秸秆不同还田方式对土壤团聚体及有机碳含量的影响

为提高玉米秸秆综合利用率,本文采用小区试验方法,研究连续5年不同秸秆还田方式对土壤化学性质、土壤团聚体比例及有机碳含量和玉米产量的影响。结果表明:秸秆连续还田后较对照明显增加土壤有机质含量和土壤pH。秸秆还田处理较对照增加土壤2.00 mm和0.25～2.00 mm团聚体粒级含量,其中秸秆全量还田处理的2.00 mm粒级团聚体比例较对照提高38.0%;秸秆全量还田除0.053 mm土壤团聚体有机碳含量均较对照降低,其余均增加;秸秆1/2还田可以有效增加土壤大团聚体粒级含量(0.25 mm),提高0.053 mm粒级团聚体中有机碳含量,明显提高玉米产量。由此可知,秸秆还田后有效改善土壤结构,增强通气与保水能力,提高土壤团聚体的稳定性,并增加土壤有机碳含量和改善土壤团聚体结构,并提高作物产量。     

生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖物质组成的影响

添加生物质炭和秸秆都是增加土壤有机碳含量的有效方式,但二者在增加土壤腐殖物质组分的差异鲜有报道。为了解生物质炭和秸秆对土壤团聚体腐殖质组分及腐殖化程度的影响,通过180 d的室内培养试验研究施入秸秆及生物质炭后土壤团聚体腐殖质不同组分含量的变化。试验结果表明,施用秸秆及生物质炭均显著提高土壤大团聚体(2～0.25 mm)内腐殖物质的有机碳含量,随着培养时间的延长,大团聚体腐殖物质含量逐渐降低。整个培养期施用秸秆或生物质炭均以胡敏素增加为主,施用生物质炭胡敏素含量更高。表明施用生物质炭和秸秆首先增加土壤大团聚体腐殖物质含量,随着时间延长腐殖物质向微团聚体转移,并且胡敏素是增加的主要组分,施加生物质炭效果较施加秸秆更为明显。随着培养时间延长,添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA的E4/E6值增高,而添加秸秆土壤HE和HA的E4/E6值降低。研究结果认为,在短期内,施加生物质炭及秸秆可提高土壤腐殖化程度,可以提高土壤不同粒级团聚体腐殖质有机碳含量,且施加生物质碳和秸秆对增加大团聚体(2～0.25 mm)腐殖物质有机碳含量效果较微团聚体(<0.25 mm)更为明显。添加生物质炭后大团聚体土壤HE和HA逐渐简单化,而添加秸秆土壤HE和HA逐渐复杂化。     

玉米秸秆和化肥配施对团聚体中胡敏酸数量和红外光谱的影响

利用湿筛法进行土壤团聚体分组,并对团聚体(2～0.25,0.25～0.053,<0.053 mm粒级)中胡敏酸(HA)进行分离和纯化,研究了玉米秸秆和化肥配施对团聚体中HA数量、光学性质和红外光谱的影响.结果表明:团聚体的含量随着粒级的减小呈先增加后降低的趋势.2～0.25 mm和0.25～0.053 mm为优势粒级.不同粒级红外光谱相比,2～0.25 mm粒级HA在2 920 cm-1处的吸收最强,2 920/1 720值最大,脂族性最强.玉米秸秆和化肥配施使各粒级的全碳含量增加,HA含量减少.玉米秸秆和化肥配施后2～0.25 mm粒级HA的△lgK值提高,RF值下降,2 920/1 720值增加,分子脂族性增强,结构变简单.     

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。     

不同稻蟹模式对土壤团聚体腐殖质特征的影响

采取田间定位试验与室内分析的方法,研究了有机稻蟹、常规稻蟹和单作水稻3种模式对土壤团聚体组成、各级团聚体中有机碳的分布、团聚体中腐殖质组成和胡敏酸光学性质的影响.结果表明:不同模式下团聚体含量均随粒级的减小表现为先升高后降低的趋势,2～0.25mm为优势粒级团聚体,所占比例高达46.73％～51.56％;与常规稻蟹模式和单作水稻模式相比,有机稻蟹模式可明显提高各级团聚体内有机碳以及胡敏酸碳(HAC)和富里酸碳(FAC)的含量.有机稻蟹模式各级团聚体中有机碳含量较单作水稻模式分别提高59.40％、64.44％、23.46％和15.88％;与单作水稻模式相比,有机稻蟹模式2～0.25mm和＜0.053mm粒级团聚体中HAC含量明显增加,增幅分别为31.10％和30.82％;有机稻蟹模式和常规稻蟹模式2～0.25mm和＜0.053mm粒级团聚体中FAC含量较单作水稻模式均显著提高,分别为56.26％、17.80％和27.58％ 、22.47％;有机稻蟹模式各级团聚体中胡敏酸(HA)的△log K值最高,标志着HA分子向新成化方向发展.因此,有机稻蟹模式不仅可以增加各级团聚体中有机碳的数量,而且能够改善土壤腐殖质品质,提高土壤肥力.     

深松与秸秆覆盖还田对半干旱区土壤碳组分和玉米产量的影响

为促进黑龙江省西部半干旱区土壤固碳和玉米增产,以黑龙江省农业科学院耕作与秸秆长期定位试验田为研究对象,以CK(常规种植)、NFG(秸秆覆盖还田)、SFG(深松+秸秆覆盖还田)3种处理对土壤有机碳、不同粒径有机碳、水溶性有机碳含量及玉米产量的影响进行分析,研究深松与秸秆覆盖还田对半干旱区土壤碳组分和玉米产量的影响。结果表明,(1)本试验中,在0～10 cm和10～20 cm土层的土壤有机碳和水溶性有机碳含量顺序均为SFG>NFG>CK。(2)<0.053 mm粒级团聚体有机碳含量明显高于>0.250 mm和0.053～0.250 mm粒级,在0～10 cm土层,SFG、NFG处理土层>0.250 mm、<0.053 mm和0.053～0.250 mm粒级团聚体有机碳含量均比对照CK提高10%以上。(3)在10～20 cm土层,SFG处理>0.250 mm粒级和NFG处理0.053～0.250 mm粒级团聚体有机碳含量增加较为明显。(4)不同处理之间玉米穗长、穗粗和穗行数差异不显著,穗粒数和产量差异达到显著水平,其中SFG和NFG处理分别较CK产量...     

添加畜禽粪对秸秆田间条带堆腐土壤团聚体特征及有机碳的影响

为了明确秸秆田间条带原位堆腐最佳还田方式,以吉林省范家屯农业科技示范园黑土为研究对象,通过湿筛法,探讨秸秆添加不同畜禽粪田间条带堆腐还田对土壤团聚体分布及有机碳的影响。以玉米秸秆为供试材料,进行田间条带堆腐试验,对比秸秆条带堆腐无畜禽粪（ck）、秸秆条带堆腐+腐熟猪粪（STP）、秸秆条带堆腐+腐熟鸡粪（STC）对土壤团聚体的影响。结果表明：与ck处理相比,添加畜禽粪秸秆条带堆腐各处理影响土壤不同粒径团聚体的分布及有机碳的含量,增加了土壤团聚体平均质量直径和几何平均直径,降低了土壤不稳定团粒指数、土壤团聚体破坏率和土壤分形维数。添加畜禽粪秸秆条带堆腐各处理对土壤团聚体各粒级有机碳含量影响显著,土壤水稳性团聚体中以0.25～0.053 mm粒级团聚体有机碳含量最高。总体来说,玉米秸秆田间条带堆腐添加畜禽粪,提高了土壤团聚体有机碳含量、增加大团聚体含量,优化团聚体稳定性结构,其中,以秸秆条带堆腐添加鸡粪处理效果最佳,对土壤的物理性质有一定的改善作用,提高了土壤地力,该结果对指导东北地区黑土秸秆还田具有重要意义。     

冻融作用对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响

在三江源区具有典型退化特征的高寒草原设置研究样地,采集土样进行冻融处理,探讨冻融循环对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：土壤有机碳含量与<0.25 mm、0.5~1 mm、1~2 mm、  2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量均随冻融循环次数的增加而减少,且各粒级土壤团聚体有机碳含量与土壤有机碳含量间正相关,相关系数0.991~0.344。0.25~0.5 mm粒级土壤团聚体有机碳含量的变化随冻融循环次数的增加而增加,且与土壤有机碳含量呈负相关关系,相关系数-0.226~-0.547;与未冻融处理相比,冻融循环14次土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的增大而增大;随高寒草原退化程度加剧,2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量分别减少57.6%、64.9%、61.4%、75.2%。土壤冻融循环次数增加与草地退化等是导致土壤各粒级团聚体有机碳变化的因素,不利于高寒草原草地生态系统的稳定。     

不同冬作物对双季稻田土壤团聚体结构及有机碳、全氮的影响

为揭示不同冬作物对双季稻田土壤团聚体结构及有机碳、全氮的影响,本研究以4种不同冬作模式为研究对象,采用干筛和湿筛方法研究了土壤团聚体结构及其有机碳、全氮含量。研究结果表明:双季稻田冬季种植紫云英、油菜、大蒜有利于大团聚体的形成。冬种大蒜对提高土壤0.25 mm水稳性团聚体含量效果最好,冬种紫云英的土壤粒径0.25 mm的水稳性团聚体最高。总体上,不同冬种模式对不同粒级团聚体含量影响较大,而对大团聚体和微团聚体总数量却无显著差异。轮作模式有利于提高土壤团聚体平均重量直径和平均几何直径。不同冬作处理均提高了0.053~0.25mm团聚体的有机碳含量,同时冬种紫云英和油菜还提高了0.25~0.5 mm团聚体的有机碳含量,冬种大蒜提高了2 mm和0.053 mm团聚体的有机碳含量,轮作处理提高了0.053~0.25 mm团聚体的有机碳含量。另外,冬种紫云英和油菜显著提高了1~2 mm、0.5~1 mm、0.25~0.5 mm、0.053~0.25 mm和0.053 mm团聚体的全氮含量,而冬种大蒜提高了1~2 mm和0.053 mm团聚体的全氮含量,轮作处理则提高了2 mm和0.25~0.5 mm团聚体的全氮含量。总的来说,双季稻田种植冬季作物有利于改善土壤团聚体结构和碳氮含量,有利于维持稻田土壤的可持续发展。     

生物炭对旱作农田土壤有机碳及氮素在团聚体中分布的影响

为研究生物炭输入对旱作农田土壤团聚体及其团聚体碳氮分布的影响,通过分层(0~10、10~20 cm和20~30 cm)采集设置0 t·hm^-2(CK)、10 t·hm^-2(C1)、20 t·hm^-2(C2)和30 t·hm^-2(C3)4个生物炭水平的田间定位试验的土样,利用湿筛法获得不同粒径(> 2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和< 0.053 mm)的团聚体,测定各级团聚体中有机碳及全氮含量,分析添加生物炭后旱作农田土壤团聚体及团聚体中有机碳和全氮的分布特征。结果表明:与未施生物炭对照相比,施用生物炭两年后,0~10 cm和 10~20 cm土层> 0.25 mm粒级水稳性大团聚体的含量均呈增加趋势;且高添加量(30 t·hm^-2)显著增加了10~20 cm和20~30 cm土层0.25~0.053 mm粒级微团聚体的含量。生物炭显著增加了各土层不同粒级团聚体中有机碳和全氮的含量,随施用量的增加0~10 cm和10~20 cm土层增加规律一致,均表现为C3> C2> C1> CK。0~10 cm土层不同粒级水稳性团聚体中有机碳和全氮的贡献率表现为2~0.25 mm粒级最高,且随土层加深,< 0.053 mm粒级团聚体有机碳和全氮的贡献率增加。从0~30 cm土层团聚体有机碳和全氮的平均贡献率来看,随生物炭施用量的增加,2~0.25 mm和0.25~0.053 mm粒级贡献率均增加。     

不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征

【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。     

猪粪有机肥施用对潮土速效养分含量及团聚体分布的影响

针对集约化养殖畜禽粪便无序排放产生的环境问题,采用连续2年的盆栽试验,以猪粪有机肥为研究对象,设计5个有机肥施用水平（0、6.7、13.3、26.7、40.0 g·kg^-1土）,研究了猪粪有机肥施用对潮土有机碳、速效养分含量及土壤团聚体分布的影响,为畜禽粪便田间消纳和合理施用提供理论依据。研究结果表明,土壤中有机碳、碱解氮、速效磷和速效钾含量均随有机肥施用量的增加而呈现逐渐升高趋势,且第二年土壤中各指标增加更加明显,第二年施肥处理各速效养分含量分别比第一年高2.7%~54.0%、6.7%~34.6%、36.8%~159.5%、20.3%~35.7%;土壤有机碳含量与外源有机碳投入量之间存在着显著的线性关系,有机肥施用可以显著提高生菜产量,且具有明显的后效作用。2年试验中,土壤团聚体以0.053~0.25 mm和<0.053 mm小团聚体所占比例较大,且随有机肥施用量增加呈现降低趋势,而0.25~0.5 mm和>0.5 mm大团聚体含量却随有机肥施用量增加呈升高趋势,可见,施用有机肥可促进大团聚体的形成,在有机肥施加量为40.0 g·kg^-1土时,土壤中>0.25 mm团聚体的含量最高,土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GWD）最大,土壤的团聚化作用最强,土壤结构最稳定。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳、 氮分布和微生物生物量的影响

【目的】研究不同施肥处理对红壤水稻土水稳性团聚体组成、不同粒级团聚体中有机碳、氮含量与分布及土壤微生物生物量碳氮含量的影响,为揭示施肥对土壤肥力形成演变的影响机制提供重要理论依据。【方法】依托鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站已进行了20年的长期定位试验,试验包括9个处理：对照（不施肥,CK）、有机质循环（C）、化学氮肥（N）、氮肥+有机质循环（NC）、化学氮磷肥（NP）、化学氮磷钾肥（NPK）、化学氮磷钾肥+有机质循环（NPKC）、化学氮磷肥（NK）和化学氮磷钾肥+1/2秸秆回田（NPKS）。采集各小区耕层土壤,利用湿筛法得到不同粒级水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳、氮含量及土壤微生物量碳、氮含量。【结果】长期不同施肥处理对＞2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施用有机肥的处理（NC、NPKC、C）该粒级团聚体含量分别提高了37.0%、22.6%和33.2%。各施肥处理下,有机碳、氮在1—2 mm团聚体中含量最高,在0.053—0.25 mm团聚体中含量最低,＞0.25 mm大团聚体比＜0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳、氮。有机肥的施用显著提高了各粒级团聚体中有机碳、氮的含量,NC处理各粒级团聚体中有机碳、氮含量均最高,与对照相比,各粒级有机碳提高了17.0%—34.6%,全氮提高了25.8%—48.3%。0.25—1 mm和＞2 mm粒级团聚体对全土有机碳和全氮的贡献率最大,前者贡献率分别为22.1%—30.3%和23.3%—33.7%,后者贡献率分别为24.7%—37.3%和25.5%—38.0%。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮含量也有显著差异,与对照相比, NC、NPKC和C处理微生物量碳提高了122.1%、127.0%、94.0%,微生物量氮提高了92.0%、43.1%、91.1%。＞2 mm团聚体含量与全土有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及水稻产量呈显著或极显著正相关,＜0.053 mm团聚体则与之呈显著或极显著负相关。【结论】水稳性大团聚体是土壤有机碳、氮的主要载体;有机肥的施用显著提高了水稳性大团聚体及其中有机碳、氮的含量,是改善土壤团粒结构,提高红壤生物功能和生产力的有效措施。     

秸秆还田量对黑土区土壤及团聚体有机碳变化特征和 固碳效率的影响

【目的】 探讨不同秸秆还田量下土壤及团聚体有机碳的变化特征,阐明土壤及团聚体有机碳储量变化对外源有机碳累积投入的响应关系,揭示黑钙土土壤及团聚体固碳效应和土壤有机碳定量提升机理。【方法】 于 2012 年4月在吉林省农安县玉米主产区设置了玉米秸秆还田量田间定位试验,共设计4个处理：秸秆还田量0（SA₀）、秸秆还田量4 500 kg·hm ^-2（SA₃₀₀）、秸秆还田量9 000 kg·hm ^-2（SA₆₀₀）、秸秆还田量13 500 kg·hm ^-2（SA₉₀₀）。利用多年试验土壤有机碳储量与外源有机碳投入的数据分析其量化关系和固碳效率。通过湿筛法筛分＞2 mm、2—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同粒级团聚体有机碳储量变化特征及固碳效应。 【结果】 长期秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理土壤有机碳含量均显著高于秸秆不还田（SA_O）、低量秸秆还田（SA₃₀₀）（P＜0.05）,并且后3年SA₉₀₀和SA₆₀₀两处理土壤有机碳含量差异达显著水平。2015—2018年间,SA₉₀₀处理土壤有机碳较SA₀处理分别依次提高了11.0%、15.8%、17.2%、23.1%。土壤总有机碳储量与外源有机碳输入呈极显著正线性相关关系（P＜0.01）,其中土壤总固碳效率为12.9%。与秸秆不还田（SA₀）相比,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理均显著提高了各粒级团聚体有机碳含量（P＜0.05）,尤其是对大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量增加贡献更大。高量秸秆还田（SA₉₀₀）处理的＞2 mm和2—0.25 mm粒级团聚体有机碳储量较秸秆不还田（SA₀）处理分别提高了45.5%和47.7%。除＜0.053 mm团聚体外,其他粒级土壤团聚体有机碳储量增加量与累积碳投入量增加量呈显著正线性相关关系（P＜0.05）;大粒级团聚体固碳效率显著高于小粒级团聚体,＞2 mm 和2—0.25 mm粒级团聚体固碳效率分别为4.9%和13.6%。依据秸秆还田下土壤固碳效率,预测未来10年内土壤有机碳储量要提升10%、20%、30%,每年需额外分别投入风干玉米秸秆约5.99、11.98、17.97 t·hm ^-2。 【结论】 玉米秸秆还田能显著促进黑钙土土壤及团聚体有机碳累积,并且土壤有机碳含量均随秸秆还田量和试验年限的延长而增加,有机碳主要集中固持在大团聚体中。表明秸秆还田是黑土区土壤肥力提升的重要培育措施,大团聚体有机碳可作为评价土壤有机碳变化对不同土壤培肥措施快速响应的重要指标之一。     

秸秆还田下双季稻田土壤团聚体碳氮磷含量及生态化学计量比特征

土壤碳氮磷等养分含量及其生态化学计量比对作物养分供应有重要影响,长期秸秆还田如何影响稻田土壤水稳性团聚体碳氮磷含量及生态化学计量比尚不清楚。本研究以双季稻田为研究对象,设置仅施化肥(CK)、低量秸秆还田+化肥(LS)和高量秸秆还田+化肥(HS)三个处理,于秸秆还田后的第9~10年测定土壤水稳性团聚体组成及其碳氮磷含量,分析土壤水稳性团聚体分布、平均重量直径及元素生态化学计量比,旨在明确长期秸秆还田下双季稻田土壤各粒径水稳性团聚体对碳氮磷养分的贡献及其生态化学计量比特征。结果表明,秸秆还田后的9~10年,与CK相比,HS和LS处理显著增加了>0.25 mm粒径水稳性团聚体(R0.25)的占比和平均重量直径(MWD);HS处理显著提高了>2 mm、0.25~1 mm、0.053~0.25 mm和<0.053 mm粒径水稳性团聚体总碳(TC)和总氮(TN)含量,且增加幅度最大的粒径为0.25~1 mm,分别为28.1%和22.9%,而对总磷(TP)含量无显著影响。HS和LS处理较CK显著提高了>2 mm粒径水稳性团聚体对于土壤TC、TN和TP的贡献率,有助于改善水稻的氮磷吸收。与CK相比,HS处理提高了各主要粒径水稳性团聚体(>2 mm、1~2 mm、0.053~0.25 mm和<0.053 mm)氮磷比和碳磷比,有利于提高稻田氮素有效性,且碳磷比未达到限制磷素供应的阈值而没有降低磷素有效性。研究表明,高量秸秆(6 t/hm2)还田提高了稻田水稳性团聚体的稳定性,提高了土壤碳氮储量,以及水稳性团聚体氮磷比,对于改善稻田土壤结构和氮素供应具有较好的效果。     

宁南山区植被恢复对土壤团聚体水稳定及有机碳粒径分布的影响

土壤团聚作用和土壤有机碳固定之间密切相关.对宁南山区不同植被恢复措施和年限下土壤团聚体粒径分布及稳定性、土壤团聚体中有机碳及其组分分布进行了研究,探讨了有机碳及其组分对植被恢复的响应.结果表明,不同植被恢复措施下,土壤团聚体粒径分布表现为“V”字分布:＞5 mm和＜0.25 mm这两个粒径的团聚体含量最多,5-2 mm、1-0.25 mm团聚体的含量次之,2-1 mm粒径的团聚体含量最少.坡耕地的平均重量直径(MWD)最低,为1.4,其他植被恢复措施下土壤的平均重量直径MWD在1.9-3.1之间.不同的植被恢复措施下,0-20 cm土层和20-40 cm土层全土有机碳含量在7.4-17.7 g/kg之间、微生物碳含量分布在50.3-664.7 mg/kg之间、腐殖质碳含量在0.9-2.5g/kg之间.胡敏酸碳含量分布在0.2-0.6 g/kg,富里酸碳含量在0.6-1.9 g/kg之间.全土有机碳、微生物碳、腐殖质碳、富里酸碳均为坡耕地最低,其他植被恢复措施的有机碳、微生物碳、腐殖质碳、富里酸碳含量分别是坡耕地的1.1-2.3倍、2.0-8.4倍、1.0-2.0倍、1.2-2.4倍.不同粒径团聚体有机碳相比较,大多呈现中间高两边低的变化趋势,最大值出现在中间粒径,即5-2 mm、2-1 mm、1-0.25 mm这3个粒径.逐步回归表明,5-2 mm团聚体和1-0.25 mm团聚体有机碳含量的提高有助于土壤水稳性团聚体的形成.研究结果表明,植被恢复提高了土壤团聚体有机碳含量,在碳形态上,富里酸碳和微生物生物量碳对不同植被恢复措施的敏感度较高,胡敏酸碳含量则相对稳定.     

免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ_v;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R_0.25）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R_0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。     

施用有机肥提升不同土壤团聚体有机碳含量的差异性

基于收集已发表文献数据,建立具备相同有机碳分组方法(湿筛法)、相对独立的43篇文献的319组成对数据,利用Meta整合分析法研究不同耕地类型、种植制度及土壤质地条件下施肥对各粒径团聚体(2、2~0.25、0.25~0.053、0.053 mm)有机碳含量的影响程度。结果表明:与不施肥相比,施用有机肥和化肥均显著提升了土壤总有机碳(TSOC)及2、2~0.25、0.25~0.053 mm粒径团聚体有机碳含量,有机肥对总有机碳的提升幅度(38.0%)是化肥(8.8%)的4.3倍,而对各级团聚体有机碳的提升幅度(39.7%~72.3%)是化肥(4.3%~15.8%)的4.6~9.2倍(P0.05)。对于0.053 mm团聚体有机碳而言,施用化肥无影响,但有机肥能显著提升其有机碳含量。在同一条件不同粒径下,与不施肥相比,一年两熟、旱地、砂土及黏土下施用有机肥对2~0.25 mm粒径团聚体有机碳含量的提升幅度显著高于其他粒径。在同一粒径不同条件下,与不施肥相比,施用有机肥对不同粒径团聚体有机碳含量的提升幅度(P0.05)存在显著差异,分别为2~0.25 mm:砂土壤土、黏土;旱地水田、水旱轮作;0.25~0.053 mm和0.053 mm:一年一熟一年两熟;旱地水田、水旱轮作。施用化肥与施用有机肥结果类似,但差异不显著。施用化肥显著降低了水田中0.053 mm粒径团聚体有机碳含量,降低幅度为16.4%。0.25和0.25 mm粒径团聚体有机碳含量均与TSOC呈极显著正相关关系,TSOC每增加1.00g·kg~(-1)时,0.25 mm粒径团聚体有机碳含量的增加幅度(0.61 g·kg~(-1))要高于0.25 mm粒径(0.23 g·kg~(-1))。可见,施用有机肥有利于农田土壤团聚体有机碳的累积,尤其是大团聚体(0.25 mm),而不同条件下,尤其在旱地及质地较轻的砂土中,对土壤团聚体有机碳含量的累积更应该考虑有机肥的投入。     

秸秆还田对麦玉系统土壤有机碳稳定性的影响

为揭示不同秸秆还田量对华北小麦-玉米轮作系统土壤有机碳官能团结构及稳定性的影响,研究了秸秆还田5 a后土壤有机碳官能团结构、团聚体组成及有机碳含量、活性有机碳含量、土壤铁离子的变化。田间实验设置4个处理:秸秆不还田作为对照(CK)、秸秆1/3还田(S1)、秸秆2/3还田(S2)、秸秆全部还田(S3)。采用常规方法测定土壤理化性质、粒径、铁离子及土壤微生物量碳含量,13C核磁共振波谱技术(NMR)检测分析土壤有机碳官能团结构。结果表明:秸秆还田5 a后,土壤总有机碳(TOC)、2mm与2.00～0.25 mm团聚体有机碳、可溶性有机碳(DOC)、易氧化态碳(EOC)和微生物量碳(MBC)含量,均随还田量增加而逐渐增加,且不同处理增加量不同,与CK相比,S3处理显著增加了这些有机碳的含量(P0.05)。各处理土壤有机碳以烷基碳与烷氧基碳为主,其次是芳香碳与羰基碳,秸秆还田增加了烷氧基碳、羰基碳(易分解碳组分)含量,降低了烷基碳和芳香碳(难分解碳组分)含量,与CK相比,S3处理显著增加烷氧基碳含量(P0.05)而显著降低了芳香碳含量(P0.05)。与CK相比,S2、S3处理也显著降低了有机碳的芳香度、疏水碳/亲水碳、烷基碳/烷氧基碳比值(P0.05),而对脂族碳/芳香碳影响不明显。与CK相比,S3处理显著增加了2.00 mm团聚体组分,增加了2.00～0.25 mm组分,而降低了0.25～0.053 mm组分和显著降低了0.053 mm组分(P0.05)。秸秆还田对土壤游离铁、活性铁、螯合铁含量的影响不明显。有机碳官能团组成与土壤因子间的冗余分析表明土壤TOC、MBC含量、团聚体组分、铁离子的改变是导致不同处理间有机碳官能团结构存在差异的重要原因。综上所述,由于短期秸秆还田增加了活性有机碳含量、易分解有机碳组分,减少了难分解有机碳组分,降低了微团聚体物理保护作用,改变了微生物活性和铁离子络合作用,在一定程度上降低了土壤有机碳稳定性,可能导致麦玉复种系统土壤碳排放水平的增加。