种植模式对土壤团聚体稳定性和有机碳含量的影响

【目的】玉米大豆间作是我国多地区常见的耕作制度,研究间作后土壤团聚体的变化,旨在为以玉米大豆为主的间作体系改善土壤结构提供科学依据。【方法】通过设置裸地、大豆单作和玉米大豆间作3个处理,分析不同种植模式对土壤水稳性团聚体含量、水稳性团聚体稳定性及团聚体有机碳含量的影响。【结果】在0～20 cm土层,间作和单作的R_(0.25)(0.25 mm水稳性团聚体含量)、MWD(平均重量直径)和GMD(几何平均直径)均显著高于裸地,其大小关系表现为单作间作裸地,间作的D(分形维数)相比裸地显著降低2.33%;在20～40 cm土层,间作比单作的R_(0.25)增加10.05%,MWD增加22.45%,GMD增加16.13%,D降低0.40%。不同种植模式团聚体有机碳含量存在显著差异,在0～20 cm土层,间作2 mm和2～1 mm粒级的团聚体有机碳含量相比单作显著提高15.15%和14.82%;在20～40 cm土层,间作2 mm粒级团聚体有机碳含量比单作显著提高31%。【结论】间作改变了土壤团聚体的特征,提高了团聚体有机碳含量。     

伊犁河谷平原雨养旱地土壤水稳性团聚体特征

采取湿筛法测定分析新疆旱地麦田不同产量水平土壤团聚体特征。结果表明,不同产量水平麦田土壤各级粒径水稳性团聚体存在差异。高产田地块土壤5 mm粒级团聚体显著高于中产田和低产田,分别增加45.18%、52.72%;高产田和中产田地块土壤0.25～0.5 mm粒级的团聚体显著高于低产田,分别增加45.70%、51.15%;低产田0.25 mm粒级土壤团聚体分别较高产田、中产田显著增加36.34%、8.84%。高产田0.25 mm粒径土壤大团聚体含量达68.30%,比中产田和低产田分别增加13.29%、20.29%。土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均表现为高产田中产田低产田,分形维数则表现相反。土壤团聚体分形维数与MWD、GMD、5 mm粒级含量呈极显著负相关,而与0.25 mm呈极显著正相关。MWD、GMD与5 mm粒级呈极显著正相关,而与0.25 mm粒级呈极显著负相关。     

秸秆添加对潮土团聚体及有机碳分布和稳定性的影响

【目的】探明添加水稻秸秆对潮土团聚体及有机碳分布和稳定性的影响,为外源秸秆降解过程中在不同粒级团聚体中的分配规律提供参考。【方法】在恒温培养箱内用潮土进行对比培养试验,试验设置2个处理:不添加秸秆处理(对照组,CK)和土壤添加1%13C秸秆处理(试验组,Str),培养周期为120 d,通过室内对比培养试验,运用湿筛法得出不同粒级水稳性团聚体含量,然后测定各粒级水稳性团聚体有机碳含量。【结果】对照组中2000μm粒级水稳性团聚体含量最少,水稳性团聚体稳定性差,不同粒级团聚体有机碳含量比较低。与对照组相比,试验组显著促进了2000μm粒级水稳性大团聚体的团聚(P0.05);培养到120 d时,试验组中2000μm水稳性团聚体比对照组增加了595.8%,水稳性大团聚体(250μm)含量达到70.4%,成为优势粒级。添加水稻秸秆显著提高了潮土水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)值,降低了土壤不稳定团粒指数(ELT)和分形维数(D)值,土壤团聚体结构稳定性明显增强,MWD、GMD与R0.25之间均呈极显著的正相关关系(P0.001)。不同培养时期试验组各粒级团聚体有机碳含量均显著增加,其中水稳性微团聚体有机碳增加幅度明显大于大团聚体有机碳的增加幅度。【结论】采取秸秆添加的方式对耕地进行保育,显著提高了水稳性大团聚体有机碳的贡献率,增强了潮土的有机碳稳定性和固持能力,改善了潮土肥力和土壤性状。     

岷江上游不同退耕还林类型对土壤团聚体及有机碳动态的影响

【目的】在退耕还林政策实施20年之际，定量研究岷江上游退耕还林后土壤团聚体和有机碳动态变化，为干旱河谷区生态治理与生态农业发展提供数据支撑。【方法】以原生林为对照，退耕地生态林和果园(樱桃、脆李、苹果)为研究对象，分析各用地类型土壤水稳性团聚体粒径组成、稳定性和土壤有机碳的分布，应用混合效应确定林地类型、土层深度、海拔梯度、砾石含量等因素对土壤团聚体稳定性和有机碳动态的贡献度。【结果】果园土壤大团聚体(> 0.25 mm)含量显著低于生态林，二者土壤大团聚体含量显著低于原生林。原生林和生态林土壤团聚体各粒级含量从高到低依次为5～10 mm> 2～5 mm> 0.25～2 mm> 0.053～0.25 mm> 0～0.053mm，果园土壤团聚体各粒级含量从高到低依次为0.25～2 mm> 2～5 mm> 5～10 mm> 0.053～0.25 mm> 0～0.053mm；在5～15 cm土层，樱桃园5～10、2～5 mm粒级团聚体含量显著高于脆李园和苹果园。土壤团聚体稳定性指标(MWD、GMD)均表现为原生林>生态林>果园...     

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其~(13)C、~(15)N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤(种植大豆年限大于60年,作为对照)和改种不同年限的稻田土壤(3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆),利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0—60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2—0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25—0.053 mm和0.053 mm团聚体组成有所增加,2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2—0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径(MWD)与2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系(P0.01),与0.25—0.053 mm、0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系(P0.01或P0.05);水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0—40 cm土层,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3—25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0—60 cm土层,2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系(P0.01或P0.05),在0—20 cm土层,2—0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系(P0.01或P0.05);2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ~(13)C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5—25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ~(15)N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3—25年间,团聚体中δ~(13)C、δ~(15)N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ~(13)C随着土层的加深而增大,δ~(15)N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2—0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。     

复合微生物肥对植烟根际土壤团聚体稳定性和酶活性的影响

【目的】探讨施用复合微生物肥对植烟土壤的改良效果,为优质烤烟复合微生物肥的研制与应用提供科学依据。【方法】通过连续2年4季白菜—烟草轮作微区定位施肥试验,以不施肥为对照(CK),研究施用无机复合肥(CF)、生物有机肥(OF)和复合微生物肥(MF)对植烟根际土壤团聚体稳定性和关键酶活性的影响。【结果】连续种植4季后,各施肥处理>0.25 mm粒级水稳性团聚体累积含量、平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)较初始土壤均明显增加,表现为OF>CF>MF,与CF和MF处理相比,OF处理>0.25 mm粒级水稳性团聚体累积含量分别显著增加6.8%和14.5%(P<0.05,下同),MWD分别增加7.9%和36.1%,GMD分别增加10.5%和32.2%,随机森林分析表明2~5 mm和>5 mm粒级团聚体含量是影响团聚体MWD和GMD最主要的因子。连续种植4季,各施肥处理土壤脲酶和蔗糖酶活性呈上升趋势,而土壤过氧化氢酶活性呈先升后降趋势,与CF处理相比,OF和MF处理均可显著提高土壤脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性,第4季增幅分别为11.9%~18.4%、62.7%~129.1%和6.7%~6.8%。Pearson相关分析表明,3种土壤酶活性与2~5 mm和1~2 mm粒级团聚体含量、MWD及GMD呈正相关,与0.25~0.5 mm和<0.25 mm粒级团聚体含量呈负相关。【结论】与施用无机复合肥相比,连续2年4季施用生物有机肥对植烟根际土壤团聚体稳定性和关键酶活性有协同改善效应,施用复合微生物肥对植烟根际土壤团聚体稳定性改善作用不明显,而对土壤酶活性有明显促进效应。     

种植年限对植烟土壤团聚体组成与稳定性的影响

【目的】揭示不同植烟年限土壤团聚体的分布特征和稳定性,探明烟草种植对土壤结构变化的影响。【方法】以冕宁县长期植烟区域土壤为研究对象,研究种植年限在3年以下、4~6年及7年以上土壤团聚体的粒级组成、机械稳定性、水稳定性、分行维数和结构破坏率的变化。【结果】(1)植烟土壤机械稳定性团聚体以0.25 mm的土壤大团聚体含量最高,所占比例在75.85%~83.56%。随植烟年限的延长,土壤机械稳定性团聚体组成逐渐呈均质化态势,这种变化主要影响到5~2和2~1 mm 2个粒级。(2)植烟土壤水稳性团聚体组成均以0.25 mm的微团聚体为优势级别,随植烟年限的延长,土壤水稳性团聚体变化较非水稳性团聚体变化更快,尤其以5 mm的粒径变化最为显著。(3)在种植初期(3年),土壤水稳性团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)最大,分形维数(D)、结构破坏率(PAD)最小,土壤团聚体稳定性最好,随种植年限的增加,MWD、GMD降低,D、PAD增大。【结论】种植年限对土壤团聚体的组成影响不大,但影响其稳定性。长期种植烟草会使土壤团聚体的水力学稳定性变差,减弱土壤的抗蚀性。     

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其 ¹³C、 ¹⁵N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤（种植大豆年限大于60年,作为对照）和改种不同年限的稻田土壤（3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆）,利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0—60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2—0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25—0.053 mm和<0.053 mm团聚体组成有所增加,>2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2—0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径（MWD）与>2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系（P<0.01）,与0.25—0.053 mm、<0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系（P<0.01或P<0.05）;水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0—40 cm土层,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3—25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0—60 cm土层,>2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）,在0—20 cm土层,2—0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）;<2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而>0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ ¹³C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5—25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ ¹⁵N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3—25年间,团聚体中δ ¹³C、δ ¹⁵N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ ¹³C随着土层的加深而增大,δ ¹⁵N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2—0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。     

长期施用氮肥对麦玉轮作体系土壤水稳性团聚体和有机碳的影响

本研究依托华北平原小麦—玉米轮作12年定位试验，采用湿筛法分析不同氮肥用量（N0、N100、N180、N255、N330）对水稳性团聚体粒径组成、土壤结构稳定性及团聚体有机碳的影响。结果表明：各个施氮水平下土壤水稳性大团聚体含量（> 0.25 mm）和大团聚体有机碳含量均高于微团聚体（<0.25 mm）。施用氮肥处理（N100、N180、N255和N330）较不施氮肥处理显著提高了> 2 mm粒径团聚体含量、团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）。N255处理> 2 mm和0.5～2 mm粒径较N0处理均显著提高了水稳性团聚体有机碳含量。而过量施用氮肥（N330处理）则会降低<2 mm粒径团聚体比重和该粒径有机碳含量。土壤团聚体平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）分别与> 2 mm团聚体含量、> 2 mm团聚体有机碳含量呈显著正相关，且> 2 mm粒径团聚体含量与该粒径有机碳含量呈极显著正相关。综上，适量施用氮肥可以增加> 2 mm粒径水稳性大团聚体分布和该粒径团聚体有机碳含量，且不会明显破坏土壤结构。     

耕作措施对民勤绿洲区农田土壤团聚体组成及其碳稳定性的影响

【目的】探讨不同耕作措施对民勤绿洲区农田土壤的团聚体组成及有机碳稳定性的影响,以期为开展民勤绿洲区农田土壤抗蚀性研究、促进绿洲区农田土壤资源的可持续利用提供理论依据。【方法】依托民勤绿洲区的长期定位试验,以自然撂荒地为对照(CK),研究了免耕(Tn)、少耕(Tm)、深松(Ts)和秋翻(Tf)4种耕作措施对土壤团聚体组成及有机碳稳定性的影响。【结果】(1)土壤团聚体方面,4种耕作措施均显著提高了土壤大团聚体(0.25 mm)的含量,其中Tm处理的土壤大团聚体含量最高,在0～20 cm土层较Tn、Ts、Tf和CK显著增加了9.39%、 11.38%、 6.09%和35.41%,在20～40 cm土层较Tn和CK显著增加了13.74%和38.65%。同时,Tm、Ts和Tf处理也显著提高了0～20 cm和20～40 cm土层土壤团聚体的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。(2)土壤有机碳稳定性方面,4种耕作措施均显著提高了各土层不同粒级团聚体的有机碳含量和碳累积矿化量。其中Tn处理的有机碳含量最高,在0～20 cm和20～40 cm土层分别较Ts、Tf、CK显著增加了18.58%、39.53%、58.40%和40.08%、22.84%、60.93%,且随着粒级的减小和土壤深度的加深而减少。另外,除0.25 mm粒级团聚体外,Tn处理的有机碳累积矿化量也显著高于CK。同时,4种耕作措施显著降低了微团聚体(0.25 mm)的有机碳贡献率,Tn、Tm、Ts和Tf处理较CK显著降低了0～20 cm土层微团聚体(0.25 mm)的有机碳贡献率32.89%、49.37%、26.61%、38.88%。【结论】耕作措施可以促进耕层土壤团聚体的形成,增加土壤团聚体的稳定性。其中,免耕和少耕能够减少机械的破坏作用,提高各土层及表层土壤大团聚体的有机碳含量,免耕更利于有机碳的固定,少耕更利于土壤团聚体的结构稳定性。综合分析,免耕和少耕可作为民勤绿洲区农田最适宜的土壤耕作措施。     

模拟强酸雨对福州平原稻田土壤团聚体稳定性及碳氮分布的影响

以福州平原稻田为研究对象,设置模拟酸雨pH分别为2.5、3.5、4.5,以不做任何处理为对照(CK),探讨喷淋模拟酸雨后早、晚稻田土壤团聚体的分布特征及稳定性,测定并分析土壤碳氮含量变化。结果表明,早、晚稻田土壤团聚体均以微团聚体(0.25 mm粒级团聚体)为主。酸雨对早稻田土壤团聚体平均质量直径(mean weight diameter, MWD)、平均几何直径(geometrical mean diameter, GMD)、0.25 mm粒级团聚体(diameter of more than 0.25 mm, DR_(0.25))含量和分形维数(fractal dimension,D)影响不显著;但显著减少晚稻田土壤团聚体MWD、GMD和DR_(0.25)含量(P0.05),显著增加土壤团聚体D值(P0.05)。各酸雨处理对早稻田土壤碳含量影响均不显著,但促进土壤氮含量增加,其中pH4.5酸雨处理影响显著(P0.05);各酸雨处理均增加晚稻田土壤碳氮含量,其中pH4.5酸雨处理影响显著(P0.05)。土壤碳氮含量比主要集中在0.25 mm粒级团聚体内,表明土壤大团聚体是碳氮含量的主要载体。     

干湿交替对土壤团聚体特征的影响

为了研究河南省周口市长期耕作土壤团聚体的分布特征和稳定性，设计不同循环的干湿交替，分别为0、1、3和5次。采用干筛法和湿筛法测定不同土层各粒级土壤团聚体含量、平均重量直径（mean weight diameter，MWD）和几何平均直径（geometric mean diameter，GMD）。结果表明，干筛条件下，5次干湿交替显著降低>0.25 mm团聚体含量，干湿交替显著增加各土层MWD值，且1和3次干湿交替显著增加各土层GMD值。湿筛条件下，干湿交替在不同土层对>0.25 mm团聚体含量影响不同，1次干湿交替显著降低各土层的MWD和GMD值；3和5次干湿交替显著增加40-60和60-80 cm土层MWD值；3次干湿交替显著增加80-100 cm土层GMD值，5次干湿交替显著降低0-20、20-40、40-60和80-100 cm土层的GMD值。1次干湿交替的团聚体破坏率显著高于其他处理。综上，干湿交替影响了土壤团聚体状况，且主要表现为>0.25 mm团聚体比例下降。结果对于黄淮地区农田土壤结构稳定性的维持提供一定理论参考价值。     

黑土区坡耕地与坡林地表土团聚体有机碳库差异

以东北黑土区典型坡耕地(玉米)和坡林地(退耕还落叶松林和樟子松林)表层土壤为研究对象,分别在坡上、坡中上、坡中、坡中下、坡下5个坡位设置取样点采集非原状土,风干后将土壤筛分为2~5 mm、1~2 mm、0.5~1 cm、0.25~0.5 mm、0.25 mm 5个粒级团聚体,分别计算每个粒级土壤风干团聚体所占比例,测定各粒级土壤风干团聚体有机碳含量,并以此为基础计算土壤团聚体有机碳贮量。通过对比不同坡位、各粒级风干团聚体组成及其有机碳含量与贮量变化规律,探明黑土区不同土地利用方式下坡地土壤团聚体有机碳库对不同侵蚀类型的响应特征。结果表明:坡耕地土壤团聚体迁移、沉积过程不同于坡林地,耕地土壤2 mm团聚体的组成比例显著高于2种林地,并在坡下达到最高值(70.30%);有机碳含量均随团聚体粒级减小逐渐增加,樟子松林地内各粒级有机碳含量(25.57~142.60 g/kg)显著高于耕地(22.58~30.06 g/kg)和退耕还落叶松林地(21.58~66.53 g/kg);坡林地土壤团聚体有机碳贮量由坡上至坡下逐渐增加,相同坡位处土壤团聚体有机碳贮量均为樟子松林地退耕还落叶松林地耕地。研究结果证实了黑土区耕作侵蚀的存在及其对土壤团聚体、团聚体有机碳库分布的影响,同时印证了退耕还林是减缓坡地黑土耕作侵蚀、提升有机碳库的长效途径。      

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。     

免耕覆盖下土壤水分、团聚体稳定性及其有机碳分布对小麦产量的协同效应

【目的】基于山西运城8年（2008—2015）长期定位试验,研究免耕覆盖下土壤团聚体稳定性、团聚体活性有机碳分布特征、冬小麦水分利用效率和产量变化特征,分析土壤水分、土壤团聚体稳定性及其有机碳组分对小麦籽粒产量的协同关系,为选择适宜黄土高原旱作农业区最佳耕作模式提供理论依据。【方法】选取传统耕作秸秆翻耕还田（CT-SP）和免耕秸秆覆盖还田（NT-SM）两种耕作措施,在冬小麦收获期,利用干筛法测定土壤团聚体各粒级质量分数;测定各粒级土壤团聚体有机碳（SOC）及活性有机碳（可溶性有机碳,DOC;易氧化有机碳,EOC;微生物量碳,MBC）含量;测定土壤水分（土壤体积含水量,θ_v;播种前贮水量,SB;收获后贮水量,SA;生育期耗水量,ET;降水利用效率,PUE;水分利用效率,WUE）和作物产量等关键指标。【结果】（1）与CT-SP处理相比,NT-SM处理显著提高0.25—2 mm团聚体含量、>0.25 mm 团聚体含量（R_0.25）和几何平均直径（GMD）,分别提升13.9%、8.8%和9.6%。（2）与CT-SP处理相比,NT-SM处理中全土SOC、>2 mm和0.25—2 mm粒级团聚体SOC与MBC含量分别提升17.7%与23.6%、18.4%与18.2%和22.4%与39.2%。0.25—2 mm粒级团聚体对SOC和MBC的贡献率,分别提升18.4%和28.4%。（3）与CT-SP处理相比,NT-SM处理提高了SA、PUE、WUE和小麦产量,分别提升17.7%、8.92%、14.98%和8.92%,并且SOC、WUE、R_0.25、MWD和GMD等指标与小麦产量相关系数均达到0.9以上。（4）通过结构方程模型分析发现,土壤团聚体DOC和EOC通过协同效应影响MBC的变化,MBC含量对SOC的总效应为0.88,是影响SOC变化的主导因子。（5）土壤贮水量、土壤团聚体稳定性及其有机碳分布协同影响小麦产量,并且土壤团聚体稳定性对小麦产量表现为极显著正效应。【结论】在黄土高原旱作农业区,免耕秸秆覆盖还田可改善土壤团聚体结构,增加土壤水分含量,提高小麦水分利用效率,显著增加耕层土壤有机碳和活性有机碳组分含量,从而实现土壤固碳保墒和作物增产的协同效应。     

秸秆施用和作物种植对土壤团聚体和微生物群落组成的影响

利用温室盆栽试验研究秸秆施用、作物种植以及两者的交互作用对土壤团聚体稳定性以及微生物群落组成的影响。结果显示,秸秆施用对小麦生物量无显著影响;与对照相比,秸秆施用或作物种植均显著增加了0.25 mm粒径团聚体数量以及团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD);秸秆施用处理较对照处理显著增加多糖含量;秸秆施用配合作物种植处理较秸秆施用和作物种植处理进一步增加了2 mm和1~0.5 mm粒径团聚体数量、团聚体MWD和GMD以及多糖含量;秸秆施用处理与对照处理具有相似的磷脂脂肪酸(PLFA)含量和微生物群落组成,作物种植处理较对照处理显著增加丛枝真菌含量,对照和秸秆施用处理的微生物群落组成不同于作物种植和秸秆施用配合作物种植处理。增加土壤水分显著增加了小麦生物量、土壤团聚体MWD和GMD以及PLFA含量。相关分析表明多糖和丛枝真菌含量均与0.25 mm粒径团聚体数量以及团聚体MWD和GMD存在显著正相关关系。     

长期施肥对紫色水稻土团聚体中有机碳和微生物的影响

【目的】土壤微生物在维持土壤肥力、土壤健康和提高作物产量等方面都具有非常重要的作用,探讨长期不同施肥措施对紫色水稻土团聚体微生物量及活性的影响,明确不同施肥制度下土壤不同粒级团聚体中微生物特性,为系统了解施肥管理对土壤肥力演变的影响提供理论依据。【方法】依托重庆市北碚区中性紫色水稻土22年的长期定位试验,选取对照（CK,不施肥）、氮磷钾（NPK）、稻草还田（S）、氮磷钾+稻草还田（NPK+S）4个处理,采集0-20 cm耕层土壤样品,采用湿筛法获得不同粒级土壤团聚体,研究不同粒级土壤团聚体中的有机碳以及微生物量、呼吸代谢熵等微生物特性。【结果】连续22年定位试验表明,与CK相比,各施肥处理均显著增加了耕层土壤中水稳性大团聚体（＞0.25 mm）含量,以NPK+S的促进作用最为明显,表明化肥与稻草还田长期配施有利于紫色水稻土水稳性大团聚体的形成;施肥还显著提高了团聚体稳定性和土壤有机碳水平,以稻草还田（S和NPK+S处理）效果最佳。长期施肥改变了土壤养分及生物活性在不同粒径团聚体上的分布。土壤中有机碳、微生物量碳、呼吸代谢熵在不同粒级团聚体中呈异质分布,在2.00-1.00 mm和1.00-0.25 mm两个级别的水稳性大团聚体中土壤有机碳、呼吸速率和代谢熵显著高于0.25-0.053 mm和＜0.053 mm两个级别的水稳性小团聚体。【结论】＞0.25 mm的水稳性团聚体是土壤有机碳和微生物量碳的主要载体,2.00-1.00 mm团聚体的生物活性最强;长期氮磷钾配施结合稻草还田显著提高了紫色水稻土团聚体的水稳性及大团聚体中有机碳和微生物量碳的含量,是改善紫色水稻土团粒结构和生物功能的有效措施。     

长期有机无机肥配施改变了(土娄)土团聚体及其有机和无机碳分布

【目的】研究小麦-玉米轮作体系长期有机无机肥配施对(土娄)土土壤水稳性团聚体分布及其有机碳、无机碳含量的影响,以了解(土娄)土碳固存机制对施肥的响应。【方法】依托21年长期肥料定位试验,采集不施肥(CK)和施用有机无机肥(MNPK)处理0—10、10—20和20—30 cm土层土样,利用湿筛法分析不同大小水稳性团聚体的质量百分比、原土和团聚体中有机碳和无机碳含量。【结果】长期有机无机肥配施显著降低各个土层1 mm团聚体百分含量,显著增加0—20 cm土层0.25—1 mm团聚体百分含量。长期有机无机肥配施较对照显著降低了所有土层平均重量直径(MWD),3个土层分别降低26.6%、38.3%和62.4%。显著降低了20—30 cm土层几何平均直径(GMD),但对0—20 cm土层GMD值没有影响。有机无机肥配施较不施肥显著增加原土所有(土娄)土层有机碳含量,3个土层有机碳含量分别增加150%、97%和42%;也增加了0—10 cm和10—20 cm(土娄)土层所有级别团聚体有机碳的含量,其中0—10 cm土层2、1—2、0.5—1、0.25—0.5以及0.25 mm土壤团聚体有机碳含量增加幅度分别为163%、160%、111%、86%和61%,10—20 cm的增加幅度分别为97%、109%、118%、39%和45%,团聚体有机碳含量随团聚体增大而增加。长期有机无机肥配施显著增加20—30 cm土层无机碳含量,增加幅度为28.2%。另外,0—10 cm土层有机无机肥配施土壤大团聚体无机碳含量较对照有降低的趋势,其中2 mm和0.25—0.5 mm团聚体无机碳含量显著降低;10—20 cm土层影响不显著;而20—30 cm土层有机无机肥配施均显著增加了各团聚体无机碳含量,增幅为22.1%—36.6%。土大于50%的有机碳储存在0.25 mm的微团聚体中,1—2 mm团聚体储存最少(10%)。长期有机无机肥配施降低了2 mm和0.25 mm团聚体有机碳分配比例,其中0—10 cm土层分别降低了4.33%和13.78%,10—20 cm土层分别降低10.24%和7.81%。显著增加了0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的有机碳分配比例,0—10 cm土层分别增加13.8%和5.66%,10—20 cm土层分别增加13.46%和5.41%。长期有机无机肥配施增加0—10 cm和10—20 cm土层0.5—1 mm和0.25—0.5 mm团聚体的无机碳分配比例,0—10 cm和10—20 cm增加量分别为9.03%、4.59%和9.28%、6.96%;显著降低了2 mm团聚体无机碳所占比例,分别降低6.95%和12.53%;对于20—30 cm土层,长期有机无机肥配施显著增加0.25 mm团聚体的无机碳分配比例,增加量为18.89%;显著降低了2 mm和1—2 mm团聚体无机碳分配比例,分别降低16.67%和5.28%。【结论】长期有机无机肥配施通过影响(土娄)土团聚体分布以及碳在团聚体中的分配比例而增加有机碳固定。另外,GMD作为衡量(土娄)土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳、 氮分布和微生物生物量的影响

【目的】研究不同施肥处理对红壤水稻土水稳性团聚体组成、不同粒级团聚体中有机碳、氮含量与分布及土壤微生物生物量碳氮含量的影响,为揭示施肥对土壤肥力形成演变的影响机制提供重要理论依据。【方法】依托鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站已进行了20年的长期定位试验,试验包括9个处理：对照（不施肥,CK）、有机质循环（C）、化学氮肥（N）、氮肥+有机质循环（NC）、化学氮磷肥（NP）、化学氮磷钾肥（NPK）、化学氮磷钾肥+有机质循环（NPKC）、化学氮磷肥（NK）和化学氮磷钾肥+1/2秸秆回田（NPKS）。采集各小区耕层土壤,利用湿筛法得到不同粒级水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳、氮含量及土壤微生物量碳、氮含量。【结果】长期不同施肥处理对＞2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施用有机肥的处理（NC、NPKC、C）该粒级团聚体含量分别提高了37.0%、22.6%和33.2%。各施肥处理下,有机碳、氮在1—2 mm团聚体中含量最高,在0.053—0.25 mm团聚体中含量最低,＞0.25 mm大团聚体比＜0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳、氮。有机肥的施用显著提高了各粒级团聚体中有机碳、氮的含量,NC处理各粒级团聚体中有机碳、氮含量均最高,与对照相比,各粒级有机碳提高了17.0%—34.6%,全氮提高了25.8%—48.3%。0.25—1 mm和＞2 mm粒级团聚体对全土有机碳和全氮的贡献率最大,前者贡献率分别为22.1%—30.3%和23.3%—33.7%,后者贡献率分别为24.7%—37.3%和25.5%—38.0%。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮含量也有显著差异,与对照相比, NC、NPKC和C处理微生物量碳提高了122.1%、127.0%、94.0%,微生物量氮提高了92.0%、43.1%、91.1%。＞2 mm团聚体含量与全土有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及水稻产量呈显著或极显著正相关,＜0.053 mm团聚体则与之呈显著或极显著负相关。【结论】水稳性大团聚体是土壤有机碳、氮的主要载体;有机肥的施用显著提高了水稳性大团聚体及其中有机碳、氮的含量,是改善土壤团粒结构,提高红壤生物功能和生产力的有效措施。     

施肥对洞庭湖平原水稻土团聚体特征及其有机碳分布的影响

【目的】团聚体是土壤重要的物理属性,也是土壤有机碳的主要固存场所。研究长期不同施肥对洞庭湖平原红壤性水稻土团聚体数量、稳定性、分形特征及其有机碳含量及分布的影响,为区域双季稻田施肥管理提供理论依据。【方法】以国家稻田土壤肥力与施肥效应长期试验为平台（1986—2013）,运用湿筛法获得不同粒级水稳性团聚体,分析对照（不施肥,CK）、单施氮磷钾肥（NPK）、低量有机肥与氮磷钾肥配施（LOM,有机肥氮比例为30%）和高量有机肥与氮磷钾肥配施（HOM,有机肥氮比例为60%）4种处理影响下耕作层（0—20 cm）土壤粒径＞0.25 mm的水稳性团聚体数量（WR_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）、分形维数（D）及其有机碳含量与分布的变化特征。【结果】除粒径＞5 mm的土壤团聚体外,水稳性团聚体含量和团聚体对土壤有机碳的贡献率均随团聚体粒径减小呈现逐渐增加的趋势,而团聚体有机碳含量则呈现逐渐降低的变化趋势,其变化特征在不同处理间表现一致。长期不同施肥对2—5 mm和0.5—2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施肥处理中上述两粒级团聚体含量分别增加35.5%—64.5%和6.2%—14.7%。施肥后团聚体的WR_0.25、MWD、GMD分别增加8.6%—12.5%、7.1%—15.1%、13.7%—28.4%,而D值降低2.3%—3.5%,说明长期施肥增强团聚体稳定性,改善团聚体结构。单施氮磷钾肥和氮磷钾肥配施有机肥均可显著提高各粒级团聚体中有机碳含量（P＜0.05）,并始终表现出HOM强于LOM、LOM强于NPK的处理效应,与对照相比,HOM处理各级团聚体中有机碳含量较对照提高了22.1%—36.6%。水稳性大团聚体是土壤有机碳的主要载体,不同处理间＞0.25 mm团聚体中有机碳的分量占土壤有机碳的比例表现出HOM（83.5%）＞LOM（81.6%）＞NPK（79.2%）＞CK（69.9%）的顺序。施肥各处理均可显著提高＞5 mm、2—5 mm、0.5—2 mm三级团聚体中有机碳对土壤有机碳的贡献率,且主要影响土壤有机碳在2—5 mm和0.5—2 mm两级团聚体中的分配率。＞0.5 mm的各级团聚体含量与土壤有机碳含量呈极显著正相关（P＜0.01）,说明施肥后土壤新增有机碳主要向＞0.5 mm的水稳性团聚体中富集。【结论】长期实行NPK平衡施肥及与有机肥配施有利于洞庭湖平原红壤性水稻土水稳性团粒结构的形成及大团聚体中有机碳的积累,与单施氮磷钾肥处理相比较,施用有机肥特别是高量有机肥与化学氮磷钾肥配施更有利于土壤良好结构体的形成和固碳能力的增强,是更优的稻田施肥模式。