不同植被覆盖对养分在土壤水稳性团聚体中分布特征的影响

研究了重庆缙云山不同植被覆盖下土壤结构的稳定性,以及土壤有机碳和养分在水稳性团聚体中的分布特征.结果表明:不同植被覆盖对土壤水稳性团聚体的分布和土壤结构稳定性有显著影响.竹林土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量以及土壤结构的稳定性显著低于马尾松林和草地土壤.植被覆盖对养分在土壤水稳性团聚体中的分布模式没有显著影响,在>2mm水稳性团聚体和<0.053 mm粒级的粉砂与粘粒组分中,有机碳、全氮、全磷以及交换性K~+、Na~+、Ca~(2+)、Mg~(2+)的浓度最高;地表植被覆盖的变化对有机碳、全氮、全磷和交换性盐基离子在各粒级水稳性团聚体中的含量产生显著影响,草地和竹林土壤有机碳和全氮显著高于马尾松林土壤,主要表现在0.25-0.053 mm粒级水稳性团聚体中有机碳和全氮含量,草地和竹林土壤显著高于马尾松林土壤;而草地土壤>2 mm水稳性团聚体和<0.053 mm粒级的粉砂与粘粒组分中的磷显著高于马尾松林和草地土壤.不同植被覆盖下土壤水稳性团聚体中交换性盐基离子均以Ca~(2+)、Mg~(2+)为主,占交换性盐基总量(Total exchangeable bases TEB)的91.8%～92.9%.草地土壤各个粒级的TEB都要大于其他两种植被覆盖下的土壤.     

长期施用不同有机物料对土壤团聚体特征的影响

农业有机物料是重要的资源,为研究施用不同有机物料对土壤水稳性团聚体分布、稳定性及有机碳的影响,采用对照(CK)、玉米秸秆(Str)、堆肥(C)、牛粪(PM)、沼渣(BgR)、生物炭(BC)6种处理,通过田间7年定位试验,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定土壤有机碳含量,计算了水稳性团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)值、分形维数(D)和土壤不稳定团粒指数(E_(LT))。结果表明:与对照相比,5种不同有机物料处理下0~15 cm土层水稳性大团聚体(0.25 mm)含量、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、土壤有机碳含量显著增加(P0.05),分形维数(D)、土壤不稳定团粒指数(E_(LT))显著减小(P0.05),土壤团聚体结构稳定性明显得到增强。土壤有机碳与水稳性大团聚体(0.25mm)含量间呈现出极显著正相关关系(P0.001)。生物炭和秸秆处理的团聚体稳定性变化最为明显,土壤结构改善效果最好,生物炭、沼渣处理最有利于促进土壤有机碳的累积。各处理15~30 cm土层,土壤团聚体及有机碳含量差异不显著(P0.05)。采取施用不同有机物料的方式对耕地进行保育,显著提高了耕作层水稳性大团聚体含量和有机碳含量,增强了团聚体结构稳定性,改善了土壤结构和肥力状况。     

子午岭林区植被自然恢复下土壤剖面团聚体特征研究

研究了子午岭林区七种植被类型土壤>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数随植被恢复的变化规律以及这3个指标随土壤有机碳含量增加的变化规律。结果表明:植被恢复对>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数的影响可以达到70 cm土层;除白羊草群落外,0-70 cm土层上>0.25 mm水稳性团聚体含量随植被恢复逐渐提高,团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数随植被恢复逐渐减小,土壤结构随植被恢复逐渐改善。>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数与土壤有机碳之间呈极显著对数相关关系(p=0.01,n=32),当有机碳含量低于18.1 mg/g时,>0.25 mm水稳性团聚体含量随有机碳含量提高而明显提高、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数则随有机碳含量提高而明显降低,即土壤结构稳定性明显提高;当有土壤机碳含量高于18.1 mg/g,>0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体破坏率和水稳性团聚体分形维数渐趋稳定,即在白羊草、虎榛子、山杨和辽东栎阶段的0-5 cm土层土壤结构达到稳定状态。     

滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异

[目的]研究滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异,为岩溶脆弱生境土壤培肥、质量提升、水土固持提供依据。[方法]通过野外调查和室内分析,研究了滇东岩溶山地云南松纯林、云南松人工混交林、云南松天然混交林、灌丛和原生林5种植被类型水稳性团聚体及团聚体有机碳分布特征,揭示不同类型云南松林团聚体稳定性差异。[结果]①云南松纯林、人工混交林和天然混交林的0.25 mm粒径质量分数(5.77%～9.39%)显著低于灌丛(20.92%)和原生林(27.47%)(p0.05),且人工混交林和天然混交林5 mm,2～5 mm粒径质量分数高于纯林。②湿筛处理的0.25 mm水稳性团聚体比例(R_(0.25))排序为:人工混交林天然混交林纯林灌丛原生林;平均重量直径(MWD)排序为:人工混交林天然混交林原生林灌丛纯林;几何平均直径(GMD)排序为:人工混交林天然混交林原生林纯林灌丛;分形维数(D)排序为:原生林灌丛纯林天然混交林人工混交林。③纯林、人工混交林、天然混交林的大粒级团聚体(0.25 mm)对土壤有机碳的贡献率高于小粒级团聚体(0.25 mm),且5,2～5,0. 25 mm粒径水稳性土壤团聚体有机碳含量均显著小于灌丛、原生林(p0.05)。[结论]云南松人工混交林的土壤团聚体稳定性最高,其养分积累和固碳能力低于灌丛和原生林,高于纯林,作为该区域水土保持的主要植被类型时需要避免人为干扰以提高土壤养分。     

黄土高原吕梁山不同撂荒年限土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征

为探究不同撂荒年限土壤结构及有机碳分布特征,试验选取黄土高原吕梁山自然撂荒1、2、3、5、10、15、20 a枣园土壤为研究对象,以清耕作业下的枣园土壤为对照(CK),利用干筛和湿筛法测定并分析各样地0～20 cm土层中土壤团聚体稳定性、团聚体有机碳与土壤总有机碳含量及其相关性。结果表明:撂荒初期,土壤团聚体含量呈波动变化趋势,撂荒3 a后土壤水稳性大团聚体含量(0.25 mm团聚体含量,R_(0.25))及团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)随撂荒年限的增加逐步提高。20 a撂荒地土壤水稳性大团聚体含量占团聚体总量的69.6%,较CK提高了55.2个百分点。土壤总有机碳、团聚体有机碳含量随撂荒年限的延长均呈先降低后增加的趋势,撂荒20 a土壤总有机碳含量达最大值7.88 g/kg;团聚体有机碳含量随团聚体粒径的减小呈先增加后降低的特点,主要集中于1～0.25 mm团聚体内。不同撂荒年限土壤中机械稳定性大团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率为54.3%～82.2%,较CK(29.3%)提高25.0～52.9个百分点;水稳性大团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率为17.7%～71.8%,除撂荒1 a和3 a土壤外,其他样地均高于CK (21.1%)。水稳性团聚体MWD、R_(0.25)与土壤总有机碳含量极显著相关(P0.01);水稳性团聚体GMD与土壤总有机碳含量显著相关(P0.05);水稳性团聚体R_(0.25)与2～1、1～0.25和0.25 mm水稳性团聚体有机碳含量极显著相关(P0.01),与5～2 mm团聚体有机碳含量显著相关(P0.05)。可见,撂荒恢复促进了土壤有机碳及水稳性团聚体有机碳含量的提高,从而提高了团聚体的稳定性。     

宁南黄土丘陵区植被恢复对土壤团聚体稳定性的影响

应用分形维数和平均重量直径对宁南黄土丘陵人工植被下土壤团聚体的结构进行了分析,结果发现团聚体分形维数农田最大,山杏、沙棘和柠条其次,荒草地最小,分形维数与>0.25 mm团聚体含量负相关.土壤团聚体平均重量直径柠条>沙棘>荒草地>山杏>农田,平均重量直径与>0.25 mm团聚体含量成显著的正相关关系.植被恢复改善了土壤结构,提高土壤抗侵蚀能力.在评价土壤团聚体稳定性方面,分形维数与平均重量直径间的相关性较好.     

黄土丘陵区生物结皮覆盖对土壤团聚体分布特征及稳定性影响

【目的】以吕梁离石区结皮覆盖（藻结皮、藓结皮、藓草混生结皮，裸地为对照）下土壤为研究对象，研究结皮种类对其下层土壤有机碳及土壤团聚体稳定性的影响。【方法】通过干筛和湿筛法对土壤团聚体分级，探究土壤容重、土壤有机碳含量和土壤静水崩解速率与团聚体稳定的相关性。【结果】在0～5 cm和5～10 cm深度，3种结皮下土壤容重与裸地间均达到显著差异；土壤有机碳含量表现为藓草混生结皮和藓结皮分别比裸地显著增加。不同深度土层，团聚体破坏率、分形维数表现为裸地>藻结皮>苔藓结皮>藓草混生结皮；平均重量直径和几何平均直径变化规律正好相反。相关性分析表明，> 0.25 mm土壤团聚体含量与土壤容重呈显著负相关关系；团聚体破坏率、分形维数与土壤容重、土壤静水崩解速率呈极显著正相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著负相关关系；平均重量直径、几何平均直径与土壤容重呈极显著负相关关系，与土壤静水崩解速率呈显著负相关关系，与土壤有机碳含量呈极显著正相关关系。【结论】黄土丘陵吕梁随结皮层次提高，土壤团聚体形成能力和土壤团聚体水稳定性逐渐增高，对土壤水稳定性起主导作用的是土壤有机碳含量。     

耕作方式对三江平原玉米土壤结构及产量的影响

为研究土壤结构和水分利用对玉米产量的影响,于2018～2019年在黑龙江省云山农场设置常规旋耕(RT)、隔行深松(GS)、深松(ST)、浅翻(CT)、深翻(SF)5种耕作方式,分析比较不同耕作方式对三江平原土壤水稳性团聚体和有机碳含量与产量、水分利用率的影响。结果表明:与旋耕相比,在0～20 cm土层,深松处理显著增加了大于0.25 mm水稳性团聚体含量(R0.25)、大于0.25 mm团聚体有机碳含量和贡献率(ISOC0.25)、总有机碳含量,并且增加0～30 cm土层团聚体平均重量直径;而深翻处理增加了20～30 cm土层R0.25、ISOC0.25、土壤有机碳含量。相对于旋耕处理,深松处理效果最理想,两年中产量和水分利用率分别增加9.64%、12.11%和8.44%、10.50%。综合分析,深松处理有利于土壤结构改善,增加土壤有机碳含量及其贡献率,提高产量和水分利用率,是该地区比较理想的耕作方式。     

植被恢复对干旱区生态光伏电站土壤团聚体组成及有机碳的影响

为给干旱区生态光伏电站植被恢复,土壤结构稳定性以及有机碳固持提供理论依据,选取光伏电站生态示范区内3种典型的人工植被樟子松、黄芪和苜蓿为研究对象,以未进行植被恢复工作的土地为对照,探究了不同植被恢复措施下0—40 cm土壤各粒径团聚体分布特征、稳定性水平和有机碳变化特征。结果表明:相比于对照,樟子松、黄芪和苜蓿地的水稳定性大团聚体(>0.25 mm)含量增加,微团聚体(<0.25 mm)含量降低,尤其是樟子松样地大团聚体含量最高。3种植被的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)和GMD(几何平均直径)均显著高于对照,而D值明显低于对照,在整个土壤剖面中,土壤团聚体稳定性指标均以樟子松样地最佳,表明樟子松样地土壤结构改善效果明显,团聚体稳定性较高。土地的利用方式转变后,樟子松、黄芪和苜蓿地的有机碳含量和有机碳贡献率均增加,其中以樟子松样地最为突出,并且3种植被的有机碳含量增量主要源于0.25～0.053 mm粒级团聚体的贡献。樟子松样地较黄芪和苜蓿地土壤团聚体稳定性更高,更有利于提高有机碳累积量。     

生物炭对亚热带红壤水稳性团聚体及其碳、氮分布的影响

为探究生物炭对亚热带红壤水稳性团聚体结构及其碳、氮分布的影响，针对亚热带红壤选用海鲜菇废菌棒为原料制备生物炭，通过短期盆栽试验，研究生物炭施用下土壤水稳性团聚体及其碳、氮分布特征。研究结果表明:(1)土壤水稳性团聚体均以 <0.25 mm粒径为主，其中生物炭配施化肥处理含量最高，为 65.88%，生物炭能够显著增加土壤粒径 >0.25 mm水稳定性团聚体比例，增幅达到 40.52%；配施化肥、猪粪则会降低其含量，降幅分别为 43.33%、25.33%；(2)生物炭配施化肥、猪粪可以显著提高土壤平均重量直径与几何平均直径；(3)施用生物炭可以显著提高土壤有机碳、全氮含量及碳氮比，平均增幅分别为 154.76%、74.05%、30.16%。综上所述，生物炭施用有利于提高亚热带红壤水稳性大团聚体含量及稳定性，且对于土壤碳氮含量的提升效果更为显著。     

不同经营模式土壤团粒结构的分形特征研究

土壤团聚体和水稳性团聚体的状况是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同林分经营模式土壤团粒结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明：土壤水稳性团聚体及不稳性大团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,土壤肥力越高;土壤团粒结构的分形维数与水稳性团聚体含量及水稳性大团聚体含量之间存在的显著回归关系;分形模型为土壤肥力研究提供新方法。     

岩溶山区植被破坏前后土壤团聚体分形特征研究

土壤结构性是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同植被类型土壤水稳性团聚体进行了研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明:土壤团聚体粒径分布的分形维数与水稳性团聚体含量之间存在呈显著线性回归关系,林地和不同开垦年限农地土壤的物理性质随土壤团聚体的分形维数变化而变化,即分形维数越小,>0.25mm水稳性团聚体含量越高,土壤容重越小,总孔度大,毛管孔隙和通气孔隙占总孔隙的比例大,自然含水量和田间持水量相应较高;有机质、全N、碱解N与分形维数呈极显著的负相关,分形模型为土壤肥力研究提供新方法。上述结果在一定程度表明,植被遭到破坏、不合理的人为开垦,是土壤退化和生态环境恶化的主要原因。     

用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征

为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3~5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下(自然草地、人工灌木和坡耕地)土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性(P0.05),降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度(100μm)、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著(P0.05)。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地(较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%),且除欧拉特征值外,差异均显著(P0.05)。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。     

秸秆不同还田方式对土壤结构及土壤蒸发特性的影响

利用团聚体分形维数、孔隙分形维数等指标,对比分析了秸秆在经过粉碎、氨化及与无机土壤改良剂混合3种措施处理后加入土壤对土壤团聚结构、土壤容重、孔隙度及低吸力段土壤水分蒸发特性的影响,结果表明;粉碎并氨化处理过的秸秆施人土壤后,能显著改善土壤团聚结构,减小土壤容重.增加土壤孔隙度;秸秆加入土壤中会导致处理低吸力段土壤孔隙分形维数变小,孔隙分布均匀性、连通性变差.导致土壤蒸发速率过快,而无机土壤改良剂(氢氧化铁)能有效改善土壤孔隙分布.抑制土壤蒸发.当其与秸秆混合施用时,对雨水保蓄利用效果更好.     

植被恢复对重金属污染土壤有机质及团聚体特征的影响

采用田间原位试验,研究了不同植被恢复3年对重金属污染土壤有机碳及团聚体结构和稳定性的影响,评价了不同植物修复效果的差异,为农田重金属污染土壤修复中,合理选择植被类型,以及建立评价标准提供理论依据。在某Cu,Cd重度污染农田建立田间小区,施加钝化材料石灰(对照除外)后种植海州香薷(ME),伴矿景天(MS)和巨菌草(MP)3种植物,3年的田间原位修复试验后,分析各处理下土壤有机质含,0.25 mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,团聚体平均质量直径(MWD),几何平均直径(GMD),团聚体稳定率(AR,%)和分形维数(D)等团聚体稳定性指标。结果表明,3年植被恢复后,3种植被处理均提高了土壤有机质含量,提高幅度为2.89%~5.39%,并提高了0.25mm机械稳定性团聚体(DR_(0.25))和水稳定性(WR_(0.25))团聚体含量,提高幅度分别为2.89%~5.39%,6.64%~10.40%和13.34%~17.48%。3种植物处理均可以显著提高土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),其中以巨菌草处理提高幅度最大。在团聚体稳定性方面,3种植物处理均可以提高团聚体的稳定率(AR,%),以海州香薷处理提高幅度最大;植物处理可以显著降低土壤机械稳定性团聚体的分形维数(D),但对水稳定性团聚体的分形维数没有明显的影响。综上所述,采用钝化加原位植物修复可以提高重金属重度污染农田的有机质含量和土壤团聚体的稳定性,改善土壤结构,可以在重金属重度污染土壤修复中推广应用。     

Water retention characteristics of soils with double porosity

A soil with double porosity is modelled as a collection of aggregated particles, in which a single aggregate is made up of discrete particles bonded together. Separate fractal distributions for pore sizes around and within aggregates are defined. The particle size distribution of the double porosity soil is also modelled using a fractal distribution, which may have a fractal dimension very different to those defining the pore sizes. The surface areas of the particles and the pores within the aggregates are assumed to be equal, enabling an expression linking two fractal dimensions to be defined. It is necessary to introduce ratios between maximum and minimum particle and pore sizes into the expression. A theoretical soil‐water characteristic curve is then derived for a double porosity soil. The curve, and the underlying assumptions regarding the distributions of pore and particle sizes, showed good agreement with experimental data for a range of soils having double porosity. A discontinuity is observed in the soil‐water characteristic curve at a second air entry value related to the maximum pore size within the aggregates, a feature also observed in experimentally obtained soil‐water characteristic curves for double porosity soils.     

黄土丘陵区不同土地利用方式土壤团粒结构分形特征

土壤团粒、水稳性团粒和微团粒状况是影响土壤结构和性质的重要因素。运用分形理论研究黄土丘陵区纸坊沟流域7种不同土地利用方式土壤团粒结构的分形特征。结果表明：表层土壤团粒的分形维数在1．641—2．114之间，其大小顺序为人工草地〉果园〉坡耕地〉乔木林地〉灌丛〉天然草地〉人工梯田。土壤水稳性团粒的分形维数在1．774～2．384之间，其变化顺序为果园〉乔木林地〉人工草地〉坡耕地〉天然草地〉人工梯田〉灌丛，二者均表现出≥0．25mm粒级土壤团粒含量越低，分形维数越高的规律；分形维数与≥5mm、5～2mm和≥0．25mm粒级的土壤团粒、水稳性团粒呈极显著负相关（P〈0．01），与〈0．25mm粒级的呈极显著正相关（P〈0．01）；结合团粒结构体破坏率可知，灌丛土壤结构与稳定性最好，其次为天然草地，人工草地最差；表层土壤微团粒结构分形维数在2．360～2．487之间，大小顺序为天然草地〉乔木林地〉坡耕地〉人工梯田〉人工草地〉果园〉灌丛，灌丛有助于促进土壤微结构形成，分形维数与0．25-0．05mm和〉0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著负相关（P〈0．01），与〈0．001mm粒级土壤微团粒含量呈极显著正相关（P〈0．01）；下层土壤质地主要与成土母质有关，人为干扰小，3种分形维数间存在显著正相关水平（P〈0．05），土壤有机质含量与3种分形维数显著负相关（P〈0．05）。土壤团粒结构分形特征可作为土壤评价指标之一，分形理论为土壤结构、性质和评价研究提供了新方法。     

不同巨桉人工林土壤分形特征及抗蚀性分析

为探讨耕地退耕成人工巨桉林后对土壤团粒结构及土壤抗蚀性能产生的影响,在野外调查与室内分析的基础上,选择4.5年生巨桉纯林、巨桉+果树、巨桉+粮食作物土壤作为研究对象,农耕地作为对照,研究了不同巨桉人工林下水稳性团聚体分形维数的变化特征,分析了分形维数与土壤养分状况、土壤结构稳定性以及土壤抗蚀性能的关系。结果表明,4种模式土壤分形维数介于2.142~2.296;在0~15 cm土层分形维数表现为耕地林果林粮纯林,纯林和农耕地之间差异显著,其他3种模式之间差异不显著;在15~30 cm土层分形维数表现为耕地纯林林粮林果,4种模式之间差异不显著。分形维数与土壤有机质含量、大团聚体含量呈显著和极显著负相关;与土壤平均重量直径、水稳性指数有负相关趋势;与土壤体积质量、微团聚体含量呈极显著正相关。说明土壤分形维数越小,土壤有机质、大团聚体含量越高,土壤平均重量直径、水稳性指数越大,土壤体积质量、微团聚体含量越低,土壤结构越稳定,抗蚀力越强。因此,团聚体的分形维数值能反映土壤性质的变化,通过对土壤分形维数特征的研究可以定量揭示不同巨桉模式下土壤抗侵蚀的能力。     

Surface cracking and aggregate formation observed in a Rendzina soil,La Touche (Vienne) France

A one-cycle field wetting and drying experiment was conducted in order to observe pore space developed in a cultivated Rendzina soil due to surface cracking and to soil aggregate formation at 3-cm depth. Image analysis of 2D representations of pore size distribution and fractal analysis of the spatial distribution of the pores indicates that pore space due to surface cracking does not develop in the same manner as does that formed in the aggregation processes. Both pore-size distribution and fractal dimension vary in different ways at the soil–air interface and at 3-cm depth as drying progresses. Surface cracking occurs as a two-step process where total crack length increases until a maximum and then the cracks widen. Fractal dimensions appear to change as pore space develops. Pores developed when aggregates form show a more continuous process of development of pore sizes with a constant fractal dimension as porosity increases.