黄土丘陵区退耕草地土壤分离能力季节变化研究

采用变坡试验水槽的方法,研究了黄土高原丘陵区退耕3年草地(赖草)和退耕17年草地(紫花苜蓿)在生长季土壤分离过程的季节变化及其影响因素。结果表明:赖草和紫花苜蓿地的土壤分离能力在整个生长季均呈现显著下降的季节变化趋势(p0.05)。赖草地的平均土壤分离能力最大(0.076±0.036 kg m-2 s-1),其次是紫花苜蓿地(0.057±0.055 kg m-2 s-1);两种草地土壤分离能力的季节变化主要受到土壤硬化、水稳性团聚体和草地根系生长的影响,随土壤粘结力、容重、水稳性团聚体和草地根系密度的增加,两种退耕草地的土壤分离能力均呈指数形式下降;两种草地土壤分离能力的季节变化可以用水流剪切力、土壤容重和草地根系密度很好的模拟。为黄土高原地区退耕还林(草)水土保持措施提供科学依据。     

黄土丘陵区须根系作物地土壤分离季节变化研究

采用变坡试验水槽的试验方法,研究了黄土丘陵区典型须根系作物玉米和谷子在生长季土壤分离能力的季节变化及潜在影响因素。结果表明:在作物生长季,须根系作物玉米地和谷子地的土壤分离能力具有明显的季节变化(P0.05),并表现出了相似的季节变化模式;两种作物地土壤分离能力的季节变化主要受到农事活动、土壤硬化、水稳性团聚体和作物根系生长的影响;两种作物地的土壤分离能力可以用土壤粘结力、作物根系密度和水流剪切力很好地拟合(R~20.75,NSE0.74)。     

草地土壤分离能力季节变化特征及其影响因素

土壤分离能力是土壤侵蚀机理模型的重要参数.受土壤性质、植被根系等因素影响,土壤分离能力呈现显著的季节变化.为研究草地土壤分离能力季节变化特征及其影响机制,以建植一年的柳枝稷、无芒雀麦草地及对照裸地为研究对象,以20 d为周期,测定土壤密度、黏结力和根系密度,并采集原状土样进行水槽实验(τ=6.5-23.4Pa),测量土壤分离能力,并运用相关分析、回归分析等方法,研究土壤性质及植被根系对土壤分离能力季节变化的影响.结果显示:柳枝稷和无芒雀麦草地具有类似的季节变化特征,而裸地与二者差异明显.4月中旬至6月下旬,草地土壤分离能力较大,此后土壤分离能力迅速下降;7月中旬直至10月上旬,草地土壤分离能力较低;10月下旬,土壤分离能力小幅回升;裸地土壤分离能力7、8月份较低,其余时间较高.裸地土壤分离能力试验期均值为柳枝稷草地的10.6倍,无芒雀麦草地的23.7倍.草地土壤分离能力的季节变化受根系密度和土壤黏结力的影响,随着根系密度与土壤黏结力增大,土壤分离能力呈指数形式降低,而土壤密度对土壤分离能力季节变化的影响并不显著.试验区内草地土壤分离能力可用水流剪切力、根系密度、根径和土壤黏结力等参数进行模拟(R2=0.636).研究结果可为土壤侵蚀机理模型的推广应用,以及小流域水土保持措施配置等工作提供科学依据.     

黄土丘陵沟壑区不同退耕草地土壤水分研究

为了研究黄土丘陵沟壑区不同退耕方式、不同深度土壤水分含量的变化规律。以陕西省安塞县纸坊沟流域水平阶草地和自然草地两种退耕草地为研究对象,通过野外定位连续观测资料,研究了两种草地0—500 cm土层内的土壤含水量变化。结果表明:降水对土壤水分的影响比较明显,且水平阶退耕草地土壤含水量(13.38%)自然退耕草地(13.21%);水平阶退耕草地和自然退耕草地浅层土壤含水量的年内变化趋势基本相同;200 cm深度以下水平阶退耕草地普遍高于自然退耕草地;在不同生长周期土壤水分在不同深度具有明显差异,以生长期为例,0—100 cm深度平均土壤含水量自然退耕草地(12.46%)水平阶退耕草地(11.58%),100 cm深度处自然退耕草地(14.02%)水平阶退耕草地(14.44%);次降雨对不同深度土壤含水量的影响不同,对表层土壤含水量影响最大。研究结果表明:在退耕还草基础上应该适当采取一些水土保持措施来提高退耕地植被恢复的效果。     

两种果草模式根系提高土壤抗蚀性的研究

以研究植物根系密度、根量及根层土壤剖面特征为基础,以退耕自然生草地和农耕地(横坡玉米 红薯)为对照,对两种果草模式根系提高土壤抗蚀性进行了定量研究。结果表明:土壤的抗蚀性与土体中根系含量密切相关,两种果草模式的根系总长度、根系表面积和根系总生物量都要明显高于自然生草地,而且这些根系指标与土壤抗蚀性呈正相关变化,这与水稳性团聚体和有机质含量与土壤抗蚀性呈正相关变化的趋势一致;果草模式土壤抗分散的能力得到了相当程度的改善,颗粒间团聚程度有了明显提高,土壤团粒结构得到了一定程度的改良;在南沱镇紫色土坡地发展的果草示范模式,其根系明显地提高了土壤的抗蚀性,可以在三峡库区范围内推广。     

喀纳斯自然保护区林地和草地土壤呼吸速率差异及影响因素

为了研究新疆喀纳斯国家自然保护区森林生态和草地生态系统与大气的相互作用,分析土壤呼吸速率的时空变异特征及与影响因子的关系,2012年及2013年5月上旬至9月上旬利用土壤碳通量测量系统LI-8150对林地和草地两种植被类型土壤的呼吸速率日动态进行了全天连续自动监测,研究了两类土壤呼吸速率在生长季各月日的变化规律。结果表明:林地和草地生态系统土壤呼吸速率在植被生长季内均呈现较明显的单峰曲线型日变化,其月最大值均出现在7月,林地土壤呼吸速率的最大值(2.43μmol/(m~2·s))显著高于草地土壤呼吸速率最大值(1.55μmol/(m~2·s)),且各月林地生态系统的土壤呼吸速率均明显高于草地,波峰出现在北京时间17:00—18:00,波谷出现在北京时间9:00—10:00,草地最小值出现在6月(0.35μmol/(m~2·s)),而林地最小值出现在5月,其呼吸速率仅0.71μmol/(m~2·s),且整个生长季白天大于晚上,全天以呼出CO_2为主。植被生长季内林地和草地土壤呼吸速率与土壤温度的变化趋势相似,具有显著的正相关性,但与土壤含水量的变化没有这样的趋势。     

氮沉降增加和人类干扰对半干旱草地土壤呼吸的影响

土壤呼吸是全球碳循环的主要流通途径,但半干旱草地土壤呼吸对全球变化和人类干扰的响应机制尚不清楚。该研究以科尔沁沙质草地为研究对象,研究氮沉降增加、人类干扰(火烧、刈割)及其交互作用对沙质草地整个植物生长季(2017年5-9月)土壤呼吸的影响。结果表明,土壤呼吸呈明显的季节动态变化,在7月最高。氮沉降增加使根呼吸显著提高42%,土壤呼吸显著增加17%(P0.001),但对微生物呼吸无显著影响。火烧使根呼吸显著提高25%(P0.01),但使微生物呼吸降低13%(P0.001),从而导致土壤呼吸未显著增加(P0.05)。刈割显著降低了土壤温度,诱导微生物呼吸和根呼吸分别降低13%(P0.001)和20%(P0.05),从而显著抑制土壤呼吸(P0.001)。氮沉降增强了火烧对土壤呼吸的促进作用,但未显著影响刈割对土壤呼吸的抑制作用。氮沉降、火烧和刈割对土壤呼吸的不同影响可对全球变化背景下沙质草地土壤碳循环的预测和天然草地的科学管理提供参考。     

喀斯特山区不同生态恢复模式土壤盐基离子的交换及分布特征

为了解喀斯特山区生态恢复模式对土壤盐基离子的交换及分布特征的影响,以喀斯特山区典型黄色石灰土为对象,研究了耕地、草地、林草间作地、退耕还草地生态恢复模式下土壤阳离子交换量(CEC)和盐基离子的分布规律。结果表明:该区土壤CEC为26.52～44.90 cmol/kg,且基本随土层深度的增加逐渐减小;各土壤层次阳离子交换量均表现为退耕还草地显著低于其他生态恢复模式(P0.05);在0—10,10—20 cm土层中林草间作地的CEC最高。交换性盐基离子的含量呈现出Ca~(2+)Mg~(2+)K~+Na~+的规律,且以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主(占TEB的比例平均为91.92%,6.04%),K~+、Na~+所占TEB比例较低(平均为1.03%,1.01%);盐基离子中交换性K~+、Na~+、Mg~(2+)含量具有表聚性,基本随土层深度的增加而逐渐下降;不同生态恢复模式下,退耕还草地各盐基离子含量显著低于林草间作地、耕地和草地(P0.05),但各盐基离子含量随土层深度不同存在较大差异。土壤交换性盐基总量(TEB)在剖面层次上的分布规律不明显,不同生态恢复模式土壤TEB大小顺序随着土层深度的加深有所不同,在0—10,10—20 cm土层和40—60 cm(母岩)层均表现为草地最高,退耕还草地最低。土壤盐基饱和度(BS)为42.58%～65.02%,且随土层深度的增加逐渐增大,各土壤层次BS均表现为草地耕地林草间作地退耕还草地;相关分析表明,CEC、盐基离子含量与有机质、全氮和碱解氮均呈极显著正相关。冗余分析表明,土壤理化因子仅能解释45.3%的阳离子交换作用变化,土壤阳离子交换作用变化除了受土壤基本理化因子的影响外,还受其他因素的影响。总体而言,退耕还草地在供肥保肥和缓冲能力上显著低于其他恢复模式,土壤供肥保肥和缓冲性能在恢复初期退耕还草阶段有所下降,但随着生态恢复的进程会逐渐得到改善。     

蚯蚓粪缓解草莓连作土壤障碍的作用

【目的】土壤灭菌处理已成为草莓生产中土传病害综合管理的重要措施,但是土壤灭菌明显抑制了土壤微生物的活性,影响草莓植株的生长。有机肥中含有大量的生物活性物质,尤其是蚯蚓粪。本研究通过观测连作土壤灭菌后施用不同有机肥对草莓植株地上部和地下部的影响,为减缓草莓植株生长的连作障碍提供有机肥选择。【方法】采用温室盆栽草莓模拟试验,首先在去除土壤化感效应影响基础上设置土壤灭菌和正常土壤栽培两个处理,探讨土壤灭菌对草莓植株不同阶段地上部叶片及地下部根系生长影响,在此基础上以相同连作土壤进行另一个盆栽试验,设置不灭菌土壤加无机肥料(LW)、 加牛粪(LN)、 加蚯蚓粪(LQ)处理,灭菌土壤加无机肥料(LMW)、 加牛粪(LMN)、 加蚯蚓粪(LMQ)共6个处理。调查了不同处理开花前苗期草莓植株地上部叶片及地下部根系的生长状况。【结果】土壤灭菌处理较相应未灭菌处理显著抑制了草莓花前幼苗阶段植株地下部的生长(P＜0.05),在果实成熟期、 盛果期及盛果末期植株生长均存在补长效应。土壤灭菌改变了草莓植株地上部和地下部正常的生长发育进程,植株不同发育阶段根冠比发生变化。无论连作土壤灭菌与否,施用无机肥料处理较施用有机肥处理显著抑制了根系生长(P＜0.05)。在不灭菌土壤上,施用蚯蚓粪处理草莓植株根系总长、 根系总表面积、 根尖数及根叉数与施用牛粪处理差异不显著,但灭菌土壤上,施加蚯蚓粪与施加牛粪相比,显著增加了草莓植株根系总长、 根系表面积及根叉数(P＜0.05)。【结论】蚯蚓粪与牛粪和无机肥料相比具有显著的生物活性。在草莓连作土壤灭菌后施用具有生物活性的蚯蚓粪,可以促进根系生长,缓解土壤灭菌对草莓植株生长发育的影响,是值得推荐的有效措施。     

黄土区退耕草地合理放牧可减少土壤CO2排放和土壤侵蚀

【目的】在退耕草地实施合理放牧,有助于减少土壤CO2排放、 减缓土壤侵蚀。为验证此假设,本研究选择黄土高原渭北旱原坡地,建立退耕草地放牧、 退耕草地不放牧和传统农业耕作三种处理的对比试验小区,定量研究了退耕草地合理放牧相对于退耕草地在减少土壤CO2排放和土壤侵蚀的作用及其影响因素,为探寻在我国西部退耕还草区实施畜牧业生产与环境保护的协调发展模式提供科学依据。【方法】在建立的退耕草地放牧、 退耕草地不放牧和传统农业耕作3种处理的试验小区,利用LI-8100 碳通量自动测量仪原位监测植物生长期(4~8月)和放牧前后土壤CO2排放速率的变化,同时利用时域反射仪(TDR)测定表层0—10 cm土壤含水量,用地温表测定土壤表层2 cm和5 cm的温度。利用环境放射性核素 7Be示踪技术监测较大降雨事件引起的土壤侵蚀速率,同时取样测定侵蚀区土壤有机碳含量,比较不同处理小区侵蚀导致的土壤有机碳流失量。【结果】观测期间,3种处理CO2平均排放速率大小顺序为退耕草地[3.69±0.39 μmol/(m2·s)]退耕草地放牧[3.00±0.44 μmol/(m2·s)]传统农耕地[1.99±0.22 μmol/(m2·s)],坡耕地退耕还草后土壤CO2排放增加了85%,而合理放牧使退耕草地土壤CO2排放量减少了19%。放牧后退耕草地土壤CO2排放速率平均减少了11%,减少值在2% ~ 41%之间。观测期内,退耕草地放牧后土壤侵蚀速率比农耕地和退耕草地分别减少了93% 和77%。坡耕地退耕还草后土壤CO2排放增加主要由于草被植物引起土壤有机碳储量增加和土壤侵蚀强度减小,放牧后退耕草地土壤CO2排放减少主要与动物踩踏引起土壤容重明显增加及草类植被地上部分向土壤中输入的有机碳的减少有关。水分、 温度影响因子无法解释3种处理间土壤CO2排放差异。【结论】合理放牧不仅能显著减少退耕草地土壤CO2排放,而且可以有效控制退耕草地土壤和有机碳侵蚀流失。放牧期间动物的踩踏作用引起草地土壤容重显著增加是退耕草地土壤CO2排放量和土壤侵蚀速率减少的主要原因。本研究结果揭示,在我国黄土高原和类似的退耕还草地区实施合理放牧既可以促进当地畜牧业生产,又能控制土壤侵蚀和减少CO2的排放,是一种值得探究的草地可持续发展管理模式。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

土壤质量的酶学指标研究

土壤质量日益衰退,寻找能够准确标示其变化的敏感指标非常重要。土壤酶几乎参与了土壤中全部的生物化学反应,与土壤中多种生态过程密切相关。土壤酶的敏感性、专一性和综合性等特点使其可以作为一个反映土壤质量的生物学指标。本文在概述了土壤酶作为土壤质量指标可行性的基础上,综述了土壤肥力质量、环境质量等的土壤酶活性和酶动力学指标的研究,并对今后相关研究提出了几点建议。     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

非表层剖面层次土壤生产力评价研究

研究了盆栽条件下4个非表层土壤剖面层次(AB,Ab,Bk,Bg)土壤在3种肥料处理下对“京绿2号”小白菜根系发育和养分水分吸收的影响,并评价了其生长障碍因子。结果表明,各处理出苗无明显差异;施加尿素和磷二铵有利于干物质积累量增加,且磷二铵的效应更显著;施磷二铵处理的根冠比明显低于不施肥处理和施尿素处理;施加尿素和磷二铵后作物含N量增加;施加磷二铵后各土壤剖面层次土壤中的植株P浓度明显提高。综合分析表明,正常情况下只要补充N肥和P肥,作物耕层以下的各土壤剖面层次对作物生长并无明显的阻碍作用,且通过适当的耕作和灌溉,可使非耕层土壤生产力状况得到改善。     

磺胺类兽药对土壤生化功能及氮素的影响

研究了磺胺类药物对土壤呼吸作用、硝化作用、氨化作用、铵态氮、硝态氮、亚硝态氮及全氮的影响。结果表明,相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响呈现"激活-抑制"循环的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤呼吸作用的影响则呈现"抑制-激活-抑制"的规律,因此,磺胺类药物残留会抑制土壤呼吸作用。相对较低浓度药物残留(10 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用呈现"激活-恢复"的规律,而相对较高浓度药物残留(50 mg/kg土)对土壤硝化作用、氨化作用则一直呈现"激活"的状态,因此,磺胺类药物残留会刺激土壤的硝化作用与氨化作用。土壤氮素是生物圈内氮循环的重要指标,磺胺类药物残留对土壤氮素有一定的抑制作用,若长期保持着较高残留水平,则会破坏土壤的氮循环。     

Soil structure and the effect of management practices

To evaluate the impact of management practices on the soil environment, it is necessary to quantify the modifications to the soil structure. Soil structure conditions were evaluated by characterizing porosity using a combination of mercury intrusion porosimetry, image analysis and micromorphological observations. Saturated hydraulic conductivity and aggregate stability were also analysed.

In soils tilled by alternative tillage systems, like ripper subsoiling, the macroporosity was generally higher and homogeneously distributed through the profile while the conventional tillage systems, like the mouldboard ploughing, showed a significant reduction of porosity both in the surface layer (0–100 mm) and at the lower cultivation depth (400–500 mm). The higher macroporosity in soils under alternative tillage systems was due to a larger number of elongated transmission pores. Also, the microporosity within the aggregates, measured by mercury intrusion porosimetry, increased in the soil tilled by ripper subsoiling and disc harrow (minimum tillage). The resulting soil structure was more open and more homogeneous, thus allowing better water movement, as confirmed by the higher hydraulic conductivity in the soil tilled by ripper subsoiling. Aggregates were less stable in ploughed soils and this resulted in a more pronounced tendency to form surface crust compared with soils under minimum tillage and ripper subsoiling.

The application of compost and manure improved the soil porosity and the soil aggregation. A better aggregation indicated that the addition of organic materials plays an important role in preventing soil crust formation.

These results confirm that it is possible to adopt alternative tillage systems to prevent soil physical degradation and that the application of organic materials is essential to improve the soil structure quality.