改良剂对复垦土壤水稳性团聚体及POC和MOC的影响

为探究改良剂对煤矿复垦土壤有机碳的影响,以山西省襄垣县煤矿复垦区复恳7年的土壤为研究对象,采用田间微区的方法研究了泥炭和腐殖酸对复垦土壤及各粒级水稳性团聚体颗粒态有机碳(POC)和矿物结合态有机碳(MOC)的影响.结果表明:施用泥炭和腐殖酸均能增加复垦土壤水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量,但6个月后,水稳性大团聚...     

改良剂对复垦土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

为探究改良剂对复垦土壤团聚体组成及有机碳含量的影响,采用田间微区的方法按表层0—20 cm土壤重量占比1%,3%,5%的比例添加泥炭、腐殖酸和蛭石,研究3种改良剂对复垦土壤团聚体组成、总有机碳、各粒级团聚体有机碳含量、土壤红外光谱特征的影响。结果表明:施用3种改良剂后各处理土壤机械稳定性团聚体均以>5 mm的最多,施用泥炭和腐殖酸后>5 mm团聚体含量随着改良剂施用比例的升高而增大,且MWD(平均质量直径)值均高于CK。其中,5%腐殖酸对调控>5 mm团聚体含量效果最佳,在6个月时>5 mm机械稳定性团聚体占比达到60.03%。而施用蛭石后>5 mm机械稳定性团聚体的占比与CK相比有所下降。施用3种改良剂后土壤水稳性团聚体以<0.053 mm团聚体含量最高,但其含量均随改良剂施用比例的升高而降低。泥炭和腐殖酸能够提高复垦土壤总有机碳的含量,增强抗侵蚀能力和团聚体的稳定性,而施用蛭石后有机碳含量减少。泥碳、腐殖酸和蛭石各处理下各粒级机械稳定性团聚体有机碳含量均以>5 mm最高,0.053~0.25 mm次之,<0.053 mm最少,有机碳含量贡献率也以>5 mm团聚体的最大,泥炭和腐殖酸处理下>5 mm团聚体有机碳含量贡献率均高于50%,<0.053 mm团聚体有机碳贡献率仅有0.63%~2.82%。从土壤的红外光谱特征峰可以看出,施用腐殖酸能够增加土壤中的多糖类物质,而多糖类物质有大量的—OH,能与黏粒矿物晶面上的氧原子形成氢键而把土粒团聚起来。     

土地利用方式对土壤水稳性团聚体有机碳的影响

对福建省建瓯市山地红壤的农业用地(坡耕地、茶园、桔园)、林地(杉木、木荷、封育)不同土层(0-10,10-20 cm)土壤团聚体有机碳含量与贮量进行研究.结果表明:林地开垦作为农地后,>2 mm土壤大团聚体的数量明显下降,<0.25 mm团聚体含量显著上升.不同土地利用方式的土壤大团聚体呈现粒径越大,团聚体有机碳含量越高的趋势,林地不同粒径团聚体有机碳含量都显著高于农业用地.林地随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量增加;而农地正好相反,随着团聚体粒径增大,土壤碳贮量反而下降.土壤总有机碳增加主要受到大团聚体有机碳增加的影响,其中>2 mm和0.5～2 mm粒径土壤团聚体对土壤总有机碳贡献最为突出.因此亚热带山地红壤内林地开垦为农业用地会导致富含碳的土壤大团聚体有机碳含量大幅度下降,团聚体的稳定性也随之下降.     

不同种类有机肥施用对黑土团聚体有机碳及腐殖质组成的影响

以吉林省农业科学院黑土有机培肥定位试验基地为平台,研究了不同种类有机肥(堆腐肥、鸡粪、牛粪和猪粪)施用对土壤及不同粒级团聚体中有机碳和腐殖质组成的影响。结果表明:与不施肥(CK)和单施化肥(NPK)相比,有机肥配施化肥显著(P0.05)增加了土壤有机碳、胡敏酸碳(HAC)和胡敏素碳(HUC)含量;同时,有机肥配施化肥也增加了不同粒级团聚体中有机碳和腐殖质碳含量,其中施用堆腐肥显著增加了各粒级团聚体中有机碳、HAC和HUC含量。不同种类有机肥相比,施用堆腐肥处理的土壤有机碳、HAC和HUC含量均高于其他有机肥处理,并与牛粪处理之间差异显著;施用堆腐肥和牛粪后,0.25mm粒级团聚体有机碳含量高于其他有机肥处理,且2~0.25mm粒级团聚体有机碳含量显著高于鸡粪处理;从不同粒级团聚体中腐殖质组分的分布来看,施用堆腐肥后,2~0.25mm粒级团聚体中HAC和HUC含量显著高于猪粪处理,而0.25~0.053,0.053mm粒级团聚体中HAC含量显著低于鸡粪处理。上述结果说明,有机肥配施化肥提高了土壤团聚体中有机碳和腐殖质碳含量,但不同有机肥的效应不同。     

耕作措施对土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

通过9a不同耕作的定位试验,研究了深松、旋耕、免耕和传统耕作4种耕作措施对关中塿土小麦-玉米轮作条件下土壤水稳性团聚体及有机碳垂直分布的影响。结果表明,与传统耕作相比,深松、旋耕、免耕措施均提高了0～40cm土层中〉2mm和0.25～2mm大团聚体含量、团聚体有机碳贡献率和团聚体平均重量直径,而传统耕作相应地增加了0～40cm土层中0.053～0.25mm微团聚体和〈0.053mm粘砂粒含量及其有机碳贡献率。同时深松、旋耕、免耕措施提高了各土层总有机碳和耕层0～10cm所有级别团聚体有机碳含量,相比较而言,深松的作用效果更大。秸秆还田进一步提高了各土壤层次上总有机碳和所有级别团聚体的有机碳含量及大团聚体的形成与稳定。在玉米秸秆不还田的条件下,隔年深松比连年深松更有利于0～30cm大团聚体形成及总有机碳和各级别团聚体有机碳的积累。     

麻栎林龄对土壤水稳性团聚体及其有机碳含量的影响

为了解林龄对土壤团聚体及其有机碳含量的影响,探求各级团聚体中碳含量与团聚体稳定性之间的关系,以17、26和65 a的麻栎人工林为对象,研究了林地0～40 cm土壤水稳性团聚体组成、团聚体水稳定性以及各级团聚体有机碳含量的变化规律和相互关系。结果表明:①林龄对土壤团聚体组成及其水稳定性影响显著,影响效果随林龄增加而增强,随土层加深而减弱;②林龄对土壤团聚体有机碳含量影响显著,影响程度随林龄增加而增强;③0.25 mm土壤团聚体有机碳含量与各级土壤有机碳含量密切相关,也是影响团聚体水稳定性的主要因素。     

五台山土壤水稳性团聚体有机碳分布特征

为揭示五台山垂直带土壤不同形态团聚体有机碳的分布特征,以五台山垂直带土壤为研究对象,于2016年8月从高海拔至低海拔对亚高山草甸土、山地草甸土、棕壤、淋溶褐土、石灰性褐土样品进行采集,并且通过湿筛法和物理分组技术获得不同土壤类型中2,2~0.25,0.25~0.053,0.053mm水稳性团聚体,进一步分析了土壤及各级水稳性团聚体的总有机碳、颗粒有机碳(POC)和矿物结合有机碳(MOC)。结果表明:亚高山草甸土、山地草甸土和棕壤均以2mm团聚体为最多,达到总水稳性团聚体的45.13%。然而,淋溶褐土和石灰性褐土中分别以2~0.25mm和0.25~0.053mm团聚体为最多,分别达到33.79%和39.95%。随着海拔高度的降低土壤有机碳含量依次降低,且不同土壤类型中,2mm和2~0.25mm团聚体有机碳含量与其对应的土壤有机碳含量呈极显著正相关关系,相关系数分别为r2mm=0.986和r2~0.25mm=0.966(P0.01)。随着土壤团聚体粒径的减小,亚高山草甸土、山地草甸土、棕壤的POC含量呈现下降趋势,而淋溶褐土和石灰性褐土的POC含量呈现升高趋势。亚高山草甸土、山地草甸土、棕壤的MOC含量都以2mm团聚体为最大,淋溶褐土和石灰性褐土分别以2~0.25mm和0.25~0.053mm团聚体的MOC含量为最大。各土壤及团聚体中MOC的含量要明显大于POC的含量,而且在土壤和各级大团聚体中二者呈现正相关关系(P0.05)。此外,各土壤POC和MOC的含量与土壤有机碳含量也呈现正相关关系(P0.05)。因此,随着海拔高度的降低,各土壤团聚体组成由大团聚体向微团聚体转变,亚高山草甸土、山地草甸土、棕壤的碳截获能力强于淋溶褐土和石灰性褐土。     

改良剂对旱地红壤团聚体及有机碳分布的影响

基于野外旱地红壤定位试验,研究改良剂(生物质炭与过氧化钙)对旱地红壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响。结果表明,施用生物质炭与过氧化钙后,土壤水稳性大团聚体的含量及团聚体平均重量直径均得到了不同程度的提高;而C1Ca1、C1Ca2、C2Ca1、C2Ca2处理分别提高0.25mm团聚体含量64.46%,75.70%,26.31%和16.06%,其中以C1Ca2(生物质炭758kg/hm2与过氧化钙121kg/hm2)处理效果最好。除单施过氧化钙外,其他处理土壤有机碳含量及储量均有不同程度的增加,生物质炭与过氧化钙配施效果优于单施;在各级土壤团聚体中,不同处理团聚体有机碳含量大小顺序大致为C2Ca2C2Ca1C1Ca2C1Ca1C2C1CKCa1Ca2。因此,改良剂能有效改善旱地红壤团聚体稳定性及提高有机碳含量,且配施效果优于单施。     

生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

长期不同轮作模式对黄壤团聚体组成及有机碳的影响

依托23年的黄壤长期定位田间试验,对比研究玉米单作(MM)、小麦||绿肥–玉米轮作(WMR)和油菜–玉米轮作(RMR)对土壤团聚体组成及有机碳的影响。结果表明:各处理机械稳定性团聚体和水稳性团聚体均以大团聚体(>0.25 mm的团聚体)为优势团聚体,占比高达93.04%和74.59%以上;WMR和RMR处理较MM处理显著提高了5~2 mm和2~1 mm机械稳定性团聚体含量及>5 mm和5~2 mm水稳性团聚体含量;WMR处理的水稳性团聚体MWD(平均重量直径)较MM处理显著增加了50%;WMR、RMR处理的PAD(团聚体破坏率)和ELT(土壤团聚体不稳定团粒指数)较MM处理分别显著降低了31.32%、25.97%和35.90%、30.65%;不同粒级水稳性团聚体中均以WMR处理的有机碳含量最高,>5、1~0.5、0.5~0.25 mm粒级团聚体的有机碳含量比MM处理显著增加了17.60%、34.41%、45.67%;土壤团聚体有机碳主要集中在>0.25 mm的大团聚体中,而在微团聚体中含量较少,轮作主要提高了>5 mm水稳性团聚体中有机碳的贡献率,WMR、RMR处理较MM处理分别提高了23.18和9.16个百分点。小麦||绿肥–玉米轮作能有效改善土壤团聚体组成,提高团聚体稳定性和有机碳含量,可作为贵州黄壤旱地较佳的轮作模式。     

长期不同施肥对黄泥土水稳性团聚体颗粒态有机碳的影响

研究了长期不同施肥处理(化肥与秸秆配施、化肥与猪粪配施、单施化肥和不施肥)下太湖地区黄泥土耕层水稳性团聚体颗粒态有机碳含量的变化。结果表明,供试土壤水稳性团聚体组成以>2mm和2~0.25mm粒径为主,施肥下>2mm水稳性团聚体显著增加,并伴随2~0.25mm水稳性团聚体明显减少。颗粒态有机碳主要存在于>2mm水稳性大团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的减小而明显减少。>2mm水稳性大团聚体中的POC对施肥的响应较为敏感,以化肥与秸秆配施下该粒径水稳性团聚体中POC的积累效果最为明显。而化肥与猪粪配施则显著增加了2~0.25mm和0.25~0.053mm水稳性团聚体中的POC含量。土壤不同层次水稳性团聚体中POC的来源不同,在0~5 cm表层可能主要来源于作物根茬生物量,而在5~15 cm土层则可能跟施入的外源有机物有关。     

黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布特征

为研究黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳含量和δ~(13) C值的分布特征,探讨黑土区水稻土水稳性团聚体有机碳及其颗粒有机碳的分布和稳定性,为该地区黑土的合理利用及土壤的合理培肥提供理论依据,以黑土区不同有机碳含量的水稻土为研究对象,利用湿筛法和物理分组技术分离提取各级团聚体及其颗粒有机物,采用~(13) C稳定同位素质谱技术分析有机碳含量及其δ~(13) C值。结果表明,黑土区水稻土以2~0.25mm团聚体为主,土壤有机碳主要富集在0.25mm团聚体中,尤其是2~0.25mm团聚体中;团聚体有机碳的δ~(13) C值随团聚体粒级的减小而增大,2mm和2~0.25mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳截获或碳固定能力,而0.25~0.053mm和0.053mm团聚体中有机碳的δ~(13) C值均大于土壤有机碳的δ~(13) C值,具有碳固持或稳定的能力;除B-2土样外,各土样均以2~0.25mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最大,以0.25~0.053mm团聚体中的颗粒有机碳含量为最小,且该团聚体中颗粒有机碳含量与土壤有机碳含量呈显著正相关关系(r=0.917,P0.01),表明微团聚体闭蓄态的颗粒有机碳对土壤有机碳的固持和稳定发挥重要作用。土壤颗粒有机碳及各级团聚体中颗粒有机碳的δ~(13) C值均小于土壤有机碳及各粒级团聚体中有机碳的δ~(13) C值,团聚体颗粒有机碳的δ~(13) C值也随团聚体粒级的减小而增大。因此,黑土区水稻土中0.25mm的水稳性团聚体是有机碳的主要载体,团聚体颗粒有机碳作为活性碳库,较总有机碳更易反映黑土区水稻土有机碳的周转变化,其敏感性随团聚体粒级的增大而增强。     

改良剂作用下滨海盐化潮土团聚体分布、稳定性及有机碳分布特征

通过对滨海盐化潮土小麦—玉米轮作2年田间定位试验,研究不同改良剂施用对土壤团聚体分布、稳定性及土壤团聚体中有机碳含量、各级团聚体有机碳对总有机碳贡献率的影响。试验共设置3个处理:对照(CK)、有机土壤改良剂(OSA)和有机—无机土壤改良剂(CSA),分析土壤团聚体分布、水稳性大团聚体(R_(0.25))、平均重量直径(mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(geometric mean diameter,GMD)、分形维数(D)、有机碳储量(soil organic carbon storage,SOCS)和有机碳贡献率(contribution rate of organic carbon)。结果表明,滨海盐化潮土水稳性团聚体组成主要以0.25 mm粒径为主,改良剂施用后土壤R_(0.25)显著提高,其影响主要集中在5 mm和2～5 mm粒径级,OSA处理2个粒级团聚体含量较CK分别显著增加167.38%和59.00%,CSA处理分别显著增加89.17%和100.66%。施用OSA与CSA同时显著提高了土壤团聚体MWD和GMD值,说明2种改良剂的施用均有利于提高大团聚体数量及稳定性。施用改良剂2年处理土壤各粒级团聚体中有机碳含量均有所提高,OSA处理以1～2 mm粒级提高最多,CSA以2～5 mm粒级提高最多,且前者达显著水平。与CK相比,改良剂可促使土壤有机碳向大团聚体富集,显著提高1～2 mm粒级团聚体对土壤总有机碳的贡献率93.62%～109.76%,降低或显著降低1～2 mm粒级团聚体对土壤总有机碳的贡献率20.55%～24.92%。在小麦—玉米轮作模式下,改良剂施用不仅可以显著提高滨海盐化潮土水稳性大团聚体含量和稳定性,还可显著增加水稳性大团聚体有机碳含量与储量,是加强盐碱土壤有机碳库积累的有效措施。     

不同利用方式下复垦土壤的有机碳组分空间分布特征

以济宁市粉煤灰充填复垦中的园地、耕地和林地为研究对象,研究不同利用方式对复垦土壤的有机碳组分空间分布的影响。通过现场分层采集土样和室内化验指标,研究有机碳组分(WDOC、POC、MOC、LFOC、HFOC、MBC)在不同利用方式土壤中的空间分布特征。结果表明:(1)3种利用方式的全碳(TC)、土壤有机碳(SOC)和土壤有机碳密度(SOCD)均偏低于对照耕地。不同利用方式之间TC、SOC和SOCD的大小关系均为复垦园地复垦林地复垦耕地。(2)不同利用方式之间有机碳组分差异明显(P0.05),SOC与各组分之间均表现为极显著正相关,且关系密切。通过对组分进行相关性分析、比重分析和敏感性分析发现,MOC和HFOC的含量偏低是导致复垦土壤有机碳低于对照耕地的根本原因。(3)根据有机碳组分丰富度指数发现,复垦园地的组分在0—40cm土层恢复较好,复垦林地在40—60cm土层恢复较好,复垦耕地恢复效果一般。在0—60cm土层的综合指数上表现为复垦园地复垦林地复垦耕地。通过对3种利用方式的有机碳组分空间分布特征进行分析后发现,在济宁市平阳寺镇的粉煤灰充填复垦地中,利用成园地效果最好,值得进一步推广。     

不同复垦年限煤矸山重构土壤有机碳及其组分差异

土壤有机碳含量是土壤肥力状况的重要标志之一,其活性组分对田间管理措施反映敏感。因此,分析煤矸山复垦重构土壤有机碳含量及其组分差异对于揭示土壤碳库变化、指导复垦地田间管理措施的实施有重要意义。本研究以山西省霍州曹村煤矸山复垦后5a(R-5a)、7a(R-7a)和9a(R-9a)的果园为对象,通过与当地原地貌果园(CK)对比,分析了3种复垦样地土壤总有机碳(TOC)及其组分可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)、轻组有机碳(LFOC)和重组有机碳(HFOC)的差异,以及与土壤环境因子间的关系。结果表明:①随复垦年限的增加,3种复垦样地土壤TOC、LFOC和HFOC含量均呈先增后减趋势,DOC含量呈增加趋势,MBC含量呈先减后增趋势;但与CK相比,3种复垦样地土壤TOC、DOC、MBC、LFOC和HFOC含量均明显偏低。②DOC/TOC和MBC/TOC在R-7a样地中最低,LFOC/TOC随复垦年限的增加呈增加趋势,HFOC/TOC呈减少趋势,表明土壤中更多的有机碳从稳定态转变为活性态。③土壤全氮、全磷、碱解氮、碳氮比、黏粒含量、pH和含水量均不同程度影响有机碳含量,其中全氮、全磷、黏粒含量和土壤pH为关键因子。