中南地区典型地带性土壤团聚体抗张强度的变化及影响因素

团聚体的力稳性是决定土壤抗侵蚀能力的关键因素。为探究地带性土壤团聚体抗张强度的变化规律及其影响因素,自北向南选取我国中南部地区6种典型地带性土壤(褐土、黄褐土、棕红壤、红壤、赤红壤和砖红壤)的不同粒径(1~2,2~3,3~5,5~10mm)团聚体作为研究对象,通过测定团聚体的抗张强度(TS),探究其与土壤基本理化性质的关系,揭示该区域团聚体抗张强度的变化特点和稳定机制。结果表明:(1)供试土壤皆为黏性土壤,自北向南,随着水热条件的增加,土壤的pH值逐渐降低,高岭石含量和游离氧化物(Fe_d、Al_d)呈现明显的增加趋势;有机质含量随土壤深度的增加而降低。(2)同种土壤团聚体的抗张强度随着粒径的增大而逐步减小,从北至南,相同粒径团聚体的抗张强度整体呈现减小的趋势。(3)TS与pH、粉粒含量、蛭石含量呈极显著正相关(r0.63,p0.01),TS与黏粒含量、1.4nm过渡矿物含量、高岭石含量、游离氧化铁、铝(Fe_d、Al_d)呈显著负相关(r-0.53,p0.05)。(4)逐步回归分析表明,Fe_d和CEC可以较好的预测和评价3~5mm团聚体的抗张强度(R~2=0.80,p0.01)。总体而言,黏土矿物类型及其含量是影响地带性土壤团聚体力稳性的重要因素。研究结果可为该区域土壤侵蚀预测提供一定的理论依据。     

秸秆还田对农田黑土团聚体稳定性及孔隙结构的影响

团聚体作为土壤基本单元,其孔隙结构影响着土壤中的水、肥、气、热,进而影响着土壤生产力。为探究秸秆还田对黑土团聚体的影响,依托中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站9年秸秆还田试验,设置了6 000 kg·hm^-2(S1)、9 000 kg·hm^-2(S2)、12 000 kg·hm^-2(S3)和15 000 kg·hm^-2(S4)4个玉米秸秆还田处理,以无秸秆还田为对照(CK),采用湿筛法和显微CT扫描研究水稳性团聚体分布情况和3～5 mm团聚体孔隙结构特征。结果表明,S4、S3、S2、S1水稳性大团聚体(>0.25 mm)含量与CK相比分别增加120%、92.1%、73.2%、40.4%。S2、S3、S4与CK、S1相比,平均重量直径(MWD)增加13.0%～29.6%(P<0.05)。S4几何平均直径(GMD)相较于CK、S1和S2分别增加35.1%、 25.0%和8.70%(P<0.05),通气孔隙(ED>100μm)相较于S1、 S2分别提高了272%和13...     

青藏高原不同土地利用方式土壤团聚体组成及稳定性特征

[目的]探究青藏高原不同土地利用方式对土壤团聚体分布特征及稳定性的影响，为改善高寒地区土壤质量提供科学依据。[方法]选取青藏高原5种不同土地利用方式(农田、人工林、湿地、灌丛、裸地)为研究对象，采用干筛法和湿筛法测定土壤团聚体粒径分布以及土壤有机碳(SOC)、总碳(TC)、总氮(TN)、pH,并计算大团聚体重量的百分含量(DR_>0.25,WR_>0.25)、团聚体破坏率(PAD)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)等土壤团聚体稳定性指标，研究了高寒地区不同土地利用方式下团聚体组成及其稳定性特征。[结果]相较于机械稳定性团聚体，土壤水稳定性团聚体更易受到土地利用方式的影响，且更能反映西藏地区土壤团聚体结构稳定性；农田耕种增加了具有机械稳定性的土壤大团聚体含量，但不具有水稳定性；人工林和湿地的土壤团聚体具有较高的水稳定性特征。相关性分析表明，土壤团聚体MWD与SOC,TN含量呈显著正相关；土壤团聚体MWD,GMD值与各粒径团聚体含量总体上呈线性相关，且对于机械稳定性团聚体，1 mm是正负相关的临界点，对于水稳定性团聚体，0....     

转移矩阵法评价土壤团聚体的稳定性

团聚体稳定性是土壤的基本性质,反映了土壤肥力的高低。在3个合理假设的基础上,通过建立干筛和Yoder法湿筛结果之间的转移矩阵,并通过不同径级团聚体的保存率构造了团聚体稳定性指数。该稳定性指数与文献结果具有良好的一致性,说明了转移矩阵方法可用于土壤团聚体稳定性的评价。同时利用该方法分析了不同径级团聚体抗破裂能力大小,发现降雨模拟、干湿循环(1次)、干湿循环(10次)和Yoder湿筛法影响的团聚体粒径并不相同。>0.25 mm水稳性团聚体含量虽然在整体上与团聚体的稳定性具有良好的相关性,但并不是随着>0.25 mm水稳性团聚体含量的增高,每个径级范围的团聚体稳定性增强。该方法可充分利用团聚体分析所得的信息,为进一步认识土壤团聚体的稳定性提供方法支撑。     

土壤团聚体结构与有机碳的关系、定量研究方法与展望

近些年土壤固碳研究受到广泛关注。在诸多影响土壤固碳的因素中,团聚体结构对土壤有机碳的物理保护机制是研究的焦点。土壤中原始有机碳在土壤团聚体和团聚体结构形成中发挥着不可替代的作用,土地利用方式、耕作方式以及施肥措施发生变化后,团聚体及其结构在土壤有机碳固定中的作用变得更加凸显。团聚体结构包含众多的孔隙,这些孔隙的大小、数量、形状以及空间分布等都会影响土壤中水分运移、植物根系生长、土壤生物活动以及土壤有机碳分配,它们相互作用影响土壤中有机碳的固定。本文分析了水分、植物根系以及土壤生物与团聚体孔隙结构之间的关系,阐述了这些因素在土壤有机碳变化中所起的作用,并对目前研究的不足进行了概述。同时,阐述了不同CT(Computed Tomography,CT)技术在土壤团聚体结构探测中的应用及其对结构数据的提取方法,探讨了团聚体孔隙结构对有机碳固定的影响,展望了团聚体结构对有机碳固定影响需要加强的研究内容。参66。     

丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及分形特征

为分析南水北调(中线)丹江口库区不同土地利用方式土壤团聚体稳定性及其分形特征,揭示人类活动对土壤结构的影响,以库区内不同土地利用方式(水田、旱地、果园、人工林地、自然林地)土壤为研究对象,经干筛和湿筛法测定团聚体组成,以土壤团聚体稳定性指标(大团聚体含量(R0.25)和团聚体破坏率(PAD))、土壤团聚体直径指标(平均质量直径(MWD)和几何均重直径(GMD))以及分形维数(D)作为评价指标,对比分析丹江口库区不同土地利用方式下土壤团聚体组成及其稳定性。结果表明,对土壤团聚体组成的测定,湿筛法相对干筛法重现性更好,能更真实反映土壤团聚体组成及其稳定性。各土地利用方式总体上表现为林地(人工林和自然林)土壤稳定性和抗蚀性更好,其MWD和GMD值相对较高,D值相对较低;相反,旱作农地(果园和旱地)土壤团聚结构及其稳定性较弱,其MWD和GMD值相对较低,D值相对较高。说明各团聚体稳定性指标均能从不同角度反映不同土地利用方式对土壤团聚体稳定性的影响。相关性分析表明,土壤团聚体MWD、GMD值和D值与各粒径团聚体含量呈明显线性关系,在土壤团聚化过程中,土壤团聚体从微团聚体(0.25 mm)—中等团聚体(0.25~5 mm)—大团聚体(5 mm)的转化中,0.25,1,5mm粒级是较为关键的临界点。     

南亚热带不同母质发育土壤团聚体特征及其稳定性

团聚体是土壤的基本结构单位,其稳定性是评价土壤质量的重要指标.以南亚热带地区不同母质(石灰岩、第四纪红黏土、砂页岩)发育的土壤作为研究对象,采用湿筛法和LB法测定不同母质发育土壤团聚体稳定性特征.结果表明:(1)随着土层深度的增加,土壤容重呈上升趋势,而孔隙度、有机质和游离氧化铁含量呈下降趋势.砂页岩母质发育的土壤有机...     

不同发育阶段杉木人工林土壤团聚体分布特征及其稳定性研究

为研究杉木人工林土壤团聚体分布特征及其稳定性,探索杉木人工林土壤结构状况,以不同发育阶段杉木人工林0—100cm土层为研究对象,采用干筛法测定土壤团聚体组成,采用湿筛法测定团聚体稳定性,结果表明:在干筛处理下,各发育阶段杉木人工林土壤团聚体以大团聚体(0.25mm)为主,大团聚体比例皆达80%以上,中龄林和成熟林土壤大团聚体比例在各土层中均高于幼龄林,且在0—20cm土层差异显著(P0.05);在各土层中,不同发育阶段杉木人工林5mm粒径的土壤团聚体皆占较高比例,且不同发育阶段对5mm粒径的土壤团聚体组成比例有显著影响。在湿筛处理下,各发育阶段水稳性大团聚体(0.25mm)比例随土层加深而显著降低,0—80cm各土层内,中龄林和成熟林土壤水稳性团聚体比例高于幼龄林,且在0—20cm和20—40cm土层中龄林比幼龄林分别高41.79%和39.06%,差异显著;各发育阶段杉木人工林土壤团聚体破坏率(PAD)特征与水稳性大团聚体相反;平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)随土层加深而显著下降,其中中龄林和成熟林土壤团聚体GMD在0—100cm各土层内均显著高于幼龄林。据此认为,杉木人工林土壤团聚体稳定性随土层加深而降低,中龄林和成熟林土壤结构优于幼龄林。     

重庆四面山不同林地土壤团聚体特征

通过对重庆四面山毛竹林、柳杉林、槲栎林和川柯林4种不同林地土壤团聚体的测定,运用分形理论对研究林地土壤的团聚体分形维数进行分析,结果表明4种林地土壤水稳性团聚体的分形维数(湿筛)均在2.6702.882之间,其中川柯林地0-20 cm土壤层的分形维数最小,毛竹林土壤40-60 cm层分形维数最大;土壤团聚体的分形维数(干筛)均在2.514～2.683之间.且槲栎林土壤40-60 cm层的分形维数最小,毛竹林土壤40-60cm层分形维数最大.通过建立团聚体和水稳性团聚体之间的转移矩阵,用不同径级的保存机率计算出团聚体的稳定性指数,结果表明3～1 mm,1～0.5 mm粒径级土壤团聚体的保存机率较大,不易遭到破坏;>10 mm,0.5～0.25 mm粒径级团聚体的保存机率较小,容易遭到破坏.通过计算4种林地土壤不同深度团聚体稳定性指数平均值发现,川柯林土壤的稳定性指数最高(3.26),其次为槲栎林土壤(3.03)、柳杉林土壤(2.71)和毛竹林土壤(2.69),说明川柯和槲栎两种阔叶林有利于土壤团聚体的稳定.     

草甸黑土团聚体稳定性对耕作与炭基肥施用的响应

为了阐明东北草甸黑土典型区域短期耕作深度及炭基肥料施入对土壤团聚体稳定性影响,2016－2018年连续3 a翻耕秸秆全量还田玉米地上,设置深耕（DCF）与旋耕(SCF),配施有机肥(M)和生物炭(C),共6个处理：DCF、DCF+M、DCF+B、SCF、SCF+M、SCF+B。利用干湿筛法获得土壤团聚体6个粒级组,分析了平均重量直径（mean weight diameter,MWD）、水稳性团聚体比例（water-stable aggregate,WSA）、团聚体破坏度（percentage of aggregate destruction,PAD）、水稳性团聚体几何直径（geometric mean diameter,GMD）以及土壤团聚体有机碳组成和游离结晶态铁铝氧化物（FeDCB和AlDCB）、无定性态铁铝氧化物（Feoxa和Aloxa）。结果表明,耕作方式和施肥显著影响土壤团聚体组成,影响程度表现为旋耕＞深耕,增施有机肥＞常规施肥＞增施生物炭。不同形态铁铝氧化物质量分数在0.10～2.45 g/kg之间,游离结晶态铁铝氧化物含量显著高于无定形态铁铝氧化物含量。除FeDCB外,DCF处理铁铝氧化物含量均高于DCF+B处理,SCF处理Aloxa含量显著高于SCF+M、SCF+B处理19.35%和12.12%; Feoxa和Aloxa与>0.25 mm团聚体、WSA相关性大于其他影响因素,Feoxa对变异解释贡献率为61.3%。土壤有机碳含量与<0.25 mm团聚体负相关,而与>0.25 mm团聚体成正相关,其贡献率为33.0%。AlDCB、Aloxa及>0.25 mm团聚体的形成呈正相关关系,二者总贡献率为9.3%;铁铝氧化物及有机碳改变共同解释74.9%土壤团聚体稳定性和粒级分布,铁铝氧化物单独贡献率为7.9%,有机碳组分单独贡献率为9.2%;综上所述,短期耕作与炭基肥料施入对土壤结构稳定性影响显著,SCF+M是比较理想的耕作模式,在草甸黑土改良中具有一定应用价值。     

黄土高原农地草地林地土壤团聚体稳定性沿降水梯度的变化特征

团聚体稳定性是表征土壤结构稳定性的重要指标,与坡面水文过程及侵蚀过程密切相关,为探明黄土高原团聚体稳定性(aggregatestability,MWD)沿降水梯度的变化特征及其影响因素。该论文在黄土高原沿降水梯度布设了7个采样点,测定每个采样点农地、草地和林地的MWD。结果表明,农地MWD沿降水梯度自南向北呈逐渐减小趋势;草地和林地MWD变化趋势比较相似且无显著差异(P=0.233),最南端宜君的MWD小于稍北富县的MWD,之后向北大体呈减小趋势。农地、草地和林地MWD空间变化特征除受土壤有机质、年均降水量和年均气温的影响以外,农地的MWD与土壤机械组成存在显著相关关系(P0.05),而草地和林地的MWD与根系质量密度存在显著相关关系(P=0.037)。非线性回归表明,农地MWD可以用土壤中值粒径和年均降水量模拟,而草地和林地MWD可用土壤有机质、根系质量密度和年均温模拟。研究成果对于理解黄土高原土壤团聚体稳定性空间变异及其影响因素、分析水文及侵蚀过程的区域变化规律具有理论意义。     

坡面水流中不同层次红壤团聚体剥蚀程度研究

为了明确坡面水流中运移距离对不同层次红壤团聚体自身剥蚀程度的影响,选取3个地区(咸宁、进贤、长沙)典型红壤为研究对象,通过团聚体稳定性分析和室内冲刷水槽试验,就不同层次红壤团聚体稳定性与坡面水流中自身剥蚀程度间定量关系进行了初步探讨。研究结果表明,湿筛法及Le Bissonnais法中的快速湿润、预湿润振荡测得不同层次团聚体稳定性为表层红壤最弱,其次为网纹层,铁锰淀积层最强,而慢速湿润无明显规律,消散作用和机械破碎作用是不同层次红壤团聚体的主要破碎机制;不同层次红壤团聚体在5个运移距离后的剥蚀程度均表现为铁锰淀积层<网纹层<表层;描述团聚体相对机械破碎指数的RMI与5种运移距离后的团聚体剥蚀程度Wr/Wi、剥蚀系数α相关关系显著,利用RMI和运移距离x2个参数建立了坡面水流中不同层次红壤团聚体剥蚀程度预测方程,方程决定系数较高(R2=0.88),显示了较好的预测性能。该结果为研究红壤侵蚀机理提供了参考,对完善土壤侵蚀模型具有一定的参考价值。     

用显微CT研究不同植被恢复模式的土壤团聚体微结构特征

为了更好了解不同植被恢复模式对土壤团聚体微结构的影响,该研究采用显微CT技术扫描3~5 mm土壤团聚体,获取了3.25μm分辨率的二维图像,并应用数字图像处理软件对团聚体孔隙结构进行三维重建,定量研究了黄土丘陵区不同植被恢复模式下(自然草地、人工灌木和坡耕地)土壤团聚体微结构特征。结果表明,两种植被恢复模式均显著提高了土壤有机碳含量和团聚体水稳性(P0.05),降低了土壤容重。与坡耕地处理相比,自然草地土壤团聚体总孔隙度、大孔隙度(100μm)、瘦长型孔隙度分别增加了20%、23%和24%,而分形维数和连通性指数欧拉特征值分别降低了2%和75%,且各指标二者间差异均显著(P0.05)。人工灌木土壤团聚体的上述各项孔隙参数均优于自然草地(较坡耕地分别增加了70%、88%和43%以及降低了4%和92%),且除欧拉特征值外,差异均显著(P0.05)。分形维数和连通性对土壤结构变化的响应相当敏感,可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标,研究结果可为黄土高原土壤质量评价提供科学参考。     

团聚体大小分布对孔隙结构和土壤有机碳矿化的影响

土壤团聚体在外部和内部因素影响下发生团聚和破碎过程,形成不同大小分布的团聚体。团聚体大小分布的变化会改变土壤孔隙结构,影响各种土壤物理、化学和生物学过程,进而影响土壤有机碳(SOC)的周转。选择三种长期施用不同量有机肥的红壤(不施肥,CK;施低量有机肥,LM;施高量有机肥,HM),过不同大小孔径筛(5 mm,S₅;2 mm,S₂;0.5 mm,S_0.5)改变团聚体的大小分布,然后填装土柱(直径2.9 cm、高度4 cm),填装容重为1.3 g·cm^-3。利用X射线显微CT(Computed Tomography)成像技术分析土壤的孔隙结构,采用室内培养法测定土壤有机碳矿化量。结果表明,团聚体大小对孔隙结构有极显著的影响。相较于S₅和S₂处理,S_0.5处理土壤的大孔隙度(>16μm)降低了83.0%～93.9%,孔隙连通性降低了95%以上。而S₅和S₂处理的大孔隙度和孔隙连通性只在HM土...     

长期施肥对华北农田褐土团聚体微结构与稳定性的影响

为定量分析不同施肥措施对华北农田褐土微观结构及稳定性的影响,该研究依托长期定位施肥试验,集成同步辐射显微CT（SR-μCT）与图像处理技术对不施肥（CK）、氮磷钾肥（NPK）和有机、无机配施（OF）三种处理土壤团聚体微结构及其稳定性进行定量分析,结果表明：经过26 a不同施肥处理,研究区土壤孔隙微结构与稳定性产生了实质性变化,其中长期OF处理土壤孔隙度、大孔隙率、狭长孔隙率、平均孔隙直径、平均弯曲度、孔喉平均表面积及平均质量直径等指标较CK处理分别提升了23.84%、145.71%、21.43%、37.16%、21.3%、51.12%和59.26%,表明长期OF处理显著改善了研究区土壤微结构,提升了团聚体稳定性。长期NPK处理与CK处理土壤团聚体在微结构特征与稳定性方面相似,但大孔隙（等效直径≥500 μm）率均显著低于OF处理（P<0.05）。研究结果可为农业土壤质量评价与保护提供支撑。     

外源新碳在不同类型土壤团聚体中的分配规律

通过室内模拟实验,利用δ13C方法研究外源新碳(13C标记的水稻秸秆)在不同类型土壤(红壤、黄红壤和草甸土)团聚体中的分配规律。培养温度为25°C,培养时间为360 d。结果表明:在三种类型土壤中,外源新碳进入到土壤团聚体中的数量由大到小顺序依次为250～2 000μm、50～250μm和<50μm。而进入到土壤中的外源新碳,56.8%～59.6%残留在250～2 000μm团聚体中,25.9%～28.7%残留在50～250μm团聚体中,11.7%～17.3%残留在<50μm团聚体中,表明新进入的外源碳主要分配在大团聚体中。     

Microbial-induced soil aggregate stability under different crop rotations

 Changes in the quantity and quality of soil organic carbon, and their effect on soil aggregate stability as a result of growing different crops in rotation with wheat, were investigated on a red earth (Oxic Paleustalf) in Wagga Wagga, New South Wales, Australia. After two cycles of the 1 : 1 rotation, while the total organic carbon in the 0–5 cm soil depth was similar (15.1 g/kg), significant differences in water stable aggregation were observed in the order: wheat/lupin=wheat/barley >wheat/canola>wheat/field pea. Using a selective extraction technique, significant differences in the quality (composition) of the soil organic carbon were detected in the soils from the different rotations. Soil from the lupin rotation had the highest salt- and acid-extractable carbon whereas that from the barley rotation had the highest level of hot-water-extractable carbon and microbial biomass carbon. Rather than total carbon or other extractable fractions, the observed differences in aggregate stability were only significantly (P<0.05) related to microbial biomass carbon, which made up only 1.3–1.7% of the total carbon pool. Multiple linear regression analysis indicated that with the exception of salt-extractable carbon, inclusion of any other of the less labile fractions failed to improve the correlation relationship. The labile nature of the microbial biomass carbon therefore accounted for the transient existence of the differences in aggregate stability under different rotation crops. The latter was found to be transient and disappeared at the end of the subsequent wheat crop. Received: 5 November 1998     

Changes in soil microbial biomass and aggregate stability following burning and soil rehabilitation

A greenhouse experiment was conducted in order to determine the influence of organic amendment, as compared with inorganic fertilization, and vegetation cover (Lolium perennne L.) on microbial biomass and aggregate stability in burnt soils. The study was performed with soil samples from the ash layer of three pine forests differing in their physicochemical and chemical properties and affected by high-intensity wildfires about 3 and 36 months before the sampling. Two different doses of both poultry manure and NPK fertilizer were used. Similar results were observed independent of the soil; however, the fertilization effect was most pronounced in the soil collected 36 months after the wildfire. Significant increases in microbial biomass C were detected following poultry manure addition, particularly at high dose, while no changes or slight increases were found as a consequence of inorganic fertilization. A significant but varied response of microorganisms to plant growing was also observed. Revegetation and fertilization also modified the aggregate stability values, but different effects were detected depending on the fertilizer used (organic or inorganic) and the dose of application. A high positive and significant relationship between soil microbial biomass and aggregate stability was observed. The results clearly indicate that organic amendment combined with the implantation of a vegetation cover can improve the reestablishment of both microbial biomass and soil structure in burnt pine forests.     

Effects of 'Agri-SC' soil conditioner on soil structure and erodibility: some further observations

Abstract. In field and laboratory experiments the conditioner‘Agri-SC’has shown improvements in the structure of loamy sand soils in east Shropshire, UK. It resulted in statistically significant decreases in soil bulk density values and increases in soil porosity and aggregate stability. Further experiments are in progress on both loamy sand and silt loam soils.