冻融对东北黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响

为保护我国黑土资源,实现可持续利用,研究冻融作用对黑土团聚体稳定性的影响及冻-融作用机制具有重要的理论价值和实际意义。本文以黑龙江省克山、嫩江农田表层(0～20 cm)黑土为材料,通过室内冻融交替模拟试验,分别测定初始含水率和循环次数对黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响。研究结果表明:风干团聚体与水稳性团聚体中较大粒径组(> 2 mm)团聚体随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的趋势,而较小颗粒粒径组(<0.5 mm)团聚体则呈增加趋势。冻融过程中土壤初始含水量显著影响风干团聚体和水稳性团聚体的稳定性。随着初始含水量的增加,冻融显著降低黑土风干团聚体的平均重量直径(MWD)。土壤含水率为50%田间持水量时,冻融明显增加黑土水稳性团聚体的MWD。随着冻融循环次数的增加,风干团聚体小团聚体含量(WSA> 0.25)、团聚体破坏率(PAD0.25、PAD1.0)和MWD均明显降低。本研究结果显示:冻融过程中适宜的土壤含水量有助于增加黑土水稳性团聚体的稳定性。这些发现有助于深入了解冻融过程对黑土侵蚀过程的影响与作用机制。     

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。     

东北黑土区坡耕地土壤团聚体稳定性与结构特征

表层土壤团聚体稳定性对坡面土壤侵蚀过程具有重要影响.应用Le Bissonnais(LB)法和电镜扫描(SEM)对我国东北典型黑土区雨季前坡耕地表层(0～1 cm)与亚表层(1～10cm)土壤团聚体稳定性和结构特征进行分析,以期为坡面水蚀防治提供理论支持.结果表明:在快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和机械振荡(ST)...     

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。     

黑土区落叶松人工林土壤团聚体有机碳及动态变化

以东北典型黑土区林龄分别为8a,21a,30a,37a,52a的落叶松人工林为研究对象,通过对土壤干团聚体组成、不同粒级团聚体有机碳含量及有机碳贮量的测定、计算与分析,研究了不同林龄落叶松人工林土壤团聚体有机碳分配特征及其动态变化规律。结果表明:在0-30cm土层范围内,各粒级团聚体组成比例随粒级从大到小呈\"∧\"型分布,2～5mm粒级团聚体所占比例均最大,且与其他粒级存在显著性差异(P0.05)。表层土壤各粒级团聚体有机碳含量均大于下层土壤,表层土壤中各粒级团聚体有机碳平均变化范围为32.17～48.75g/kg,下层土壤中的变化范围28.82～33.53g/kg,并均以2～5mm粒级团聚体有机碳含量最低。团聚体有机碳贮量随林龄的变化表现为大粒级团聚体(5～10mm)有机碳贮量的降低和小粒级有机碳贮量的增加。表层土壤有机碳贮量大于下层土壤有机碳贮量,但均以2～5mm粒级团聚体有机碳贮量最高,故可以认为土壤有机碳贮量的变化主要取决于各个粒级团聚体组成比例而不是各个粒级团聚体有碳含量。研究结果为进一步评价人工林植被恢复对土壤有机碳的影响提供了理论依据和参考。     

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。     

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。     

喀斯特山区退耕地水稳性团聚体演变特征及土壤养分效应

以贵州省六盘水市钟山区喀斯特山区不同年限退耕还林地为研究对象,以中度石漠化样地和自然恢复松林为对照,采用时空替代法,分析探索了其水稳性团聚体演变特征及与土壤养分的协调效应关系.＃结果表明,喀斯特山区坡耕地退耕还林5～8 a后,>0.25 mm水稳性团聚体在土壤中的含量明显提高,最低含量已达60%以上,粒径多集中在5～2 mm,且有向大粒径明显转化的趋势.通过对水稳性团聚体与土壤养分相关性和回归分析显示,>0.25 mm水稳性团聚体与土壤有机质、全氮、全钾及速效钾显著相关,相关系数达0.7～0.97;与碱解氮、全磷相关性不显著.在喀斯特山区退耕还林过程中,适当考虑种植对土壤磷素返还作用明显的植物,避免人为干扰,将有利于退耕地林木的健康生长.     

东北黑土区土壤团聚体迁移特征的模拟降雨试验研究

坡面侵蚀过程中土壤团聚体迁移反映了团聚体的破碎程度以及雨滴打击和径流搬运之间的相互作用。基于模拟降雨试验,研究了黑土坡面不同粒级土壤团聚体的迁移特征。研究结果表明,同干筛处理相比,湿筛后≥0.25mm粒径的水稳性团聚体含量为52%,其较干筛处理减少24%。湿筛后土壤团聚体的粒级分布以<0.25mm团聚体居多;湿筛处理后>1mm粒级的团聚体含量较干筛处理减少了83.8%。在50和100mm/h两个降雨强度下,团聚体流失以<0.25mm的微团聚体为主,其流失量占团聚体流失总量的80%以上,且不同降雨强度下微团聚体流失量与含沙浓度存在显著正相关关系。50mm/h降雨强度下微团聚体流失量随降雨历时的增加呈先快速增加后递减,最后趋于相对稳定的变化趋势;而100mm/h降雨强度下,其变化趋势则表现为先快速增加后缓慢上升趋势。≥0.25mm各粒级团聚体的流失比例和流失团聚体的平均重量直径(MWD)均随降雨强度的增加而减小,反映了大雨强下雨滴打击对团聚体的分散作用。     

不同开垦年限黑土有机质变化的研究

本试验研究了不同开垦年限黑土有机碳的数量、组成、结合形态的变化 ,试验研究结果表明 :垦后黑土 0～2 0cm土层土壤有机碳数量不断下降 ,年有机碳矿化速率为 1 72 % ,达到平衡后有机碳数量为 7 2 7g/kg ,土壤有机碳的H/F比升高 ,氧化稳定性增强 ,土壤有机—无机复合度升高 ,土壤有机碳松紧比下降。 2 0～ 40cm土层土壤有机碳在垦后 2 2年内升高 ,以后又下降 ,土壤H/F比无显著变化规律 ,土壤有机质氧化稳定性提高 ,土壤有机—无机复合度下降 ,土壤松紧比下降     

施肥措施对复垦土壤团聚体碳氮含量和作物产量的影响

研究复垦后不同施肥措施下有机碳(OC)和全氮(TN)在水稳性团聚体及粉黏粒组分中的分布特征,以期深入理解不同施肥措施下土壤有机碳的固持机制。以生土和连续6年不同施肥措施的复垦土壤为研究对象,采集0～20 cm耕层土壤样品,利用湿筛法进行土壤粒径分组,分析大粒径大团聚体(> 2 mm)、小粒径大团聚体(>0.25～2 mm)、微团聚体(0.053～0.25 mm)和粉黏粒组分(<0.053 mm)中OC和TN含量,判断各粒径团聚体及粉黏粒组分中有机碳储量的驱动因素,探究团聚体及粉黏粒组分中有机碳含量与作物产量之间的关系。试验设不施肥(CK)、施氮磷钾化肥(NPK)、单施有机肥(M)和有机无机肥配施(MNPK)4个处理。结果表明:1)整个试验周期(2008—2013年),同CK相比,NPK、M以及MNPK处理均显著提高了玉米籽粒产量,且以MNPK处理的效果最显著,分别提高了79.49%、116.07%和113.85%。2)大团聚体和微团聚体中OC和TN含量相近,总体高于粉黏粒组分。同生土相比,CK、NPK和M处理均显著提高了>0.25～2、0.053～0.25 mm...     

阳离子表面活性剂改性水稻土对甲磺隆和苄嘧磺隆的吸附

The distribution of light fraction carbon （LF-C） in the various size classes of aggregates and its relationship to water- stable aggregates as well as the influence of cultivation on the organic components in virgin and cultivated black soils were studied by wet sieving and density separation methods. The total organic carbon （TOC） and LF-C were significantly higher （P≤ 0.05） in the virgin soils than in the cultivated soils. The LF-C in aggregates of different size classes varied from 0.9 to 2.5 g kg^-1 in the cultivated soils and from 2.5 to 7.1 g kg^-1 in the virgin soils, whereas the ratio of LF-C to TOC varied from 1.9% to 7.3% and from 5.0% to 12.2%, respectively. After being incubated under constant temperature and controlled humidity for three months, the contribution of LF-C to TOC sharply decreased to an amount （1.7%4.5%） close to the level in soils that had been cultivated for 20 to 25 years （1.3%-8.8%）. As a result, the larger water-stable macro-aggregates （especially 〉 1 mm） decreased sharply, indicating that the LF-C pool in virgin soils declined quickly after cultivation, which reduced the water stability of soil aggregates.     

稻草易地还土对丘陵红壤团聚体碳氮分布的影响

利用新垦坡地、熟化旱地两个定位试验的典型处理(不施肥、化肥、稻草 NP),研究稻草易地还土对丘陵红壤水稳定性大团聚体(>0.25 mm)内碳、氮分布的影响。结果表明,稻草易地还土提高了土壤大团聚体含量;团聚体粒径越大,有机碳和全氮的含量越高;与对照相比,稻草易地还土提高大团聚体内的有机碳含量10.1%~78.5%、全氮含量9.4%~63.6%(p<0.05),同时也显著提高二者在较大粒径(1~2 mm,2~5 mm)团聚体内的分配比例;与化肥处理相比,稻草易地还土提高>0.5 mm各粒级大团聚体内的有机碳含量6.5%~46.1%,也提高了0.5~1 mm,1~2 mm,2~5 mm团聚体内的全氮含量8.7%~16.1%(p<0.05)。水稳定性大团聚体对土壤碳、氮具有强富集和物理保护作用;稻草易地还土提高水稳定性大团聚体内碳、氮的含量和分配比例,是改良丘陵红壤结构、提高并协调土壤肥力的有效保育措施。     

黄土丘陵区露天煤矿复垦土壤熟化过程中团聚体碳氮演变特征

矿区土地复垦中,由于机械碾压导致复垦土壤呈现高压实状态,复垦土壤的有机质则因机械扰动而矿化。探究复垦土壤团聚体与有机质恢复机理,可为深入理解露天煤矿高压实复垦土壤质量演替规律提供依据。以平朔露天煤矿典型植被恢复模式--刺槐纯林不同复垦年限（0、3、12、14、17、25、28、32 a）土壤及周边未扰动土壤（CK）为研究对象,采集0～20 cm表层土壤样品,分析土壤水稳性团聚体（>2 000 μm、>250～2 000 μm、53～250 μm、<53 μm）及团聚体碳（C）、氮（N）以及13C和15N同位素特征。结果表明：1）土地复垦中机械碾压破坏了土壤水稳性团聚体结构与稳定性,但随着复垦时间增加,32 a样地>250～2 000 μm团聚体的比例较0 a提高737.02%,而53～250 μm团聚体比例则降低19.25%;团聚体稳定性随着复垦时间而增加,表现为32 a样地土壤团聚体平均重量直径（Mean Weight Diameter,MWD）较0 a提高133%。2）各粒径团聚体C、N及C/N均随着复垦时间增加而增加,>2 000和>250～2 000 μm团聚体C和N在土壤总C和N中占主导地位。>2 000和>250～2 000 μm团聚体C/N整体上高于53～250 μm团聚体。3）各样地土壤δ13C变化范围为?15.14‰～?26.40‰;δ15N的变化范围为1.13‰～10.87‰。>2 000、>250～2 000和<53 μm团聚体的δ13C值及>2 000 μm团聚体的δ15N值随复垦年限增加呈现降低趋势。与>2000 μm和>250～2 000 μm团聚体相比,53～250和<53 μm团聚体中13C显著富集（P<0.05）,这表明复垦土壤熟化过程中,土壤C从大粒径团聚体向小粒径周转。4）>2 000与>250～2 000 μm团聚体中,新C占土壤总C的比例为>80%,且各样地间差异不显著（P>0.05）,而在<53 μm团聚体中,新C的比例在复垦14～17 a间显著增加,此后则变化不显著。上述结果表明,土地复垦中机械碾压增加了小粒径团聚体的比例,降低了团聚体稳定性,而随着复垦时间增加,植被恢复促进了土壤团聚体结构、稳定性及C、N的恢复。     

三峡库区脐橙果园不同深度的土壤肥力指数

In the Three Gorges Area of China, soil erosion and the resultant non-point source pollution and ecological degradation have endangered agricultural ecosystems and fresh water reservoirs. Although efforts have been undertaken to reduce soil and water losses from slope land used for citrus production, information on the effects of management practices on soil fertility indices is either limited or nonexistent. This study was conducted to compare the effects of 10 years of various management practices, citrus intercropped with white clover (WC), citrus mulched with straw (SM), citrus intercropped with contour hedgerows (CH), citrus orchard land with impermeable membrane (IM), and citrus intercropped with wheat (Triticum aestivum) and peanut (Arachris hypogaea) (WP), as treatments on soil fertility indices with that of the conventional citrus management (CM). Results showed that the soil organic carbon, total and available nitrogen, available potassium, and water-stable aggregate (> 0.25 mm) contents at the 0–5 cm depth were higher for the WC and SM treatments than the CM treatment. There was also spatial variation in soil fertility along slopes of the WC and SM treatments. The soil total and available nitrogen, phosphorus, and potassium, and water-stable aggregate (> 0.25 mm) contents at both the 0–5 and 5–20 cm depths were higher for the CH and IM treatments than the CM treatment. The average soil available nitrogen and available potassium contents were higher for the WP treatment than the CM treatment, but the WP treatment had little effect on the soil organic carbon, total nitrogen, and water-stable aggregate (> 0.25 mm) contents. These suggested that white clover intercropping and straw mulching were the most effective approaches to improve soil fertility in citrus orchard land of the Three Gorges area.     

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。     

利用地统计学技术预测流域尺度土壤团聚体稳定性及团聚体结合有机碳含量空间分布

The association of organic carbon with secondary particles (aggregates) results in its storage and retention in soil. A study was carried out at a catchment covering about 92 km2 to predict spatial variability of soil water-stable aggregates (WSA), mean weight diameter (MWD) of aggregates and organic carbon (OC) content in macro- (> 2 mm), meso- (1-2 mm), and micro-aggregate (< 1 mm) fractions, using geostatistical methods. One hundred and eleven soil samples were collected at the 0-10 cm depth and fractionated into macro-, meso-, and micro-aggregates by wet sieving. The OC content was determined for each fraction. A greater percentage of water-stable aggregates was found for micro-aggregates, followed by meso-aggregates. Aggregate OC content was greatest in meso-aggregates (9 g kg?1), followed by micro-aggregates (7 g kg?1), while the least OC content was found in macro-aggregates (3 g kg?1). Although a significant e?ect (P = 0.000) of aggregate size on aggregate OC content was found, however, our findings did not support the model of aggregate hierarchy. Land use had a significant e?ect (P = 0.073) on aggregate OC content. The coe?cients of variation (CVs) for OC contents associated with each aggregate fraction indicated macro-aggregates as the most variable (CV = 71%). Among the aggregate fractions, the micro-aggregate fraction had a lower CV value of 27%. The mean content of WSA ranged from 15% for macro-aggregates to 84% for micro-aggregates. Geostatistical analysis showed that the measured soil variables exhibited di?erences in their spatial patterns in both magnitude and space at each aggregate size fraction. The relative nugget variance for most aggregate-associated properties was lower than 45%. The range value for the variogram of water-stable aggregates was almost similar (about 3 km) for the three studied aggregate size classes. The range value for the variogram of aggregate-associated OC contents ranged from about 3 km for macro-aggregates to about 6.5 km for meso-aggregates. Kriged maps of predicted WSA, OC and MWD for the three studied aggregate size fractions showed clear spatial patterns. However, a close spatial similarity (co-regionalization) was observed between WSA and MWD.     

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。     

几株产荚膜细菌在土壤水稳性团聚体形成中的作用

试验研究几株产荚膜细菌在土壤水稳定性团聚体形成中的作用结果表明,菌株次生代谢产物即发酵物在土壤水稳定性团聚体形成中起作用,而菌体本身不起作用。细菌能够显著促进>0.25mm土壤水稳定性团聚体的形成,其效果随加入C源物质而异,蔗糖效果优于小麦秸秆和玉米秸秆,风化煤几乎不起作用。加入不同C源物质时,菌株之间表现出明显差异。