抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响

冷浸稻田是长江流域重要的低产稻田类型之一,近年来抛荒严重,而抛荒对冷浸稻田土壤团聚体的影响并不清楚。本研究以连年种植的冷浸稻田(CWC)、抛荒3年的冷浸稻田(CWA3)和抛荒6年的冷浸稻田(CWA6)为对象,分析抛荒后冷浸稻田土壤团聚体特征以及有机碳稳定性,以期为准确评估抛荒对长期淹水土壤的结构和有机碳的影响提供数据支持。结果表明,不论是0~25 cm土层还是25~50 cm土层,冷浸稻田土壤53μm粒级团聚体占总团聚体比例均超过40%;0~25 cm土层土壤250μm团聚体比例超过35%;53~250μm粒级团聚体比例低于20%。抛荒使0~25 cm土层53μm粒级团聚体占总团聚体比例显著增加,53~250μm粒级比例显著降低。在0~25 cm土层,抛荒使有机碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ)在53μm粒级和250μm粒级上升高,有机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ)在53~250μm和250μm粒级上降低;而有机碳难降解指数(RIc)在53μm和53~250μm粒级上降低。土壤总有机碳随抛荒时间延长而增加。     

乡村小流域不同土壤景观表土有机质团聚体分布与分子组成变化

  【目的】  探讨丘陵山区乡村不同土壤景观表土有机质积累的团聚体分布及其化学组成的变化,为认识自然条件和人为利用下土壤有机质的空间变化特点提供新视角。  【方法】  选取江苏省南京市溧水区芳山小流域内保护林地、园地、旱地和稻田等景观样地,采集0—20 cm土壤样品,分析有机碳(SOC)总量。将土壤样品通过湿筛法分出宏团聚体(2000～250 μm)、微团聚体(250～53μm)和粉黏粒(<53 μm) 3个粒径组,测定其中有机碳含量,计算土壤中各团聚体结合态碳的比例。再者,对土壤样品依次进行总溶剂(TSE)提取,碱水解(BHY) 提取和氧化铜氧化(CUO)提取,分别主要得到游离脂、结合态脂和木质素酚,采用气相色谱–质谱联用仪(GC-MS)测定各组分中生物标志物有机分子丰度,计算分子多样性指数。  【结果】  与林地相比,园地、旱地和稻田表土本体有机碳含量分别降低70%、57%和51%,其中宏团聚体结合有机碳的含量分别降低了85%、81%和71%,微团聚体结合有机碳分别降低了74%、79%和67%,粉黏粒结合有机碳则分别降低了48%、18%和3%。表土中提取得到游离态脂类、结合态脂类和木质素酚类的有机分子丰度分别介于2.24～6.74、4.81～14.87和3.51～6.16 mg/g SOC;不同土壤景观间,这些提取态生物标志物分子丰度的变化趋势均表现为林地>稻田>园地>旱地。而木质素酚类丰度表现为林地和稻田相近。相对于林地,园地、旱地和稻田的脂肪酸丰度、烷醇、甾类及萜类等生物标志物分子丰度显著降低,但烷烃分子丰度明显增加,同时微生物来源有机质对土壤有机质的贡献提高;林地及园地土壤中结合态脂类组分以羟基酸丰度较高,而旱地和稻田则以烷酸为主。通过计算的生物标志物分子多样性指数的变化,发现游离态脂类和结合态脂类是林地和稻田高于旱地和园地,而木质素酚是稻田高于旱地,旱地又高于园地和林地。  【结论】  自然林地和农用地土壤的有机碳含量和团聚体结构具有较大差异,在提取态有机分子的组成上也具有不同的组成特征。林地土壤有机碳含量高,宏团聚体、微团聚体和粉黏粒比例均衡,有机碳的团聚体分配也均衡,而且有机质主要以植物源有机碳为主,具有碳链长、分子多样性高等特点。因之,稳定性也高。相反,园地、旱地的有机碳总量低,宏团聚体和微团聚体趋于分解,团聚体结合态有机碳显著减少,而且结合态和游离态脂类有机分子的多样性均显著降低,微生物来源有机碳对土壤有机碳的贡献更高。而稻田土壤有机碳和分子多样性均高于旱地及园地。因此,合理的土壤管理特别是有机物料的投入是提高农地土壤健康程度的重要途径。     

南方红壤稻田与旱地土壤有机碳及其组分的特征差异

大量研究证明稻田土壤比旱地土壤更具固碳潜力,但至今对稻田土壤固碳机制的认识尚不甚清楚。本研究于2007年利用两个开垦年代相似,近20多年分别一直种植双季稻和双季玉米的长期定位试验,来比较不同种植模式下土壤有机碳及其组分的差异。结果表明,水田土壤总有机碳和总氮的浓度分别是旱地的2.2倍和2.5倍。与试验前相比,水稻种植显著提高了土壤有机碳的含量,增幅达到30.8%,而旱地的前后差异不显著。在所有团聚体粒径水平上,水田有机碳的浓度均显著高于旱地。其中53～250μm微团聚体相差最大,水田是旱地的近3倍。水田微团聚体保护碳（iPOM_m）在土壤中的浓度是旱地的4.2倍,微团聚体保护碳在总有机碳中的比重也显著高于旱地,达到25.5%,是旱地的2倍。水田和旱地iPOM_m组分碳的差异能够解释其总有机碳差异的42.8%。上述结果可以增强我们对稻田土壤固碳机制的了解,为稻田土壤碳管理提供理论依据。     

大气CO2浓度升高对水稻土团聚体的分布与有机碳含量的影响

采取中国FACE(Free-air CO2 enrichment)平台9年试验区的土壤,采用干湿筛法获得水稳定性团聚体,研究高CO2浓度处理对水稻土团聚体组成、有机碳含量的影响。FACE试验设对照和高CO2浓度两个主处理,低氮和常氮两个施氮水平裂区。结果表明,经高CO2浓度连续9年处理后,小区土壤有机碳总量显著增加(年均1%)。高CO2浓度改变0~5 cm土层土壤团聚体的分布,大团聚体(250μm)含量有减少趋势,而微团聚体(250~53μm)含量平均增加27.49%(P=0.05);常氮仅改变5~15 cm土层土壤粗大团聚体(2 000μm)含量,平均减少20.60%(P0.05)。分析表明,高CO2浓度使得0~5 cm土层土壤细大团聚体(2 000~250μm)有机碳含量平均降低9.67%(P0.01),微团聚体有机碳含量平均增加31.30%(P0.05),CO2和N交互有促进上述变化趋势。高CO2浓度增加5~15 cm土层土壤粗大团聚体有机碳含量(26.44%,P=0.05),降低细大团聚体有机碳含量(6.83%,P0.01);常氮减少5~15 cm土层土壤粗大团聚体有机碳含量(30.19%,P0.001);CO2和N交互显著降低5~15 cm土层两级大团聚体有机碳含量。高CO2浓度降低耕层土壤(0~15 cm)细大团聚体有机碳储量(6.41%,P0.01),增加微团聚体有机碳储量(15.09%,P0.05);常氮显著降低两级大团聚体有机碳储量,且CO2和N交互降低细大团聚体有机碳储量(P0.05)。     

新疆水稻田土壤团聚体及有机碳动态变化

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,对土壤物理化学性质及生物化学性质具有重要影响。通过湿筛法对新疆水稻土团聚体及其有机碳的变化进行研究。结果表明：稻田土壤总有机碳随着种植水稻时间的延长而增加,种植水稻100a土壤总有机碳比荒地的增加了28.35g/kg;荒地开垦种植水稻后,随着种稻时间的延长,土壤水稳性团聚体（〉250μm）和微团聚体（53～250μm）显著增加,〈53μm矿物结合态团聚体则显著下降;水稳性团聚体和微团聚体有机碳随植稻时间的延长而显著增加,矿物结合态有机碳含量呈现下降趋势,不同粒级土壤团聚体有机碳之间存在明显差异。荒地开垦种植水稻有利于新疆水稻田土壤总有机碳、水稳性团聚体及其有机碳的积累,有利于土壤结构的改善和提高。     

外源新碳在不同类型土壤团聚体中的分配规律

通过室内模拟实验,利用δ13C方法研究外源新碳(13C标记的水稻秸秆)在不同类型土壤(红壤、黄红壤和草甸土)团聚体中的分配规律。培养温度为25°C,培养时间为360 d。结果表明:在三种类型土壤中,外源新碳进入到土壤团聚体中的数量由大到小顺序依次为250～2 000μm、50～250μm和<50μm。而进入到土壤中的外源新碳,56.8%～59.6%残留在250～2 000μm团聚体中,25.9%～28.7%残留在50～250μm团聚体中,11.7%～17.3%残留在<50μm团聚体中,表明新进入的外源碳主要分配在大团聚体中。     

长期施肥稻田土壤团聚体内氧化铁分布特征及其与有机碳的关系

通过对长期施化肥及化肥与紫云英、稻草、猪粪配施处理下红壤稻田各粒级团聚体内氧化铁分布特征的研究,探讨不同施肥方式下各粒级团聚体内氧化铁形态与有机碳含量的关系.结果表明,长期施化肥及化肥与紫云英、稻草、猪粪配施增加了土壤中无定形铁Fe.含量(增幅达10.5％ ～ 58.5％),降低了土壤中游离铁Fed的含量(降幅为0.4％～ 13.8％),土壤中氧化铁的活度Feo/Fed提高了19％ ～ 76％.各粒级团聚体内Feo含量表现为:250～53μm＞(53 μm)＞2 000～250 μm,Fed含量表现为:250～53 μm ＞2 000～ 250 μm＞ (53 μm),Feo/Fed表现为:(＜53 μm)＞250～ 53 μm＞2 000～ 250μm.全土和各粒级团聚体内Fe.含量及其Feo/Fed与其相应的有机碳含量均呈显著正相关(P＜0.05,相关系数分别为:r=0.953 ～ 0.779和r=0.991～ 0.823),而Fed含量与其相应的有机碳含量呈显著负相关(P＜0.05,r=-0.964～-0.651).有机物料的投入能活化氧化铁,有机质投入量最大的化肥配施猪粪处理Fe.含量及Fe./Fed显著提高.     

滨海滩涂围垦对土壤团聚体分布及其有机碳富集的影响——以江苏省如东县垦区为例

有机碳是土壤质量的重要组成部分,团聚体在土壤有机碳固持方面扮演着重要的角色。海岸带土壤质量低下,随着滩涂围垦的不断深入,自然滩涂围堤挡水围垦后土壤的理化环境发生了明显的变化,由原先的还原环境向氧化环境转变,这一改变会直接影响土壤中团聚体及其有机碳的演变过程。本研究通过对江苏省如东县1951年和2007年围垦时期的垦区及自然滩涂的土壤样品采集,研究不同围垦时期滨海围垦对土壤有机碳含量、土壤团聚体及其有机碳分布的特征和变化过程。结果表明:研究区垦区表层土壤(0~20 cm)有机碳含量在0.2%~1.13%之间,均值为0.58%。亚表层土壤(20~40 cm)有机碳含量在0.22%~0.85%之间,均值为0.41%。从全国土壤有机碳的平均水平来看,研究区明显偏低。相比于围垦初期土壤有机碳(SOC)出现明显的下降,长期围垦可以显著增加土壤表层的SOC。滨海垦区土壤团聚体质量比从大到小分别为53~250μm、250μm、53μm团聚体。随着围垦时间的增加,250μm和53μm团聚体都呈明显的先减少后增加的趋势,53~250μm团聚体随着围垦时间的增加呈现先增加后减少的趋势。53~250μm团聚体土壤有机碳含量最低,其次为53μm团聚体,而250μm团聚体土壤有机碳含量最高。因此,围垦后广泛开展利于大团聚体形成的农业管理措施有利于围垦土壤质量的快速提升。     

不同利用方式旱地红壤水稳性团聚体及其碳、氮、磷分布特征

针对江西红壤地区不同利用方式引起的土壤质量和肥力的相应变化,研究了不同肥力水平、不同利用方式下红壤旱地水稳性团聚体含量及其养分分布规律。研究表明,荒地土壤中>5 mm水稳性团聚体含量显著高于其他利用方式,花生地和果园土壤则以0.25～0.053 mm的水稳性团聚体为主。各肥力水平下,菜地土壤中除>5 mm水稳性团聚体外,各粒级团聚体中有机碳、全氮和全磷含量均显著高于花生地、果园和荒地土壤。说明菜地土壤长期大量施肥,导致土壤碳、氮、磷养分含量均相对丰富。不同利用方式旱地红壤中,有机碳、全氮主要分布在>5 mm、5～2 mm和2～1 mm的较大粒径水稳性团聚体中。说明随着团聚体粒径增大,其有机碳含量增加,土壤全氮的消长趋势和有机碳一致。土壤全磷较均匀地分布在水稳性团聚体中,如高肥力菜地和荒地土壤各粒级团聚体中全磷含量间均无显著性差异。各利用方式旱地红壤中2～1 mm和1～0.5 mm的水稳性团聚体含量与土壤有机碳、全氮和全磷含量间均达到了极显著正相关。     

不同土地利用方式对河滩砂质湿地土壤有机碳在团聚体内分布和稳定性的影响

以江汉平原河滩砂质湿地起源土壤为例,研究稻田、棉田、桔园和未开垦湿地利用方式下表土有机碳含量变化及其在团聚体颗粒组内的分布和稳定性.结果表明:不同土地利用方式下表土有机碳含量差异显著,稻田显著高于其他土地利用方式,湿地、棉田和桔园间差异不显著.旱地减少了土壤有机碳的团聚体物理保护作用,而水田稻作条件下有助于形成土壤有机碳的团聚体物理保护作用.稻田、棉田、湿地均为2 000～200 μm颗粒组比例最高,桔园200～20 μm颗粒组比例最高,不同土地利用方式均为＜2μm颗粒组比例最少.全土SOC的分配主要集中在2 000～200 μm大团聚体颗粒组中,在＜2 μm颗粒组中最少.2 000～200 μm大团聚体颗粒组LOC/SOC的比例最高,碳库不稳定,易于丢失;＜2 μm小颗粒组团聚体LOC/SOC的比例最低,碳库稳定.表明长江中游地区砂质湿地土壤开垦成稻田是相对较好的保持土壤有机碳库的土地利用途径.     

不同农作措施红壤坡耕地水土流失特征的研究

研究了 6种不同农作措施下红壤坡耕地水土流失特征 ,结果表明 :同顺坡农作措施相比 ,其它农作措施均具有明显减轻水土流失的作用 ,休闲处理能减少径流流失 4 2 .8% ,减少泥沙流失量 85 .0 2 % ;等高土埂处理能减少径流流失 70 .2 0 % ,减少泥沙流失量 95 .0 4 % ;水平草带能减少径流流失 3 2 .3 3 % ,减少泥沙流失量 4 5 .88% ;水平沟处理能减少径流流失 4 5 .6% ,减少泥沙流失量 63 % ;等高农作能减少径流流失 5 6.3 3 % ,减少泥沙流失量 87.70 %。等高土埂、等高农作、休闲处理减轻水土流失的作用优于水平草带和水平沟处理 ;泥沙流失除等高土埂和等高农作以外 ,其它处理均是推移质流失量大于悬移质流失量 ;径流流失和泥沙流失主要集中在 5～ 8月份 ,约占全年流失总量的 80 %以上。影响径流和泥沙流失的主要因素为降雨量、降雨侵蚀力、植被覆盖度等因素。     

红壤坡耕地综合治理与开发关键技术研究

坡耕地是在山区落后的生产力背景下，人口与资源矛盾冲突中出现的产物，是重要的农业生产资源。但是，不合理的开垦利用甚至超强度的掠夺式经营，已使坡耕地成为南方红黄壤地区水土流失的主要来源。以湖南的坡耕地为研究对象，在系统地分析了坡耕地治理与开发的主要障碍因素的基础上，根据近10年的攻关研究成果与治理实践经验，阐明了坡耕地治理与开发应采取的原则和选择的模式，并就治理与开发过程中如何防止水土流失、抗御季节性干旱、提高土壤肥力、加快农业产业化进程、建立健全投资机制与激励机制等技术途径和措施进行了较为系统的研究。     

横厢耕作措施对红壤坡耕地水土流失影响的试验研究

该在对湖北省通城县水土保持试验站，所布设的１２个野外试验观测小区，进行多年天然降雨观测的基础上，借助模拟降雨试验方法对红壤坡耕地不同耕作措施以地水土流失的影响进行了试验研究。结果表明：１．横厢耕作措施是一种很好的水土保持措施，纵厢耕作措施比横厢耕作的水土流失量明显增加；２．在横厢耕作农地上实验轮作种植能改良土壤理化性质，保肥增产，但对水土流失并没有十分显的影响；３．横厢耕作措施是一种在陡坡耕地     

侵蚀红壤区不同水土保持措施的土壤改良效果研究

结合野外调查和室内分析,研究了侵蚀红壤区不同水土保持措施下坡地土壤pH值和养分含量的变化,分析了不同水土保持措施的土壤改良效果。研究结果表明,不同水土保持措施显著影响侵蚀红壤区坡地土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,但是对全钾和速效钾含量影响不显著。牧草和耕作措施可以显著提高土壤pH值和有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷的含量,显著改善土壤肥力状况,梯田对土壤肥力状况影响不显著。研究区土壤肥力状况不受钾素限制,可以将土壤有机质作为衡量土壤肥力状况的简化指标。     

红壤土区麦茬地免耕种玉米的效应研究

红壤土区麦茬地免耕种玉米 ,有利提高土壤温度 ;促进土壤养分的转化和吸收 ;抑制杂草生长 ;提高玉米出苗率 ,促进幼苗生长 ,改善玉米穗部性状 ,增加产量和产值 ;节省劳力投入。     

湘北红壤坡地土壤水分特征及其水分运移

湘北红壤坡地土壤持水力强,有效水含量低(10％左右),含水量呈季节性变化(年变化可分为饱和、亏缺和补充3个时期);土壤结构性差,养分贫乏,原始生产力低,易产生降雨土壤侵蚀。湘北红壤坡地雨水自然资源化程度为降雨量的(46±2)％,农业利用中必须强化雨水资源化过程。坡地典型农业利用系统(旱季)地表/大气界面的水分传输表现为:植被构成是影响传输通量的第一要素;气温和界面水势是影响土/气界面水分传输的主导环境气象因子;辐射和空气饱和水气压差是影响叶/气界面水分传输的主导环境气象因子;在一定的土壤含水量范围内,土/气界面水分传输通量受表层土壤含水量控制。土壤水分变化影响能量平衡,土壤蒸发量与土壤表层水分含量之间有线性正相关;土壤水分除通过影响能量分配来影响植物蒸腾外,土壤水分还能通过影响叶片气孔导度来影响植物蒸腾速率。     

磷对富硒赤红壤与红壤上小白菜硒吸收及土壤硒形态的影响

采用土培盆栽试验方法,研究了广西两种主要富硒土壤施入不同水平磷对小白菜硒吸收积累的影响及土壤硒形态转化规律,旨在为提高土壤有效形态硒含量及植物硒含量提供理论依据。试验采集广西具有代表性的富硒赤红壤(贵港市桂平市)和富硒红壤(桂林市永福县),设置4个磷梯度盆栽试验。结果表明:相同的磷处理在不同土壤上对小白菜硒吸收效果不同。在富硒赤红壤上低磷处理(P50,50 mg/kg)有利于小白菜地上部和地下部对硒的吸收;在富硒红壤上中磷处理(P110,110 mg/kg)小白菜地上部硒含量最高,地下部施入磷则硒含量均显著低于对照。同时,磷的施入对硒在小白菜体内的转运在两种土壤上也存在差异。在富硒赤红壤上当磷施入量在80 mg/kg以下时,磷的施入会抑制硒从地下部向地上部的转运;在富硒红壤上磷的施入则均能促进硒的转运;但二者均在中磷处理时达到峰值。植株体内硒含量间的差异取决于土壤有效形态硒含量。研究结果显示磷的施入均显著增加了土壤中水溶态和交换态硒的含量,且小白菜硒的含量与土壤中水溶态硒规律一致。研究还发现在两种土壤上不同磷处理对土壤硒形态转化规律不同,这为进一步研究磷与土壤硒间的互作关系提供了参考。     

坡耕地红壤剖面磷的储存容量及其流失风险研究

基于土壤磷储存容量的变化差异，准确评估与判断坡耕旱地与稻田红壤磷的剖面流失风险。以江西鹰潭孙家典型红壤小流域内位于坡上（T）、坡中（M）及坡下（B）的花生旱地（PU）及稻田（PF）各发生层土壤为对象，分析了各发生层土壤全磷（TP）、有效磷（Olsen-P）、磷饱和率（PSR）、磷吸持指数（phosphorus sorption index, PSI）及磷储存容量（Soil phosphorus storage capacity, SPSC）随剖面的变化特征及差异，估测了坡耕地红壤磷的剖面流失风险，探讨了土壤pH、Eh及容重（BD）等因子对坡耕地红壤发生层SPSC的影响差异。结果表明，不同坡位花生旱地与稻田红壤表层TP、Olsen-P含量均显著高于底层土壤，且稻田红壤TP与Olsen-P的剖面变异显著高于花生旱地剖面。与耕作表层（Ap1）相比，花生旱地底层土壤PSI显著增加了33.1%～146%，且随剖面深度增加而缓慢降低；而稻田红壤PSI则随着剖面深度增加而增大。花生旱地与稻田红壤（PF-M除外）PSR均随着剖面深度的增加而逐渐降低，SPSC变化范围分别为-89.2～298.3 mg·kg-1与-138.1～101.1 mg·kg-1。PU-T与PU-M剖面SPSC均为正值，且随剖面深度增加呈降低趋势；而PU-B（耕作层Ap2除外）剖面的SPSC均为负值。PF-T（氧化还原层Br2除外）、PF-M（Ap1除外）及PF-B剖面各发生层的SPSC均为负值，且随剖面深度增加变化显著。基于SPSC理论对坡耕红壤剖面土壤磷储量及其环境流失风险的评估，花生旱地土壤磷沿剖面及坡位的迁移与运移迹象明显，当土壤Olsen-P > 27.6 mg·kg-1时，花生旱地剖面土壤磷的流失风险将急剧增加，应及时采取管控措施。稻田红壤剖面各发生层均存在不同程度的磷流失风险，需立即停止施磷并及时采取有效措施。     

不同污泥施用量条件下赤红壤坡地水土流失特征的研究

研究了人工模拟降雨条件下不同污泥施用量对赤红壤坡地上水土流失特征的影响。结果表明:污泥撒施后的前期(1d和18d)径流中,各施用量处理的径流颗粒物浓度及流失量均达到峰值,撒施60t/hm2对应峰值分别为4517.0mg/L和79.3g/m2,为撒施120t/hm2对应峰值的83.8%和96.7%,此后撒施60t/hm2径流颗粒物浓度和流失量不同程度高出撒施120t/hm2处理,是同期对应值1.1～4.1倍。模拟试验期内,撒施60t/hm2径流量是撒施120t/hm2同期指标的1.2～2.3倍,撒施污泥用量越低,径流累积产生量和颗粒相(颗粒物和悬浮物)累积流失量越高,但污泥用量对穴施上述指标并无明显影响。     

有机物料对红壤团聚体稳定性的影响

试验设置了对照(CK)、秸秆混匀(M-Str)、秸秆覆盖(Str)、生物质炭混匀(BC)和猪粪混匀(SM)5个处理,采用室内培养法研究有机物料种类与施用方式对红壤团聚体稳定性的影响。结果表明,秸秆混匀与猪粪处理下土壤有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWC)、土壤抗破碎性和团聚体水稳定性(MWD)显著提高(p0.05),而秸秆覆盖对土壤有机碳和土壤团聚体形成的提升作用不明显(p0.05)。相对于对照处理,生物质炭提高了土壤有机碳含量,但对团聚体稳定性的影响不显著(p0.05)。秸秆混匀和猪粪处理下团聚体稳定性的变化与土壤累积呼吸之间存在线性关系(p0.05)。可见,有机物的性质(秸秆、猪粪和生物质炭)与还田方式(混匀和覆盖)对红壤团聚体的稳定性存在显著差异。