的提升更为显著, 秸秆 + 化肥处理下增幅达206%。不同施肥处理间线虫类群相对丰度差异显著, 大小均表现为: 食细菌线虫(BA) > 杂食/捕食线虫(OP) > 植食线虫(PP) > 食真菌线虫(FU)。小团聚体较其他土壤团聚体的杂食/捕食线虫丰度更低, 食细菌线虫丰度较高。秸秆与化肥配施处理下线虫群落结构指数和富集指数显著增加, 且各施肥处理下线虫功能足迹呈现明显差异。有机肥与化肥配施(尤其是秸秆 + 化肥)可提高土壤养分供应且有利于形成稳定健康的土壤生态系统, 助推区域农业的可持续发展。     

旱地红壤反硝化功能基因丰度对长期施肥的响应

农田施肥会影响土壤微生物驱动的氮素转化和氧化亚氮(N₂O)排放。基于32年的长期肥料定位试验,研究了旱地红壤反硝化功能基因(nirS、nirK、nosZ I和nosZ II)对不同长期施肥处理的响应及其关键影响因素。试验包括6个处理,分别为不施肥(CK)、单施化肥、化肥+花生秸秆、化肥+水稻秸秆、化肥+萝卜菜和化肥+猪粪。结果表明: 与单施化肥相比,化肥和有机物料配施可以有效缓解红壤酸化、提高土壤有机碳含量,其中以化肥和猪粪配施的效果最好。长期施肥对nirK基因丰度没有显著影响,但显著影响nirS基因丰度;与CK相比,长期单施化肥可显著增加nirS基因丰度,增幅达426%,但与单施化肥相比,化肥和有机物料配施降低了nirS基因丰度。旱地红壤中nosZ I基因丰度远高于nosZ II基因丰度,表明nosZ I在酸性红壤中占主导地位;长期施肥对nosZ II基因丰度没有显著影响。但长期施用化肥+猪粪显著提高了nosZ I基因丰度,增幅为138%。逐步回归分析表明,有效磷含量是影响nosZ I基因丰度的关键环境因子,而nosZ II基因丰度则主要受硝态氮含量的影响。化肥和猪粪配施处理的(nirS+nirK)/(nosZ I+nosZ II)值最低,表明化肥和猪粪配施可能会降低旱地红壤的N₂O排放能力。     

植物、土壤及土壤管理对土壤微生物群落结构的影响

土壤微生物是土壤生态系统的重要组成部分,对土壤微生物群落结构多样性的研究是近年来土壤生态学研究的热点。本文综述了有关植物、土壤类型以及土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响的最新研究结果,指出植物的作用因植物群落结构多样性、植物种类、同种植物不同的基因型,甚至同一植物不同根的区域而异;而土壤的作用与土壤质地和有机质含量等因素有关;植物和土壤类型在对土壤微生物群落结构影响上的作用存在互作关系。不同的土壤管理措施对土壤微生物群落结构影响较大,长期连作、大量的外援化学物质的应用降低了土壤微生物的多样性;而施用有机肥、免耕可以增加土壤微生物群落结构多样性,有利于维持土壤生态系统的功能。     

Estimating respiration of roots in soil: Interactions with soil CO2, soil temperature and soil water content

Little information is available on the variability of the dynamics of the actual and observed root respiration rate in relation to abiotic factors. In this study, we describe I) interactions between soil CO₂ concentration, temperature, soil water content and root respiration, and II) the effect of short-term fluctuations of these three environmental factors on the relation between actual and observed root respiration rates. We designed an automated, open, gas-exchange system that allows continuous measurements on 12 chambers with intact roots in soil. By using three distinct chamber designs with each a different path for the air flow, we were able to measure root respiration over a 50-fold range of soil CO₂ concentrations (400 to 25000 ppm) and to separate the effect of irrigation on observed vs. actual root respiration rate. All respiration measurements were made on one-year-old citrus seedlings in sterilized sandy soil with minimal organic material.Root respiration was strongly affected by diurnal fluctuations in temperature (Q₁₀ = 2), which agrees well with the literature. In contrast to earlier findings for Douglas-fir (Qi et al., 1994), root respiration rates of citrus were not affected by soil CO₂ concentrations (400 to 25000 ppm CO₂; pH around 6). Soil CO₂ was strongly affected by soil water content but not by respiration measurements, unless the air flow for root respiration measurements was directed through the soil. The latter method of measuring root respiration reduced soil CO₂ concentration to that of incoming air. Irrigation caused a temporary reduction in CO₂ diffusion, decreasing the observed respiration rates obtained by techniques that depended on diffusion. This apparent drop in respiration rate did not occur if the air flow was directed through the soil. Our dynamic data are used to indicate the optimal method of measuring root respiration in soil, in relation to the objectives and limitations of the experimental conditions.     

生物质炭对水稻土团聚体微生物多样性的影响

生物质炭施用对土壤微生物群落结构的影响已有报道,但土壤团聚体粒组中微生物群落对生物质炭施用的响应的研究还相对不足。以施用玉米秸秆生物质炭两年后的水稻土为对象,采用团聚体湿筛法,通过高通量测序对土壤团聚体的微生物群落结构与多样性进行分析,结果表明:(1)与对照相比,生物质炭施用显著促进了大团聚体(2000—250μm)的形成,并提高了团聚体的稳定性。(2)不同粒径团聚体间微生物相对丰度存在显著差异。在未施生物质炭的处理(C0)中,随着团聚体粒径增大,变形菌门、子囊菌门、β-变形杆菌目、格孢腔菌目的相对丰度逐渐降低,而酸杆菌门、担子菌门、粘球菌目、类球囊霉目的相对丰度逐渐升高。(3)生物质炭施用显著改变了团聚体间的微生物群落结构。与C0处理相比,生物质炭施用处理的大团聚体中变形菌门、鞭毛菌门和β-变形杆菌目的相对丰度分别显著提高了14.37%、33.28%和33.82%;微团聚体(250—53μm)中酸杆菌门、子囊菌门和粘球菌目的相对丰度分别显著降低了20.15%、19.93%和17.66%;粉、黏粒组分(53μm)中担子菌门的相对丰度升高90.25%,而子囊菌门和鞭毛菌门的相对丰度分别降低12.15%和12.58%。由此可见,生物质炭不仅改变土壤团聚体组成和分布,同时伴随着土壤微生物群落结构的改变。     

Available soil nitrogen in relation to fractions of soil nitrogen and other soil properties

The available N of 27 soils from England and Wales was assessed from the amounts of N taken up over a 6-month period by perennial ryegrass grown in pots under uniform environmental conditions. Relationships between availability and the distribution of soil N amongst various fractions were then examined using multiple regression. The relationship: available soil N (mg kg^–1 dry soil)=(N_min×0.672)+(N_inc×0.840)+(N_mom×0.227)–5.12 was found to account for 91% of the variance in available soil N, where N_min=mineral N, N_inc=N mineralized on incubation and N_mom=N in macro-organic matter. The N mineralized on incubation appeared to be derived largely from sources other than the macro-organic matter because these two fractions were poorly correlated. When availability was expressed in terms of available organic N as % of soil organic N (N_ao) the closest relationship with other soil characteristics was: N_ao=[N_inc×(1.395–0.0347×CN_mom]+[N_mom×0.1416], where CN_mom=CN ratio of the macro-organic matter. This relationship accounted for 81% of the variance in the availability of the soil organic N.The conclusion that the macro-organic matter may contribute substantially to the available N was confirmed by a subsidiary experiment in which the macro-organic fraction was separated from about 20 kg of a grassland soil. The uptake of N by ryegrass was then assessed on two subsamples of this soil, one without the macro-organic matter and the other with this fraction returned: uptake was appreciably increased by the macro-organic matter.     

Effect of soil moisture on bioremediation of chlorophenol-contaminated soil

A chlorophenol-contaminated soil was tested for the biodegradability in a semi-pilot scale microcosm using indigenous microorganisms. More than 90% of 4-chlorophenol and 2,4,6-trichlorophenol, initially at 30 mg kg^–1, were removed within 60 days and 30 mg pentachlorophenol kg^–1 was completely degraded within 140 days. The chlorophenols were degraded more effectively under aerobic condition than under anaerobic condition. Soil moisture had a significant effect with the slowest degradation rate of chlorophenols at 25% in the range of 10–40% moisture content. At 25–40%, the rate of chlorophenol degradation was directly related to the soil moisture content, whereas at 10–25%, it was inversely related. Limited oxygen availability through soil agglomeration at 25% moisture content might decrease the degradation rate of chlorophenols.     

耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构的影响

为探究不同耕作方式对潮土土壤团聚体微生物群落结构和多样性的影响,采用磷脂脂肪酸(PLFA)法测定了土壤团聚体中微生物群落。试验设置4个耕作处理,分别为旋耕+秸秆还田(RT)、深耕+秸秆还田(DP)、深松+秸秆还田(SS)和免耕+秸秆还田(NT)。结果表明:与RT相比,DP处理显著提高了原状土壤和>5 mm粒级土壤团聚体中真菌PLFAs量和真菌/细菌,为真菌的繁殖提供了有利条件,有助于土壤有机质的贮存,提高了土壤生态系统的缓冲能力;提高了5～2 mm粒级土壤团聚体中细菌PLFAs量,降低了土壤革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌,改善了土壤营养状况;提高了<0.25 mm粒级土壤团聚体中微生物丰富度指数。总的来说,深耕+秸秆还田(DP)对土壤团聚体细菌和真菌生物量有一定的提高作用,并且在一定程度上改善了土壤团聚体微生物群落结构,有利于增加土壤固碳能力和保持土壤微生物多样性。冗余分析结果表明,土壤团聚体总PLFAs量、细菌、革兰氏阴性菌和放线菌PLFAs量与土壤有机碳相关性较强,革兰氏阳性菌PLFAs量与总氮相关性较强。各处理较大粒级土壤团聚体微生物群落主要受碳氮比、含水量、pH值和团聚体质量分数的影响,较小粒级土壤团聚体微生物群落则主要受土壤有机碳和总氮的影响。     

The porosity of soil aggregates from bulk soil and from soil adhering to roots

Summary Total porosity and pore-size distribution (p.s.d.) were determined in soil aggregates taken in plots planted with maize and treated with farmyard manure and three rates of compost. Soil aggregates were collected from the soil adherent to the maize roots (root soil aggregates) and from bulk soil (bulk soil aggregates). Mercury intrusion porosimetry was used to evaluate the total porosity and the p.s.d. Treatments did not affect the total porosity of the bulk soil aggregates. The same was observed for the root soil aggregates. However the total porosity of the root soil aggregates was always lower than that of the bulk soil aggregates. The loss of total porosity was found to be due to a decrease in the percentage of larger pores with respect to the total.     

酸性硫酸盐土水改旱后土壤化学性状的变异初报

探讨了酸性硫酸盐水稻土改为旱作后土壤化学性状的变异以及比较不同利用方式之间的经济效益．结果表明,酸性硫酸盐水稻土改种甜玉米和蔬菜后,土壤化学性状发生显著变化．耕层土壤酸度、水溶性硫酸根含量、土壤活性铝和活性铁含量均显著降低．经济效益得到显著提高．建议对水改旱后的环境效应进行深入研究以及进行定位观测,以便合理利用这一特殊的土壤资源