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。     

不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征

【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。     

秸秆还田对瘠薄红壤水稻土团聚体内酶活性及养分分布的影响

【目的】研究秸秆还田配施粪肥与化肥对红壤水稻土水稳性团聚体粒级组成、团聚体微域空间内养分及酶活性分布的影响,为提高秸秆还田在改造中低产田中的利用效益提供理论依据。【方法】依托于鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站24年(1990—2014)的长期定位试验,施肥处理包括:不施肥处理(CK)、全量秸秆还田配施粪肥(SM)、全量秸秆还田配施粪肥与氮肥(NSM)、全量秸秆还田配施粪肥与氮磷钾肥(NPKSM)。利用湿筛的方法得到5个粒级的水稳性团聚体:2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm。测定水稳性团聚体内C、N、P养分含量以及转化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。【结果】长期秸秆还田配施粪肥尤其是配施化肥显著增加了大团聚体(0.25 mm)含量,降低了微团聚体(0.25 mm)的含量,增大了水稳性团聚体平均当量直径,显著改善了土壤团粒结构。秸秆还田配施粪肥与化肥显著提高团聚体微域空间内的酶活性,NSM处理对团聚体内转化酶和脲酶的活性影响最为显著,NPKSM处理对团聚体各粒级内酸性磷酸酶活性影响最为显著。与CK相比,NSM处理的转化酶在5个粒级内增加量是20.3%—396.2%,脲酶的增加量是58.6%—372.1%。NPKSM处理的酸性磷酸酶在各粒级的增加量是48.9%—94.5%。与CK相比,NSM处理下,有机碳在各个粒级的增量是31.6%—65.1%;全氮在各粒级内的增加量是19.8%—51.9%;NPKSM处理下,速效磷含量在各粒级内的增加量最大是:7.4—10倍;集成推进树(ABT)分析表明,有机碳对转化酶活性影响最大,占40.6%。团聚体粒级组成对脲酶活性的相对影响最大,占44.9%;速效磷对酸性磷酸酶的活性影响最大,占41%。非度量多维尺度(NMDS)对团聚体样本排序结果显示,与CK、SM和NSM相比,NPKSM处理对土壤理化性质的影响更为显著,SM及NSM处理的肥效性相似。【结论】秸秆还田与粪肥、化肥配合施用显著提高了水稳性团聚体的平均当量直径,显著增加了团聚体内有机碳、氮和速效磷的含量以及土壤酶活性,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。     

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。     

不同耕作方式对绿洲区农田土壤团聚体中微生物生物量碳、氮含量的影响

为了更好地研究不同耕作方式下绿洲区农田土壤团聚体中有机碳、微生物量碳、微生物量氮含量之间的关系，选择4种耕作方式(免耕、少耕、深松、秋翻),对不同土层(0～20、20～40 cm)的土壤进行样品采集和分析，研究各粒级(粒径>2.00 mm、>1.00～2.00 mm、0.25～1.00 mm、<0.25 mm)土壤团聚体中有机碳、微生物量碳、微生物量氮含量的变化特征。结果表明，在4种耕作方式下，在0～20 cm土层4种粒级的土壤团聚体中，粒径>2.00 mm的土壤团聚体的微生物量碳、微生物量氮含量最高，免耕、少耕、秋翻处理的土壤团聚体有机碳含量最高。对同一粒级的土壤团聚体而言，0～20 cm土层有机碳、微生物量碳、微生物量氮含量高于20～40 cm土层。随团聚体粒级变小，土壤微生物量碳、微生物量氮含量逐渐降低；在秋翻方式下，土壤有机碳、微生物量碳、微生物量氮含量均最高，说明对该地区土壤翻动处理，可改善土壤微环境、增强土壤肥力，可作为改善绿洲区农田土壤的合理措施。     

长期定位施肥和地膜覆盖对棕壤团聚体稳定性及其有机碳含量的影响

以沈阳农业大学长期定位试验（29年）不同施肥与地膜覆盖处理棕壤为研究对象，采用湿筛方法，研究了覆膜和不覆膜条件下不同施肥措施对棕壤各粒级团聚体分布及其有机碳含量的影响，为揭示施肥措施对土壤地力形成演变的影响机制提供理论基础。选取的试验处理包括：不施肥对照（CK）、单施高量氮肥（N4）、氮磷肥配施（N4P2）、单施高量有机肥（M4）、有机-氮肥配施（M2N2）、有机-氮磷肥配施（M4N2P1）以及所有相对应的覆膜处理。结果表明，连续29年的不同施肥和覆膜处理显著影响了土壤团聚体的含量、稳定性及团聚体有机碳的含量。不覆膜条件下，长期施肥处理使>2 mm团聚体的含量显著增加，而0.25~2 mm粒级团聚体含量显著下降，其中有机肥和氮磷肥处理变幅最大。有机肥的施入（M4、M2N2、M4N2P1）均显著增加了不覆膜土壤各粒级团聚体的有机碳含量，且单施有机肥能显著增加不覆膜土壤团聚体平均重量直径，说明长期有机物料投入有利于增加土壤团聚体的稳定性及有机碳在团聚体中的固持。覆膜条件下，各施肥处理也显著影响土壤团聚体的稳定性及有机碳含量，但是不同施肥处理之间的差异变小，说明相同施肥模式下覆膜与不覆膜处理对土壤团聚体的形成和稳定性会产生不同的影响。覆膜条件下，与对照相比，只有高量有机肥（M4和M4N2P1）处理能显著增加土壤团聚体的平均重量直径和各粒级团聚体有机碳含量，说明在覆膜条件下，需要投入更多的有机物质才能维持土壤团聚体的稳定性及较高的有机碳含量。不同施肥和覆膜处理下，氮磷肥配施可以显著提高土壤团聚体的平均重量直径，但对团聚体有机碳含量的影响表现为显著降低或不显著。各处理土壤中水稳性大团聚体是土壤有机碳的主要载体，施用有机肥及有机无机配施有利于促进土壤各粒级水稳性团聚体的有机碳含量，是改善土壤团聚体结构、维持和提高棕壤地力的有效措施。     

冻融作用对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响

在三江源区具有典型退化特征的高寒草原设置研究样地,采集土样进行冻融处理,探讨冻融循环对退化高寒草原土壤团聚体有机碳的影响。结果表明：土壤有机碳含量与<0.25 mm、0.5~1 mm、1~2 mm、  2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量均随冻融循环次数的增加而减少,且各粒级土壤团聚体有机碳含量与土壤有机碳含量间正相关,相关系数0.991~0.344。0.25~0.5 mm粒级土壤团聚体有机碳含量的变化随冻融循环次数的增加而增加,且与土壤有机碳含量呈负相关关系,相关系数-0.226~-0.547;与未冻融处理相比,冻融循环14次土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的增大而增大;随高寒草原退化程度加剧,2~10 mm粒级土壤团聚体有机碳含量分别减少57.6%、64.9%、61.4%、75.2%。土壤冻融循环次数增加与草地退化等是导致土壤各粒级团聚体有机碳变化的因素,不利于高寒草原草地生态系统的稳定。     

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。     

亚热带地区不同种植年限果园土壤团聚体结构及有机碳、氮分布特征

研究不同种植年限果园土壤团聚体结构变化规律,探究各粒级团聚体有机碳、全氮分布变化特征,旨在为亚热带地区果园土壤肥力形成和变化规律等相关研究提供参考。以林地土壤(0 a)和不同种植年限(2、10、20、30 a)果园土壤为研究对象,分析种植年限与土壤团聚体结构及其有机碳和全氮含量的关系。结果表明:与林地土壤相比,开垦为果园后的土壤中2 mm团聚体含量显著增加;果园土壤团聚体含量随粒级减小而降低,其中2 mm和0.25～2 mm粒级分别占40.1%～64.9%和30.6%～46.4%;不同种植年限果园土壤各粒级团聚体含量无显著差异。各粒级团聚体有机碳和全氮含量随着种植年限的延长呈增加趋势,但C/N值呈下降趋势。相关分析表明,随种植年限延长而增加的土壤有机碳或全氮主要分布于0.25～2 mm粒级团聚体。亚热带地区林地开垦为果园可增加土壤大团聚体含量,但开垦为果园后种植年限对土壤团聚体各粒级的分布无显著影响。虽然随着种植年限延长可显著提高各粒径下有机质和全氮含量,但C/N降低,建议果园管理过程中应适当减施氮肥、增施有机肥,提高土壤养分有效性。     

生草栽培对刺梨园土壤团聚体分布及有机碳含量的影响

为探究生草栽培对刺梨园土壤团聚体稳定性及有机碳含量的影响,以贵州省龙里县谷脚镇刺梨园为研究对象,设置人工草(AG)、自然草(NG)和清耕(CK)三种处理,测定三种模式下土壤各粒级水稳性团聚体含量和团聚体内有机碳含量。结果表明:(1)AG和NG模式下水稳性团聚体主要集中在2 mm粒径中,CK模式下水稳性团聚体主要集中在0.25 mm粒径中;生草栽培显著提高土壤水稳性大团聚数量和平均重量直径,增加了土壤结构的稳定性;(2)0～20 cm层,NG和AG处理下,6个粒级团聚体的有机碳比CK分别高236.99%、188.52%、295.76%、267.51%、290.14%、242.10%,和122.44%、84.46%、157.05%、91.19%、127.83%、110.46%;(3)生草栽培模式下团聚体有机碳贡献率主要集中在0.25 mm粒径大团聚体中,比例为86%～95%;CK处理下,其贡献率则主要来自于0.25 mm的微团聚体。综上所述,生草栽培能显著提高刺梨园土壤团聚体稳定性及有机碳含量,自然生长杂草对土壤有机碳的增加效果优于人工种植黑麦草,研究结果可为刺梨园的科学管理和施肥提供科学依据。     

长期秸秆配施化肥下土壤团聚体碳氮分布、微生物量与小麦产量的协同效应

【目的】研究秸秆配施化肥对暗棕壤团聚体组成、团聚体碳氮含量、土壤微生物量特征及小麦产量的影响，揭示长期秸秆配施化肥下土壤肥力和生产力的协同提升机制。【方法】依托长期定位40年施肥试验，选取4个处理：单施化肥(NP)、秸秆配施化肥(S+NP)、秸秆配施1/2化肥(S+1/2NP)、秸秆配施1/4化肥(S+1/4NP)，其中秸秆为麦秸隔年还田，用量为3 000 kg·hm^-2，氮磷化肥用量为150 kg N·hm^-2、150 kg P₂O₅·hm^-2。采集0—20 cm土层土样，利用湿筛法得到不同粒级的水稳性团聚体，测定团聚体中有机碳(SOC)、氮含量及土壤微生物量碳(SMBC)、微生物量氮(SMBN)含量。【结果】(1)长期秸秆配施化肥显著降低土壤容重并提高了团聚体稳定性，和NP相比，S+NP处理土壤容重降低4.7%,>2 mm团聚体含量、平均重量直径(MWD)和几何重量直径(GWD)分别提升254.4%、76.5%和91.3%。(2)S+NP、S+1/2NP处理>2...     

茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征

 【目的】弄清茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征，以期反映退耕还茶模式对土壤团聚体及其养分循环的影响，为协调区域土地利用及退耕还林（茶）工程的实施提供依据。【方法】采用野外调查和室内分析相结合的方法，以撂荒地和桉树人工林为对照，就茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮的分布特征进行了研究。【结果】（1）茶园和对照撂荒地、桉树人工林土壤团聚体中有机碳含量基本随团聚体直径的减小而增加，最大值均集中于＜0.25 mm团聚体中；（2）茶园及对照地土壤微生物量碳、氮含量则基本随团聚体直径的减小而降低，其中茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮含量最大值分布于5—2 mm团聚体中，茶园土壤除了＜0.25 mm团聚体外，其微生物量碳、氮的含量均高于撂荒地和桉树人工林同直径团聚体；（3）茶园及对照地土壤团聚体微生物熵基本随团聚体直径的减小而降低，其中茶园土壤团聚体微生物熵最大值分布于5—2 mm团聚体中，其分布规律与微生物量碳、氮基本一致。【结论】与撂荒地、桉树人工林相比，茶园土壤团聚体中微生物量碳、氮较为丰富，大团聚体中的含量尤为突出，表明退耕还茶是研究区一种较为理想的退耕模式。     

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(R0.25)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R0.25。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。     

长期免耕和深松提高了土壤团聚体颗粒态有机碳及全氮含量

【目的】耕作措施对土壤有机碳（SOC）和全氮（TN）具有重要影响。本研究利用团聚体和密度联合分级方法,旨在揭示长期耕作对表层土壤团聚体内密度颗粒组分SOC及TN的影响,为深入理解黄土高原农田土壤碳氮提升机理提供依据。【方法】长期试验位于黄土高原东部边缘地区,开始于1999年,共设4个处理：少耕无覆盖（RT）、免耕覆盖（NT）、深松覆盖（SM）和传统翻耕（CT）。于2013年7月采集0—10 cm土层样品,首先通过干筛法筛分>2、1—2、0.25—1和<0.25 mm粒级团聚体,之后利用颗粒密度分组,将团聚体有机质分为轻组有机质（LF）、粗颗粒有机质（cPOM）、细颗粒有机质（fPOM）和矿质结合有机质（m-SOM）。【结果】（1）15年保护性耕作（包括NT和SM处理）显著提高了0—10 cm土层的SOC和TN含量,与CT相比,NT和SM处理的SOC含量分别提高了22.9%和21.8%,TN含量分别提高了35.2%和42.3%。不进行秸秆覆盖的少耕处理（RT）对SOC和TN无显著影响。（2）不同耕作措施改变了团聚体质量组成及其内部SOC和TN含量。NT和SM处理显著提高了1—2 mm和0.25—1 mm粒级的干筛大团聚体含量,相对地,降低了>2 mm和<0.25 mm粒级团聚体的含量。NT和SM处理不同程度提高了团聚体的SOC和TN含量,与CT相比,团聚体SOC平均提高了8.5%和9.5%,尤其对>1 mm粒级团聚体SOC含量提高幅度最大;团聚体TN平均提高了12.2%和24.1%,尤其对<0.25 mm微团聚体TN含量提高幅度最大。（3）fPOM和m-SOM组分对团聚体SOC和TN的贡献最大,对SOC的贡献率分别为27.3%—45.1%和25.0%—52.6%;对TN的贡献率分别为23.5%—34.7%和42.2%—64.3%。不同有机质组分对耕作的响应不同,cPOM和fPOM组分最为敏感。与CT相比,NT和SM处理显著提高了土壤所有粒级团聚体的cPOM和fPOM的SOC和TN含量,尤其对>2 mm团聚体cPOM和<2 mm团聚体fPOM的SOC和TN含量提升幅度最大。【结论】长期免耕和深松提高了团聚体中有机碳及全氮含量,尤其提高了团聚体中颗粒有机质的碳氮含量,有利于土壤碳氮的长效累积,是黄土高原坡耕地区值得推荐的耕作管理方式。     

秸秆还田量对黑土区土壤及团聚体有机碳变化特征和 固碳效率的影响

【目的】 探讨不同秸秆还田量下土壤及团聚体有机碳的变化特征,阐明土壤及团聚体有机碳储量变化对外源有机碳累积投入的响应关系,揭示黑钙土土壤及团聚体固碳效应和土壤有机碳定量提升机理。【方法】 于 2012 年4月在吉林省农安县玉米主产区设置了玉米秸秆还田量田间定位试验,共设计4个处理：秸秆还田量0（SA₀）、秸秆还田量4 500 kg·hm ^-2（SA₃₀₀）、秸秆还田量9 000 kg·hm ^-2（SA₆₀₀）、秸秆还田量13 500 kg·hm ^-2（SA₉₀₀）。利用多年试验土壤有机碳储量与外源有机碳投入的数据分析其量化关系和固碳效率。通过湿筛法筛分＞2 mm、2—0.25 mm、0.25—0.053 mm和＜0.053 mm粒级团聚体,分析不同粒级团聚体有机碳储量变化特征及固碳效应。 【结果】 长期秸秆还田能显著提高土壤有机碳含量,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理土壤有机碳含量均显著高于秸秆不还田（SA_O）、低量秸秆还田（SA₃₀₀）（P＜0.05）,并且后3年SA₉₀₀和SA₆₀₀两处理土壤有机碳含量差异达显著水平。2015—2018年间,SA₉₀₀处理土壤有机碳较SA₀处理分别依次提高了11.0%、15.8%、17.2%、23.1%。土壤总有机碳储量与外源有机碳输入呈极显著正线性相关关系（P＜0.01）,其中土壤总固碳效率为12.9%。与秸秆不还田（SA₀）相比,秸秆还田SA₆₀₀和SA₉₀₀两处理均显著提高了各粒级团聚体有机碳含量（P＜0.05）,尤其是对大团聚体（＞0.25 mm）有机碳含量增加贡献更大。高量秸秆还田（SA₉₀₀）处理的＞2 mm和2—0.25 mm粒级团聚体有机碳储量较秸秆不还田（SA₀）处理分别提高了45.5%和47.7%。除＜0.053 mm团聚体外,其他粒级土壤团聚体有机碳储量增加量与累积碳投入量增加量呈显著正线性相关关系（P＜0.05）;大粒级团聚体固碳效率显著高于小粒级团聚体,＞2 mm 和2—0.25 mm粒级团聚体固碳效率分别为4.9%和13.6%。依据秸秆还田下土壤固碳效率,预测未来10年内土壤有机碳储量要提升10%、20%、30%,每年需额外分别投入风干玉米秸秆约5.99、11.98、17.97 t·hm ^-2。 【结论】 玉米秸秆还田能显著促进黑钙土土壤及团聚体有机碳累积,并且土壤有机碳含量均随秸秆还田量和试验年限的延长而增加,有机碳主要集中固持在大团聚体中。表明秸秆还田是黑土区土壤肥力提升的重要培育措施,大团聚体有机碳可作为评价土壤有机碳变化对不同土壤培肥措施快速响应的重要指标之一。     

长期有机无机肥配施改变了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作为衡量土团聚体稳定性的指标较MWD更合理。     

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。