种植方式和耕作措施对土壤结构与水分利用效率的影响

在连续9年田间定位试验基础上,分析了渭北旱塬小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下耕作措施对黑垆土水稳性团聚体含量、有机碳(SOC)含量、小麦产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:小麦/玉米轮作下0～20 cm土层大于0. 25 mm水稳性大团聚体含量(R_(0. 25))、水稳性团聚体平均重量直径(MWD)、SOC含量、各粒级团聚体有机碳含量和WUE大多高于小麦连作。与连年翻耕(CC)相比,连年免耕(NN)、连年深松(SS)、免耕-深松(NS)处理主要增加了0～10 cm土层R_(0. 25)、SOC、各粒级团聚体有机碳含量和大于0. 25 mm大团聚体有机碳贡献率(I_(SOC0. 25))。在大于10cm土层,NS处理的SOC含量有所增加,且提高了35～50 cm土壤R_(0. 25)、各粒级团聚体有机碳含量以及I_(SOC0. 25)。相对于连年翻耕处理,免耕-深松处理的小麦产量和WUE均显著增加,且在小麦连作和小麦/玉米轮作两种种植方式下,小麦产量分别增加了14. 25%、19. 30%; WUE分别增加了24. 98%、9. 89%。整体来看,小麦/玉米轮作比小麦连作更有利于改善土壤结构、增加土壤有机碳含量和提高WUE,且免耕-深松相结合的轮耕措施是该地区较适宜的耕作模式。     

不同施肥条件下微生物对棕壤团聚体和碳分布的影响

以北京市延庆县绿富隆有机肥蔬菜研究基地长期定位肥料试验地为试验平台,利用湿筛法获得不同粒级的团聚体,通过16SrDNA-PCR-DGGE技术进行测序分析,研究不同施肥条件下微生物群落对棕壤土团聚体和碳分布的影响。结果表明,有机肥(OF)处理的0.25～2 mm水稳性团聚体增加,增加幅度为109.0%;0.053～0.25 mm和小于0.053 mm粒级团聚体的含量均下降,与CK(不施肥)相比分别下降了31.9%和142.1%。OF处理对土壤各粒级团聚体中碳含量均有显著提高,与CK相比,提高15.2%～46.9%,其中大于2 mm团聚体中碳含量提高了46.9%。棕壤碳含量与大于2 mm粒级团聚体含量呈正相关;与0.25～2 mm粒级团聚体呈极显著正相关;与0.053～0.25 mm粒级团聚体含量呈极显著负相关;与小于0.053 mm粒级团聚体呈显著负相关。     

耕作方式对稻田土壤有机碳与易氧化有机碳的影响

以稻田免耕长期定位试验站为平台,研究不同耕作方式对紫色水稻土有机碳以及易氧化有机碳剖面分布的影响。结果表明:连续耕作20年后,不同耕作处理稻田剖面(0～60cm)中有机碳含量随着采样深度加深而降低,土壤有机碳含量最高值和最低值分别出现在垄作免耕(稻油)表层(0～10cm)和水旱轮作(稻油)底层(40～60 cm),其中垄作免耕(稻油)处理中0～10 cm和10～20 cm土层有机碳含量和常规平作(中稻)、垄作免耕(中稻)之间差异并不显著,但其20～40cm土层有机碳含量则显著高于其他耕作处理(P<0.05),表明长期耕种20年后,耕层(0～20cm)土壤有机碳含量已趋于平稳;另外,同传统耕作处理相比,长期垄作免耕(稻油)的固碳潜力主要表现在20～40cm土层。常规平作(中稻)和垄作免耕(中稻)处理剖面土壤易氧化有机碳含量均随土层加深而降低,而垄作免耕(稻油)和水旱轮作(稻油)则分别在20～40cm和10～20cm土层出现易氧化有机碳含量增加的现象,表明耕作和轮作方式对土壤有机碳稳定性具有明显的影响。对不同耕作处理稻田土壤有机碳与易氧化有机碳、易氧化有机碳分配比例之间的关系分析,其一元线性回归方程分别为:y=1.990 1x+6.521 4,R=0.881 9,n=16;y=0.270 4 x+7.345 7,R=0.542 2,n=16,表明稻田土壤易氧化有机碳与其有机碳关系密切,可用于表征该区域土壤碳库的变化大小。     

稻田垄作免耕对土壤团聚体和有机质的影响

该文以1990年建立的耕作制定位试验田紫色水稻土为研究对象,分析了冬水田（FPF）、水旱轮作（CR）和垄作免耕（RNT）3种耕作方式对土壤团聚体组成和有机质的影响。结果表明,垄作免耕减少了对土壤大团聚体的破坏,在0～10 cm土层,垄作免耕大团聚体含量分别是冬水田和水旱轮作的1.48和1.32倍,微团聚体含量则显著降低;在 ＞10～20 cm土层有相同的趋势。3种耕作条件下,有机碳和氮在团聚体中的分布模式类似,均有向大团聚体富集的趋势,但垄作免耕条件下土壤有机碳和氮质量分数显著高于冬水田和水旱轮作。对土壤颗粒有机质（POM）的分析结果表明,垄作免耕0～10 cm土层轻质组分（LF）的质量分数（1.92 g/kg）与水旱轮作（1.70 g/kg）差异不显著,但显著高于冬水田（1.42 g/kg）。冬水田、水旱轮作和垄作免耕的0～10 cm土层,团聚体内总颗粒有机质（total iPOM）质量分数分别为0.96,1.12,2.14 g/kg;垄作免耕土壤团聚体内细颗粒有机质（fine iPOM）分别为冬水田和水旱轮作土壤的3.02和2.46倍,占总POM差异的57%和66%。垄作免耕土壤团聚体内粗颗粒有机质（coarse iPOM）分别为冬水田和水旱轮作土壤的1.56和1.40倍,占总POM差异的18%和19%。在＞10～20 cm土层有相似的趋势,但在＞10～20 cm层土壤粗iPOM的差异对总POM差异的贡献较0～10 cm层大。垄作免耕减少了对大团聚体的破坏并促进微团聚体向大团聚体团聚;降低了团聚体的周转速率,促进了细iPOM的固定,利于紫色水稻土对碳的固定和积累。     

生态沃土机械化耕作对两熟区土壤理化特性的短期影响

以4年为一周期,设计一种生态沃土机械化耕作模式（MET）,周期内将翻耕、苗带旋耕、免耕、深松4种不同的耕作措施组合,对土壤进行适度耕作,并以连续免耕（CNT）和传统翻耕（CCT）为对照,研究MET对小麦玉米两熟区不同耕层土壤理化特性的短期影响。结果表明：MET能够显著提高土壤结构质量,增加土壤肥力,避免土壤板结,生态效应和沃土效果显著。显著增加0～30cm土层土壤大团聚体含量,提高土壤结构稳定性,平均水稳性团聚体含量分别比CNT和CCT高8.2%和30.4%;有效降低0～30cm土层土壤容重,平均容重分别比CNT和CCT小0.089、0.125g/cm3;增加0～30cm土层全氮、速效磷和速效钾含量,对碱解氮含量影响不显著;增加土壤有机碳含量,平均有机碳含量分别比CNT和CCT高0.36、0.61g/kg,并且各层之间有机碳含量分布较均衡,CNT只增加0～10cm土层有机碳含量,CCT只增加10～20cm土层有机碳含量。MET显著增加小麦的平均单株分蘖数、有效穗粒数和千粒质量,从而显著增加小麦产量,分别比CNT和CCT增产14%和14.9%;小麦播前进行的耕作有一定的后效,对玉米产量有影响,MET与CNT通过增加玉米的有效穗粒数和千粒质量,增加玉米产量,两者产量的差异不显著,但均显著高于CCT,分别高7.4%和3.7%。     

保护地不同灌溉方式下土壤碳库管理指数的研究

以沟灌、滴灌和渗灌3种灌溉方法进行保护地长期定位灌溉试验,保护地分3层采取0~45 cm土层的土壤样品,测定供试土壤的总有机碳、活性有机碳含量,计算出碳库管理指数,研究了不同灌溉方法对保护地土壤总有机碳和活性有机碳的影响。结果表明,土壤总有机碳和活性有机碳均随土层的加深而减少。在0~15 cm和15~30 cm土层,3种灌溉处理土壤的总有机碳含量顺序为滴灌>渗灌>沟灌,而30~45 cm的总有机碳含量顺序则为渗灌>滴灌>沟灌;各层次土壤活性有机碳含量排列顺序均为渗灌>滴灌>沟灌,且30~45 cm土层渗灌与沟灌的差异达到了5%显著水平;各灌溉处理、不同深度土层的土壤碳库管理指数大小排列顺序均为渗灌>滴灌>沟灌,但只有15~30 cm土层滴灌、渗灌的碳库管理指数与沟灌的差异达到了5%显著水平。     

施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响

【目的】研究施肥对采煤塌陷复垦土壤团聚体组成及其碳、氮分布的影响,为改善采煤塌陷复垦土壤的物理团粒结构与化学性质,促进复垦土壤碳氮循环与利用提供一定理论基础。【方法】以山西省晋城市采煤塌陷复垦区土壤为研究对象,在常规灌溉条件下,以不施肥处理为对照(CK),研究了有机肥、无机肥、有机无机肥配施3种施肥处理对0～20、20～40 cm土层团聚体组成及碳、氮分布的影响。【结果】与CK相比,有机肥处理显著增加了土壤>2mm和1～2 mm粒级团聚体量,降低了0.053～0.25 mm和<0.053 mm粒级微团聚体量,单施化肥较有机肥处理提高了微团聚体量。单施有机肥、有机无机肥配施处理土壤的平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)显著高于单施化肥处理,分形维数(D)低于化肥处理。有机肥处理土壤有机碳、全氮量最高,有机无机肥处理配施次之,单施化肥处理显著低于有机肥处理;土壤有机碳、全氮主要分布在>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级大团聚体,显著高于0.053～0.25 mm、<0.053 mm粒级小团聚体;有机肥处理、有机无机肥配施处理土壤>2 mm、1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体中的有机碳、全氮量要显著高于单施无机肥处理的。各施肥处理土壤1～2 mm、0.25～1 mm粒级团聚体有机碳、全氮贡献率较高,显著高于其余粒级。有机肥、有机无机配施处理各级团聚体(除0.053～0.25 mm外)的C/N值显著高于CK,而单施化肥处理与CK差异不显著。【结论】不同施肥处理(尤其是有机肥)提高了复垦土壤大团聚体量,增强了团聚体稳定性,提高了团聚体有机碳、全氮量。     

免耕、深松对不同土层土壤物理特征的影响

为探明长期免耕和深松对土壤物理特征的影响,在长期定位试验中分层(0~10,10~20,…,90~100cm)采取环刀土壤样品,测定了0~100cm不同土层的土壤密度、土壤持水能力、供水能力、田间持水量、饱和含水量及有效含水量等。结果表明:随土层的加深,土壤密度表现为先降后增再趋于稳定,土壤持水能力表现为先降低再增加的趋势,土壤供水能力表现为先增加再降低再增加而趋于平缓,田间持水量表现为逐渐降低再增加的趋势,土壤有效水则表现为先增加后降低而趋于稳定的趋势。深松处理40cm以上土层的土壤密度相对较低,在20~50cm土层的持水能力最强,而在60~80cm土层,其持水能力却最低。在0~10和40~80cm土层,土壤供水能力表现为:免耕深松常规耕作。在20~40和80~90cm土层中,仍以深松处理的供水能力较强。在0~10cm土层中,各处理的饱和含水量和田间持水量均表现为:免耕深松常规耕作;在20~50cm土层,深松免耕常规耕作;在50~80cm土层,免耕深松常规耕作;在80cm土层以下,深松免耕常规耕作。免耕处理0~10cm土层的土壤有效水含量明显高于其他处理,而在10~50cm土层,深松处理最高。     

川北山区坡耕地侵蚀耕作对土壤团聚体碳的影响

为更好地了解耕作侵蚀对坡耕地土壤碳循环的影响,采用137Cs示踪技术研究了川北山区坡耕地土壤再分配对土壤有机碳和团聚体有机碳含量与储量的影响。结果表明:与该区土壤137Cs有效背景值比较,短坡耕地上坡部位(坡顶、坡肩)土壤中137Cs含量降低了76.91%,而下坡部位(坡脚、坡趾)增加了24.02%;坡耕地上坡部位发生土壤损失,耕作侵蚀平均速率为63.22 t/(hm2·a),占土壤总侵蚀的94.61%,耕作导致下坡土壤沉积,平均沉积速率为23.94 t/(hm2·a)。上坡土壤中大于2 000μm、250~2 000μm和53~250μm的团聚体所占比例显著低于下坡,而小于53μm的团聚体所占比例则相反;土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量与储量下坡显著高于上坡。土壤和不同粒级团聚体的有机碳含量与137Cs面积浓度呈极显著正相关关系,说明侵蚀引起土壤再分配造成上坡有机碳含量贫瘠,而下坡相对富集。因此,川北山区坡耕地施肥管理应关注土壤质量空间变异特征。     

土地利用方式对喀斯特峡谷区土壤水稳性团聚体的影响

【目的】全面评价土地利用方式对喀斯特峡谷区土壤结构退化的影响。【方法】采用空间代替时间的方法,开展了不同土地利用方式对土壤水稳性团聚体分布特征及稳定性的研究。【结果】①不同土地利用方式均以>0.25 mm粒径水稳性团聚体为主,其量变化、MWD、GMD均表现为林草间作地>荒草地>退耕还草地>耕地;②在不同土层中,不同土地利用方式土壤水稳性团聚体量总体上随粒径的减小呈先增加后减少再增加的变化趋势,其中0~20 cm土层,土壤各粒级水稳性团聚体量分布及稳定性差异具有一定显著相关性,20 cm至母质层差异不显著;③5 mm粒径团聚体成为土壤团聚体从微团聚体向大粒径团聚体团聚化过程中关键的临界点;④GMD可以作为喀斯特峡谷区整个剖面土壤水稳性团聚体稳定性评价指标。【结论】林草间作模式能够增强喀斯特峡谷区土壤结构的稳定性,对防止土壤结构退化具有重要作用。     

土壤水分对半干旱区石灰性土壤有机碳矿化的影响

为明确土壤水分对我国北方半干旱区域石灰性土壤有机碳矿化的影响,采用室内恒温培育试验,以栗钙土、栗褐土、褐土为研究对象,研究了不同土壤水分条件下土壤有机碳(SOC)矿化差异。土壤含水率设置为田间持水率(WHC)的40%、70%和100%。结果表明,随着土壤含水率升高,3类土壤2种利用方式(玉米地、果园)土壤有机碳累积矿化量及矿化率增大,较高水分下的增幅(70%WHC~100%WHC)小于较低水分下的增幅(40%WHC~70%WHC);土壤有机碳矿化动态符合一级动力学方程,土壤潜在矿化碳库(Cp)为33.10~193.56 mg/kg,潜在矿化率Cp/SOC为0.41%~3.35%,Cp及Cp/SOC随土壤含水率升高而增大,Cp及Cp/SOC较高水分条件下的增幅较小;40%WHC下Cp/SOC与土壤有机碳量显著负相关,70%WHC及100%WHC下则与土壤有机碳量及黏粒量显著负相关(P0.05)。半干旱区域石灰性土壤有机碳矿化及土壤有机碳固存能力在较低水分条件下(40%WHC~70%WHC)受土壤水分变化影响较大。     

大气CO_2浓度升高与土壤质量的变化

在分析大量国内外文献资料的基础上,综述了大气CO2浓度升高条件下,土壤养分、碳氮循环、有机质、酶活性等土壤质量指标的变化,指出大气CO2浓度升高对土壤质量的影响非常复杂。同时,土壤质量的变化也会反作用于大气,从而引起新一轮的CO2对土壤的作用,所以应将大气CO2浓度升高对土壤质量的影响研究扩展到更大的生态系统范围内,并对人类的实践活动提供指导。     

养殖废水灌溉对玉米地土壤水溶性碳及其剖面分布的影响

为了研究养殖废水灌溉对土壤水溶性碳量及其占总有机碳量比例的剖面分布的影响,设置水质和灌溉量处理,测定了玉米地土壤总有机碳和水溶性碳量,分析了水溶性碳占总有机碳比例及其剖面分布特征。结果表明,总有机碳及水溶性碳量在土壤表层较高,且随着土层加深均有所减少。养殖废水灌溉条件下的土壤总有机碳和水溶性碳量总体上比清水灌溉处理的高,这说明在一定范围内养殖废水灌溉更有利于土壤中有机碳量的增加。清水灌溉条件下,灌水量为640 m~3/hm~2时土壤总有机碳量最高;灌水量为760 m~3/hm~2时水溶性碳量最高。养殖废水灌溉条件下,灌水量为880 m~3/hm~2时土壤总有机碳和水溶性碳量均为最高。由于土壤中的总有机碳在土壤深层分布较少,且随土层加深土壤总有机碳量下降幅度减小,水溶性碳占总有机碳的比例随土层深度加深而逐步增加。养殖废水灌溉有利于土壤总有机碳、水溶性碳量的增加,并可促进二者在土壤表层的积累。     

不同耕作方式对黄土高原黑垆土有机碳库组成的影响

以黄土高原黑垆土8年(2008—2015年)的不同耕作定位试验为对象,研究了在秸秆还田条件下3种连年单一耕作(翻耕(CC)、免耕(NN)、深松(SS))和3种轮耕措施(免耕-深松(NS)、深松-翻耕(SC)、翻耕-免耕(CN))对农田土壤有机碳库、玉米产量和秸秆还田后表观腐殖化系数的影响。结果表明:与翻耕相比,深松、免耕和轮耕措施主要增加了0~10 cm表层土壤有机碳(SOC)、微生物量碳(MBC)、水溶性碳(WSOC)的含量和储量,且提高了MBC/SOC和WSOC/SOC质量比。在0~10 cm表层土壤中,各耕作处理间难氧化有机碳(HOC)含量无明显差异,但深松、免耕和轮耕措施分别增加了10~20 cm、35~50 cm和20~35 cm土层的HOC/SOC质量比;免耕处理显著增加了0~50 cm土层的HOC总储量。与翻耕处理相比,深松、免耕和轮耕处理提高了玉米产量和玉米秸秆量,其中NS处理增加幅度最大,分别达到13.79%(籽粒)和12.04%(秸秆);进行8年玉米秸秆还田,在翻耕措施下其表观腐殖化系数为8.94%,免耕、深松和轮耕措施提高了还田玉米秸秆的表观腐殖化系数,其中NS处理达到14.09%,显著高于翻耕处理。从土壤碳库和玉米产量角度考虑,免耕与深松相结合的轮耕措施是适合当地土壤条件的耕作模式。     

保护性耕作模式对黑土有机碳含量和密度的影响

以公主岭市长期（10 a）保护性耕作定位试验为研究对象，分析与传统耕作模式相比的几种保护性耕作模式对黑土固碳效应的影响。共设4种耕作模式，即秋翻秋耙匀垄、秋灭茬匀垄、全面旋耕深松和宽窄行交替休闲（又叫松带、苗带交替休闲）（后3种视为保护性耕作）。结果表明，经过10 a的耕作试验，不同的耕作模式对土壤有机碳有显著的影响。表层0～20 cm秋翻秋耙匀垄和秋灭茬匀垄模式的土壤有机碳含量最低，深层30～50 cm全面旋耕深松模式的土壤有机碳质量分数显著低于其他耕作模式13.49%～25.14%；0～50 cm耕层     

不同改良措施对盐渍化土壤水热碳与葵花产量的影响

为探明不同改良措施对盐渍化土壤水热碳及葵花产量的影响,设置了施加生物炭(C,22. 5 t/hm~2)、脱硫石膏(S,37. 5 t/hm~2)、秸秆还田(J,20. 625 t/hm~2)和对照(CK) 4个处理,进行大田试验。结果表明:3种改良措施均能改善土壤水热环境,其中生物炭更具优势。3种改良处理在整个生育期内0～20 cm和20～40 cm土层的土壤含水率显著高于对照;在垂直分布上表现出0～40 cm土层各改良措施保水、蓄水作用的效果优于40 cm以下土层,各处理剖面土壤水分空间分布格局均表现出下湿、上干的特点。与CK相比,各改良处理体现出良好的增温、保温效果,均表现出低温时具有"增温效应"、高温时具有"降温效应",且对温度的调控作用主要集中在5～25 cm土层,从35 cm处开始影响减弱。采取3种改良措施均能增加土壤有机碳含量和有机碳密度,其中施加生物炭效果最显著,有机碳密度较对照增加了17. 46%。与对照相比,C处理的葵花产量增产率最高,达32. 28%,J、S处理产量分别增加21. 94%、30. 68%,三者差异不显著。综合分析得出,施加生物炭22. 5 t/hm2为适宜于河套灌区盐渍化农田种植葵花过程中的土壤改良处理。     

水氮耦合对黑土稻田土壤呼吸与碳平衡的影响

为探明不同水氮耦合方式对东北黑土区稻田碳循环的影响,以黑龙江省黑土稻田为研究对象,于2018年进行大田试验,试验设置常规灌溉(F)与控制灌溉(C)两种灌水方式,全生育期施氮量设置0、85、110、135 kg/hm~24个水平(N0、N1、N2、N3),测定了8种不同水氮耦合方式下水稻不同生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率的变化以及水稻收获后各器官的固碳量。结果表明,水稻植株总固碳量为446. 49～716. 92 g/m~2,各处理水稻收获后各器官固碳量从大到小依次为穗、茎、叶、根,分别占植株总固碳量的53. 69%～59. 44%、27. 42%～30. 12%、7. 24%～8. 96%、4. 71%～8. 35%。控制灌溉模式能提高水稻植株固碳量,其中CN2处理的总固碳量最大。相同施氮量、控制灌溉模式下,茎、叶、根固碳量均大于常规灌溉模式,除CN0处理穗固碳量低于FN0处理外,其余相同施氮量、控制灌溉模式下的穗固碳量均大于常规灌溉模式。不同水氮耦合方式下,水稻从返青期至乳熟期各生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率、根呼吸速率均呈先升高、后降低的趋势,且均在分蘖期达到峰值。除返青期外,与不施肥处理相比,施肥后各生育期平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率均增大,且随着施氮量的增加而增大。控制灌溉模式下各施氮量处理水稻各生育期(除返青期外)平均土壤呼吸速率、微生物呼吸速率和根呼吸速率均高于常规灌溉模式下相同施氮量处理。8种不同水氮耦合方式下黑土稻田均表现为较强的碳"汇",控制灌溉模式能够增加碳"汇"强度,其中CN2处理碳"汇"强度最大。本研究结果可为提高黑土稻田固碳减排潜力提供理论基础,为估算区域乃至全球碳平衡提供数据支撑。     

土壤斥水性与有机质质量分数的变化关系研究

土壤有机质质量分数是影响土壤斥水性的最主要因素之一,为研究二者之间的关系,选用以色列3类不同质地斥水性土壤为对象,分别在田间和实验室测定土壤斥水性和有机质质量分数,并绘制土壤斥水性和有机质质量分数的等值线图和关系图。结果表明,对于粘性土壤和沙质土壤,土壤斥水性随有机质质量分数成幂指数关系,但对于壤土,二者之间没有非常明显的线性关系。研究结果可为分析不同土壤的斥水性影响因素和土壤改良提供理论依据。