秸秆深还对土壤团聚体中胡敏酸结构特征的影响

秸秆深还(Deep application of straw,DAS)是指将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40cm),可以解决秸秆焚烧的问题,同时提高土壤肥力、蓄水能力和作物产量。本文采集了吉林农业大学试验站玉米连作耕地试验田中的秸秆深还土壤和未秸秆深还土壤,采用湿筛法将其分为2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和0.053 mm 4个粒级,定性分析提取胡敏酸(HA),通过元素组成、红外光谱和差热分析研究了秸秆深还对黑土各粒级团聚体中HA结构特征的影响。结果表明:黑土团聚体中的优势粒级为2~0.25 mm粒级,优势粒级的团聚体含量和有机碳含量均是表层较亚表层低,DAS有利于优势粒级团聚体的形成,促使优势粒级团聚体中有机碳增多;与亚表层相比,表层各粒级团聚体HA的缩合度、氧化度和热稳定性普遍较低,脂族碳/羧基碳和脂族碳/芳香碳较高;DAS促使土壤表层和亚表层各粒级团聚体中HA的缩合度、氧化度和热稳定性下降,其中表层HA的缩合度降低更明显;而亚表层氧化度和热稳定性的降低幅度较大。表层中HA的分子结构较亚表层的简单、年轻,秸秆深还促使土壤中有机碳含量增加,HA的结构简单化、年轻化。     

秸秆深还对土壤团聚体中胡敏素结构特征的影响

秸秆还田主要是覆盖和表层浅施,存在着影响种子发芽生长、土壤升温慢和病虫害增加等问题。秸秆深还(corn stover deep incorporation,CSDI)是指将玉米秸秆施入土壤亚表层(20~40 cm),不仅能解决秸秆焚烧的问题,还能达到保碳、蓄水、培肥、稳产的目的,使秸秆还田得到改善。虽对秸秆深还后胡敏素(Hu)的结构性质有一些研究,但是对秸秆深还后土壤团聚体中Hu的变化还未见报道。探究秸秆深还对土壤腐殖质的影响,可以为如何提高土地肥力、如何利用秸秆深还创建合理耕层提供理论依据。本试验采集于吉林农业大学试验站玉米连作耕地试验田,采用湿筛法将其分为2 mm、2~0.25 mm、0.25~0.053 mm和0.053 mm 4个粒级并提取Hu,通过元素组成、红外光谱和差热分析研究秸秆深还对团聚体中Hu结构特征的影响。结果表明:用此方法制备的黑土Hu的平均含碳量为721 g kg-1;H/C的平均值为0.776;Hu的缩合度高于相应的HA;秸秆深还促使土壤表层和亚表层团聚体中Hu的氧化度降低,脂族链烃减少,活性结构增多,稳定性降低,Hu的结构趋于简单化、年轻化。     

不同利用方式下土壤团聚体腐殖质组成及胡敏酸结构特征

通过微区定位试验,研究了休闲地、耕地、裸地3种利用方式对土壤水稳性团聚体中腐殖质组成及胡敏酸(HA)结构特征的影响。结果表明:休闲地有利于团聚体中腐殖质的形成,其团聚体中的胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量均高于耕地和裸地。休闲地各级团聚体中HA的缩合度最低,脂族性最强;耕作会导致2mm和2～0.25mm团聚体中HA的芳香性增强,脂族性降低。     

秸秆深还对土壤腐殖质组成和胡敏酸结构特征的影响

以辽宁省阜新县试验基地培肥3年的草甸褐土为研究对象,设CK(不施秸秆)和CS(秸秆深还施用量为24 000 kg hm-2)2个处理,每个处理随机选取3个采样点,采集深度为0～20 cm和20～40 cm。采用腐殖质组成修改法提取水溶性物质(WSS)、胡敏酸(HA)、富里酸(FA)和胡敏素(Hu),研究秸秆深还对土壤腐殖质各组分含量的影响,并提取土壤胡敏酸(HA)固体样品进行结构表征。研究表明:秸秆深还更有助于表层土壤及其各腐殖质组分WSS、HA、FA和Hu有机碳含量的积累,分别较CK增加了33.11%、26.39%、11.09%、9.197%和18.55%,亚表层土壤WSS有机碳含量变化不显著,但HA和Hu的含碳量降低;表层和亚表层土壤PQ值的变化不显著;表层和亚表层土壤HA,缩合度变大,分子结构变复杂,芳香结构增加,热稳定性相对提高,亚表层土壤HA脂族结构稳定性增强。     

不同处理牛粪对黑土团聚体组成与稳定性的影响

施用有机肥是循环农业的典型措施,能够净化环境、加强土壤的可持续利用。通过盆栽试验,研究了施用不同处理牛粪后黑土团聚体的组成与稳定性。研究结果显示:与施用化肥比较,施用不同处理的牛粪后,土壤中>5 mm机械稳定性大团聚体增幅显著,>0.25 mm机械稳定性团聚体含量均在74%以上,最高可达89.66%,>0.25 mm水稳定性团聚体含量均在34%以上,最高可达42.05%;施用不同处理的牛粪提高了土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径、孔隙度,降低了土壤团聚体不稳定团粒指数、分形维数和土壤容重,其中施用腐解牛粪处理效果显著。研究结果表明:施用牛粪比化肥更有利于土壤团聚体的组成与稳定性,比较3种不同处理的牛粪,腐解牛粪不仅有利于土壤中大团聚体的形成,还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性。     

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。     

东北典型黑土区农耕土壤团聚体流失特征

通过野外原位模拟降雨试验,研究了东北典型黑土区3种降雨强度(30、60和90 mm h-1)下农耕地坡面侵蚀过程的土壤团聚体流失特征,分析了流失团聚体特征指标(平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)、平均重量比表面积(MWSSA)、≥1 mm粒级团聚体比例(PA1)、≥2 mm粒级团聚体比例(PA2)、≥0.25 mm粒级团聚体比例(PA0.25))的变化规律。结果表明:降雨强度对典型黑土区农耕地坡面侵蚀有显著影响;次降雨初期侵蚀量占整个降雨过程总侵蚀量的比例随着降雨强度的增加而增大。在30 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25 mm粒级团聚体为主,其占团聚体流失总量的90.0%;在60 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和0.5~1 mm粒级团聚体为主,二者占团聚体流失总量的63.7%;而90 mm h-1降雨强度下,团聚体流失以0.25和2~5 mm粒级团聚体为主,二者分别占团聚体流失总量的31.7%和31.2%。PA0.25、PA1、PA2、MWD和GMD与降雨强度和含沙量之间均呈现极显著正相关关系;MWSSA和D与降雨强度和含沙量之间呈现极显著负相关关系。研究结果还表明,PA1、MWD和GMD皆能较好地表征典型黑土区农耕土壤的团聚体流失特征。     

黑土区杨树农田防护林土壤团聚体的稳定性

[目的]探究黑土区不同密度下杨树农田防护林带对林下土壤结构的影响,为合理配置当地农田防护林的栽植密度提供参考。[方法]以黑龙江省拜泉县株行距分别为1.5m×1m,2m×1.5m,3m×1.5m的不同密度杨树农田防护林带为研究对象,弃耕地作为对照,分析不同密度下不同径级团聚体的百分含量、团聚体破坏率(PAD)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)以及分形维数(D)。[结果](1)各样地均表现为表层团聚体破坏率(PAD)最低,林带的存在降低了深层土壤的团聚体破坏率(PAD)。随着林带密度的降低,团聚体破坏率(PAD)整体呈现下降趋势。(2)平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均随密度的降低而降低,随土层深度的增加而降低,各林带与对照之间差异显著(p0.01)。(3)非水稳性团聚体分形维数和水稳性团聚体分形维数在0—20cm土层随密度的减小而减小,在20—60cm土层随密度的减小而增大。[结论]林带下土壤结构总体优于弃耕地,林带增加了土壤黏粒含量,增强了深层土壤稳定性。林带密度越大,对土壤的改良作用越明显,但会增大表层土壤的团聚体破坏度。     

福鼎茶园土壤团聚体有机碳分布与分子结构特征

以福建省福鼎市白琳镇(BL)、点头镇(DT)、磻溪镇(PX)、管阳镇(GY)和太姥山镇(TMS)的茶园土壤为研究对象,研究其团聚体组成及稳定性,各粒级团聚体有机碳含量、固碳贡献率及有机碳红外光谱,旨在从团聚体尺度揭示茶园土壤有机碳分布及其分子结构特征。结果表明:(1)不同采样地土壤团聚体组成存在差别,但随土层加深,大团聚体(0.25~2 mm)和微团聚体(0.053~0.25 mm)含量均减少,而粉-黏粒团聚体(＜0.053 mm)含量增大;(2)随土层加深,所有采样地平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)减小,分形维数(D)增大,团聚体结构稳定性降低;(3)各粒级团聚体有机碳含量随土层加深而减小,固碳贡献率主要受团聚体含量的影响,大团聚体固碳贡献率相对更大;(4)各粒级团聚体有机碳均主要来源于多糖碳或脂肪碳,0-15 cm土层土壤粉-黏粒团聚体比大团聚体和微团聚体有机碳更稳定,15-30 cm土层各级团聚体均比0-15 cm土层对应粒级团聚体有机碳更稳定。研究成果可为茶园土壤有机碳的科学管理提供理论参考。     

黑土坡面土壤团聚体组成特征研究

通过对径流小区坡面土壤团聚体含量的分析,探讨了不同坡度条件下,黑土坡耕地土壤团聚体的组成及分布规律。在3°～18°的坡面上,土壤大团粒和中团粒含量与坡度呈显著负相关关系,并且随坡度的增加,土壤团聚体的几何平均直径(GMD)与平均重量直径(MWD)均显著减小,土壤抗蚀性下降,潜在侵蚀危险程度增大。与免耕平作相比,在3°～6°缓坡上,横坡垄作方式的土壤团聚体D50值大;而9°坡面上部,横坡垄作的D50值大,坡下部免耕平作的D50值大。表明黑土区缓坡耕地采用横坡垄作方式有利于土壤团聚体的保持;9°以上坡耕地,免耕平作方式坡下部土壤抗蚀性较强。     

东北黑土团聚体水稳定性研究进展

阐述了东北黑土团聚体水稳定性与有机质养分状况以及经营利用方式的关系研究进展,并指出今后研究的发展趋向。     

不同培肥方式黑土腐殖质形态特征研究

针对吉林省黑土区存在的土壤有机质下降、耕地质量退化等问题,利用公主岭国家黑土肥力与肥料效益监测基地连续20年的长期定位试验,采用核磁共振波谱分析法(NMR)、红外光谱分析法(IR)等现代分析方法,研究了不同培肥途径耕层土壤腐殖质的组成、形态结构及动态变化趋势。结果表明:不同培肥途径对耕层土壤腐殖质特征影响明显。施用玉米秸秆处理(S+NPK)和施用有机肥+轮作处理(M+NPK+R)均显著增加了土壤胡敏酸中脂肪族结构成分,单施有机肥处理(M+NPK)显著增加了土壤胡敏酸中羟基含量,S+NPK处理游离羧基含量显著增多。S+NPK、M+NPK及M+NPK+R处理,土壤富啡酸的甲基、亚甲基和次甲基结构成分显著增多,游离羧基含量也显著增多。单施化肥处理,浸提的富啡酸中无机碳酸盐和硅酸盐成分明显增多,化肥长期施用导致土壤中游离富啡酸数量显著减少,土壤的耗竭式利用,导致土壤中铁、铜结合态或络合态的富啡酸增加。不同培肥方式对黑土胡敏酸和富啡酸的元素组成影响有较大的差异,但均可引发胡敏酸C含量降低,N含量增加,富啡酸C、N、H含量增加,O含量降低,可通过不同的培肥方式对土壤腐殖质的元素组成进行调节。     

东北黑土典型坡耕地土壤呼吸特征的研究

本研究以东北黑土典型坡耕地为研究对象,利用LI-8100土壤呼吸测量仪对玉米全生育期土壤呼吸进行了原位监测,分析了坡耕地不同部位(坡顶、坡肩、坡背、坡趾)土壤呼吸速率变化规律、土壤呼吸总量、土壤呼吸速率与土壤水热因子之间的关系。结果表明:该地区土壤呼吸速率呈现"春秋季低夏季高"的季节性变化规律,坡趾位置土壤呼吸峰值显著高于坡顶、坡肩、坡背位置(P0.05)。不同部位土壤呼吸速率与土壤温度呈现显著线性关系(P0.05),与土壤含水量相关性不显著(P0.05)。土壤呼吸总量以坡趾位置最高[523.97 g(CO_2-C)×m~(-2)],显著高于坡背[443.13 g(CO_2-C)×m~(-2)]、坡肩[426.81 g(CO_2-C)·m~(-2)]、坡顶[388.5g(CO_2-C)·m~(-2)]3个位置18.5%、22.8%和34.9%(P0.05)。说明黑土坡耕地不同位置土壤呼吸存在显著差异,准确评价黑土坡耕地土壤呼吸需要综合考虑坡耕地不同坡位的差异,减少引用平地监测结果来评估坡耕地土壤呼吸量所造成的偏差。     

典型黑土区农田土壤碳库及其影响因子显著性变化特征研究

明确不同时期农田土壤碳库及其显著影响因子对农田土壤固碳具有重要意义。基于北安和克东地区20世纪80年代初全国第二次土壤普查资料,2010年测土配方施肥数据和实际补充采集样品分析数据,利用土壤类型GIS连接法研究土壤有机碳库及密度时空变化特征,并采用方差分析检验不同时期土壤有机碳密度空间变异的影响因子及其显著性差异。结果表明,研究区沟谷和低洼平地农田土壤有机碳密度及下降速率均高于漫岗高平原,表层和剖面的碳库年均下降速率为-0.14 t hm-2a-1和-0.13 t hm-2a-1,碳库储量呈现显著下降趋势。1980年农田表层土壤有机碳密度的显著性影响因子为土壤类型(亚类)、海拔、pH和全磷;2010年影响因子中土壤类型(亚类)和pH依然显著,海拔和全磷不再显著,坡度成为新的显著性影响因子。     

中亚热带四种森林土壤团聚体及其有机碳分布特征

选择中亚热带地区4种典型森林类型:杉木林、湿地松林、毛竹林和次生林4种森林土壤为研究对象,研究了森林类型对土壤不同发生层水稳性团聚体及其有机碳分布特征的影响。结果表明:不同森林类型对>5 mm和2~5 mm土壤团聚体含量影响显著(p<0.05),表现为次生林>杉木林>毛竹林>湿地松林,而在其他粒径无显著差异。0~30 cm土层内团聚体R0.25和MWD次生林显著高于其他人工林,杉木林次之,湿地松林和毛竹林最低,其他土层无显著差异。各森林类型同土层不同粒径团聚体中有机碳含量随粒径大小变化,团聚体粒径越小,有机碳含量越高。0~10 cm土层同粒径土壤团聚体有机碳含量从大到小依次是次生林、杉木林、湿地松林和毛竹林,而在其他土层各森林类型之间差异不显著。     

20年来东北典型黑土地区土壤肥力质量变化

通过大量样品分析和数据收集,研究了最近20年来东北典型黑土地区土壤肥力质量主要指标——pH、有机质、速效磷、速效钾和黏粒的变化情况,并在地理信息系统和地统计分析的辅助下,研究了该5项肥力指标以及综合肥力指数的时空变异规律。结果表明:20年中该地区土壤pH、有机质和速效钾平均含量明显降低,速效磷平均含量有较大增加;速效磷的变异系数变化最大,pH变化最小;20世纪80年代该地区土壤肥力综合指数以一、二级为主(80%以上),但21世纪初土壤肥力质量几乎被二、三级地所占据(98%以上)。该地区土壤肥力质量明显降低可能与长期以来重种轻养有关。