为明确砂田表层土壤养分对连作的响应规律,深入揭示砂田性能逐年退化机理,文章基于国内外已发表的16篇相关文献的586组有效数据,借助Meta-analysis方法进行整合定量研究,定量分析覆砂1-3年农田与其他连作年限砂田(4-6年、7-9年、10-12年、13-15年、16-20年)在表层土壤水分状况(SWC)、养分特性(有机质SOM、全氮TN、全磷TP、全钾TK、碱解氮AN、速效磷AP、速效钾AK、全盐TSS)和酸碱环境(pH)方面的差异效应,系统阐释砂田表层土壤养分特性逐年变异的发生路径及驱动因素,进而综合评估其肥力水平.结果表明:伴随种植年限的增加,砂田表层土壤水分储量和养分强度整体呈现下降态势(P＜0.05),4-20 年的土壤 SWC、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 含量分别较 1-3 年减少 39.06％、14.21％、14.96％、10.06％、8.20％、15.87％、37.01％、18.60％(P＜0.05).表层土壤 SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK 主要于 10-12 年开始大幅流失(P＜0.05),而4-6年土壤SOM、TP、TK、AK含量的相对变化则不显著(P＞0.05).砂田在耕作12年内具有显著压盐效果,12年以后的表层土壤TSS含量则开始呈现逐年增加的发展趋向(P＜0.05),其土壤pH整体增加1.29％(P＜0.05).连作年限是砂田表层土壤TN、TP和AK变异的关键因子;SWC则为土壤SOM、AP和TSS演化的主导要素.总体而言,砂田在连作10年左右即可出现明显的养分亏缺状态.因此,亟需提出科学合理的农田管理措施,以有效提升退化砂田的土壤肥力水平.

晋西黄土区具有典型的残塬沟壑地貌特征,该地区植被恢复时间较长,探究植被恢复对土壤理化性质的长期影响,以及开展环境因子长期定位观测,对实现区域生态修复与保护具有重要意义.以晋西黄土区四种典型植被恢复林地(辽东栎次生林地、刺槐人工林地、油松人工林地、侧柏人工林地)为研究对象,测定 2006 年、2012 年、20017 年不同土层(0-10 cm、10-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-80 cm、80-100 cm)土壤理化性质(有机碳、全氮、全磷、全钾、酸碱度、土壤容重、砂粒、粉粒、黏粒),采用主成分分析、冗余分析、相关性分析等统计方法,探讨长期植被恢复下土壤中各因子的变化和相互作用规律,分析不同植被类型对土壤属性时空异质性的影响.结果表明:在长期植被恢复过程中,不同林分土壤有机碳和全氮含量会表现为初期增加,然后下降.土壤全钾和全磷含量则是先减少后增加,植被恢复增强了土壤有机碳和全氮的积累.土壤的酸碱度、容重、砂粒、粉粒、黏粒的变化则不明显,这些属性在植被恢复期内受到的外部影响较小.总体来说,长期植被恢复增加了土壤养分含量、土壤砂粒、土壤粉粒,降低土壤容重、土壤黏粒.相比人工林,辽东栎次生林改善土壤结构、增加土壤肥力的效果最好.冗余分析表明,不同植被类型长期恢复条件下,影响土壤养分含量最主要的属性存在差异,刺槐的土壤粉粒、侧柏的土壤容重对多年土壤养分变化的贡献度最高.本研究结果可为黄土残塬区的长期植被恢复实践工作的生态效益评估提供数据支持和理论依据.

为探究岩溶区石灰土条件下火龙果的氮肥施用水平对其果实品质的影响,该文模拟岩溶区石灰土土壤环境开展盆栽试验,以"台湾大红"火龙果为材料,在磷(P)、钾(K)分别为0.216、0.324 kg的基础上,设置4种施氮(N)水平(CK、T1、T2、T3),测定21个果实品质指标,比较不同施氮水平的火龙果品质差异,同时利用主成分分析法对11个外观品质指标进行了综合分析.结果表明:(1)施氮可提高果实可溶性糖含量及可溶性固形物含量,降低蛋白质含量及膳食纤维含量,高N处理(T3)与其他处理差异显著;随施N量增加,果实可滴定酸含量、维生素C含量呈先升后降的趋势,而固酸比随施N量呈先降后升的趋势;高N处理明显提高了果实的纵径、横径、果形指数及单果重.(2)施N处理降低了火龙果果实N含量,提高了 P含量,各处理间的N、P含量差异显著;果实K含量随着施N量的增加而提高;施N增加了果实硼(B)含量,降低了果实铜(Cu)含量;不同处理果实锰(Mn)、铁(Fe)、钙(Ca)、镁(Mg)含量高低排序为T3＞T1＞CK＞T2;锌(Zn)含量随施N量呈先降低后增加的趋势.(3)高N处理的主成分综合评价得分最高,说明选择桂林岩溶区棕色石灰土种植火龙果时辅以一定量的P肥、K肥,高N处理更有利于提高火龙果品质.因此,在实际生产中需根据种植园的土壤肥力状况进行适当调整.

马尾松是西南地区的主要造林树种之一,对酸沉降比较敏感,在生产实践中常常在受酸沉降影响严重的针叶林地进行林分改造来应对酸沉降.为了解酸雨区马尾松纯林改造对土壤性质的影响及科学指导经营管理,本研究以重庆铁山坪马尾松纯林及改造后的马尾松-香樟混交林以及香樟纯林为对象,分不同季节采集腐殖质层(Ah层)和淋溶层(E层)的样品进行分析,探讨林分改造对土壤酸化及养分的影响.结果表明:(1)林型对Ah层土壤性质影响显著(P＜0.05),且Ah层土壤养分显著高于E层,季节对两个土层的土壤性质影响均显著(P＜0.05).(2)当马尾松纯林改造后,Ah层土壤各季节平均pH表现为马尾松纯林＜马尾松-香樟混交林＜香樟纯林;马尾松纯林改造后显著降低了土壤NH4+∶N(3-,可缓解土壤酸化.(3)虽然马尾松林改造后显著降低了土壤有机碳和全氮含量,但明显增加了土壤全磷和全钾含量(P＜0.05),可以为缺磷缺钾的铁山坪酸性土壤提供更多的磷和钾,从而缓解磷、钾限制对植物生长的抑制作用.(4)通过模糊综合法评价3种林型的土壤综合肥力指数,在0.585～0.664,马尾松纯林改造成马尾松-香樟混交林、香樟纯林,可以提高土壤肥力水平.

全球气候变化和人口激增背景下,灌溉和施肥成为保证粮食产量的重要途径,同时也深刻改变着陆地生态系统水循环、能量流动和物质循环过程.在陆面过程模型(LSM)中耦合灌溉和施肥方案对清晰把握陆-气相互作用、保障全球粮食安全有重要意义.本文分别回顾了灌溉和施肥(氮肥)在LSM参数化过程中的3个关键参量(方式、用量和时间)的表达方法,指出了当前受到灌溉和施肥关键参量高时空分辨率数据匮乏的影响,LSM中的灌溉和施肥方案与实际农业生产方式有所偏离,难以充分反映灌溉和施肥对粮食产量、生态环境和局部气候的影响.最后,提出了 LSM中灌溉和施肥方案的未来优化方向:1)考虑作物间的水分需求差异,对灌溉阈值进行差异化设置,正确评估不同作物的水资源消耗总量和强度;2)充分利用施肥灌溉的地面观测记录和日益丰富的区域格网数据,发展更加贴合实际农业操作的参数化方案,准确揭示灌溉和施肥的经济、生态和气候等效应;3)综合作物类型、物候阶段、土壤基础肥力等因素,发展施肥诊断方案作为模型的补充方案,提升模型在氮肥数据匮乏地区的应用性和模拟准确性.

[目的]黄淮海平原小麦玉米生产区主要实行冬小麦-夏玉米轮作种植模式.砂质潮土是广泛分布于黄淮海地区的土壤,属性和衍生障碍较多,包括结构性较差、蓄水保肥能力较弱等.为了提高肥料利用率、改善土壤肥力,综合实现作物产量提升和品质优化,筛选了一株多功能促生菌,并在该轮作体系验证其广谱促生效应.[方法]从玉米根际砂质潮土中筛选多功能促生菌,测定其产吲哚乙酸(IAA)、溶有机磷、解钾能力.通过形态学、生理生化及 16S rDNA序列分析方法对其种属进行鉴定.摇瓶条件下探究其产IAA的最适条件,通过玉米盆栽验证其促生能力,通过冬小麦-夏玉米大田试验验证其在轮作体系中的广谱性增产效果.[结果](1)试验筛选得到一株命名为YM3 的多功能根际促生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis),其产IAA能力达到59.21 mg/L、解有机磷能力达到 0.72 mg/L、解钾能力达到 18.56 mg/L.当装液量为 25 mL/250 mL,pH 6-8 范围内,分别以麦芽糖、蛋白胨为碳、氮源时,YM3 产IAA能力最佳.(2)玉米盆栽试验结果可见,与接种灭活菌相比,接种YM3 菌水剂的土壤IAA、速效磷、速效钾含量分别显著提高 75.00%、48.66%、20.00%.玉米幼苗的根长、根表面积、根体积、根尖数、根分枝数分别显著增加 67.95%、59.21%、51.13%、71.34%、92.06%.玉米植株的鲜重、株高、相对叶绿素含量、全氮、全磷、全钾分别显著提高了39.86%、23.51%、18.27%、17.68%、52.26%和 36.53%.(3)小麦玉米轮作大田试验结果表明,接种YM3 菌剂的小麦大田土壤有效氮、速效磷、速效钾分别显著增加了 9.08%、13.78%、16.66%,增产率达到 42.18%.玉米大田土壤速效磷和速效钾含量分别显著增加了 19.18%和 15.95%,增产率达到 13.22%.[结论]筛选得到的枯草芽孢杆菌YM3 菌株兼具产IAA、溶有机磷、解钾功能,在黄淮海平原小麦玉米轮作体系土壤中适应性强,广谱性强,能够提升砂质潮土土壤肥力,提高冬小麦-夏玉米轮作体系的产量.

以天山云杉(Picea schrenkiana)林为对象,分析天山云杉林土壤养分分布特征,并通过主成分分析计算土壤肥力综合指数(IFI),评价不同海拔、林龄和郁闭度条件下土壤肥力水平,旨在为科学管理天山云杉林土壤资源提供理论依据.结果发现:(1)不同海拔天山云杉林0～20和20～60 cm 土层土壤碳、氮含量均表现为 1900～2100 m＞2500～2700 m＞1700～1900 m＞2300～2500 m＞2100～2300 m.其中海拔 1900～2100 m下0～20 cm 土层土壤碳、氮含量均显著高于海拔2100～2300 m(P＜0.05),此海拔下土壤肥力的综合得分最高(0.45),其中63％的土壤肥力达到Ⅰ级(高)和Ⅱ级(较高)水平,表明海拔1900～2100m范围内土壤肥力状况总体较好.(2)土壤碳、氮含量随着林龄的增加呈现增加的趋势,其中0～20 cm 土层土壤碳、氮含量在成熟林和幼龄林或中龄林间存在显著差异(P＜0.05).成熟林土壤肥力综合得分为0.41,其中54％的土壤肥力达到Ⅰ级(高)和Ⅱ级(较高)水平.(3)高郁闭度(＞0.6)条件下天山云杉林0～20 cm 土层土壤碳、氮含量显著高于低郁闭度(0.2～0.4)(P＜0.05),高郁闭度土壤肥力综合得分较高(0.37),其中38％的土壤肥力达到级Ⅰ级(高)和Ⅱ级(较高)水平,但不存在显著差异.总体而言,天山云杉林表层土壤碳、氮含量受海拔、林龄和郁闭度的影响较显著,土壤肥力指数则受海拔、林龄的影响显著.

为了筛选出能适应青海省冷凉气候环境的解磷菌株,以磷酸钙、卵磷脂、植酸为单一磷源,对胶冻样芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、蜡状芽孢杆菌、紫变异链霉菌、肉桂褐链霉菌、黄团孢链霉菌进行固体平板培养基初筛和液体培养基复筛,通过综合比较固体平板培养基中解磷圈的大小和液体培养基可溶性磷含量,初步筛选出解磷效果较好的3 株解磷菌,分别为紫变异链霉菌、肉桂褐链霉菌和胶冻样芽孢杆菌.将这3 株解磷菌制成液体菌剂,在9 月冷凉气候下采用两种不同肥力土壤进行小油菜盆栽试验.结果表明:与对照相比,施加紫变异链霉菌剂后,高肥力耕地土的小油菜收获时株高、鲜重、根长、根重分别增加了 35.5%、191.0%、26.2%、282.7%,植株磷吸收量、根际土壤全磷、速效磷分别增加了968.9%、5.1%、2.1%;低肥力自然土的小油菜收获时株高和鲜重分别增加了45.8%和61.3%,根长和根重分别减少了2.6%和4.4%,植株磷吸收量、根际土壤全磷、速效磷分别增加了91.5%、29.1%和213.7%.其他两种解磷菌剂效果不如紫变异链霉菌明显,表明紫变异链霉菌为适合青海地区冷凉气候环境的解磷菌株.

为探究蚯蚓堆肥与生物炭对西瓜—白三叶草生境系统的作用机制,采用温室栽培试验,设置空白对照(西瓜植株,CK)、生物炭(B)、覆盖三叶草(W)、蚯蚓堆肥(V)及其组合WV、BV、WB和WBV等8个处理,比较分析蚯蚓堆肥与生物炭对西瓜—白三叶草复合系统的土壤养分、微生物群落结构及西瓜代谢组学特征的影响.结果表明,(1)与对照相比,复合处理的土壤容重降低,肥力提高,西瓜植株的养分吸收能力增强,WBV处理综合表现最优.(2)WBV处理土壤中微生物菌群丰富度相比对照下降,其中放线菌门、变形菌门、厚壁菌门细菌以及被孢霉门真菌的相对丰度明显提升,绿弯菌门、酸杆菌门和芽单胞菌门的相对丰度下降;各复合处理土壤中微生物菌群Shannon指数、Chao1指数均表现为BV＞WB＞CK＞WV＞WBV.(3)WBV处理组西瓜果肉检测到110种差异代谢物,其中19种代谢物为WBV处理独有,包括亚麻酸、裂解型磷脂酰胆碱、磷酰肌醇酸等脂质化合物,以及丙氨酸、天冬氨酸与谷氨酸等氨基酸.研究发现,覆盖三叶草+生物炭+蚯蚓堆肥复合系统可显著提高土壤养分含量,促进西瓜对氮、磷元素吸收,同时改善土壤微生物环境,改变西瓜植株代谢水平,提升其生物膜受保护能力和细胞渗透调节能力,从而增强其抗逆能力.

亚热带常绿阔叶林遭反复干扰后退化形成的天然次生灌丛在未管护模式下难以恢复为乔木林.在浙江省临安市选择典型天然次生灌丛,以强度人为干扰为对照、分别进行保护性干扰和适度人为干扰,探讨灌丛土壤蓄水能力和肥力质量的响应.4年试验结果表明:与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰后的土壤总贮水量、吸持贮水量和滞留贮水量分别提高了12.41％、5.33％、17.37％和29.13％、33.23％和26.24％;最大持水量、毛管持水量和最小持水量分别提高了23.35％、9.51％、17.55％和48.63％、56.08和71.05％;与强度人为干扰相比,保护性干扰和适度人为干扰的综合肥力分别提高了1.9％和38.5％,其中保护性干扰的水解氮、有机碳和有机质含量提高了12.11％、38.91％和38.94％,适度人为干扰的水解氮、有效磷、有机碳和有机质含量提高了61.97％、90.57％、130％和130.04％,保护性干扰和适度人为干扰的土壤综合评价指数分别提高了15.43％和58.94％.研究表明,与保护性干扰相比,适度人为干扰在土壤的蓄水保水、肥力和固碳增汇等方面更能达到预期的目标.在有条件经营的情况下,可以选择适度人为干扰措施对天然次生灌丛进行管理从而达到加快土壤恢复的目的.