保水剂对土壤中氮运移和转化的影响

从在田间试验中表现良好增产作用的四种土壤保水剂中选出两种不同类型的保水剂，利用室内一维垂直土柱研究了保水剂的保水保肥机理及其对土壤氮运移和转化的影响。 溶液的离子强度、保水剂类型以及剂型是影响保水剂吸水率的关键因素。不同类型的保水剂在水溶液和土壤中的持水能力不同，聚丙烯酸盐类保水剂比聚丙烯酰胺/无机矿物复合型保水剂对土壤水运动的影响更为显著。保水剂的保水性能不仅与保水剂自身组成有关，同时也与剂型粒度关系密切。保水剂用量对土壤水运动有影响，其施用量存在最佳值。保水剂的施用能够明显改善土柱中的水分运移，影响土壤的导水性能，从而减缓水分的蒸发和渗漏，但对土壤深层的水分运动影响不明显。 保水剂可释放和吸附氮肥，其释放和吸附氮肥的能力，受粒级与生产过程中所添加复合成分的影响较大，且释放和吸收铵态氮量高于硝态氮量。保水剂与氮肥的互作效应主要受保水剂自身组成和结构及氮肥水溶液离子强度制约。保水剂可吸收土壤中的尿素，阻滞浅层土壤氮向下运移，有较好的保肥效果。聚丙烯酸盐类保水剂对土壤氮的渗漏有更好的抑制作用。保水剂对氮的转化有显著影响。离子态氮可明显降低保水剂的保水保肥性能，在田间施用中应综合考虑施肥灌溉等农业措施对保水剂保水保肥效果的影响。

半干旱地区固沙林土壤氮素转化及其有效性研究

土壤氮素（N）转化是生态系统关键的生态学过程之一；而土壤N有效性是沙地生态系统生产力和稳定性的关键限制性因子。以科尔沁沙地东南缘樟子松（pinus sylvestris var．mongolica）、赤松（P.densiflora）和小叶杨（populus simonii）固沙林以及草地为研究对象，采用野外试验和室内实验相结合的方法，全面系统地开展了凋落物分解、土壤N矿化、淋溶等过程及土壤N有效性的研究，旨在揭示半干旱区固沙林土壤N转化及其有效性的特征和机制，为沙地植被恢复、重建、管理和评价提供科学依据。主要结论如下：（1）采用网袋法进行凋落物的分解试验，结果表明不同类型凋落物乘量衰减、元索释放、质员变化均存在明显差异，分解第1年供N能力表现为小叶杨＞草＞樟子松＞赤松；（2）采用PVC顶盖理管法和离子交换树脂袋法分别研究了林地和草地土壤N矿化过程，结果表明土壤N矿化速率表现为小叶杨川章子松七赤松＞草地，N相对有效性表现为赤松＞樟子松＞草地全小叶杨；（3）草地和小叶杨林地土壤N潜在性淋济较高，而樟子松林地较轻；（4）土壤容重、pH值、养分、温度、水分、土壤微生物、土壤动物、林下植被等环境和生物因子反映区域土壤N转化及共有效性的一般特征，而强烈的人类干扰是引起生态系统问差异的关键因索：造林有利于提高沙地土壤N积累和有效性，但樟子松造林30年后才有明显效果：放牧地土壤N硝化速率及其有效性明显高于禁牧地，但质量下降，即NH4+-N/NO3--N失衡，不利于植物吸收、微生物调控和环境保护；（5）赤松、樟子松和小叶杨均为研究区固沙造林的可选树种，合理和科学管理有利于维护生态系统N平衡，实现．可持续经营。

石灰性土壤供氮能力几种化学测定方法的评价研究

以采自于黄土高原差异较大的25个农田耕层石灰性土壤为供试土样,以淋洗和未淋洗土壤起始NO3--N小麦和玉米两季盆栽试验作物累积吸氮量为参比,对8种反映旱地土壤供氮能力的化学方法进行比较研究。结果表明,在一定程度上,可用有密切关系的土壤全氮或有机质,反映有机氮或全氮存在较大差异的土壤供氮能力,但其灵敏性较差。石灰性土壤矿质氮,特别是NO3--N与未淋洗土壤起始NO3--N作物吸氮量之间有较高相关性(r=0.884,P<0.01),而与淋洗土壤起始NO3--N作物吸氮量间相关系数仅为0.472(P<0.05),说明矿质氮可反映土壤当前供氮水平,而不能反映土壤潜在供氮能力;石灰性土壤起始NO3--N对各化学方法与作物吸氮量之间相关性影响较大。酸性高锰酸钾法既可反映土壤潜在供氮能力,也可反映土壤总供氮能力;酸性高锰酸钾法的修订方法,即硫酸—高锰酸钾法提取出的NH4+-N值接近于KCl水浴法提取出的NH4+-N值,该方法在反映土壤总供氮能力方面与酸性高锰酸钾法相当,但在反映土壤潜在供氮能力方面不及酸性高锰酸钾法优越。KCl水浴法在评价石灰性土壤供氮能力方面,与酸性高锰酸钾法的效果基本相同;沸水浸取法和NaHCO3-UV...

石灰性土壤微生物量碳、氮与土壤颗粒组成和氮矿化势的关系

以黄土高原土壤类型和土壤肥力差异较大的25个农田石灰性耕层土壤为供试土样,研究了土壤微生物量碳(BC)、微生物量氮(BN)与土壤氮素矿化势(N0)、全氮(TN)、有机碳(OC)及土壤颗粒组成的关系.结果表明:BC、BN与TN、OC呈极显著正相关(P<0.01),表明BC、BN与土壤肥力关系密切,可作为评价土壤质量的生物学指标.BC、BN与N0均呈高度正相关,相关系数分别为0.665和0.741(P<0.01).BC、BN、TN、OC、N0与土壤物理性粘粒(<0.01 mm)呈显著或极显著正相关,而与物理性砂粒(>0.01 mm)呈显著或极显著负相关,与物理性粘粒和砂粒比值呈显著或极显著正相关,表明土壤有机质主要通过与土壤物理性粘粒复合而形成有机无机复合体.

黄土高原不同类型旱区苜蓿草地水分生产潜力与土壤干燥化效应模拟

在模型验证和数据库组建基础上,用WinEPIC模型定量模拟研究了黄土高原半湿润区长武、半干旱区固原和半干旱偏旱区海原20～30年内苜蓿草地水分生产潜力、10m土层土壤有效含水量和土壤湿度剖面分布特征的动态变化.结果表明:长武、固原和海原苜蓿草地水分生产潜力模拟值随降水量变化而呈现波动性降低趋势,其平均值分别为8.81、3.83和2.48t.hm-2;长武、固原和海原苜蓿草地10m土层逐月土壤有效含水量模拟值均呈现明显的波动性降低趋势,模拟初期,4～8年生苜蓿草地土壤干燥化趋势十分强烈,此后,随降水量变化长期在较低水平上波动;随着苜蓿生长年限的延长,苜蓿草地土壤干层逐年加深、加厚,长武、固原和海原土壤干层分布深度达到10m所需时间依次为6、6和4年,此后苜蓿草地降水渗深以下土层长期维持较为稳定的干燥化状态;苜蓿草地水分持续利用的合理年限为半湿润区8～10年,半干旱区6～8年,半干旱偏旱区4～6年.

水蚀条件下不同土壤氮素和有机质流失规律

人工模拟放水冲刷试验研究结果表明 ,随放水冲刷强度的增大 ,不同土壤硝态氮、铵态氮、有机质和全氮流失加剧 ,泥沙全氮和有机质富集程度减少 ;当给不同土壤施等量的硝酸铵时 ,发现随径流流失化肥的铵态氮和硝态氮分别占施入量的 0 .9%～ 3 .5 %和 8.2 %～ 19.7% ,硝酸铵主要随径流流失 ,以泥沙颗粒流失量甚微 ;土壤侵蚀、有机质和全氮流失量与 >2 0 μm团聚体相关系数分别为 -0 .893 5、-0 .792 8和 -0 .815 1,2 0 μm直径的团聚体是区分土壤有机质和全氮流失的标准

土壤不同形态氮素在剖面中移动特征的模拟研究

应用室内土柱模拟试验方法 ,在可控水量条件下 ,研究不同水量淋溶情况下 ,土壤不同形态氮素在剖面中的分布和移动特征。研究表明 ,土壤有机氮组分中 ,氨基酸氮和 NH3- N是易于移动的形态 ,非酸解性氮则相对稳定 ;无机氮组分中 NO- 3 - N是易于移动的形态 ,NH+ 4 - N运移性差 ,非交换态 NH+ 4 - N为相对稳定形态 ;水、肥条件是决定 NO- 3 - N淋失的重要因素。研究结果为认识和掌握土壤氮素在剖面中的运移规律 ,为农田水分和氮素养分管理提供了科学依据 ;同时为深入揭示土壤中各种形态氮运移动态机制 ,展示了模拟实验技术的前景

黄土高原典型土壤矿物固定态铵变化的南北差异

采集从北向南依次分布的干润砂质新成土(神木)、黄土正常新成土(延安)和土垫旱耕人为土(杨陵)等典型土壤剖面0—200 cm土层土样,通过测定土样全氮和矿物固定态铵,以阐明黄土高原典型区域土壤全氮和矿物固定态铵及二者比率随地理位置和土层的变异规律,为全面了解黄土高原土壤相对稳定氮库累积提供科学数据。结果表明,不同地理位置、不同土层全氮和矿物固定态铵含量存在显著差异。从南到北全氮和矿物固定态铵呈下降趋势,但各土壤全氮和矿物固定态铵的分布显著不同,全氮含量在0—60 cm随土层深度增加下降很明显,60—120 cm有一定下降,120 cm以下低而稳定。矿物固定态铵在全剖面上的分布比较均匀,随土层深度的变化差异不显著,不同土层间的差异基本在误差范围内,土垫旱耕人为土、黄土正常新成土和干润砂质新成土表层(0—10 cm)矿物固定态铵平均含量分别为215.80±7.45、165.80±8.73和146.50±1.83 mg/kg,表层以下(10—200 cm)平均含量分别为193.40±9.67、157.14±5.75和142.02±5.47 mg/kg。从地理位置分析,干润砂质新成土、黄土正常新成土和土垫旱耕人为土表层...

黄土塬区不同水分条件下冬小麦氮肥效应与土壤氮素调节

在黄土旱塬长期定位研究表明 ,根据小麦生育年降水量施用氮肥 ,将能更好地发挥肥料效益。丰水年、平水年氮肥增产效果极为显著 ,应加大施用量 ;干旱年氮肥效果受抑 ,应减少施用量。氮肥利用率受降水等因素影响 ,年际间变化幅度为 6.4%～ 58.6%。氮肥利用率亦随施用量的增加而降低 ,变化幅度为 2 5.4%～ 42 .9%,且其利用率与施肥利润的高低并不同步。施用有机肥或氮磷有机肥配施、轮作中增加豆科作物 (或牧草 )能有效地调节改善土壤氮素状况

坡面土壤养分与降雨、径流的相互作用机理及模型

坡地土壤养分流失过程实际上是表层土壤养分与降雨、径流相互作用的过程 ,土壤养分流失的多少主要受相互作用的限制。从分析土壤与降雨、径流相互作用入手 ,分析了土壤养分与降雨、径流相互作用过程及机理 ,并对相互作用模型进行了探讨。

氮磷配合对土壤氮素径流流失的影响

大田试验研究结果表明 :增施N、P均能增加作物的产量和减少水土流失 ;当N、P用量分别达到 5 5 .2kgN/hm2 和 90kgP2 O5/hm2 时 ,泥沙有机质和全氮流失最少 ,流失量分别为 2 0 89和 1 75kg/km2 ;当N、P用量分别为 5 5 .2kgN/hm2 和 4 5kgP2 O5/hm2 时 ,土壤矿质氮流失最小 ,其流失量仅为 2 7.9kg/km2 ;作物对土壤氮素的吸收 ,可减少土壤氮素的流失 .

红豆草与土壤氮含量对大气二氧化碳浓度升高的响应

在封闭的植物培养箱中,通过盆栽实验,研究了红豆草和土壤氮含量对CO2浓度增加的响应.结果表明,与正常CO2浓度(355~370μmol·mol-1)相比,CO2浓度升高(700μmol·mol-1),植物生物量增加25·1%(P<0·01),但植物体氮浓度降低25·3%(P<0·001),植物全氮没有显著的变化.经3个月盆栽实验后,与原始土壤相比,两种CO2浓度处理土壤全N、NO3--N和NH4+-N都有所降低,而土壤微生物氮则显著增加,这可能与植物生长有关.不同CO2浓度处理土壤NH4+-N浓度基本一致,但在高CO2浓度下,土壤NO3--N浓度显著降低,而微生物生物氮显著增加.对整个土壤-植物系统而言,盆栽实验后,整个系统全氮有少量增加,但变化不显著,特别是在高CO2浓度条件下,土壤-植物系统全氮最大,这可能与培养材料红豆草为豆科植物,而且在高CO2浓度下生物量增加,导致氮的固定量增加有关.

Trait assembly in plant assemblages and its modulation by productivity and disturbance

Understanding how communities assemble is a key challenge in ecology. Conflicting hypotheses suggest that plant traits within communities should show divergence to reflect strategies to reduce competition or convergence to reflect strong selection for the environmental conditions operating. Further hypotheses suggest that plant traits related to productivity show convergence within communities, but those related to disturbance show divergence. Data on functional diversity (FD ) of 12 traits from 30 communities ranging from arable fields, mown and grazed grasslands to moorland and woodland were employed to test this using randomisations tests and correlation and regression analysis. No traits showed consistent significant convergence or divergence in functional diversity. When correlated to measures of the environment, the most common pattern was for functional diversity to decline (7 out of 12 traits) and the degree of convergence (7 out of 12 traits) to increase as the levels of productivity (measured as primary productivity, soil nitrogen release and vegetation C:N) and disturbance increased. Convergence or a relationship between functional diversity and the environment was not seen for a number of important traits, such as LDMC and SLA, which are considered as key predictors of ecosystem function. The analysis indicates that taking into account functional diversity within a system may be a necessary part of predicting the relationship between plant traits and ecosystem function, and that this may be of particular importance within less productive and less disturbed systems. © 2011 Springer-Verlag.

Modelling of global crop production and resulting N2O emissions

Landwirtschaft spielt eine zentrale Rolle im Erdsystem. Sie trägt durch die Emission von CO2, CH4 und N2O zum Treibhauseffekt bei, kann Bodendegradation und Eutrophierung verursachen, regionale Wasserkreisläufe verändern und wird außerdem stark vom Klimawandel betroffen sein. Da all diese Prozesse durch die zugrunde liegenden Nährstoff- und Wasserflüsse eng miteinander verknüpft sind, sollten sie in einem konsistenten Modellansatz betrachtet werden. Dennoch haben Datenmangel und ungenügendes Prozessverständnis dies bis vor kurzem auf der globalen Skala verhindert. In dieser Arbeit wird die erste Version eines solchen konsistenten globalen Modellansatzes präsentiert, wobei der Schwerpunkt auf der Simulation landwirtschaftlicher Erträge und den resultierenden N2O-Emissionen liegt. Der Grund für diese Schwerpunktsetzung liegt darin, dass die korrekte Abbildung des Pflanzenwachstums eine essentielle Voraussetzung für die Simulation aller anderen Prozesse ist. Des weiteren sind aktuelle und potentielle landwirtschaftliche Erträge wichtige treibende Kräfte für Landnutzungsänderungen und werden stark vom Klimawandel betroffen sein. Den zweiten Schwerpunkt bildet die Abschätzung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen, da bislang kein prozessbasiertes N2O-Modell auf der globalen Skala eingesetzt wurde. Als Grundlage für die globale Modellierung wurde das bestehende Agrarökosystemmodell Daycent gewählt. Neben der Schaffung der Simulationsumgebung wurden zunächst die benötigten globalen Datensätze für Bodenparameter, Klima und landwirtschaftliche Bewirtschaftung zusammengestellt. Da für Pflanzzeitpunkte bislang keine globale Datenbasis zur Verfügung steht, und diese sich mit dem Klimawandel ändern werden, wurde eine Routine zur Berechnung von Pflanzzeitpunkten entwickelt. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung mit Anbaukalendern der FAO, die für einige Feldfrüchte und Länder verfügbar sind. Danach wurde das Daycent-Modell für die Ertragsberechnung von Weizen, Reis, Mais, Soja, Hirse, Hülsenfrüchten, Kartoffel, Cassava und Baumwolle parametrisiert und kalibriert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass Daycent die wichtigsten Klima-, Boden- und Bewirtschaftungseffekte auf die Ertragsbildung korrekt abbildet. Berechnete Länderdurchschnitte stimmen gut mit Daten der FAO überein (R2 = 0.66 für Weizen, Reis und Mais; R2 = 0.32 für Soja), und räumliche Ertragsmuster entsprechen weitgehend der beobachteten Verteilung von Feldfrüchten und subnationalen Statistiken. Vor der Modellierung landwirtschaftlicher N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell stand eine statistische Analyse von N2O-und NO-Emissionsmessungen aus natürlichen und landwirtschaftlichen Ökosystemen. Die als signifikant identifizierten Parameter für N2O (Düngemenge, Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Textur, Feldfrucht, Düngersorte) und NO (Düngemenge, Bodenstickstoffgehalt, Klima) entsprechen weitgehend den Ergebnissen einer früheren Analyse. Für Emissionen aus Böden unter natürlicher Vegetation, für die es bislang keine solche statistische Untersuchung gab, haben Bodenkohlenstoffgehalt, Boden-pH, Lagerungsdichte, Drainierung und Vegetationstyp einen signifikanten Einfluss auf die N2O-Emissionen, während NO-Emissionen signifikant von Bodenkohlenstoffgehalt und Vegetationstyp abhängen. Basierend auf den daraus entwickelten statistischen Modellen betragen die globalen Emissionen aus Ackerböden 3.3 Tg N/y für N2O, und 1.4 Tg N/y für NO. Solche statistischen Modelle sind nützlich, um Abschätzungen und Unsicherheitsbereiche von N2O- und NO-Emissionen basierend auf einer Vielzahl von Messungen zu berechnen. Die Dynamik des Bodenstickstoffs, insbesondere beeinflusst durch Pflanzenwachstum, Klimawandel und Landnutzungsänderung, kann allerdings nur durch die Anwendung von prozessorientierten Modellen berücksichtigt werden. Zur Modellierung von N2O-Emissionen mit dem Daycent-Modell wurde zunächst dessen Spurengasmodul durch eine detailliertere Berechnung von Nitrifikation und Denitrifikation und die Berücksichtigung von Frost-Auftau-Emissionen weiterentwickelt. Diese überarbeitete Modellversion wurde dann an N2O-Emissionsmessungen unter verschiedenen Klimaten und Feldfrüchten getestet. Sowohl die Dynamik als auch die Gesamtsummen der N2O-Emissionen werden befriedigend abgebildet, wobei die Modelleffizienz für monatliche Mittelwerte zwischen 0.1 und 0.66 für die meisten Standorte liegt. Basierend auf der überarbeiteten Modellversion wurden die N2O-Emissionen für die zuvor parametrisierten Feldfrüchte berechnet. Emissionsraten und feldfruchtspezifische Unterschiede stimmen weitgehend mit Literaturangaben überein. Düngemittelinduzierte Emissionen, die momentan vom IPCC mit 1.25 +/- 1% der eingesetzten Düngemenge abgeschätzt werden, reichen von 0.77% (Reis) bis 2.76% (Mais). Die Summe der berechneten Emissionen aus landwirtschaftlichen Böden beträgt für die Mitte der 1990er Jahre 2.1 Tg N2O-N/y, was mit den Abschätzungen aus anderen Studien übereinstimmt.

Management approaches in organic potato and tomato production

The presented thesis considered three different system approach topics to ensure yield and plant health in organically grown potatoes and tomatoes. The first topic describes interactions between late blight (Phytophthora infestans) incidence and soil nitrogen supply on yield in organic potato farming focussing in detail on the yield loss relationship of late blight based on results of several field trials. The interactive effects of soil N-supply, climatic conditions and late blight on the yield were studied in the presence and absence of copper fungicides from 2002-2004 for the potato cultivar Nicola. Under conditions of central Germany the use of copper significantly reduced late blight in almost all cases (15-30 %). However, the reductions in disease through copper application did not result in statistically significant yield increases (+0 – +10 %). Subsequently, only 30 % of the variation in yield could be attributed to disease reductions. A multiple regression model (R²Max), however, including disease reduction, growth duration and temperature sum from planting until 60 % disease severity was reached and soil mineral N contents 10 days after emergence could explain 75 % of the observed variations in yield. The second topic describes the effect of some selected organic fertilisers and biostimulant products on nitrogen-mineralization and efficiency, yield and diseases in organic potato and tomato trials. The organic fertilisers Biofeed Basis (BFB, plant derived, AgroBioProducts, Wageningen, Netherlands) and BioIlsa 12,5 Export (physically hydrolysed leather shavings, hair and skin of animals; ILSA, Arizignano, Italy) and two biostimulant products BioFeed Quality (BFQ, multi-compound seaweed extract, AgroBioProducts) and AUSMA (aqueous pine and spruce needle extract, A/S BIOLAT, Latvia), were tested. Both fertilisers supplied considerable amounts of nitrogen during the main uptake phases of the crops and reached yields as high or higher as compared to the control with horn meal fertilisation. The N-efficiency of the tested fertilisers in potatoes ranged from 90 to 159 kg yield*kg-1 N – input. Most effective with tomatoes were the combined treatments of fertiliser BFB and the biostimulants AUSMA and BFQ. Both biostimulants significantly increased the share of healthy fruit and/or the number of fruits. BFQ significantly increased potato yields (+6 %) in one out of two years and reduced R. solani-infestation in the potatoes. This suggests that the biostimulants had effects on plant metabolism and resistance properties. However, no effects of biostimulants on potato late blight could be observed in the fields. The third topic focused on the effect of suppressive composts and seed tuber health on the saprophytic pathogen Rhizoctonia solani in organic potato systems. In the present study 5t ha-1 DM of a yard and bio-waste (60/40) compost produced in a 5 month composting process and a 15 month old 100 % yard waste compost were used to assess the effects on potato infection with R. solani when applying composts within the limits allowed. Across the differences in initial seed tuber infestation and 12 cultivars 5t DM ha-1 of high quality composts, applied in the seed tuber area, reduced the infestation of harvested potatoes with black scurf, tuber malformations and dry core tubers by 20 to 84 %, 20 to 49 % and 38 to 54 %, respectively, while marketable yields were increased by 5 to 25 % due to lower rates of wastes after sorting (marketable yield is gross yield minus malformed tubers, tubers with dry core, tubers with black scurf > 15% infested skin). The rate of initial black scurf infection of the seed tubers also affected tuber number, health and quality significantly. Compared to healthy seed tubers initial black scurf sclerotia infestation of 2-5 and >10 % of tuber surface led in untreated plots to a decrease in marketable yields by 14-19 and 44-66 %, a increase of black scurf severity by 8-40 and 34-86 % and also increased the amount of malformed and dry core tubers by 32-57 and 109-214 %.