科研产出
单季麦秸还田促进小麦-玉米周年碳效率和经济效益协同提高
《中国农业科学 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：目的】优化小麦-玉米周年秸秆还田方式,实现系统碳效率及经济效益协同提高,促进小麦-玉米周年可持续生产。【方法】基于8年小麦-玉米周年秸秆还田长期定位试验,分析小麦、玉米秸秆双季还田(D)与小麦秸秆单季还田(S)对作物秸秆产量和碳投入量的影响,明确不同碳投入量对小麦-玉米周年产量及其稳定性和可持续性的影响;系统分析碳效率与经济效益对小麦-玉米周年不同碳投入量的响应特征。【结果】(1)D和S处理的年均秸秆还田量分别为13.54和5.43 t·hm~(-2);D处理投入土壤中的根系和根茬生物量分别为3.04和2.14 t·hm~(-2),较S处理均无显著差异(P>0.05);S处理的根系、根茬和根系分泌物碳投入量分别为1.34、0.97和1.35 t·hm~(-2),较D处理没有显著差异(P>0.05)。(2)S处理的资源和农田管理碳投入量为1.73 t C·hm~(-2),较D处理减少51.29 kg C·hm~(-2);S处理的农田碳总投入量为9.00 t C·hm~(-2),较D处理的12.30 t C·hm~(-2)显著减少了26.82%(P<0.05);S处理的年均秸秆碳投入量为2.31 t C·hm~(-2),较D处理减少了60.85%,秸秆投入量的差异是造成农田碳投入差异显著的主要因素。(3)S处理的年际平均玉米产量为7.29 t·hm~(-2),较D处理减少了5.48%,D处理的小麦和周年产量为7.76和15.05 t·hm~(-2),分别较S处理减少5.67%和0.26%;S处理的作物周年产量稳定性和可持续性指数分别为0.19和0.63,较D处理没有显著性差异(P>0.05)。(4)S和D处理的周年籽粒碳产出量分别为6.27和6.25 t C·hm~(-2),植株碳产出量分别为15.96和15.74 t C·hm~(-2),均没有显著差异(P>0.05)。S处理的碳生产效率和碳生态效率分别为0.69 kg·kg~(-1)和1.77 kg·kg~(-1),较D处理分别显著增加60.47%和39.37%(P<0.05)。(5)小麦季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.89万元/hm~2和0.72万元/hm~2,与D处理相比均没有显著差异(P>0.05);玉米季,S处理的年际平均产值和年际平均净收益分别为1.91万元/hm~2和0.81万元/hm~2,较D处理分别增加了0.38万元/hm~2和0.39万元/hm~2;小麦-玉米周年,S处理的年际平均产值和年际平均净收益为3.80万元/hm~2和1.56万元/hm~2,较D处理分别显著增加14.81%和51.54%(P<0.05)。【结论】小麦秸秆单季还田在不显著影响小麦-玉米周年籽粒产量以及产量稳定性和可持续性的前提下,减少了玉米秸秆的碳投入量,促进了碳效率和经济效益的协同提高。
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连续施用化肥及秸秆还田对潮土酶活性、细菌群落和分子生态网络的影响
《植物营养与肥料学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：[目的]采用高通量测序和分子生态网络分析技术,研究连续施用化肥及秸秆还田对细菌群落结构和种间互作关系的影响,为黄淮海潮土区秸秆资源化利用与土壤肥力提升提供理论依据.[方法]长期定位试验位于山东德州,始于2010年,土壤为典型潮土,为冬小麦-夏玉米轮作.2021年从不施肥对照(CK)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS)3个处理小区采集土壤样品,分析土壤养分、酶活性、细菌群落等指标.[结果]与CK处理相比,NPK和NPKS处理pH均降低了 0.06个单位,土壤有机质分别提升了 23.19%和34.82%,细菌多样性分别降低了 0.90%和0.91%,均匀度均显著降低了 1.11%.与CK相比,NPK处理土壤中β-葡糖苷酶(β-GC)和碱性磷酸酶(ALP)分别显著升高47.91%和50.35%,NPKS处理β-GC、ALP和脱氢酶(DHA)活性分别升高78.31%、46.53%和50.91%.CK处理的优势菌群为寡营养型细菌(酸杆菌门和浮霉菌门)和固氮菌(生丝微菌科和伯克氏菌科),NPK处理的优势菌群为可降解顽固有机质的变形菌门(草酸杆菌科、红丹杆菌科和黄单胞菌科)、放线菌门和拟杆菌门;NPKS处理的优势菌群为具有纤维素降解能力的厚壁菌门(芽胞杆菌科).网络分析发现,不同施肥处理优势菌群分属于不同网络模块,与土壤养分含量和酶活性呈显著相关关系,其中NPKS处理中富集的芽胞杆菌通过强烈的共生关系形成特定物种集群,并且与β-GC、ALP和DHA呈显著正相关关系.[结论]秸秆还田配施化肥有利于黄淮海潮土区土壤肥力的提升,并可通过调节细菌种间互作关系,优化细菌群落组成,提高土壤酶活性.
关键词： 长期施肥 秸秆还田 土壤酶活性 高通量测序 网络分析
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长期秸秆还田对潮土真菌群落、酶活性和小麦产量的影响
《环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为了研究秸秆还田对黄淮海平原潮土真菌群落的影响,开展连续10 a田间定位试验,设置不施肥(NF)、单施化肥(NPK)和秸秆还田配施化肥(NPKS)这3个处理,通过网络分析和结构方程模型,揭示真菌群落对土壤肥力、酶活性和小麦产量的影响机制.结果发现,NPKS处理土壤有机质(SOM)较NPK处理和NF处理分别升高9.20%和34.75%,碱解氮(AN)升高12.03%和39.17%,脱氢酶(DHA)升高37.21%和50.91%,β-葡糖苷酶(β-GC)升高17.29%和73.48%,小麦增产16.22%和125.53%.不同施肥处理真菌α-多样性并未发生显著变化,却导致β-多样性出现明显分异.冗余分析表明,速效磷(AP)、SOM和AN是潮土真菌群落组成变化的主要调控因素.差异物种分析表明,NF处理富集了 Mortierella、Aspergillus、Ceriporia和Acremonium等具有溶磷/解钾功能的物种,以及Leohumicola和Hyalodendriella等植物共生菌;NPK处理中Sarocladium、Fusarium和Fusicolla等植物病原菌丰度显著升高;NPKS处理则激发了 Pseudogymnoascus和Schizothecium等抑病菌生长,并提高Trichocladium和Lobulomyces等秸秆降解物种丰度.网络分析发现整个网络由4个主要模块组成,其中模块2物种累积丰度在NPKS处理显著升高,且与DHA和β-GC呈线性正相关关系.结构方程模型结果进一步表明小麦产量主要受SOM直接正向调控,而模块2物种可通过正向调节DHA和β-GC,间接影响SOM和小麦产量.综上所述,黄淮海平原潮土区秸秆还田可通过调节真菌种间互作关系,刺激特定物种集群生长,抑制病原菌活性,提高土壤酶活性,促进SOM累积,最终获得作物高产.
关键词： 长期定位试验 秸秆还田 土壤酶活性 真菌群落 网络分析
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化肥减施和秸秆还田对土壤肥力、棉花养分吸收利用及产量的影响
《棉花学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探明化肥减施和秸秆还田对土壤肥力、棉花养分吸收利用及产量的影响.[方法]2016-2018年安排大田定位试验,设置6个处理:化肥常规用量(NPK)、秸秆还田(S)、化肥常规用量加秸秆还田(NPKS)、化肥常规用量减施25%加秸秆还田(0.75NPKS)、缓控释肥常规用量加秸秆还田(CRFS)和缓控释肥常规用量减施25%加秸秆还田(0.75CRFS),以NPK作对照.[结果]连续3年试验,与NPK比较,NPKS和CRFS的土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量均逐年增加;0.75NPKS和0.75CRFS的土壤有机质含量逐年增加,土壤有效磷含量逐年减少,而土壤碱解氮、速效钾与NPK差异不显著.NPKS、CRFS、0.75NPKS和0.75CRFS的植株氮、磷吸收量和表观利用率逐年增加,其中2018年磷吸收量较NPK分别增加6.17%、8.01%、8.88%和7.94%,差异显著,而3年试验中4个秸秆还田处理的钾吸收量与NPK处理差异均不显著.始絮期NPKS和CRFS的主茎倒二叶SPAD值和净光合速率呈现逐年增加趋势,0.75NPKS、0.75CRFS的主茎倒二叶SPAD值和净光合速率与NPK差异不显著.3年内,NPKS、CRFS的籽棉产量较NPK有所提高但差异不显著,0.75NPKS、0.75CRFS籽棉产量较NPK略低,但差异不显著.连续3年试验,NPKS、0.75NPKS、CRFS和0.75CRFS处理的单位面积铃数、铃重和衣分与NPK均无显著差异.[结论]3年内化肥减施25%配合秸秆还田能够提高化肥表观利用率且棉花不减产,为避免长期减施化肥导致土壤有效磷含量下降,须适当补充磷肥.
关键词： 棉花 秸秆还田 减量施肥 土壤养分 营养吸收 产量
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深松和秸秆还田对旋耕农田土壤有机碳活性组分的影响
《农业工程学报 》 2020 EI 北大核心 CSCD
摘要：土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)及其活性组分能够敏感响应耕作方式变化及有机物输入。为对比长期旋耕农田进行深松后土壤有机碳各活性组分及比例变化,该研究基于连续7a的旋耕转变为深松和秸秆管理长期定位试验,对比了旋耕无秸秆还田处理(rotary tillage with straw removal,RT)、旋耕秸秆还田处理(rotary tillage with straw return,RTS)、旋耕转变为深松无秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw removal,RT-DT)、旋耕转变为深松秸秆还田处理(rotary tillage conversion to subsoiling with straw return,RTS-DTS)下土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)、颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、易氧化有机碳(readily oxidizable organic carbon,ROC)、微生物生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)、溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)、活性有机碳(labile organic carbon,LOC)在土壤有机碳中比例的变化及各组分间的相互关系。研究结果表明,耕作方式从旋耕转变为深松和秸秆还田对SOC及其各活性组分均产生显著影响,耕作方式转变、秸秆还田及两者的交互效应是影响SOC及其活性组分的主要因素。秸秆还田显著提高了RTS处理和RTS-DTS处理的SOC含量,分别比RT和RT-DT处理高6.1%～15.6%和19.1%～32.3%。并且转变耕作方式后RTS-DTS处理比于RTS处理SOC含量提高16.9%～20.0%。同时,RTS-DTS处理的POC含量比RTS处理高13.6%～53.8%;但RT-DT和RTS-DTS处理的土壤ROC含量较RT和RTS处理都呈下降趋势,RTS-DTS处理的ROC含量比RTS处理下降4.6%～10%;MBC含量降低23.8%～30.6%。虽然秸秆还田显著提高了各处理的DOC含量,但RTS转变为RTS-DTS处理后,其3个土层的DOC含量下降了8%～41%。相比于RT和RTS处理,RT-DT和RTS-DTS处理0～30 cm各土层中LOC在SOC中的比例显著下降。相关性分析结果表明,除POC与ROC之间无显著性相关关系外,SOC及各组分间均呈显著(P<0.05)或极显著(P<0.01)的相关关系。耕作方式转变为深松和秸秆还田提高了SOC含量的同时,显著降低了SOC中的活性有机碳组分,这更有利于SOC的有效积累,促进土壤碳库的稳定固存。
关键词： 土壤 有机碳 秸秆还田 深松 活性有机碳 旋耕 碳组分
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花生栽培措施消减土壤紧实胁迫危害研究现状与展望
《山东农业科学 》 2020
摘要：土壤紧实胁迫阻碍花生根系向深层土壤下扎及荚果的膨大,影响花生的生长发育,造成花生减产和品质下降.合理的田间栽培措施,能够改善土壤紧实度状况,促进花生根系生长、荚果发育及产量品质形成,有效消减土壤紧实胁迫的危害.本文通过综合分析总结土壤紧实变化对土壤肥力及花生生长发育的影响,阐明造成花生田土壤紧实胁迫的主要因素,并从科学耕作、肥水管理、施用调理(节)剂、改进农机具、地膜与秸秆覆盖、优化种植模式与秸秆还田、选用抗紧实品种等方面系统阐述消减土壤紧实的栽培措施.在此基础上对土壤紧实胁迫变化未来研究进行展望,提出需在花生品种选育、土壤综合改良、农艺农机融合3个方面深入开展研究,这将对花生绿色、高效、优质生产具有重要意义.
关键词： 花生 栽培措施 土壤紧实胁迫 耕作方式 秸秆还田 肥水管理
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农机农艺融合技术在秸秆还田中的应用浅析
《农业开发与装备 》 2019
摘要：农业作为我国重要的基础行业,在获得大量粮食产出的同时,每年也会产生大量的秸秆,在以往很长时间内的农业生产活动中,大都采用焚烧的方式来消化这些堆积的秸秆,这种方式虽然操作简单,但是会产生大量烟尘和温室气体及地表水污染,并伴随火灾和交通隐患.随着现代农机技术以及农艺技术的发展,对秸秆的处理也有了更加环保高效的方式,而这也需要利用农机和农艺融合的技术手段.介绍了采用农机农艺融合技术,对产生的秸秆进行消化处理的具体应用过程,并对这种处理方式的推进策略进行探讨.
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不同耕作与秸秆处理模式对鲁西南潮褐土物理性状及玉米产量的影响
《山东农业科学 》 2019
摘要：为评价两熟制条件下实施保护性耕作的可行性,探明鲁西南潮褐土合理耕层构建的最佳耕作方式,提高玉米产量,设置田间定位试验,研究免耕、常规旋耕、深松三种耕翻及不同秸秆处理方式组合对土壤物理性状及玉米产量形成的影响。结果表明:"深松+秸秆还田"耕作模式的松土保墒和玉米增产效果最好。与秸秆不还田处理下免耕和常规旋耕相比,秸秆还田条件下深松处理在20～30、30～40 cm土壤容重平均下降11.3%、10.6%和7.6%、8.0%,玉米全生育期的土壤含水量提高8.1%～10.3%,土壤田间持水量增加3.6%～6.1%。秸秆还田配合深松处理下玉米穗长、穗粒数、千粒重等产量构成因素均有不同程度的改善,产量较秸秆不还田下免耕处理增产13.6%。因此,"秸秆还田+深松"耕作模式可作为本地区构建合理耕层结构、充分挖掘耕层潜力、提高玉米产量的推广技术。
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秸秆还田与优化施氮对稻田土壤碳氮含量及产量的影响
《华北农学报 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：针对滨海盐碱地稻田土壤有机质较低、氮肥投入过量,采用田间微区试验研究了秸秆还田与优化施氮对稻田土壤全氮、铵态氮、硝态氮、有机碳、可溶性有机碳、微生物碳氮含量及水稻生长特征的影响。设秸秆还田与氮肥两因素,3个碳(秸秆还田)水平:C0:无秸秆还田; C1:秸秆还田4 500 kg/hm~2; C2:秸秆还田9 000 kg/hm~2; 2个氮水平:N1:255 kg/hm~2(优化施氮); N2:400 kg/hm~2(农民传统施氮)。结果表明,与C0、C1处理相比,C2处理时土壤有机碳含量分别增加了100. 46%,28. 06%;分蘖期时C2N2处理土壤全氮含量最高,而成熟期C1N1处理土壤全氮含量最高;秸秆还田与优化氮肥显著增加了DOC(可溶性有机碳)含量,分蘖期与成熟期土壤铵态氮、硝态氮含量均以C1N1最高,分蘖期与成熟期时,与未秸秆还田相比,土壤微生物量碳、氮含量显著增加,且C1N1、C1N2处理含量最高;秸秆还田量4 500 kg/hm~2与氮肥施用量255 kg/hm~2处理可有效增加水稻二次枝梗数、千粒质量、结实率及水稻产量,且高于其余处理。与农民传统施肥管理(C0N2)相比,秸秆还田与优化施氮(C1N1)处理水稻产量提高19. 02%,且显著提高滨海盐碱地稻田土壤碳氮含量。
关键词： 水稻 盐渍化土壤 秸秆还田 氮肥 微生物量碳 微生物量氮
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不同耕作和秸秆还田下褐土真菌群落变化特征
《中国农业科学 》 2019 北大核心 CSCD
摘要：【目的】研究华北平原地区小麦-玉米周年复种模式下不同耕作和秸秆还田方式对土壤真菌群落结构及功能的影响,并探索农田土壤肥力对耕作和秸秆还田方式响应差异的生物学机制,为优化耕作与秸秆还田方式和提高农田土壤肥力提供理论依据。【方法】本研究以华北平原小麦-玉米周年复种农田土壤为研究对象,采用Miseq高通量测序技术,结合FUNGuild真菌功能预测工具,分析3种耕作方式(免耕、深耕与旋耕)与两种秸秆还田方式(麦秸单季还田与小麦-玉米秸秆双季还田)定位试验条件下,小麦成熟期土壤真菌群落结构与功能的差异,结合土壤理化性质,进一步探究农田土壤真菌群落结构及功能变化的环境驱动因子。【结果】与免耕双季还田相比,深耕秸秆双季还田与深耕单季还田0—10 cm耕层土壤有机碳含量分别降低35.04%和44.30%;免耕秸秆单季还田10—20 cm耕层土壤中碱解氮含量显著低于其他处理。农田土壤0—10 cm土层真菌主要包含子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和壶菌门(Chytridiomycota),相对丰度分别为68.98%、16.96%和1.62%;10—20 cm土层真菌主要包含子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)、壶菌门(Chytridiomycota)和球囊菌门(Glomeromycota),相对丰度分别为68.44%、15.52%、1.51%和1.23%。不同处理土壤真菌群落结构存在差异,与秸秆单季还田相比,秸秆双季还田0—10 cm和10—20 cm土层担子菌门(Basidiomycota)相对丰度分别提高了50.07%和29.08%。进一步分析土壤群落结构发生变化的原因,结果显示0—10 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以土壤有机碳为节点,其阈值为11.17 g·kg~(-1),旋耕双季还田和免耕双季还田与其他处理分离;10—20 cm土层土壤真菌群落多元回归树第一次分割以碱解氮为节点,其阈值为6.52 mg·kg~(-1),免耕单季还田与其他处理分离。从营养类型看,各处理0—10 cm(26.84%)和10—20 cm(23.91%)土层土壤真菌均以病理营养型为主;与免耕相比,深耕和旋耕处理0—10 cm土层病理营养型真菌相对丰度分别显著降低25.16%和16.45%,且以深耕单季还田最低。病理营养型真菌相对丰度与土壤有机碳、可溶性有机碳、全氮、碱解氮和速效钾含量均呈显著正相关关系。【结论】不同耕作与秸秆还田方式改变了农田土壤真菌群落结构及功能,土壤有机碳和碱解氮的改变是影响真菌群落组成的主要因素;深耕能够降低秸秆还田后土壤病理营养型真菌相对丰度,利于保持农田土壤生态系统健康。
关键词： 耕作方式 秸秆还田 土壤真菌群落 高通量测序 多元回归树
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