生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

Microscale-scale measurement of potential nitrification rates of soil aggregates

To improve our knowledge about the effect of soil structure on potential nitrification (PN) rates in different soil aggregate fractions, we adapted and validated the standard method based on International Organization of Standardization (ISO) 15685 to small sample volumes. This assay was used to determine the distribution of PN in soil aggregates obtained from three different sites (natural grassland, agricultural land and forest). Overall, the external surface layers of the aggregates showed higher PN rates than the interior fractions of the aggregates. These differences were more clear in clayey than in sandy soils.     

耐盐碱细菌与有机物料对盐碱土团聚体形成的影响

从滨海盐碱土中分离筛选到分解秸秆、产胞外聚合物的耐盐碱细菌,通过土柱和盆栽试验研究其与有机物料相互作用对盐碱土团聚体形成以及植物生长的影响.结果表明,盐碱土中接种既分解秸秆又产胞外聚合物的耐盐碱细菌(菌株 M6),配施未腐熟秸秆,直接在盐碱土中腐熟分解,团聚体形成效果最好,大团聚体含量增加 60% 以上;施加玉米秸秆与施腐熟有机肥相比,前者更有利于盐碱土大团聚体的形成;盐碱土中接种既分解秸秆又产胞外聚合物细菌对团聚体形成的促进作用优于单功能分解秸秆细菌(菌株 J2)或者分泌胞外聚合物细菌(菌株 DF-2);菌株 M6 对盐碱环境下玉米的出苗、生长存活及干物质的积累有促进作用.     

土壤水稳性大团聚体测定方法综述

 湿筛法是测定土壤团聚体粒径分布和稳定性的经典方法。土样在湿润过程中,同时发生了崩解、差异膨胀和物理化学分散作用。已有的湿润方法按湿润速度可分为快速湿润和慢速湿润,按土样所处的气压条件可分为常压湿润和高真空湿润。常压快速湿润过程中,水分沿毛管快速渗入土体,土壤内部封闭的空气被压缩,产生微型爆炸,对团聚体破坏较大;慢速湿润和真空湿润能使团聚体稳定性显著增大。如果是为全面了解土壤团聚体稳定性及粒径分布的信息,可对土样采用常压快速湿润和常压慢速湿润（或真空湿润）2种预湿润。湿筛的作用在于区分不同粒级的土壤颗粒,应尽量减小对团聚体颗粒进一步的磨蚀作用,因此湿筛过程中振动速度不能太快。筛目可以根据实验目的选择。     

有机污染型灌溉水对土壤团聚体的影响

为了评估灌溉水中有机污染物对农田土壤物理状态的影响,本研究以长期采用有机污染型水体灌溉的陕西交口灌区农田土壤为研究对象,以气候条件、土壤条件以及耕作制度基本一致,长期采用未污染的地下水灌溉的农田土壤为对照,分别用干筛和湿筛法测定了土壤团聚体和微团聚体组成等,分析了优势团聚体的变化情况。结果表明:长期采用有机污染水灌溉明显降低土壤中大于10 mm大团聚体和小于0.25 mm微团聚体的含量,显著增加了直径为1～5 mm范围内"(质量)优势团聚体"的含量;水稳性团聚体与土壤有机质含量呈显著正相关,而与机械组成的相关系数未达到显著水平;有机污染型水体灌溉可以显著改善微团聚体的特性,增大了土壤团聚度,降低其分散系数,从而改善了土壤结构状况。综合试验结果证明,灌溉水中的有机污染物质有助于显著地改善土壤结构状况和特性。     

Vermicompost and humic fertilizer improve coastal saline soil by regulating soil aggregates and the bacterial community

Soil salinity, poor soil structure and macronutrient deficiencies are three important limitations responsible for poor crop yields in coastal saline soils. Here we used humic fertilizer and vermicompost to ameliorate salt-induced stress by regulating the soil bacterial community and aggregates in different growth stages of winter wheat. Soil salinity, aggregates, nutrient availability, the soil bacterial community from next-generation high-throughput sequencing, and wheat yield were determined in this study. The results indicated that humic fertilizer and vermicompost could efficiently alleviate salt accumulation (by 16.8–41.1 and 13.3–42.7%, respectively) in topsoil by inhibiting resalinization and increase the proportion of soil macroaggregates (by 26.7–85.9 and 31.6–105.5%, respectively) in the wheat growth stages. Skermanella, Arthrobacter and Sphingomonas were the dominant genera in the study soil. Humic fertilizer and vermicompost could improve soil total N (by 4.7–15.6 and 2.4–25.2%, respectively), available P (by 15.9 and 7.3–64.4%, respectively), and exchangeable K (by 3.9–18.4 and 0.7–12.1%, respectively) by increasing the abundance of Arthrobacter and Pedobacter, consequently improving shoot biomass (by 41.1 and 52.8%, respectively) and grain yield (by 45.1 and 60.2%, respectively) of wheat. Therefore, vermicompost and humic fertilizer ameliorate salt-induced stress in coastal saline soil through the integrated improvement of soil physical, chemical and biological properties.     

土壤健康与农业绿色发展: 机遇与对策

  目的  为探明有机物料还田配合优化施氮对石灰性潮土土壤有机碳（SOC）及其活性组分、土壤团聚体的形成与稳定性的影响。  方法  依托长期定位试验,设置农民习惯施氮（CF_N）、优化施氮（OF_N）、秸秆还田 + 优化施氮（S_N）和生物炭 + 优化施氮（BC_N）四个处理开展土壤有机碳固定效果与机制的研究。  结果  四种施肥方式下,BC_N处理对土壤有机碳的提升效果最明显,达到18.68 g kg⁻¹,其次依次为S_N、CF_N和OF_N处理。与CF_N处理相比,有机物料还田配合优化施氮能够显著增加土壤微生物量碳（MBC）、可溶性有机碳（DOC）、颗粒态有机碳（POC）和易氧化有机碳（EOC）的含量,增幅分别为128.26%、96.62%、219.72%和45.42%;同时,> 0.25 mm团聚体的比例与土壤团聚体平均重量直径（MWD）显著提高,S_N与BC_N较CF_N处理> 0.25 mm团聚体的比例分别增加132.44%和91.45%,MWD值分别增加89.79%和66.87%。这主要得益于土壤交换性Ca^{2 +} 、Mg^{2 +} 、K ⁺ 和Na ⁺ ,以及铁铝氧化物含量的改善对大团聚体形成与稳定的驱动作用。OF_N处理较CF_N处理显著减少了氮肥投入量（261 vs. 480 kg N hm⁻² yr⁻¹）,但所测定的各指标均未表现出显著差异。  结论  尽管长期（12年）秸秆与秸秆生物炭等碳量还田配合优化施氮提高土壤有机碳含量、改善土壤团聚体结构的效果存在差异,但均显著优于单施氮肥处理。研究结果可为华北平原石灰性潮土农田碳氮协同调控策略促进土壤健康提供理论支撑。     

不同肥力水平土壤团聚体的稳定性及对氮肥盐溶液的响应

在室内利用筛分技术研究了关中地区相同质地类型3个不同肥力水平土团聚体的组成及其稳定性,并在4个不同浓度氯化铵溶液中进行湿筛,探讨了不同肥力土壤团聚体对盐溶液的反应特征及抗化学物质分散的能力,以便揭示长期施用无机氮肥对土壤团聚体的作用与影响。结果表明,干、 湿筛结果显示3个肥力水平土壤直径＞0.25 mm团聚体的含量均随肥力水平的升高显著增加,供试土团聚体的水稳性较差,湿筛后直径＜0.25 mm的微团聚体含量在85%以上,而富有农学价值的直径在15 mm的水稳性团聚体在高肥力土壤中含量仅为2.80%,中肥力土壤为1.47%,低肥力土壤为0.84%。3种肥力土壤团聚体组成受氯化铵溶液浓度的影响,在4种浓度的氯化铵溶液中湿筛后,直径25 mm的团聚体的含量随溶液浓度增大而减少,而0.252 mm团聚体含量明显增加。试验得到的主要结论为, 不同肥力水平土壤团聚体质量差异明显; 团聚体的化学稳定性受盐溶液浓度和肥力水平的共同作用,随氮肥溶液浓度增大,团聚体组成集中在0.252 mm的较小范围,盐分使得多级的团聚体组成向单一化方向变化; 高肥力土壤受氮肥溶液的影响相对较弱,中、 低肥力土壤对氮肥溶液的响应则较为强烈。     

高黎贡山土壤腐殖质特性与团聚体数量特征研究

采用野外调查与室内分析结合的方法,研究高黎贡山土壤腐殖质特性与团聚体数量特征,对进一步了解高黎贡山生态系统中土壤特征,降低土壤侵蚀,减少水土流失提供科学依据。结果表明:土壤腐殖质的组成具有明显地带性特征,有机质、腐殖酸含量、胡/富(HA/FA)随海拔高度的降低呈先上升后下降的趋势,A1层胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量分布规律为暗棕壤棕壤棕色针叶林土亚高山草甸土黄棕壤黄壤黄红壤。A2层腐殖酸、FA变化趋势为暗棕壤棕壤棕色针叶林土黄棕壤黄壤亚高山草甸土黄红壤。A1层HA、FA分子复杂程度、化学稳定性比A2层强。1～0.5mm和0.25mm粒径的团聚体含量占绝大多数,约占60%～70%。随着海拔高度的降低,粗粒减少,细粒增多。土壤团聚体服从对数正态分布,其几何平均直径与几何标准差、土壤可蚀性K值之间存在负相关关系,土壤可蚀性K值与几何标准差存在正相关关系,同时土壤也具有一定的分形特性。其中亚高山草甸土几何平均直径(Dg)、平均重量直径(MWD)值最大,几何标准差(δg)、可蚀性K值、分形维数(CFD)值最小,土壤结构稳定性和抗蚀能力相对较强。胡敏酸含量是影响土壤可蚀性的重要因素。     

几株产荚膜细菌在土壤水稳性团聚体形成中的作用

试验研究几株产荚膜细菌在土壤水稳定性团聚体形成中的作用结果表明,菌株次生代谢产物即发酵物在土壤水稳定性团聚体形成中起作用,而菌体本身不起作用。细菌能够显著促进>0.25mm土壤水稳定性团聚体的形成,其效果随加入C源物质而异,蔗糖效果优于小麦秸秆和玉米秸秆,风化煤几乎不起作用。加入不同C源物质时,菌株之间表现出明显差异。     

不同土壤管理措施下塿土团聚体的大小分布及其稳定性

土壤团聚体是土壤的重要组成部分,其大小分布影响土壤的功能。本文利用22年土长期定位试验,研究不同土壤管理措施和不同施肥对土壤机械稳定性和水稳性团聚体的分布及其稳定性的影响。土壤管理措施包括裸地休闲、 撂荒和小麦/玉米轮作体系,其中小麦/玉米轮作体系中有9种施肥处理,分别为不施肥（CK）,化肥氮（N）、 磷（P）和钾（K）不同配施5个处理（N、 NP、 NK、 PK、 NPK）,秸秆还田与化肥配合（SNPK）,有机肥与化肥配施2个处理（M1NPK、 M2NPK）。结果表明,不同管理措施显著影响表层（010 cm）和亚表层（1020 cm）土壤的机械稳定性和水稳性团聚体的分布。与作物体系比较,长期休闲可显著增加机械稳定性微团聚体（0.25 mm）的含量,对水稳性团聚体的含量和分布没有显著影响。而长期撂荒显著增加了大于2 mm 的团聚体含量及团聚体的稳定性。长期不同施肥显著影响 030 cm 土层的机械稳定性和水稳性团聚体的分布,总趋势为施肥比不施肥处理降低了1 mm的团聚体含量,增加了0.25~1 mm的团聚体含量,但对土壤团聚体的稳定性没有显著影响。因此,土撂荒22年后显著增加了土壤团聚体的稳定性,而种植作物和不同施肥处理对土壤团聚体的稳定性影响甚微。     

植茶年限对土壤团聚体中交换性盐基离子分布的影响

采用野外调查和室内分析相结合的方法,就植茶年限对土壤团聚体中交换性盐基离子分布的影响进行了研究。结果表明：（1）土壤团聚体交换性K 含量随粒径的减小先升高后降低;交换性Mg2 含量在各粒径中分布较均匀;而交换性Na 、Ca2 含量和交换性盐基总量（TEB）随粒径的减小而升高。各粒径团聚体交换性盐基离子平均含量表现为Ca2 > Mg2 > K > Na ;（2）随着植茶年限的增加,各粒径团聚体交换性K 、Na 含量逐渐降低;交换性Ca2 、Mg2 含量和TEB先升高后降低,且均在植茶23 a和31 a含量较高。其中,0～20 cm土层比20～40 cm土层的变化幅度更明显;（3）土壤团聚体（K Na ）/（Ca2 Mg2 ）含量比值随粒径的减小先升高后降低;而团聚体含量随粒径的减小则先降低再升高最后降低。随着植茶年限的增加,各粒径团聚体（K Na ）/（Ca2 Mg2 ）含量比值先降低后升高,植茶23 a和31 a含量比值较低,这与>5 mm团聚体含量的变化规律相反,0～20 cm土层表现更明显。不同粒径团聚体对交换性盐基离子的保持和供应能力存在明显差异,各粒径团聚体交换性K 、Na 含量逐年降低,交换性Ca2 、Mg2 含量在植茶23 a和31 a较高,其后有所降低。因此,在茶园管理中需平衡施用氮、钾肥,植茶23 a后应增施有机肥料,加强水土保持,防止土壤严重酸化以减少Ca2 、Mg2 淋失。     

菜地土壤有机碳分级以及总量变化的动态特征研究

Fertilisers significantly affect crop production and crop biomass inputs to soil organic carbon（SOC）. However, the long-term effects of fertilisers on C associated with aggregates are not yet fully understood. Based on soil aggregate and SOC fractionation analysis, this study investigated the long-term effects of organic manure and inorganic fertilisers on the accumulation and change in SOC and its fractions, including the C concentrations of free light fraction, intra-aggregate particulate organic matter（POM） and intra-aggregate mineral-associated organic matter（MOM）. Long-term manure applications improved SOC and increased the concentrations of some C fractions. Manure also accelerated the decomposition of coarse POM（cPOM） into fine POM（fPOM） and facilitated the transformation of fPOM encrustation into intra-microaggregate POM within macroaggregates. However, the application of inorganic fertilisers was detrimental to the formation of fPOM and to the subsequent encrustation of fPOM with clay particles, thus inhibiting the formation of stable microaggregates within macroaggregates. No significant differences were observed among the inorganic fertiliser treatments in terms of C concentrations of MOM, intra-microaggregate MOM within macroaggregate（imMMOM） and intra-microaggregate MOM（imMOM）. However, the long-term application of manure resulted in large increases in C concentrations of MOM（36.35%）, imMMOM（456.31%） and imMOM（19.33%） compared with control treatment.     

不同改良剂对黄绵土水稳性团聚体的改良效果及其机制

通过室内土柱培养,采用聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)、沃特保水剂、β-环糊精、腐殖酸等4种土壤结构改良剂对黄绵土水稳性团聚体进行改良。结果表明:4种改良剂均可促进>0.25 mm水稳性团聚体的形成,在浓度0.05%～0.40%范围内,其改良效果表现为PAM>β-环糊精>沃特保水剂>腐殖酸,且黄绵土团聚体分形维数显著降低,尤以PAM改良效果最明显;在低浓度条件下,4种改良剂均可有效地降低土壤密度;土壤粒径分布表明,PAM改良黄绵土水稳性团聚体的机制是使<1 mm粒径的团聚体团聚为更大的团聚体,尤其是团聚为>5 mm的团聚体,PAM在4种改良剂中对黄绵土改良效果最好。阐明不同改良剂对黄绵土水稳性团聚体的改良效果及机制,可为合理利用改良剂改良土壤结构提供理论依据。     

Water-drop stability of PVA-treated natural soil aggregates from different land uses

Soil erodibility is a function of land use as it affects the stability of soil aggregates. The use of soil conditioners like polyvinyl alcohol (PVA) may help in reducing the soil erodibility, but it is important to economize the use of PVA. A study was carried out to evaluate the interactive effects of land use and PVA concentration on the water-drop stability of natural soil aggregates collected from eroded, forest, agricultural and grass lands. The water-drop stability of these aggregates was monitored using single raindrop simulator. The water-drop stability was lowest in eroded soils, followed by soils from agriculture, forest and grass lands. The smaller aggregates were more stable than the bigger ones. The water-drop stability of aggregates of different sizes and from different lands increased with the application of polyvinyl alcohol (PVA). The mean water-drop stability increased with the application of PVA at the rate of 0.05% by 40% in 2–5 and 5–10 mm aggregates. Increasing the PVA concentration to 0.1 and 0.2% increased water-drop stability value by 71–73% and 87–88%, respectively. The PVA application at the rate of 0.1% could increase the water-drop stability of soils under eroded land equivalent to that of the untreated grassland soils.     

高聚物土壤改良剂的研究进展

本文综述了高聚物土壤改良剂的分类及其改良土壤的作用机理 ,以及在提高土壤肥力 ,减少水土流失 ,改良干旱土壤 ,盐碱地和污染土壤的再生等方面的应用     

Application of ultrasound to disperse soil aggregates of high mechanical stability

Questions remain about the exact ultrasonic energy level that is required to effectively disperse soil aggregates and to what extent this is accompanied by physical damage to individual soil particles. We found maximum aggregate dispersion at energy levels of 1500 J cm^–3 and no evidence for the disintegration of particles < 20 μm even at that energy level. Our findings suggest that sonication at energies much greater than those applied conventionally can disperse aggregates of high mechanical stability.     

土壤团聚体氧化亚氮排放潜势与微生物学机制

氧化亚氮（N2O）是主要温室气体之一,土壤是N2O的重要排放源,其排放主要受N2O产生和还原的功能微生物影响。土壤团聚体是由原生颗粒（砂、粉、黏粒）、胶结物质和孔隙组成的土壤基本结构单元。土壤不同粒径团聚体之间因基质和孔隙差异形成特殊独立的微生境被视为N2O的生物化学反应器。在不同的微生境中,N2O产生和还原的功能微生物分布不同,因而土壤不同粒径团聚体N2O排放可能存在差异。目前在不同生态系统土壤全土N2O排放特征的报道较多,而对于不同粒径土壤团聚体N2O排放相对贡献尚不清楚、功能微生物分布还未知、N2O产生和还原热区尚未明确。本文综述了近年来国内外关于土壤团聚体对N2O产生和排放机制的研究,总结了土壤团聚体性状特征对N2O产生和还原的影响,阐述了不同粒径土壤团聚体对N2O排放影响的微生物学机制,进一步明确了今后需加强土壤团聚体N2O产生和还原的热区、环境因子阈值范围的确定、系列功能基因（酶）整体性的研究,以期为N2O模拟排放模型优化提供参考,为土壤N2O减排提供理论依据。     

氮素补充对高寒草甸土壤团聚体有机碳、全氮分布的影响

土壤结构的稳定性对高寒草甸生态系统有重要意义。为研究不同水平氮素补充对高寒草甸草地土壤团聚体、有机碳和全氮含量及分布格局的影响,于2012-2014年在青藏高原东部夏河县进行3 a的试验研究。试验为随机区组设计,包括0(对照)、50(低氮)、100(中氮)和200(高氮)kg/hm2 4个氮素补充水平。研究结果表明:低、中、高水平氮素补充处理显著提高了0~30 cm土层≥0.25 mm大团聚体质量分数(P0.05),比对照分别提高了4.74%、6.42%和1.96%;较之对照,低、中水平氮素补充处理显著增加了≥5 mm、≥2~5 mm粒级团聚体含量;低、中水平氮素补充处理显著提升了0~30 cm土壤团聚体平均质量直径,分别比对照提升了9.79%和12.63%。不同水平氮素补充处理有机碳、全氮含量大小排序分别为:中氮≈低氮对照高氮、中氮低氮≈高氮对照。不同粒级团聚体中0.25 mm微团聚体有机碳含量最高而全氮含量最低、≥0.25~2 mm粒级有机碳含量最低而全氮含量最高;低、中水平氮素补充提高了不同粒级团聚体0~30 cm土层有机碳含量而高水平氮素补充处理显著降低了有机碳含量;低、中、高水平氮素补充增加了不同粒级团聚体全氮含量,其中中水平氮素补充处理最高,低水平氮补充次之。不同粒级团聚体含量是影响团聚体养分贡献率的主要原因,≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体有机碳含量呈显著正相关关系,≥5 mm和≥2~5 mm粒级团聚体含量与相应粒级团聚体全氮含量分别呈极显著正相关、显著正相关关系。研究表明连续每年补充50~100 kg/hm2氮可以改善高寒草甸土壤结构并提高土壤肥力状况。     

东北黑土团聚体水稳定性研究进展

阐述了东北黑土团聚体水稳定性与有机质养分状况以及经营利用方式的关系研究进展,并指出今后研究的发展趋向。