孔隙结构对水稻土温室气体排放的影响

土壤结构影响水分和气体的运动和土壤生物活动,进而影响稻田温室气体排放。为探明土壤结构对水稻生长过程中温室气体排放的影响,选取江苏宜兴的湖白土和江西进贤的红壤性水稻土进行盆栽试验。设置不搅动(NP)、搅动(PD)和搅动后掰土回填(RP)3个处理。应用X射线CT成像技术分析不同处理土壤孔隙结构,通过静态箱法测定水稻生长过程中的温室气体排放。结果显示,PD处理降低了土壤大孔隙度和孔隙连通性,而NP及RP处理的大孔隙较多且连通度高。湖白土PD处理的CH₄排放量分别是NP处理的2.5倍和RP处理的14.6倍,相关分析表明湖白土CH₄的排放与大孔隙度呈显著负相关,表明大孔隙度升高会降低CH₄排放。红壤性水稻土NP处理的CH₄排放最高,可能是由于NP处理≤30μm的孔隙度最低,促进了CH₄的排放;PD处理提高了N₂O排放,相关分析表明N₂O排放总量和直径30~1000μm孔隙呈显著负相关。两种土壤RP处理全球增温潜势(GWP)强度以及CH₄总排放量均显著低于NP和PD处理。研究结果表明土壤孔隙结构的改变影响稻田温室气体的排放,通过改变耕作方式调节土壤结构可能是稻田CH₄和N₂O减排的途径之一。     

不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

砂姜黑土黏闭僵硬问题突出，耕作是改良其结构的重要措施之一。本文基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地，采集免耕（No-tillage, NT）、旋耕（Rotary tillage, RT）和深翻（Deep ploughing, DP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描技术和ImageJ 软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理，定量分析了不同耕作方式对土壤的孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明：（1）与免耕相比，旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%（P < 0.05）；与旋耕相比，深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%；（2）相较于免耕，旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性（P < 0.05），显著降低了各向异性程度和欧拉数（P < 0.05），土壤饱和导水率得到显著提升，且深翻的改良效果总体优于旋耕；（3）相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关（P < 0.05），其中与连通性最大孔隙度的相关性最高（r=0.833**，P < 0.01）。综上所述，深翻扩大了土壤孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，提高了导水能力，消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。     

不同覆盖作物对砂姜黑土剖面硝态氮动态的影响

为探究不同覆盖作物整个生育期内[覆盖作物播种后（2021年11月5日）、营养生长期（2022年3月12日）和生殖生长期（2022年5月5日）]砂姜黑土剖面中硝态氮的动态变化，本研究在安徽省龙亢农场典型砂姜黑土区设置压实（Compacted，C）与不压实（Non-compacted，NC）处理，并裂区设置冬季休闲（Con）、苜蓿（Alf）、油菜（Rap）、萝卜+毛苕子混播（Rhv） 4个处理，动态监测0~120 cm土层中土壤硝态氮含量、储量和植株地上地下生物量及其氮素积累量。结果表明：整个覆盖作物生长季，Alf、Rap、Rhv处理土壤硝态氮含量持续下降，各处理0~120 cm土层平均分别下降43.3%、53.9%、57.5%。营养生长期与生殖生长期3个覆盖作物处理（除生殖生长期不压实条件下Rhv处理）硝态氮储量均较Con处理降低（P<0.05），且营养生长期的平均降幅（压实52.7%，不压实60.7%）高于生殖生长期（压实40.2%，不压实35.6%）。营养生长期，不压实条件下Alf处理土壤硝态氮储量是Rap和Rhv处理的1.41倍（P<0.05）。生殖生长期，压实与不压实条件下3个覆盖作物处理土壤硝态氮储量间无显著差异。营养生长期，Alf处理地上部生物量和氮素累积量低于Rap处理（P<0.05），地下部生物量和氮素累积量低于Rhv处理（P<0.05）；但生殖生长期，Alf处理地上和地下部氮素累积量均显著高于Rap和Rhv处理（P<0.05）。相关分析表明，土壤中硝态氮储量与覆盖作物生物量以及氮素累积量呈负相关（P<0.05），表明覆盖作物对氮的吸收利用是土壤硝态氮下降的主要原因。综上，与Con处理相比，Alf、Rap和Rhv处理均可以有效降低土壤剖面中残余硝态氮，但Alf处理在前期生长缓慢，降低土壤剖面硝态氮的能力低于Rap与Rhv处理。因此，在砂姜黑土区种植油菜或萝卜+毛苕子更有利于降低覆盖作物生长期的硝态氮淋溶风险。