连续秸秆还田对东北黑土区耕层土壤肥力的影响

为了研究长期秸秆覆盖还田对黑土区玉米—大豆轮作下土壤肥力的影响,本试验于2007~2013年在中国科学院东北地理研究所海伦生态实验站开展田间定点试验,选择该地区典型性的土壤类型—黑土为研究对象,以大豆和玉米轮作为主要种植模式,研究了无肥(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPK+S)3种处理对土壤耕层(0~20cm)有机质含量及土壤养分的影响,并与2007年初期土壤进行比较。结果表明,与CK处理、NPK处理和初始土壤相比,NPK+S处理增加了土壤有机质和总磷含量,同时,秸秆还田配施化肥与单施化肥处理相比,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别提高了8.44%、119.91%和10.03%,提升作用显著。通过试验可以得出,秸秆还田配施化肥不仅能提高黑土有机质含量,还能明显改善土壤的养分状况,对黑土肥力提升具有积极意义。     

不同耕作覆盖措施对春玉米光合特性的影响

本文研究了传统耕作和免耕不同覆盖措施下春玉米的光合生理变化,结果表明:随着生育期的推移,各处理的叶片净光合速率(Pn)呈现先升后降的趋势,在抽雄期达到最大。传统耕作条件下,地膜+秸秆覆盖净光合速率最高,秸秆覆盖最低;免耕条件下,地膜覆盖净光合速率最高,平均为33.81μmol·m~(-2)·s~(-1),比不覆盖平均增加3.7%。不同耕作覆盖措施下叶片蒸腾速率(Tr)表现为:抽雄期拔节期大喇叭口期乳熟期苗期成熟期。春玉米气孔导度(Gs)在苗期较低,抽雄期达到最大,传统耕作条件下,地膜+秸秆覆盖保持着较高的气孔导度,平均为260.63mol·m~(-2)·s~(-1),比不覆盖平均高46.0%;免耕条件下,地膜覆盖的气孔导度最高,秸秆覆盖最低。     

长期保护性耕作对春玉米养分吸收和土壤肥力的影响

基于渭北旱塬长期定位田间试验,研究了保护性耕作下春玉米不同器官的生物量、养分吸收量及土壤肥力变化。结果表明:与传统耕作不覆盖(CT)相比,保护性耕作能显著提高春玉米籽粒和茎秆生物量,籽粒和茎秆生物量分别提高9.7~98.8%和40.3~123.3%;除地膜覆盖以外,秸秆覆盖和地膜秸秆双元覆盖处理对叶片生物量的影响均达到差异显著水平。春玉米N的吸收主要集中在籽粒和叶片,分别占总吸N量的45.6~61.6%和30.2~43.8%;P在籽粒中的吸收量占总吸P量的72.8~89.0%;K富集在茎秆中,占总吸K量的60.7~68.5%。秸秆覆盖和地膜秸秆双元覆盖处理较对照0~20cm土层土壤有机质、全氮和速效钾含量分别增加13.0~17.1%、6.1~11.0%和6.5~22.6%,而地膜覆盖处理土壤养分含量均不同程度减少。在双元覆盖模式下,免耕改善土壤肥力质量的效果优于传统耕作。     

炭化温度对秸秆制备生物质炭基本理化性质和养分影响研究

为了研究制备条件对制成的生物质炭产率和养分特性的影响,本文选用小麦、玉米、水稻三种不同作物的秸秆作为制备生物质炭的原材料,在马弗炉内经不同温度(300℃-C1、400℃-C2、500℃-C3、600℃-C4、700℃-C5)高温炭化形成生物质炭,分析在不同温度下形成生物质炭的pH、电导率、生物质炭产率和养分特性,包括水溶性钾、全氮、有机质等。结果表明,5种不同处理下,三种作物秸秆生物质炭的pH均为碱性,pH、电导率随着炭化温度的升高呈现先增大后减少的趋势。三种作物秸秆生物质炭产率均随炭化温度的升高逐渐减小,且小麦秸秆生物质炭产率受炭化温度影响较大;炭化温度较高时,玉米秸秆的生物质炭产率显著高于另外两种作物。三种作物秸秆生物质炭的水溶性钾含量随着炭化温度的升高呈现先增大后减少的趋势,在500℃～600℃之间水溶性钾含量最高;有机质含量随炭化温度的升高显著增加,而全氮含量随炭化温度的升高逐渐减小。     

不同秸秆还田方式对土壤有机质及速效养分的影响

为探明不同秸秆还田方式对大田表层(0~5cm)土壤有机质及速效养分的影响,设置4种不同秸秆还田方式:秸秆不还田(CK)、秸秆焚烧还田(SA)、秸秆粉碎还田(SC)、秸秆高留茬还田(SH)。结果表明:秸秆直接还田(SC、SH)显著提高了土壤有机质含量(P0.05),在玉米苗期、大喇叭口期、成熟期相比CK提高幅度分别为0.5%~5.3%、2.6%~9.5%、4.5%~18.9%;秸秆焚烧还田降低了土壤有机质含量,各时期分别比CK降低8.9%、14.7%、8.5%。对速效磷、速效钾的影响,各处理表现为SCSHSACK,经过玉米生育期,三种还田处理的速效磷、速效钾含量分别比CK提高了24.5%~53.9%、24.6%~70.9%。玉米生育期内,SA、SC、SH的速效氮(硝态氮、铵态氮)含量相比CK的增加幅度呈现先减小后增加的趋势。SC的硝态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理,铵态氮含量在玉米成熟期高于其他处理;SA的硝态氮含量在玉米成熟期高于其他处理,铵态氮含量在玉米苗期和大喇叭口期高于其他处理;经过玉米生育期,三种还田处理的硝态氮、铵态氮分别比CK提高了9.4%~57.2%,10.5%~50.2%。综合各项指标,秸秆粉碎还田处理对土壤有机质和速效养分的积累有最明显的作用。     

不同制备条件对生物质炭理化性质影响研究

秸秆炭化后含有生物生长所必须的大量元素。本文通过对小麦、玉米、水稻三种典型作物秸秆在不同条件下进行煅烧形成生物炭,研究不同制备条件下其理化性质变化情况。结果表明:生物炭物理性质受制备过程中外部氧化条件影响;相同的温度条件下,生物炭的电导率、pH、有机质等受升温速率影响;不同秸秆炭化后,其物理性质受炭化前性质的影响。对生物秸秆等有机态物质进行不同条件下的元素活化,可以为替代性肥力研究提供新的思路。     

玉米秸秆连续厌氧发酵产甲烷研究

本文以干黄玉米秸秆为单一发酵底物,开展室内中温连续发酵研究。以容积产气率和物料产气率为特征指标,研究不同物料浓度和不同物料滞留时间对干黄玉米秸秆连续发酵产沼气的影响,以期获得沼气工程适宜的运行参数。结果表明,连续发酵条件下有利于高TS浓度处理容积率的提高,但各处理物料产气率均随着固物滞留时间缩短而有所降低。综合考虑产气情况及工程实际应用,建设秸秆连续发酵TS质量分数10%时固物滞留时间设计为20 d,若发酵TS质量分数为8%时,固物滞留时间设计为15 d,该运行参数为秸秆沼气工程的发展提供了理论依据。     

施用厨余有机肥对皖北小麦产量及土壤理化性质的影响

为探究厨余废弃物资源化利用对皖北小麦产量和土壤理化性质的影响，本文开展为期两年的有机肥替代化肥试验，设置4个处理，即厨余有机肥替代20%化肥（COF20）、商品有机肥替代20%化肥（SOF20）、纯施化肥（UF）和不施肥（CK），在成熟期对小麦产量及土壤养分进行测定分析。结果表明，COF20和SOF20处理的小麦产量和土壤养分含量均显著高于对照组CK，但产量相较于UF处理有所下降；COF20和SOF20处理下的土壤容重均显著低于UF和CK，同时两种有机肥替代处理下的1～2 mm、0.5～1.0 mm非水稳性团聚体所占比例显著高于UF和CK;COF20和SOF20处理显著提高土壤pH，缓解土壤酸化问题；此外，COF20处理下的土壤有机质、全氮和碱解氮显著高于其他处理。总体来看，厨余有机肥替代化肥能够提高土壤肥力，有助于皖北地区小麦稳产。     

高浓度玉米秸秆厌氧发酵产沼气研究

以干黄玉米秸秆为主要发酵原料,本文研究了10%、15%和20%等三种干物质浓度对玉米秸秆干式厌氧发酵产沼气性能的影响。研究表明:发酵前20d为产气高峰期,随着干物质浓度增加,产气量呈上升趋势,发酵反应器的有机负荷率也随之增加。20%的干物质浓度产气效果最好,累积产气量达16 948 ml,物料产气率达到212 ml/g,相应的容积产气率可以达到0.847 ml/(ml·d)。研究所得结果对利用玉米秸秆进行干物质发酵的实际应用具有一定的指导意义。     

玉米秸秆酶水解影响因素的研究

采用工业使用的两种纤维素酶水解玉米秸秆，并进行了对比。研究了温度、pH值、加酶量、底物浓度、及酶解时间对玉米秸秆水解的影响，以探求最佳的反应条件。     

微生物土壤改良剂对复配土养分及作物产量的影响

以砒砂岩与沙复配土壤(简称"复配土")为研究对象,以微生物土壤改良剂为添加材料,通过盆栽试验,研究了不同施用量对玉米不同生育期内土壤养分含量以及作物产量的影响。结果表明:施用微生物改良剂对复配土具有解钾、释磷、固氮作用,能够显著提高复配土的土壤养分,尤其对铵态氮和速效磷的提升效果显著;从整个玉米生育期来看,施用微生物改良剂对土壤速效钾、速效磷、铵态氮和硝态氮的影响主要表现在生长前期(拔节期和大喇叭期),而对有机质的影响主要体现在成熟期;就不同施用量处理而言,M2处理(1.0 g·kg~(-1))的增产效果最佳,与对照相比,穗长、行粒数、单穗重、百粒重分别增加了13.8%、7.9%、26.4%、14.1%。本研究可为复配土培肥增产提供技术参考。     

碳氮比对猪粪-玉米秸秆混合堆肥的影响

本文选用猪粪与玉米秸秆为原料,研究了碳氮比对猪粪-玉米秸秆混合堆肥的影响,比较堆肥过程中堆体各项指标的差异,根据T值和种子发芽指数进一步评价腐熟度,结果表明,C/N值为20时处理腐熟效果最好。堆肥结束后,猪粪-玉米秸秆混合物中的重金属含量显著增加,但均符合《有机肥料》(NY525-2012)标准限量要求,可以作为肥料施用。     

玉米秸秆制备木糖工艺的研究

以超声波为强化手段,稀硫酸为催化剂,水解提取玉米秸秆中的木糖,利用DNS法对木糖溶液进行分析。考察了玉米秸秆制备木糖时秸秆水分、粒度、硫酸浓度、固液比、水解温度、反应时间及超声波强化对木糖收率的影响规律。研究得出最佳制备条件为：秸秆粒度约为40目,硫酸浓度为3％。固液比为1：10;预处理条件为：超声频率100KHz,超声时间为1h,超声温度为20～25℃,水解温度为100-102℃,反应时间为5h。在此条件下,木糖最高收率达到32．06％。     

保护性耕作对土壤酶活性动态变化的影响

研究不同保护性耕作措施在小麦生育期对土壤酶活性的影响。结果表明,与传统耕作相比,保护性耕作可以提高土壤酶活性,但在不同生育期不同措施对不同种类的酶活性影响有所差异。所有保护性耕作措施下,土壤碱性磷酸酶和纤维素酶的酶活均表现为收获期大于播前,说明在一个小麦生育期内保护性耕作可以提高土壤碱性磷酸酶及纤维素酶的活性。与传统耕作相比,保护性耕作方式可以显著增加土壤总体酶活性,播前以秸秆粉碎还田旋耕播种的效果最好,增幅达29.17%,收获期秸秆覆盖深松+旋+播种下土壤总体酶活性最大,增幅达到27.27%,总体来看覆盖深松、旋耕对增加土壤总体酶活效果最好。     

隔盐层处理对地下水浅埋区盐渍土盐分及养分变化的影响——以定边县白土岗子村土地开发项目区为例

针对定边县地下水浅埋区蒸降比高、盐分表聚明显、农作物产量差等问题,以定边县堆子梁镇白土岗子村土地开发项目为研究对象,设置秸秆隔层、砾石隔层和对照组三组试验,分析比较了1a时间内不同土层深度(0~10、10~20、20~40cm)条件下,土壤盐分(电导率、水溶性盐总量)和土壤养分(速效K、全N及有机质)含量的变化情况。结果显示:土壤盐分含量指标中,隔层处理较对照组均有显著减少;土壤养分含量指标中,隔层处理较对照组均有显著升高;土壤盐分含量随土层深度的增加呈逐层减少的趋势,土壤养分含量随土层深度的增加呈逐层递增的趋势。因此,采用秸秆隔层和砾石隔层进行根区隔盐处理能抑制盐分表聚,降低耕作层盐分含量,提高养分含量,可为地下水浅埋区盐渍化土地开发利用的机制探讨和技术路线制订提供理论依据和参考。     

基于熵权法的不同土地整治年限的土壤养分含量评价

为探明土地整治对土壤养分的影响,并进一步探究不同年限的土地整治工程对土壤含碳量、有效磷浓度和速效钾含量的储存能力的影响规律。本研究以陕西省渭北台塬地区土地整治项目为例,通过开展野外试验对土地整治前后不同年限的玉米地和苹果树地的土壤养分进行测定,并结合熵权法对土地整治条件下的土壤物养分含量进行等级评价。研究结果表明:土地整治后表层土壤总碳含量随着整治年限增加而不断增加,但增幅有限;土地整治对表层土壤总有机碳含量的变化影响最大,对土壤的酸碱度基本没有影响。苹果树地的表层土壤的多年总碳含量远高于玉米地的总碳水平,不同深度土壤的含碳量熵权比重规律一致,且整治多年后表层土壤含碳量才能达到良好状态,20～40 cm的土壤含碳量水平逐年提高。土地整治后土壤有效磷含量和速效钾含量均较整治前显著增加,有效磷浓度随着土地整治年限波动剧烈,增加了土壤有效磷浓度和速效钾含量两个指标之后,不同土地整治年限的土壤养分评价水平较土壤含碳量整体提高了一个等级。土地整治3 a之后,玉米地的土壤养分状态即可达到优秀等级;土地整治多年之后,苹果树地的表层土壤养分含量才可达到优秀等级;土地整治3 a之后,苹果树地20～40 cm的土壤养分即可达到优秀等级。本研究为土地整治背景下的土壤养分含量的分析和评价提供相应的方法。     

秸秆覆盖量对小麦出苗及生长的影响

文章研究了山东半干旱地区秸秆覆盖对小麦出苗及其前期生长发育情况的影响,通过室内室外试验表明:秸秆覆盖量和细碎程度均会影响小麦出苗率,秸秆覆盖量会影响小麦出苗后的生长性状:选择适当的覆盖量和细碎程度可以明显提高小麦的出苗率,改善其生长状态.     

秸秆和生物炭对黄绵土稳定性能影响的研究

为研究不同有机物料对黄绵土土壤团聚体和稳定性的影响,以陕西富平黄绵土为研究对象,通过添加两种有机物料(生物炭和秸秆),分析团聚体组成、水稳性团聚体稳定性、平均质量直径、几何平均直径和分形维数等指标,旨在为改良黄绵土障碍因子及合理提升肥力提供科学依据。利用光照恒温培养箱,设置4个试验处理,分别为对照(无添加,CK);玉米秸秆(5%秸秆,S1);生物炭(5%生物炭,S2);生物炭和秸秆混施(5%生物炭+5%秸秆,S3),培养90 d后采集土壤样品,选择干筛法和湿筛法测定团聚体,分析不同处理下黄绵土的稳定性能。结果表明:(1)添加有机物料的处理需水量均高于对照处理,增加量分别为0.42、1.10和1.76g。(2)不同处理下的0.25 mm的团聚体数量大小依次为CK S1S2S3。(3)不同有机物料添加下的黄绵土土壤水稳性团聚体稳定率、平均质量直径、几何平均直径和分形维数均优于对照,水稳性团聚体稳定率较对照CK处理提高幅度为3.35%～17.21%,平均质量直径提高幅度为9.81%～83.01%,几何平均直径提高幅度为3.11%～21.25%;且生物炭对土壤团聚体作用改善效果优于玉米秸秆,两者混合施用效果较单一施用效果提升显著,黄绵土分形维数与0.25 mm的团聚体数量存在显著的负相关关系,且R~2=0.957。综合分析,添加有机物料可有效增加黄绵土大团聚体含量,从而提升土壤稳定性和抗蚀性,并且以生物炭和秸秆混合施用效果最优。     

添加材料对黄绵土团聚特性的影响

探究不同添加材料对黄绵土团聚体数量、水稳性团聚体稳定率、团聚体大小和分形维数等的影响,以期为增加黄绵土土壤团聚体和提高其稳定性提供科学依据。在陕西富平中试基地设置野外培养试验,以黄绵土为研究对象,通过添加材料(玉米秸秆和生物质炭),设置4个试验,分别为对照(零添加,CK)、玉米秸秆(5%,S1)、生物质炭(5%,S2)、玉米秸秆与生物质炭混施(各5%,S3),培养30 d后,采集黄绵土土壤样品,利用团聚体测定常用干法和湿法进行测定稳定性指标。结果表明:在整个培养过程中,添加玉米秸秆的处理较其它处理需水量高。通过干法和湿法测定黄绵土不同粒径的团聚体百分含量,各处理下黄绵土不同粒径团聚体含量呈现相同趋势,0.25 mm的团聚体含量的大小次序分别为S3S2S1CK。水稳性团聚体稳定率以S3处理最高,在干法和湿法处理下,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径大小顺序趋势一致,均为S3S2S1CK。湿法下,黄绵土土壤团聚体分形维数与0.25 mm土壤团聚体含量存在良好的负相关线性关系,即R~2=0.960 4。综合分析表明,添加材料可有效改善土壤结构,增加其稳定性,并且混合使用材料对土壤团聚体改善效果优于单一添加材料。     

不同水热条件对玉米根系分解特性的影响

通过田间埋藏分解试验,比较了3种施氮量(0、120和240kg N·hm~(-2))处理的玉米根茬(R_0、R_(120)、R_(240))分别与杨凌塿土、长武黑垆土充分混合并埋藏分解一年后,根茬碳分解差异及其影响因素,并且利用碳稳定同位素δ~(13)C技术,研究了根茬碳分解对土壤有机碳的贡献。结果表明,杨凌地区水、热条件较好,试验期间降水量总和较长武高215mm;杨凌试验地15cm和45cm土层平均温度分别较长武高3.2℃和4.2℃。分解1年后,长武黑垆土中根茬残留碳较杨凌塿土高21%44%。根茬来源的土壤有机碳比例在塿土、黑垆土中分别为22.4%44.7%和27.4%38.3%。在黑垆土中根茬来源的土壤有机碳含量显著高于塿土,3种施氮量根茬来源的土壤有机碳含量差异未达显著水平。可见土壤深度、质地、施肥状况等影响有机残体还田腐解与土壤有机碳的更新,良好的水热条件能够促进玉米根茬残体分解,有利于新增耕地的快速培肥熟化,构建富含有机物质的耕作层,满足作物对养分的需求。