长期保护性耕作提高土壤大团聚体含量及团聚体有机碳的作用

【目的】团聚体形成被认为是土壤固碳的最重要机制。本文以河南豫西地区长期耕作试验为研究对象,研究了长期保护性耕作对土壤团聚体性质及土壤有机碳(SOC)含量的影响,为探讨土壤固碳机理,优化黄土高原坡耕地区农田耕作管理措施,实现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。【方法】长期耕作试验开始于1999年,试验处理有免耕覆盖(NT)、深松覆盖(SM)和翻耕(CT)。利用湿筛法筛分第3年(2002年)和第13年(2011年)0—10cm和10—20 cm土层中,2000、250~2000、53~250和53μm级别的水稳性团聚体,计算团聚体平均质量直径(MWD),并测定了各级别团聚体的有机碳(SOC)含量。【结果】1)连续13年免耕覆盖和深松覆盖显著提高了土壤表层0—10 cm的SOC含量,分别比翻耕增加了33.47%和44.48%。2011年免耕覆盖和深松覆盖SOC含量较2002年上升了1.92%和8.59%,翻耕下降了18.97%。2)与翻耕相比,免耕覆盖和深松覆盖2000μm团聚体含量显著提高了40.71%和106.75%;53~250μm团聚体含量显著降低了19.72%和22.53%;团聚体平均质量直径显著提高了20.55%和39.68%,显示了土壤结构的明显改善。3)免耕覆盖和深松覆盖显著提高了表层土壤所有团聚体有机碳的含量,尤其以2000μm团聚体提升最多。与翻耕相比,2000μm团聚体有机碳分别提高了40.0%和27.6%。4)免耕覆盖和深松覆盖下表层土壤大团聚体有机碳含量随耕作年限增加,微团聚体有机碳随耕作年限降低。2000μm的土壤团聚体有机碳含量2011年较2002年分别升高了23.93%和7.12%,53~250μm微团聚体有机碳含量分别下降了19.58%和13.27%。【结论】长期保护性耕作(包括免耕覆盖和深松覆盖)可显著提高表层土壤大团聚体含量,降低微团聚体含量,提高团聚体的水稳性,改善土壤结构。同时可增加土壤团聚体有机碳含量,提高土壤肥力。长期保护性耕作在河南豫西丘陵地区是一种较为合理的耕作方式。     

高寒山区地形序列土壤有机碳和无机碳垂直分布特征及其影响因素

地形、生物气候条件具有明显差异的青藏高原约占我国陆地面积的五分之一,开展该地区土壤有机碳和无机碳分布特征的研究对于理解青藏高原土壤碳循环过程与陆地碳库的精确预测以及应对全球气候变化具有重要意义。研究选取位于祁连山中段的阴、阳坡地形序列土壤,分析了不同坡向间以及同一坡向内随海拔高度变化土壤有机碳和无机碳的垂直分布特征及其影响因素。结果表明:阴、阳坡有机碳含量均随土壤深度增加而下降,但阳坡下降的速率(66%~91%)明显高于阴坡(31%~77%);阴坡土壤中碳酸钙基本淋失,通体无机碳含量较低(5.0 g kg-1),阳坡B层土壤无机碳含量是A层的2倍,表现为明显富集。阴坡和阳坡1 m土体总碳密度相当(分别为16.1~33.9 kg m-2和11.8~32.8 kg m-2),其中,阴坡以有机碳为主(占总碳密度的82%~99%),而阳坡有机碳和无机碳密度变化均较大(分别占总碳密度的27%~81%和19%~73%)。因此,坡向是影响高寒山区土壤碳垂直分布和组成的重要因素。此外,降雨量和植被类型对地形序列土壤有机碳和无机碳含量的空间变异也具有重要影响:降雨量每增加1 mm,表层(0~20 cm)土壤有机碳含量增加0.4 g kg-1,而淀积层(40~80 cm)土壤无机碳含量下降0.2 g kg-1;植被类型在一定程度上影响了土壤有机碳的富集程度。本研究揭示了青藏高寒山区土壤碳循环及其碳库预测应充分考虑微地形对坡面尺度下土壤碳垂直分布、碳库组成和空间变异的影响。     

长期种植绿肥稻田土壤颗粒有机碳演变特征

【目的】基于长期定位试验探讨长期冬种绿肥稻田颗粒有机碳演变特征与土壤肥力的关系。【方法】以中国农业科学院祁阳红壤实验站水田轮作制度长期定位试验为基础,测定了1982年至2012年每6年一次的历史土壤-样品的颗粒含量、颗粒有机碳含量和稻田土壤养分含量。试验设4个处理:1)稻-稻-冬闲(R-R-WF):2)稻-稻--油菜(R-R-RP):3)稻-稻-紫云英(R-R-MV);4)稻-稻-黑麦草(R-R-RG)。晚稻收获后,采集0-20 cm耕层土壤。土壤颗粒分级采用改进的Anderson离心法得到砂粒(53~2000μm)、粗粉粒(5~53μm)、细粉粒(2~5μm)、粗粘粒(0.2~2μm)和细粘粒(0.2μm)。采用重铬酸钾法测定土壤颗粒有机碳含量。【结果】1)30年试验后三种绿肥处理稻田土壤有机碳在不同土壤颗粒中的分布表现为细粘粒(28.05~28.27 g/kg)粗粘粒(25.76~26.91 g/kg)细粉粒(12.80~14.52 g/kg)、砂粒(13.83~14.92 g/kg)粗粉粒(1.67~2.62g/kg),与冬闲处理(R-R-WF)相比,土壤总有机碳、细粘粒有机碳和粗粘粒有机碳含量分别显著增加34.6%~42.4%、12.3%~13.2%、6.1%~10.9%砂粒有机碳含量显著降低26.2%~31.6%(P0.05)。2)30年试验后,三种绿肥处理稻田土壤总有机碳在不同颗粒中平均分布比例为粗粘粒有机碳(45.0%)细粉粒有机碳(25.8%)细粘粒有机碳(15.1%)砂粒有机碳(11.5%)粗粉粒有机碳(2.7%),与R-R-WF处理相比,总有机碳在粗粘粒中的比例提高8.0%~12.8%在砂粒中的比例降低36.8%~42.9%在细粘粒、细粉粒、粗粉粒中的比例提高5.3%~6.1%、5.5%~6.4%、6.5%~8.1%。3)长期种植绿肥土壤总有机碳、粗粘粒有机碳、细粘粒有机碳含量与时间(年)呈现极显著线性正相关(P0.01),累积速率分别为0.16 g/(kg·a)、0.31 g/(kg·a)、0.22 g/(kg·a);砂粒有机碳、粗粉粒有机碳、细粉粒有机碳含量与时间(年)呈现显著线性负相关(P0.05),消减速率分别为0.59 g/(kg·a)、0.35 g/(kg·a)、0.19 g/(kg·a)。粗粘粒有机碳年均增幅1.5%,是细粘粒有机碳增幅的1.5倍;粗粉粒有机碳年均减幅2.7%,是细粉粒、砂粒有机碳减幅的2.8倍和1.5倍。4)细粘粒、粗粘粒有机碳含量与总有机碳含量呈极显著正相关(P0.01),且与粗粘粒有机碳相关性更为紧密;细粘粒、粗粘粒有机碳含量与土壤全氮、全磷、有效磷、碱解氮、速效钾含量呈(极)显著相关关系(P0.01)且粗粘粒有机碳含量与土壤养分含量相关性更为紧密。【结论】粗粘粒有机碳含量高、分布比例大,是稻田土壤有机碳最重要的组成部分;粗粘粒对有机碳的固持能力强,对土壤总有机碳含量变化的响应最敏感,是土壤有机碳最稳定的组分;粗粘粒有机碳与土壤养分相关性显著与土壤肥力关系最紧密,因此粗粘粒有机碳可以作为指示稻田土壤肥力水平的一个重要指标。     

长期保护性耕作对土壤有机碳和玉米产量及水分利用的影响

【目的】通过研究保护性耕作对旱地春玉米土壤有机碳(SOC)、产量及水分利用的影响,分析保护性耕作的增产机制,为旱作农田耕作技术应用提供理论和技术支持。【方法】采用2003~2013年连续11年的田间定位试验,设传统耕作(CT)、少耕(RT)和免耕(NT)3种耕作措施,分析土壤0-20 cm和20-40 cm土层有机碳含量、土壤0-20 cm含水量、作物耗水量、玉米产量和水分利用效率的年际变化和耕作处理间的差异,并对玉米产量与影响因素的相关性进行分析。【结果】1)保护性耕作能有效提高土壤有机碳含量,少耕、免耕处理0-20 cm土层有机碳含量11年平均值较传统耕作分别提高了11.2%和3.4%;至2013年少耕、免耕20-40 cm土层有机碳含量分别较传统耕作增加了5.53和3.29 g/kg;土壤0-20 cm有机碳储量净增加速率分别为C 0.365和0.754t/(hm2·a)。2)保护性耕作具有明显的增产效果,少耕产量最高,增产效果最好2003~2013年均产量为5.83t/hm~2,较传统耕作提高了14.7%;免耕次之,年均产量为5.39 t/hm~2,较传统耕作增产6.1%。3)各耕作处理玉米产量与土壤0-20 cm土层含水量之间存在显著的二次方程关系,与作物耗水量之间具有显著的乘幂方程关系。4)保护性耕作可以增加土壤水分减少玉米生育期内的耗水量,提高水分利用效率,其中免耕土壤0-20 cm土层水分含量最高2003-2013年平均含水量为15.2%,较传统耕作和少耕提高了1.90和1.66个百分点,且生育期耗水量最少2003~2013年均耗水量为403.5 mm,较传统耕作和少耕减少了16.1 mm和7.6 mm;少耕、免耕的水分利用效率较传统耕作分别提高了16.1%和10.2%,降水利用效率较传统耕作提高13.9%和5.8%。【结论】长期保护性耕作可以有效地提高土壤有机碳含量、增加土壤水分、减少作物耗水量,从而显著提高了玉米产量和水分利用效率,3种耕作措施中以少耕效果最好,免耕次之在旱作农田推广少、免耕保护性耕作措施是一种增产、节水的有效途径。     

片蚀过程中■土团聚体活性有机碳流失特征及其量估算

[目的]揭示土壤团聚体破碎、迁移对活性有机碳流失的影响,建立活性有机碳流失量估算方程,为评估水蚀作用下土壤有机碳流失与矿化的定量关系提供理论支撑。[方法]以黄土高原典型■土为研究对象,设计3种降雨强度(60mm/h,90mm/h,120mm/h)和3个坡度(5°,10°,15°),采用人工模拟降雨技术,通过建立经验方程,对活性有机碳流失量进行估算。[结果]相较雨强,坡度对土壤轻组有机碳(light fraction of soil organic carbon,LFoc)流失的影响更明显,片蚀与溅蚀泥沙LFoc含量均随坡度的增大先减小后增大,而雨强对片蚀泥沙LFoc含量无显著影响(p<0.05);溅蚀泥沙LFoc含量明显低于片蚀,且溅蚀泥沙LFoc未发生明显富集,片蚀泥沙中LFoc发生明显富集;对比不同粒级团聚体LFoc含量发现,<0.05mm黏粉粒、0.05～0.25mm团聚体中LFoc更易于发生富集,而0.25～2mm团聚体LFoc只在小雨强和小坡度条件下发生富集;由于<0.02mm粒级团聚体迁移为LFoc流失的主导因素,基于<0.02mm粒级团聚体迁移量相...     

紫云英施用量对土壤活性有机碳和碳转化酶活性的影响

利用紫云英还田的定位试验研究不同紫云英施用量下土壤活性有机碳含量和碳转化酶活性的变化。试验包括对照、施用化肥和4个紫云英施用量(30、60、90和120 t·hm~(-2))处理。结果表明:与对照相比,施用化肥和紫云英均能够显著增加土壤活性有机碳(可溶性有机碳、热水提取态有机碳、微生物生物量碳和颗粒有机碳)含量,并且随着紫云英施用量的增加土壤活性有机碳含量显著增加。土壤碳转化酶活性的变化规律与土壤活性有机碳相同,其中施用化肥和紫云英较对照处理分别提高14%和24%~55%的纤维素酶活性、27%和45%~187%的蔗糖酶活性、42%和51%~165%的β-葡萄糖苷酶活性、11%和11%~24%的酚氧化酶活性以及16%和16%~27%的过氧化物酶活性。与对照相比,施用化肥对相对酶活性(酶活性与微生物生物量碳的比值)无显著影响;增加紫云英施用量能够显著增加相对蔗糖酶和相对β-葡萄糖苷酶活性,降低相对酚氧化酶活性和相对过氧化物酶活性。逐步回归分析表明土壤活性有机碳组分含量主要受纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和酚氧化酶活性的影响。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

引黄灌溉耕作对土壤团聚体有机碳的影响

为研究灌溉耕作影响下土壤团聚体及有机碳的特征情况,以宁夏引黄灌区为研究对象,选取对照土壤与耕作土壤,通过干、湿筛结合的方法,得到大团聚体(2mm)、中间团聚体(2~0.25mm)、微团聚体(0.25~0.053mm)和粉+黏团聚体(0.053mm),并测定团聚体有机碳含量,分析团聚体有机碳与总有机碳之间的关系。结果表明,灌溉耕作对团聚体分布具有极显著影响(P0.01),其中大团聚体和中间团聚体质量分数上升,微团聚体和粉+黏团聚体质量分数下降,灌溉土壤团聚体分布趋势为微团聚体粉+黏团聚体中间团聚体大团聚体。经灌溉耕作后土壤团聚体稳定性大于对照土壤,不同类型的灌溉土壤稳定性基本一致,对照土壤间差异明显。除0.053mm外,团聚体有机碳分布在经过灌溉耕作后有显著性差异(P0.05),团聚体有机碳分布随粒级大小基本呈V形分布。团聚体有机碳含量均表现出灌溉土壤高于对照土壤,其中灌溉土壤中灌淤土和潮土团聚体有机碳总量较高。未受人为灌溉耕作影响的自然土壤团聚体有机碳与总有机碳间具有显著的正相关性,土壤总有机碳增加主要依赖0.053mm团聚体有机碳增加。引黄灌溉耕作有利于增加大粒级团聚体的比例,提升团聚体稳定,显著增加有机碳含量。     

秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0～10、>10～20、>20～40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0～10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50 μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10～20和>20～40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10～40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使&...     

有机农产品离我们还有多远

2006年2月27日《中国质量报》第2版刊载《生产要求高产品需求小——农产品质量安全法草案删去“国家鼓励生产有机农产品”的规定》一文,阐述“产品需求小”、“产量很低,只能满足极少量的高端需求”等,成为在审议农产品质量安全法草案过程中删去“国家鼓励生产有机农产品”条款的主要原因。当时读罢此文,深感中国的有机农业发展似乎还要经历一个漫长的时间。近日,《中华人民共和国农产品质量安全法》已正式颁布,11月1日起实施。在本法中没有提及“有机农产品”,也未列入“无公害农产品”和“绿色食品”的概念,但在第一章第八条中规定“国家引导、推广农产品标准化生产,鼓励和支持生产优质农产品”。有机农产品是“优质农产品”中的优质农产品,应在鼓励之列,而且似乎应得到更多的鼓励。从这个层面上理解,作为经济社会飞速发展的我国,有机农业发展的春天应该不远了,有机农产品应该离我们更近了。