中国土壤颗粒研究 Ⅱ.太湖地区黄泥土型水稻土及其各级颗粒的理化特性

对太湖平原地区高产的黄泥土型水稻土的全土(<1毫米)及7个粒级(1—0.25,0.25—0.05,0.05—0.01,0.01—0.005,0.005—0.002,0.002—0.001和<0.001毫米)共8个土样,进行测定。结果表明:黄泥土粘粒部分(<0.002毫米)的粘土矿物,主要由水云母、高岭和蒙脱组成。粗粘粒级(0.002—0.001毫米)和细粘粒级(<0.001毫米)中粘土矿物的分配有明显差异;砂粒级(1—0.05毫米)中除了主要的石英外,还含有少量“铁锰砂”,所以该粒级中的SiO₂含量较粉粒级(0.05—0.002毫米)的低,而Fe₂O₃的含量则相反,容积磁化率也较高;可塑性和膨胀性都是在<0.002毫米时才始现。上述特点与作者过去所研究的白土型水稻土类似。但是,与国内外报道的几种旱地土壤的资料有所不同。     

土壤有机矿质复合体研究——Ⅲ.有机矿质复合体中氨基酸组成和氮的分布

本文研究湖沼母质发育的青紫泥水稻土和第四纪红土母质上发育的黄筋泥水稻土的有机矿质复合体中氨基酸的组成和氮的分布.结果表明:各组复合体中氮的含量(%)是G₂>G₁>G₀;C/N比值是G₂>G₀>G₁;水解氮的比例青紫泥为G₀>G₂≥G₁,而黄筋泥则为G₂>G₀>G₁.水解液中氨基酸的总含量(克/100克腐殖酸)是G₀>G₂≥G₁,各组复合体胡敏酸中氨基酸的总含量大于富里酸,但氨基酸的种类和组成基本相同.青紫泥水稻土各组有机矿质复合体中含氮量高于黄筋泥水稻土,但水解氮的比例、活性腐殖质中氮的比例,以及以氨基酸形态存在的氮的比例均为黄筋泥高于青紫泥.淹水培养结果黄筋泥的氮矿化率高于青紫泥近三倍.     

土壤肥力实质的研究——Ⅳ.水稻土

本文研究了三种水稻土(黄泥土、棕壤型、草甸型)的肥力性状。所得结果与旱田土壤比较有如下一些不同之点:(1)土壤腐殖质缩合作用较弱;(2)<10微米各级微团聚体的量减少;(3)微团聚体中C,N,P含量变化随粒径增大而缓慢地减少;(4)微团聚体对NH₄和P的吸附和解吸附量较高;(5)土壤的贮水能力较高,渗水能力则较差。测验证明,在腐殖质含量较多的草甸土型水稻土和旱田土壤都是以<10微米的各级微团聚体为影响肥力的主要部分,而含腐殖质较少的棕壤型水稻土和旱田土壤都是以>10微米各级微团聚体为影响肥力的主要部分。     

侵蚀黑土逐层沉积结构异质性及其对温室气体排放的影响

为探究沉积区不同沉积层次结构及理化性质差异对温室气体排放的影响,该研究取典型侵蚀黑土进行粒级沉降分选,将颗粒由粗到细分成6个粒级（L1～L6),并按不同泥沙迁移情景,将粗细颗粒依次逐层沉积,形成6种不同深度和层次结构的沉积土柱（S1～S6）：S1仅由最粗粒级L1组成,S6则由L1～L6从粗到细、自下而上依次逐层沉积而成。将不同土层结构土柱进行恒温恒湿培养,并监测CO₂、N₂O和CH₄的排放速率。结果表明：1）不同沉积土层孔隙度由L2层的23.79%减少至L6的1.00%,而含水率则由L2层的11.16%增加到L6层的41.02%。2）碳氮含量集中分布在L2～L4层。3）7 d培养期间,温室气体平均释放速率总体随沉积层数增加而显著降低（P<0.05）,也表现为气体通量并未随着沉积土层增厚而增加。逐层沉积过程使得粗细颗粒分离,粗疏颗粒在下层优先沉积,而细密颗粒在上层堆叠,致使孔隙度和气体相对扩散系数随颗粒自下而上随逐层沉积而逐渐降低,仅1.5 cm厚的细密沉积层便可有效抑制温室气体向土表排放。该研究通过颗粒沉降分选和逐层沉积,从细观过程刻画沉积分层和掩埋效应对温室气体排放的影响,对深化沉积环境温室气体排放机理具有重要意义。     

水分和CO2对玉米光合性能及水分利用率的影响

利用环境生长室探讨不同CO₂浓度和土壤水分亏缺处理下玉米植株生物量、气孔形态与分布特征、叶片气体交换参数、叶绿素荧光参数等生长及生理指标的变化规律。以‘郑单958’ 玉米品种为试材,利用环境生长室设置2个CO₂浓度和4个土壤水分梯度对玉米进行CO₂浓度和水分处理。结果表明：1）不同程度土壤水分亏缺均显著降低玉米地上生物量（P<0.05）,但CO₂浓度升高增加了轻度水分亏缺条件下玉米地上生物量（P<0.01）和总生物量（P<0.01）。2）大气CO₂浓度升高导致轻度和中度水分亏缺条件下玉米的净光合速率（P_n）分别提高15.8%（P<0.05）和25.7%（P=0.001）,而CO₂浓度升高却降低了玉米叶片蒸腾速率（P<0.001）和气孔导度（P<0.001）,最终导致玉米瞬时水分利用效率均显著提高（P<0.001）。3）不同水分处理对玉米叶片气孔密度和单个气孔形态特征均造成显著影响（P<0.01）。因此,大气CO₂浓度升高可以增加轻度水分亏缺条件下玉米叶片氮含量、叶片非结构性碳水化合物含量和光合电子传递速率,从而提高玉米植株的生物量累积以及叶片碳同化能力和水分利用效率。研究结果将为深入理解气候变化背景下玉米对大气CO₂浓度升高和土壤水分亏缺的生理生态响应机制提供科学依据。     

黄土性土壤对磷的吸附与解吸

本文报道了黄土性土壤及作为对照的中性水稻土和酸性红壤对磷的吸附与解吸特性。实测吸附曲线与简单Langmuir等温吸附方程最为吻合,全部供试样本的相关系数均达到显著水平;而与Temkin方程和Freundlich方程只是部分吻合。与酸性红壤相比,黄土性土壤是一种弱吸磷能力的土壤,评价其吸磷能力的最适参数是根据简单Langmuir方程求出的最大吸磷量(q_m),支配q_m的土壤性质主要是游离氧的铁含量,其次是粘粒和CaCO₃的含量。黄土性土壤对吸附磷的解吸能力很强,其等温解吸曲线也是可以分成三个区域,代表各种不同能级的吸附磷被解吸的过程。     

不同类型水稻土微生物群落结构特征及其影响因素

选取基于我国土壤地理发生分类的不同类型土壤发育的四种水稻土,利用¹⁵N₂气体示踪法测定生物固氮速率,采用实时荧光定量PCR（Real-time PCR）技术测定细菌丰度,通过16S rRNA基因高通量测序分析微生物群落组成和多样性。结果表明：变形菌门（Proteobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、绿弯菌门（Chloroflexi）和蓝藻门（Cyanobacteria）是水稻土中优势微生物类群。四种类型土壤发育的水稻土细菌群落结构差异显著（Stress<0.001）,群落结构分异（NMDS1）与土壤pH存在极显著正相关关系（P<0.01）。土壤有机碳和碱解氮含量显著影响水稻土中细菌丰度和群落多样性（P<0.01）。红壤发育的水稻土细菌16S rRNA基因拷贝数显著高于其他三种类型水稻土,但OTU数量、Chao1指数和PD指数均低于其他三种类型水稻土。土壤pH对水稻土生物固氮速率有显著影响（P<0.01）,紫色土发育的水稻土具有最高的生物固氮速率（3.2±0.7 mg×kg^-1×d^-1）,其中优势类群细鞘丝藻属（Leptolyngbya）可能是生物固氮的主要贡献者。研究结果丰富了对水稻土微生物多样性的认识,为通过调控土壤pH和微生物群落组成来提高稻田生物固氮潜力提供了理论依据。     

宁夏灌淤土对磷吸附的初步研究

本文报道了宁夏灌淤土12个代表性土样对磷的等温吸附与解吸特性。实测吸附曲线与Preundlich、Langmuir和Temkin三种等温吸附方程都很吻合。全部供试样品的相关系数变化在0.931-0.999之间,均达极显著水平(p<0.01)。其中Langmuir等温式与本实验资料最为吻合。供试土壤对磷的最大吸附量(X_m)变化在172-460μgP/g之间,平均为347±28μgP/g。影响其大小的因子主要是物理性粘粒和CaCO₃,含量,均达极显著正相关。灌淤土不同土层的吸磷量大小依次为:剖面24>23>21>22,而解吸磷能力大小依次为:剖面23>22>21>24。磷的解吸量与吸附量之间呈极显著正相关。根据本试验数据,土壤对磷的等温吸附曲线可以用来预测土壤需磷量。     

用电导热散法研究可变电荷土壤粘粒与离子的相互作用

本工作选用二种可变电荷土壤粘粒(<2μ),分别含有0.35×10^-4-1.3×10^-4mol/L的不同电解质,在不同含水量下,在5—50℃范围内测量其直流电导率的变化。试验结果表明,电导热散法是研究土壤粘粒与离子相互作用的有用手段;电导率-温度曲线上的折点温度是随含水量、电解质种类和土壤类型而不同。在相同含水量下,含有不同电解质的红壤体系的折点温度具有如下的变化顺序:CaCl₂>Na₂SO₄>KCl>Ca(NO₃)₂>NaNO₃;砖红壤体系的折点温度明显高于红壤体系。折点温度的高低是土壤粘粒与离子相互作用强度的反映。     

地下金属管道在我国几类主要土壤中的腐蚀状况及其与土壤性质的关系

地下金属管道在滨海盐土、盐化潮土及黄潮土等弱度淋溶型土壤中腐蚀严重,10年内即可出现多处穿孔,最大孔蚀速率可达1.5毫米/年。穿孔多少主要与土壤的电阻率、含盐量和含氯量有关,其中氯离子含量的影响最大。在砂姜土、棕壤、黄垆土、褐土、栗钙土等中度淋溶型土壤中腐蚀较轻,一般10年内不会出现穿孔。强度淋溶的鳝血水稻土、红壤性、赤红壤性水稻土及赤红壤腐蚀最轻,最大孔蚀速率<0.01毫米/年。处于嫌气状态的南方沼泽性水稻土地区,由于出现微生物腐蚀,最大孔蚀速率可达0.5毫米/年。     

土壤有机矿质复合体研究Ⅳ.有机矿质复合体中有机磷的分布

本文研究湖沼母质发育的青紫泥水稻土和第四纪红土母质上发育的黄筋泥水稻土的有机矿质复合体中有机磷的分布。结果表明:各组复合体中有机磷的含量(μg/g)是G₂>G₁>G₀C/P₀和N/P₀比例是G₂高于G₀和G₁,说明有机磷在复合体G₂中的富集低于有机碳和氮。复合体中可溶性有机磷化合物总量较全土高。可溶性有机磷化合物中,肌醇磷占有机磷12.1-32.3%,核酸磷占1.9-5.8%,磷酸磷占0.7-3.1%。复合体中肌醇磷、核酸磷和磷脂磷的含量(μg/g)G₂明显高于G₀和G₁。复合体中有机磷的活性分级为:活性磷占10%左右,中等活性磷占50%左右,中等稳定性磷和高度稳定性磷各占20%左右。G₀组的活性磷比例较全土高,但G₁和G₂组中则明显降低。不同土壤有机矿质复合体中活性磷和中等活性磷的分布,与有机磷化合物中的核酸磷和肌醇磷的含量有关。     

南方三种典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅰ.团聚体物理保护作用

选取我国南方三种典型水稻土的长期试验田,采集长期不同处理下的未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究不同处理下这些团聚体颗粒组中的有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量及其分配变化,探讨土壤有机碳积累与团聚体物理保护的关系。结果表明:供试三种水稻土团聚体颗粒组的组成以200~20μm和20~2μm粒径为主,分别占22%~43%和27%~44%,微团聚化作用较强。SOC含量以2 000~200μm和<2μm粒组中最高;而易氧化态碳(Labile organic car-bon,LOC)主要富集于2 000~200μm粗团聚体颗粒组中,其占SOC的比例(LOC/SOC)也是以该粒径中明显最高。直径为2 000~200μm的粗团聚体颗粒组作为新增有机碳的主要载体,随不同耕作和施肥等长期处理的变化最为强烈,其中又以红壤性水稻土的SOC和LOC随不同施肥的变化最为强烈,说明其良好管理下的有机碳累积效应最为显著。统计分析表明,全土的有机碳积累量与2 000~200μm粗团聚体的有机碳积累量之间的关系可用抛物线拟合(R2=0.95,n=8)。由此看来,长期试验下新固定的有机碳积累及其粗团聚体保护可能存在某种饱和机理。计算表明,供试水稻土的粗团聚体保护在长期试验期内还未达到其饱和限,本研究结果支持了我国学者对于近20年来南方水稻土特别是红壤丘陵区水稻土有机碳固定速率较高的认识。同时,红壤性水稻土的粗团聚体保护作用最强,仍然具有明显的固碳潜力,这也提示土壤中氧化铁对水稻土中有机碳的固定和化学稳定可能有重要贡献,水稻土固碳的团聚体保护作用与团聚体中有机碳的化学结合机制有关。     

亚热带和热带土壤的磁化率

亚热带和热带土壤的磁化率X变化大,高的达2000—6000单位(昆明玄武岩红壤),低的只几个单位(沼泽土、强还原性水稻土、磷质石灰土)。大体上是:自型土>潮土>水稻土>沼泽土。在自型土中,砖红壤、红壤的X值大于石灰岩土和紫色土。红壤的磁性受母岩和发育度的影响大。各地的玄武岩红壤的X值为3×10²—6×10³单位,其他红壤多为100—40单位(中性和酸性岩浆岩,多数沉积岩),或40—10单位(一部分石灰岩、凝灰岩)。灼烧土壤而得到的X-t曲线和“转化率”E,可粗略地反映磁赤铁矿生成的相对程度,进而估计红壤化的程度,似可在红壤的诊断、鉴定中试用。     

磷肥在旱地红壤上的后期效应及其作用机制

红壤地区施入的磷肥很容易被吸附固定而留存于土壤中,降低磷肥利用效率,留存于土壤中的磷对土壤生态功能和作物养分供应的后续效应值得关注。基于旱地红壤长期施肥定位试验,探讨常规施肥处理（CK）以及短期施入不同磷肥量（P₂O₅,0、50、100、150和1 000 kg·hm^–2）多年后土壤养分、土壤氮循环过程和作物产量的变化特征。通过多元统计分析方法探讨不同磷肥处理下,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳和氮转化过程的潜在速率以及产量等因子间的相互关系及其与磷的后期效应的关系。结果表明,在短期投入高剂量磷肥（1 000 kg·hm^–2,P1000）27年后,土壤全碳、全氮和微生物生物量碳与常规施肥处理相比无明显差异,但显著提高了土壤pH和氮循环相关过程速率,包括氮矿化速率（Nitrogen mineralization rate,N_min）、固氮酶活性（Soil nitrogenase activity,SNA）、潜在硝化速率（Potential nitrification rate,PNR）（P <0.05）,同时降低了净N₂O排放潜能（Net N₂O production rate,N_N2O）（P<0.05）。与不施磷（P0）和短期投入低剂量磷肥处理（50,100,150 kg·hm^–2）相比,P1000处理中,土壤有效磷（AP）、氮矿化速率、固氮酶活性、潜在硝化速率和潜在N₂O产生速率（P_N2O）分别增加了33.3%～76.4%、88.2%～388.1%、111.4%～4 826.3%、22.6%～152.4%和13.8%～78.9%（P <0.05）,同时净N₂O排放潜能也降低了64.6%～78.9%（P<0.05）,表现出明显的磷后效,且在作物生长季更为明显。相关分析和冗余分析表明AP和pH是影响以上土壤生物化学活性最主要的因子。近三年作物平均产量在所有处理中无显著差异,但与土壤TP、AP和pH呈显著正相关;但在长期尺度上（1992—2019年）,P1000处理相对于其他低磷处理累积增产效应达3%～23%。以上结果表明,酸性红壤中短期大量施用磷肥多年后,由于大量磷肥投入导致的土壤pH提升和磷的缓释效应,使得磷肥在促进土壤肥力、微生物活性和土壤氮循环转化活性方面表现出较明显的后期效应。     

石灰化水稻土的形成

石灰化水稻土在我国约有400多万亩。CaCO₃含量10—20%,CaCO₃/MgCO₃之比10—30不等。土壤板结,有石灰结核,有时形成石灰盘。土壤缺磷,少钾,有效态硼、锌、钼、锰也不足。是华南的一种中低产水稻土。石灰化水稻土中的钙主要来自年复一年的施用石灰和引灌含钙高的石灰岩溶洞水;石灰积聚的条件是土壤pH高,土壤CO₂分压低和通透性不良;根据土壤中石灰含量和¹⁴C测定估算,石灰化水稻土的形成至少有360年以上的历史。石灰化水稻土施用石灰不起中和酸性的作用。所以,必须停施石灰,增施有机肥以根本上改良这种土壤,在未改良前应对症施肥以提高产量。     

土壤对磷的吸持特性及其与土壤供磷指标之间的关系

本试验测定了浙江省几种代表性土壤对磷的等温吸持特性。实测值与Frundlich、Langmuir、两项式Langmuir和Temkin方程都很符合,相关系数变化范围在0.919-0.999之间,都达到极显著水平。其中以简单Langmuir等温式与本实验资料最为吻合。从Langmuir方程得到的土壤吸持特性值(k×q_m)被认为与土壤供磷特性有关。几种供试样品的(k×q_m)值是:针铁矿21100>黄筋泥4218>黄筋泥田991>青紫泥798>粉泥田660>高岭石485>老黄筋泥田423>泥质田298。根据土壤吸持特性值以田菁进行盆栽试验来估算作物磷肥需要量,结果表明,供磷强度0.3ppm P基本能满足田菁早期生长的需要。为使不同土壤达到相同的供磷强度,(k×q_m)值大的土壤要求更高的有效磷值。供试土壤的几种磷素指标:E值、Bray1-P值和(NaOH-Na₂C₂O₄)法值对(k×q_m)值的变化比较敏感,而EDTA-P和Olsen-P指标对(k×q_m)值的变化较为迟钝。     

赣东地区土壤颗粒组成的特点

本文根据赣东地区第2次土壤普查资料,论述了该区水稻土、潮土、红壤、黄壤、山地草甸土和紫色土6种主要土壤类型和由不同母质发育形成的红壤的土壤颗粒组成特点及其粘粒含量的变化等。     

太湖地区水稻土优势反硝化细菌的数量、组成与酶活性

本研究结果表明太湖地区主要水稻土中反硝化细菌常在百万/克干土以上,占细菌总数的50—80%。同一类型土壤中,肥力高者含菌数多于肥力低者。各类土壤中反硝化细菌数与细菌总数呈显著正相关。其优势种中,以巨大芽孢杆菌、荧光假单胞菌和施氏假单胞菌等出现的机率最高,占反硝化细菌的10—50%;地衣芽孢杆菌及坚强芽孢杆菌等出现的机率较少。具有使NO₃^-还原为N₂O的菌株和使N₂O还原为N₂的菌株,分别占供试菌株的67%和56%;使¹⁵NO₃^-异化还原为¹⁵NH₄⁺的菌株占供试菌株的92%,其中以蜡质芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的这种能力特别强。     

粗颗粒土壤坡面侵蚀泥沙颗粒特征

为揭示粗颗粒土壤坡面侵蚀机理,采用湖北通城县、江西赣县、福建长汀县、广东五华县4个样地的4种粗颗粒土壤（分别定义为TCA、GXA、CTA、WHA）进行室内模拟降雨试验,研究粗颗粒土壤坡面侵蚀过程及侵蚀泥沙颗粒组成的变化规律。结果表明：（1）4种土壤的地表径流随着降雨时间的增长呈现出先增加后递减并趋于稳定的规律;（2）4种土壤的侵蚀特征存在差异,土壤侵蚀速率表现为WHA>TCA>GXA>CTA;（3）4种土壤的侵蚀泥沙中颗粒分布百分比大小均为砂粒>黏粒>粉粒>砾石。不同土壤侵蚀泥沙富集率表现出明显差异;（4）水流功率与土壤侵蚀速率的相关性显著,用幂函数可以准确描述其关系。在表达式中引入土壤黏粒含量、砾石含量后模型更加可靠（D_r=0.001ω^1.163C_l^-4.069,R²=0.82;D_r=0.003ω^1.149G_r^-1.934,R²=0.84）,提高了模型预测土壤侵蚀速率的精度,在实际应用中具有更广的适应范围与现实价值。     

南方三种典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究I．团聚体物理保护作用

选取我国南方三种典型水稻土的长期试验田,采集长期不同处理下的未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究不同处理下这些团聚体颗粒组中的有机碳（Soil organic carbon,SOC）含量及其分配变化,探讨土壤有机碳积累与团聚体物理保护的关系。结果表明：供试三种水稻土团聚体颗粒组的组成以200—20μm和20～2μm粒径为主,分别占22％～43％和27％一44％,微团聚化作用较强。SOC含量以2000—200μm和〈2μm粒组中最高;而易氧化态碳（Labile organic carbon,LOC）主要富集于2000～200μm粗团聚体颗粒组中,其占SOC的比例（LOC／SOC）也是以该粒径中明显最高。直径为2000—200μm的粗团聚体颗粒组作为新增有机碳的主要载体,随不同耕作和施肥等长期处理的变化最为强烈,其中又以红壤性水稻土的SOC和LOC随不同施肥的变化最为强烈,说明其良好管理下的有机碳累积效应最为显著。统计分析表明,全土的有机碳积累量与2000～200μm粗团聚体的有机碳积累量之间的关系可用抛物线拟合（R2=0．95,n=8）。由此看来,长期试验下新固定的有机碳积累及其粗团聚体保护可能存在某种饱和机理。计算表明,供试水稻土的粗团聚体保护在长期试验期内还未达到其饱和限,本研究结果支持了我国学者对于近20年来南方水稻土特别是红壤丘陵区水稻土有机碳固定速率较高的认识。同时,红壤性水稻土的粗团聚体保护作用最强,仍然具有明显的固碳潜力,这也提示土壤中氧化铁对水稻土中有机碳的固定和化学稳定可能有重要贡献,水稻土固碳的团聚体保护作用与团聚体中有机碳的化学结合机制有关。