不同土地利用与施肥管理下黑土团聚体颗粒有机碳分配变化

土地利用和土壤管理方式的变化强烈影响土壤结构及土壤有机碳的稳定机制。基于长期定位试验,通过分析土壤团聚体粒级及碳分布,以揭示和探讨不同土地利用和施肥管理下东北黑土团聚体颗粒有机碳分配特征及其稳定性机制。通过分析>0.25mm团聚体的变化,草地植被恢复和农田有机培肥团聚体稳定性显著提高。所有处理团聚体碳的分布趋势均表现为:>0.25mm团聚体>微团聚体>粉粘粒。草地粗颗粒有机碳总量和细颗粒有机碳总量均显著高于裸地和无肥处理(p<0.05),表明自然植被恢复可有效提高物理保护颗粒有机碳含量。农田有机培肥明显增加粗颗粒有机质(p<0.05),但并没有提高细颗粒有机质的量。物理保护颗粒有机碳占土壤总碳的比例为10.1%～18.6%,平均约15%。平均重量直径与粗、细颗粒有机碳的相关性达极显著水平(p<0.001),特别是与>2mm团聚体内各颗粒有机质组分碳的相关性更强(r≥0.9,p<0.001)。长期植被恢复和增施有机肥不仅可提高土壤碳库储量,并增强了土壤结构稳定性及土壤组分有机碳的物理性保护。     

土地利用方式对红壤团聚体稳定性的影响

以湖南、湖北和江西3省第四纪红土母质发育的土壤为材料,应用干、湿筛法比较不同利用方式下土壤的团聚体粒级分布、平均重量直径(MWD)以及团聚体破坏率(PAD)的差异,分析在不同利用方式下土壤团聚体的分布特征以及稳定性与土壤有机碳的联系。结果表明:不同利用方式下干筛团聚体均以>5mm粒级为主,其次为<0.25mm粒级,而湿筛团聚体则以<0.25mm粒级为主。各不同利用方式土壤团聚体干、湿筛MWD值变化趋势大体一致,并且与有机质含量均呈显著正相关关系。各不同利用方式下PAD有显著差异,表现为旱地>果园>水田>茶园>林地,并且PAD与土壤有机质含量和湿筛获得的MWD值呈极显著负相关。不同有机质含量可显著影响不同利用方式下水稳性团聚体粒级分布。>5mm,1～0.5mm,0.5～0.25mm,>0.25mm粒级水稳性团聚体的含量比例均与有机质含量之间有极显著的相关关系,而5～2mm和2～1mm粒级水稳性团聚体则与有机质含量相关性并不显著。不同土地利用方式对土壤有机质含量有极大的影响,有机质含量高低表现为水田>林地>茶园>旱地>果园。     

黄河三角洲滩涂——湿地——旱地土壤团聚体有机质组分变化规律

土壤团聚体有机质是具有生物、化学活性的土壤有机质组分,在土壤碳库周转过程中起重要作用。以黄河三角洲滨海土壤为研究对象,分析土壤团聚体有机质组分含量及稳定性碳同位素,探讨研究区由潮滩到内陆依次分布的无植被荒地、盐生植被湿地和旱地土壤团聚体有机质分配特征、碳库稳定性及来源。结果表明:在无植被荒地—湿地—旱地过渡区,土壤有机质含量呈先增加后降低的趋势,且与大团聚体含量呈显著正相关关系。土壤团聚体有机质可以分为大(微)团聚体表面游离颗粒态有机质(f POM)、大(微)团聚体内部结合的颗粒态有机质(iPOM)和矿物结合态有机质(m SOM)。无植被荒地fPOM、iPOM(250～2 000μm)和mSOM的有机碳含量较低;随着盐生植被的生长,湿地土壤中此3种颗粒态有机质的有机碳含量明显增加,最高分别达到410.0 g·kg~(-1)、98.8g·kg~(-1)和18.8 g·kg~(-1);湿地过渡为旱地后,3种颗粒态有机质的含量逐渐趋于稳定。无植被荒地土壤颗粒态有机质(包含fPOM和iPOM)中有机碳的分配比均低于20%,盐生植被湿地中该组分分配比在41.8%～75.2%,而农业开垦后相同组分分配比均低于54%。不同土壤有机质组分的δ13C值呈fPOMiPOMmSOM,且具有盐生植被湿地旱地无植被荒地的趋势。综上,黄河三角洲无植被荒地土壤有机质总量较低,主要是以矿物结合态有机质为主的稳定碳库,且受海源有机碳影响较大;湿地植被的生长增加了有机质总量,但同时增加了活性碳库的相对比例,对环境条件的改变更为敏感;玉米和小麦耕作降低活性碳库的相对比例,增加了土壤库的稳定性。     

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.     

不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性及其导水率的影响

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体稳定性及其导水率,揭示人为活动对土壤结构和水力特性的作用与影响,以库区内3种不同土地利用方式(旱地、水田、林地)土壤为研究对象,经干筛测定团聚体的组成状况,探究了不同土地利用方式下土壤团聚体、土壤有机碳和土壤饱和导水率的相互关系。结果表明:不同土地利用方式下土壤团聚体机械稳定性表现为旱地最高,林地次之,水田最低;有机碳含量则表现为林地水田旱地。不同土地利用方式下各粒径团聚体中的有机碳含量分布也各不相同,旱地土壤有机碳在粒径0.25 mm的团聚体中含量最高,水田土壤有机碳分布较为均匀,林地土壤有机碳主要集中在粒径1 mm的团聚体中。饱和导水率表现为林地旱地水田。相关性分析表明饱和导水率与有机碳含量呈显著正相关关系,但与团聚体机械稳定性没有明显关系。同时土壤MWD值和GMD值与有机碳含量都呈现出显著的负相关关系,表明土壤有机碳在土壤团聚体机械稳定性和土壤导水率方面都起着重要的作用。     

土地利用方式对土壤水稳性团聚体有机碳的影响

对福建省建瓯市山地红壤的农业用地(坡耕地、茶园、桔园)、林地(杉木、木荷、封育)不同土层(0-10,10-20 cm)土壤团聚体有机碳含量与贮量进行研究.结果表明:林地开垦作为农地后,>2 mm土壤大团聚体的数量明显下降,<0.25 mm团聚体含量显著上升.不同土地利用方式的土壤大团聚体呈现粒径越大,团聚体有机碳含量越高的趋势,林地不同粒径团聚体有机碳含量都显著高于农业用地.林地随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量增加;而农地正好相反,随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量反而下降.土壤总有机碳增加主要受到大团聚体有机碳增加的影响,其中>2 mm和0.5～2 mm粒径土壤团聚体对土壤总有机碳贡献最为突出.因此亚热带山地红壤内林地开垦为农业用地会导致富含碳的土壤大团聚体有机碳含量大幅度下降,团聚体的稳定性也随之下降.     

名山河流域不同土壤类型和土地利用方式下有机碳的分布特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了不同土地利用方式下土壤有机碳和团聚体中有机碳含量的分布特征。结果表明:(1)名山河流域3种类型的土壤有机碳含量在17.50~34.70g/kg之间,含量高低表现为水稻土黄壤紫色土,水稻土含量分别是黄壤和紫色土的1.32,1.39倍;从不同的土地利用方式看,水田土壤有机碳及活性有机碳含量显著高于旱地、茶园和果园,土壤活性有机碳与土壤有机碳呈极显著正相关(R2=0.884 6);(2)土壤有机碳含量在土壤剖面中表现出随着土层深度的增加而降低的趋势,表层土壤(0—20cm)有机碳含量由高到低依次为水稻土黄壤紫色土,下层土壤(20—40cm)有机碳含量为水稻土紫色土黄壤,土壤活性有机碳含量的分布具有相似规律;(3)在不同土地利用方式下,表层土壤(0—20cm)有机碳含量大小关系表现为水田旱地果园茶园,下层土壤(20—40cm)有机碳含量表现为水田果园茶园旱地,水田表层、下层土壤活性有机碳含量均极显著地高于旱地、果园、茶园,再次证明活性有机碳是表征有机碳特性的重要指标;(4)3种类型土壤的团聚体在不同的利用方式下的有机碳含量表现出随着土壤剖面加深而降低的趋势,土壤团聚体的单位有机碳含量随着粒径的减小呈现波浪形的变化趋势,各粒径团聚体中的有机碳含量与土壤有机碳含量呈正相关关系。综上可知,土壤类型的差异和土地利用方式的不同会对土壤有机碳及各粒径团聚体中有机碳的含量及分布特征产生一定的影响。     

改良剂对复垦土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

为探究改良剂对复垦土壤团聚体组成及有机碳含量的影响,采用田间微区的方法按表层0—20 cm土壤重量占比1%,3%,5%的比例添加泥炭、腐殖酸和蛭石,研究3种改良剂对复垦土壤团聚体组成、总有机碳、各粒级团聚体有机碳含量、土壤红外光谱特征的影响。结果表明:施用3种改良剂后各处理土壤机械稳定性团聚体均以>5 mm的最多,施用泥炭和腐殖酸后>5 mm团聚体含量随着改良剂施用比例的升高而增大,且MWD(平均质量直径)值均高于CK。其中,5%腐殖酸对调控>5 mm团聚体含量效果最佳,在6个月时>5 mm机械稳定性团聚体占比达到60.03%。而施用蛭石后>5 mm机械稳定性团聚体的占比与CK相比有所下降。施用3种改良剂后土壤水稳性团聚体以<0.053 mm团聚体含量最高,但其含量均随改良剂施用比例的升高而降低。泥炭和腐殖酸能够提高复垦土壤总有机碳的含量,增强抗侵蚀能力和团聚体的稳定性,而施用蛭石后有机碳含量减少。泥碳、腐殖酸和蛭石各处理下各粒级机械稳定性团聚体有机碳含量均以>5 mm最高,0.053~0.25 mm次之,<0.053 mm最少,有机碳含量贡献率也以>5 mm团聚体的最大,泥炭和腐殖酸处理下>5 mm团聚体有机碳含量贡献率均高于50%,<0.053 mm团聚体有机碳贡献率仅有0.63%~2.82%。从土壤的红外光谱特征峰可以看出,施用腐殖酸能够增加土壤中的多糖类物质,而多糖类物质有大量的—OH,能与黏粒矿物晶面上的氧原子形成氢键而把土粒团聚起来。     

茶园土壤团聚体分布特征及其对有机碳含量影响的研究

通过野外调查与室内分析相结合的方法,对茶园土壤团聚体的分布及其有机碳的含量及分布进行了研究.结果表明:茶园0-20 cm,20-40 cm土层土壤团聚体的分布均以>2.00mm和2～5 mm团聚体为主,分别占总团聚体的比例为56.57%和69.53%.茶园土壤团聚体平均重量直径平均值为1.02 mm,并且随着土壤层次的增加有增加的趋势.茶园0-20 cm土层0.25～0.5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量最高,20-40 cm土层<0.25 mm粒径土壤团聚体有机碳含量最高,而2～5 mm粒径土壤团聚体有机碳含量在0-20 cm和20-40 cm土层均最低.茶园0-20 cm土层.各粒径团聚体中的有机碳分配比例均高于20-40 cm土层土壤.     

常规与有机农田土壤团聚体组成及碳氮储量研究

长期施用化肥或连作农田管理模式导致土壤质量退化及碳氮损失加剧。以常规农作大豆和转换后的有机农作大豆田土壤为研究对象,利用土壤物理分组技术,分析了土壤团聚体组成及碳氮储量变化。结果表明,常规农作大豆田转换为有机农作大豆田后,<0.053mm粉粒加黏粒比重显著降低,0.053~0.25mm较小团聚体显著增加,土壤稳定性增大,土壤及团聚体中有机碳和全氮含量都显著增加。有机农作大豆田土壤包被于较小的大团聚体(0.25~2mm)中的<0.053mm细颗粒有机质百分比显著降低,0.053~2mm粗颗粒有机质显著增加。有机农作大豆田土壤及团聚体中碳氮储量都显著高于常规农作大豆田,土壤碳汇和氮汇效应增大。有机农作大豆田土壤稳定性增加,团聚体中碳氮含量显著增加,土壤碳汇效应增强,有机农作方式可能比常规农作方式更有利于土壤碳氮资源持续利用。     

利用方式对红壤水稳定性团聚体形成的影响

本文研究了五种利用方式对红壤水性团聚体形成的影响。结果表明，＞稳定性团聚体含量：林地＞旱地＞荒地＞茶园＞果园。水稳定性团聚体数量以及团聚的水稳定性均与有机质的含量呈正相关。红壤开垦后，有机抽分解加快或补充减少是导致团聚体稳定性下降和水稳定稳定团聚体减少的主要原因。同理，恢复和改良红壤结构性及结构稳定性的关键是增加有机质的投入。     

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。     

广东省赤红壤区土壤团聚体有机碳和铁氧化物特征及稳定性

通过野外采样和室内分析相结合,以广东省赤红壤区花岗岩(G)、第四纪红土(Q)和砂页岩(S)母质发育的林地(FL)、水田(PF)和旱地(UL)土壤为研究对象,分析了土壤团聚体有机碳及其组分和不同形态铁氧化物含量,探究了其对土壤团聚体稳定性的影响及贡献。结果显示:(1)3种母质发育的3种利用方式土壤团聚体均以>0.25 mm为主,2~5 mm团聚体以花岗岩母质发育林地土壤最高(58.51%),0.25~2 mm团聚体以花岗岩(62.93%)和第四纪红土(59.21%)母质发育水田和旱地土壤最高;土壤团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)以砂页岩母质发育林地土壤最高;(2)3种母质发育林地土壤团聚体有机碳及其组分主要分布在2~5 mm粒径中,水田和旱地土壤团聚体有机碳及其组分主要分布在<0.053 mm粒径中;3种母质发育林地土壤团聚体铁氧化物含量主要分布在<0.053,0.25~2 mm粒径中,水田和旱地土壤团聚体铁氧化物含量主要分布在<0.053 mm粒径中。(3)相关分析和主成分分析表明,MWD、GMD与团聚体HAC、HAC/FAC、Fe fr和Fe co呈显著相关(P<0.05);不同母质和利用方式以砂页岩母质发育的林地土壤团聚体胶结能力最好。研究表明,不同母质和利用方式土壤团聚体HAC、HAC/FAC、Fe fr和Fe co含量分布差异显著,进而影响了土壤团聚体分布和稳定性,同时砂页岩母质发育的林地土壤团聚体结构较稳定。     

长期不同施肥对黄泥土水稳性团聚体颗粒态有机碳的影响

研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下太湖地区黄泥土耕层水稳性团聚体颗粒态有机碳含量的变化。结果表明,供试土壤水稳性团聚体组成以>2mm和2~0.25mm粒径为主,施肥下>2mm水稳性团聚体显著增加,并伴随2~0.25mm水稳性团聚体明显减少。颗粒态有机碳主要存在于>2mm水稳性大团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的减小而明显减少。>2mm水稳性大团聚体中的POC对施肥的响应较为敏感,以化肥与秸秆配施下该粒径水稳性团聚体中POC的积累效果最为明显。而化肥与猪粪配施则显著增加了2~0.25mm和0.25~0.053mm水稳性团聚体中的POC含量。土壤不同层次水稳性团聚体中POC的来源不同,在0~5 cm表层可能主要来源于作物根茬生物量,而在5~15 cm土层则可能跟施入的外源有机物有关。     

利用方式和土壤肥力对土壤团聚体和养分的影响

The size distribution of water-stable aggregates and the variability of organic C, N and P contents over aggregate size fractions were studied for orchard, upland, paddy, and grassland soils with high, medium, and low fertility levels. The results showed that > 5 mm aggregates in the cultivated upland and paddy soils were 44.0% and 32.0%, respectively, less than those in the un-tilled orchard soil. Organic C and soil N in different size aggregate fractions in orchard soil with high fertility were significantly higher than those of other land uses. However, the contents of soil P in different size aggregates were significantly greater in the paddy soil as compared to the other land uses. Soil organic C, N and P contents were higher in larger aggregates than those in smaller ones. The amount of water-stable aggregates was positively correlated to their contribution to soil organic C, N and P. For orchard and grassland soils, the > 5 mm aggregates made the greatest contribution to soil nutrients, while for upland soil, the 0.25-0.053 mm aggregates contributed the most to soil nutrients. Therefore, the land use with minimum disturbance was beneficial for the formation of a better soil structure. The dominant soil aggregates in different land use types determined the distribution of soil nutrients. Utilization efficiency of soil P could be improved by converting other land uses to the paddy soil.     

红壤微生物生物量C周转及其研究

采用14 C底物标记技术测定了三种不同质地 (红砂土菜地、黄筋泥桔园和茶籽园 )的红壤微生物生物量C的周转期。结果表明 ,在 2 5℃、5 0 %田间持水量培养条件下 ,三种红壤微生物生物量C的周转期分别为 80天、1 39天和 1 70天。周转期与粘粒含量关系较为密切 ,砂质土壤的周转期较粘粒土壤短 ,提示砂质土壤有机质易被微生物降解 ,有利于养分的迅速释放 ,而粘粒土壤则更有利于养分的持留。周转期与利用方式、pH以及有机质含量无明显相关。红壤微生物生物量C周转期总体上较报道的其他类型土壤微生物生物量C周转期短 ,表明热带—亚热带地区酸性红壤有机质和养分周转相对较快 ,这有可能是造成红壤养分贫瘠的一个原因。根据周转期估算 ,通过微生物年周转的C量 (即年流通量 )为微生物生物量C的 2倍以上     

名山河流域不同类型土壤腐殖质的组成特征

以名山河流域不同类型土壤为研究对象,研究了3种土壤类型(黄壤、紫色土、水稻土)和4种土地利用方式(水田、旱地、果园、茶园)下腐殖质的组成特征。结果表明:名山河流域3种类型土壤腐殖质含碳量为9.74~21.66g/kg,表层土壤(0—20cm)大于下层土壤(20—40cm),含量由高到低依次为水稻土紫色土黄壤,水稻土与紫色土、黄壤腐殖质碳含量差异显著,腐殖质各组分碳含量间呈极显著正相关(P0.01);从土地利用方式看,水田腐殖质含碳量显著高于果园、茶园和旱地,且腐殖质碳含量与HA含量呈极显著正相关(P0.01);土壤的腐殖化程度表现为黄壤紫色土水稻土。不同利用方式下重组碳含量表现为水田果园茶园旱地,茶园表层土壤腐殖质松紧比最大(1.37),为水田下层土壤的2.14倍;3种类型土壤团聚体中HA含量为0.02~4.57g/kg,且随着粒径的减小呈现先降低后增加的趋势,除2~5,0.25mm粒径团聚体外,5,1~2,0.5~1,0.25~0.5mm粒径团聚体均与其HA含量呈正相关(P0.05)。土壤腐殖质组成受土壤类型及人为耕作管理活动的影响,4种土地利用方式下水田土壤肥力最高,HA含量受5mm粒径团聚体影响最大。     

农业利用方式对土壤有机碳库大小及周转的影响研究

通过土壤样品的室内培养,运用三库一级动力学理论,以丘陵区红壤为对象,研究了水田、桔园、旱地、水旱轮作4种土地利用方式农田土壤有机碳库大小、各碳库平均周转时间及分解动态,探讨了土地利用变化对土壤有机碳的影响.结果表明,土壤有机碳分快速分解和缓慢分解两个阶段.快速分解阶段的分解速率与活性碳含量和活性碳占有机碳的百分含量相关性不明显;缓慢分解阶段的速率与缓性碳库含量呈正相关.4种土地利用类型表层和中层土壤总有机碳含量分别为4.97～12.40 g/kg,2.58～4.00 g/kg;缓性碳库表层含量的大小顺序为,水田(5.78 g/kg)>旱地(3.77 g/kg)>桔园(3.39 g/kg)>水旱轮作(2.83 g/kg)I惰性碳库表层含量的大小顺序与缓性碳相同,含量分别为6.42,5.43,2.45,2.03 g/kg,水田的缓、惰性碳库含量最高,水田更具有固碳潜力.