δ~(13)C标记林木残体碳在土壤团聚体中的分布

应用脉冲标记法标记富集13C的杉木幼苗残体;采集在桔园、杉木人工林、米槠次生林和细柄阿丁枫天然林等不同土地利用方式的土壤表层样品,通过室内短期培养实验(20℃,培养90d)研究残体在250μm、53~250μm和53μm等三个水稳性团聚体粒级组中的分配。结果表明:在添加13C标记杉木残体下,不同粒级团聚体的δ13C值均显著升高,但以桔园土壤幅度最大;不同土地利用的土壤中,δ13C丰度值在53μm团聚体中最小,53~250μm团聚体中最高。随着外源碳输入量的增加,进入土壤的新碳含量也随之升高;C/N较大的外源有机残体在短期内更有利于新碳的积累。外源新碳在土壤团聚体中的分配比例由小到大顺序依次为250μm、53~250μm、53μm,这表明短期培养有利于微团聚体新碳的积累。     

δ13C法研究砂姜黑土添加秸秆后团聚体有机碳变化规律

为研究水稻秸秆添加对砂姜黑土水稳性团聚体分布及稳定性的影响,探索水稻秸秆腐解过程中外源新碳及原有机碳在不同粒级团聚体中的分配规律,该文通过室内模拟试验,运用δ~(13)C示踪方法,将稳定同位素碳(δ~(13)C)标记的水稻秸秆添加入砂姜黑土,利用湿筛法得到不同培养时期不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定不同时期各粒级土壤外源新碳及原有机碳含量。结果表明:未添加水稻秸秆的砂姜黑土(对照组),水稳性微团聚体(250μm)占主体,团聚体有机碳含量低。与对照相比,添加水稻秸秆(试验组)显著促进了2000、2000~250μm粒级水稳性大团聚体的团聚(P0.05);培养到120 d时,2000、2000~250μm水稳性团聚体比对照组分别增加了265.5%、16.0%,促使水稳性大团聚体(250μm)占主体,显著提高了砂姜黑土水稳性团聚体的平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)、水稳性大团聚体含量(R0.25),降低了分形维数(D)值(P0.05),土壤结构稳定性明显得到改善。试验组各粒级团聚体有机碳含量显著增加,培养到15 d时,2000、2000~250、250~53、53μm粒级团聚体有机碳分别比对照组增加了21.4%、25.4%、34.7%、50.0%,其中微团聚体有机碳增加幅度大于大团聚体的增加幅度。MWD、GMD、R0.25与2000~250、250~53μm粒级团聚体有机碳呈极显著正相关关系(P0.01),与2000μm粒级团聚体有机碳呈显著正相关关系(P0.05)、与53μm粒级团聚体有机碳关系不显著。不同粒级团聚体的δ~(13)C值明显增加,动态变化较大,表明外源新碳周转速率较快。外源新碳主要分配在250~53、53μm粒级微团聚体中,分配比例分别为38%、28%,外源新碳的分解速率明显快于原有机碳。研究得出添加水稻秸秆有利于增加砂姜黑土的团聚体稳定性,提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,提升土壤碳水平,改善了土壤结构,这为淮北地区土壤质量提升及有机碳循环提供了理论依据。     

旱地转变为稻田对关键带红壤剖面土壤团聚体碳含量的影响

在红壤关键带江西鹰潭孙家小流域观测站选取花生旱地、新稻田(30 a)及老稻田( 200 a)3个典型剖面(0～120 cm),按照30 cm的土层间隔自下而上地采集剖面样品,采用湿筛法逐级提取了粒级为 250μm、250～53μm及53μm团聚体的样本,分析各粒级团聚体的全碳含量及其对土壤全碳贡献率的变化,探讨铁铝氧化物与团聚体碳含量的相关关系。结果表明:红壤关键带的花生旱地和新、老稻田剖面土壤中250～53μm团聚体所占比例高达41.9%～58.2%;花生旱地向新、老稻田转换的过程中,剖面土壤 250μm团聚体的比例呈现出"低-高-低"的变化趋势,250～53μm团聚体的比例呈现出"高-低-低"的变化趋势,而53μm团聚体的比例呈现出"低-低-高"的变化趋势;从旱地转为稻田,尤其是长期的水耕熟化作用会使各土层土壤及大小粒级团聚体的全碳含量显著增加,且无定形氧化铁的形成对红壤旱地和老稻田的全碳含量有重要影响;三个剖面的土壤全碳含量均随着剖面呈现出先快速降低,后趋于平稳的变化规律,但较深土层中53μm团聚体对老稻田新增加的全碳贡献最大。     

稻草及其制备的生物质炭对土壤团聚体有机碳的影响

向土壤中添加生物质炭已被认为是改善土壤质量,增加碳吸存的有效措施。通过模拟实验,利用同位素δ13C标记技术,研究稻草及其制备的生物质炭添加对土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：稻草和生物质炭对土壤团聚体中新形成碳和原有机碳的影响截然不同。培养112 d,来自稻草或生物质炭的新碳主要进入到中团聚体（50 ~ 250 μm）中,比例为70.3% ~ 75.3%。与对照土壤相比,稻草添加显著促进了大团聚体（250 ~ 2 000 μm）原有机碳的分解（p <0.05）,但对中团聚体和微团聚体（<50 μm）原有机碳的影响并不明显,而生物质炭添加（SB250和SB350）则对大团聚体和中团聚体原有机碳没有显著影响,但SB250处理（土壤中加入250℃热解制备的生物质炭）显著抑制了微团聚体原有机碳的分解（p <0.05）,而SB350处理（土壤中加入350℃热解制备的生物质炭）的则无影响。对于同一粒级团聚体,稻草与生物质炭处理的区别,主要体现在新碳分配上,而对原有机碳的影响并不显著。     

黄土丘陵区露天煤矿复垦土壤熟化过程中团聚体碳氮演变特征

矿区土地复垦中,由于机械碾压导致复垦土壤呈现高压实状态,复垦土壤的有机质则因机械扰动而矿化。探究复垦土壤团聚体与有机质恢复机理,可为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤质量演替规律提供依据。以平朔露天煤矿典型植被恢复模式--刺槐纯林不同复垦年限（0、3、12、14、17、25、28、32 a）土壤及周边未扰动土壤（CK）为研究对象,采集0～20 cm表层土壤样品,分析土壤水稳性团聚体（>2 000 μm、>250～2 000 μm、53～250 μm、<53 μm）及团聚体碳（C）、氮（N）以及13C和15N同位素特征。结果表明：1）土地复垦中机械碾压破坏了土壤水稳性团聚体结构与稳定性,但随着复垦时间增加,32 a样地>250～2 000 μm团聚体的比例较0 a提高737.02%,而53～250 μm团聚体比例则降低19.25%;团聚体稳定性随着复垦时间而增加,表现为32 a样地土壤团聚体平均重量直径（Mean Weight Diameter,MWD）较0 a提高133%。2）各粒径团聚体C、N及C/N均随着复垦时间增加而增加,>2 000和>250～2 000 μm团聚体C和N在土壤总C和N中占主导地位。>2 000和>250～2 000 μm团聚体C/N整体上高于53～250 μm团聚体。3）各样地土壤δ13C变化范围为?15.14‰～?26.40‰;δ15N的变化范围为1.13‰～10.87‰。>2 000、>250～2 000和<53 μm团聚体的δ13C值及>2 000 μm团聚体的δ15N值随复垦年限增加呈现降低趋势。与>2000 μm和>250～2 000 μm团聚体相比,53～250和<53 μm团聚体中13C显著富集（P<0.05）,这表明复垦土壤熟化过程中,土壤C从大粒径团聚体向小粒径周转。4）>2 000与>250～2 000 μm团聚体中,新C占土壤总C的比例为>80%,且各样地间差异不显著（P>0.05）,而在<53 μm团聚体中,新C的比例在复垦14～17 a间显著增加,此后则变化不显著。上述结果表明,土地复垦中机械碾压增加了小粒径团聚体的比例,降低了团聚体稳定性,而随着复垦时间增加,植被恢复促进了土壤团聚体结构、稳定性及C、N的恢复。     

不同有机厩肥输入量对土壤团聚体有机碳组分的影响

土壤是重要的有机碳库,其微小变化可能引起大气CO2浓度水平的较大变异。土壤团聚体对土壤有机碳具有物理保护作用。有机厩肥的输入既可以提高土壤有机碳含量,又可以促进土壤团聚体的形成,对土壤有机碳的截获和保持有重要意义。本实验采用湿筛的方法分离土壤团聚体,并对团聚体进行有机碳组分分离。通过对连续8年施加不同量有机厩肥试验的研究发现:适量的有机厩肥施用可以显著地提高土壤的平均质量直径(MWD),改善土壤结构;过量施用有机厩肥则明显降低了>2 000μm团聚体含量。潮棕壤有机碳主要分布在250～53μm和2 000～250μm团聚体中,两者相加约占有机碳全量的73.7%～78.5%。并且随着有机碳输入量的增加,土壤有机碳主要贮存在2 000～250μm团聚体中。有机厩肥的施加明显地加快了>2 000μm团聚体的更新速率。土壤轻组分有机碳含量也随有机厩肥输入量的增加而不断增加,高量有机厩肥下占全量的22.1%。土壤固定有机碳的能力有限,存在明显的等级饱和现象。因此,在有机质匮乏的土壤施用有机肥意义重大,应尽量减少向高有机质土壤输入有机碳。     

添加水稻秸秆对不同类型土壤团聚体分布和稳定性的影响

以不同类型土壤(红壤、潮土、砂姜黑土)为研究对象,通过室内模拟试验,研究水稻秸秆添加对3种类型土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响。培养温度为28℃,培养时间为120d。研究结果表明:未添加水稻秸秆的3种类型土壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2 000μm粒级水稳性团聚体含量最少。与对照相比,添加水稻秸秆后促使2 000μm粒级水稳性团聚体显著增加(p0.05),大团聚体(250μm)占主体。红壤、潮土、砂姜黑土试验组250μm水稳性团聚体比对照组增加的比例分别为35.6%,41.1%,22.0%,潮土的增加比例最为明显。3种类型土壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD),几何平均直径(GMD)显著增加(p0.05),分形维数(D)值、土壤不稳定团粒指数(ELT)显著减少,土壤结构和抗侵蚀能力明显得到改善,潮土的稳定性指标变化最为明显,团聚体结构改善效果最好。3种类型土壤0.25mm(R0.25)水稳性团聚体含量与GMD,MWD间呈极显著正相关关系(p0.001)。     

南方三种典型水稻土长期试验下有机碳积累机制研究Ⅰ.团聚体物理保护作用

选取我国南方三种典型水稻土的长期试验田,采集长期不同处理下的未破坏土壤样品,采用低能量超声波分散法分离得到不同粒径的团聚体颗粒组,研究不同处理下这些团聚体颗粒组中的有机碳(Soil organic carbon,SOC)含量及其分配变化,探讨土壤有机碳积累与团聚体物理保护的关系。结果表明:供试三种水稻土团聚体颗粒组的组成以200~20μm和20~2μm粒径为主,分别占22%~43%和27%~44%,微团聚化作用较强。SOC含量以2 000~200μm和<2μm粒组中最高;而易氧化态碳(Labile organic car-bon,LOC)主要富集于2 000~200μm粗团聚体颗粒组中,其占SOC的比例(LOC/SOC)也是以该粒径中明显最高。直径为2 000~200μm的粗团聚体颗粒组作为新增有机碳的主要载体,随不同耕作和施肥等长期处理的变化最为强烈,其中又以红壤性水稻土的SOC和LOC随不同施肥的变化最为强烈,说明其良好管理下的有机碳累积效应最为显著。统计分析表明,全土的有机碳积累量与2 000~200μm粗团聚体的有机碳积累量之间的关系可用抛物线拟合(R2=0.95,n=8)。由此看来,长期试验下新固定的有机碳积累及其粗团聚体保护可能存在某种饱和机理。计算表明,供试水稻土的粗团聚体保护在长期试验期内还未达到其饱和限,本研究结果支持了我国学者对于近20年来南方水稻土特别是红壤丘陵区水稻土有机碳固定速率较高的认识。同时,红壤性水稻土的粗团聚体保护作用最强,仍然具有明显的固碳潜力,这也提示土壤中氧化铁对水稻土中有机碳的固定和化学稳定可能有重要贡献,水稻土固碳的团聚体保护作用与团聚体中有机碳的化学结合机制有关。     

球囊霉素在土壤团聚体中的分布特征及影响因素的Meta分析

为充分认识球囊霉素在维持土壤有机碳平衡和土壤团聚体稳定性中的重要作用,建立改善土壤结构 和提升土壤质量的管理策略,通过收集整理近些年来已发表的19篇文献中的332组数据,定量分析球囊霉素在不同粒径土壤团聚体中的分布特征,系统解析其影响因素,并比较了不同土地利用方式下球囊霉素在土壤团聚体中的分配差异。结果表明：无论是总球囊霉素还是易提取球囊霉素,在大团聚体（>2 000 μm）和小团聚体（2 000~250 μm）中的质量百分比（分别约占30%）均显著高于微团聚体（250~53 μm）和黏粉粒级微团聚体（<53 μm）（分别约占15%）。易提取球囊霉素占总球囊霉素的比例在粉黏粒级微团聚体（<53 μm）中更低,约为20%,其他粒径均在30%以上。球囊霉素中碳占土壤有机碳的比例在各团聚体中无显著差异,不同粒径团聚体中易提取球囊霉素约占有机碳的2%左右,而总球囊霉素约占有机碳的8%左右。大于250 μm团聚体中球囊霉素随温度和降水的增加而增加,而随着pH的增加而降低。在小于250 μm团聚体中未发现显著相关性,但发现球囊霉素随土壤有机碳增加而增加,呈显著正相关。通过比较不同利用方式的土壤,本研究还发现林地土壤各粒径团聚体中的球囊霉素均不低于耕地和草地土壤,这说明林地土壤较其他类型土壤更有利于球囊霉素的积累。     

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。     

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.