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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

冻融循环作用对黑土团聚体破碎机制的影响

为探究冻融循环作用对黑土团聚体抵抗不同破坏作用能力的影响,以黑龙江省典型黑土耕作层土壤为研究对象,通过LB法的3种不同破碎处理,分析冻融循环次数、初始含水量对不同初始粒级土壤团聚体稳定性的作用机制。结果表明:冻融循环作用对1~2,2~3,3~5 mm不同粒级团聚体稳定性有显著影响(P<0.05),其稳定性均呈现为湿润振荡(WS)>慢速湿润(SW)>快速湿润(FW),快速湿润(FW)处理对黑土团聚体稳定性的破坏作用最大,而慢速湿润(SW)和湿润振荡(WS)破坏作用较小。同时,初始含水量和冻融循环次数对3种不同粒级团聚体的快速湿润平均重量直径(MWD FW)、慢速湿润平均重量直径(MWD SW)、湿润振荡平均重量直径(MWD WS)均具有极显著影响(P<0.01)。随着冻融循环交替次数的增加,>0.2 mm的大团聚体破碎而小团聚体(<0.2 mm)含量增加。初始含水量对于2~3,3~5 mm粒级团聚体具有破坏作用,而对1~2 mm粒级团聚体有助于改良团聚体结构,增大团聚体稳定性。     

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...     

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。     

黑土轻组分C与团聚体水稳性的关系

To evaluate the role of kaolinite and variable charge soils on the hydrolytic reaction of Al, the hydrolysis of Al ions in suspensions of a kaolinite and an Oxisol influenced by organic anions was investigated using changes of pH, Al adsorption, and desorption of pre-adsorbed Al. Kaolinite and the Oxisol promoted the hydrolytic reaction of Al above a certain initial Al concentration （0.1 mmol L^-1 for kaolinite and 0.3 mmol L^-1 for the Oxisol）. The Al hydrolysis accelerated by kaolinite and the Oxisol increased with an increase in initial concentration of Al and was observed in the range of pH from 3.7 to 4.7 for kaolinite and 3.9 to 4.9 for the Oxisol. The acceleration of Al hydrolysis also increased with the increase of solution pH, reached a maximum value at pH 4.5, and then decreased sharply. Al hydrolysis was promoted mainly through selective adsorption for hydroxy-Al. Soil free iron oxides compensated a portion of the soil negative charge or masked some soil surface negative sites leading to a decrease in Al adsorption, which retarded acceleration to some extent. For the Oxisol organic anions increased the proportion of adsorbed Al^3＋ in total adsorbed Al with the increase in soil negative surface charge and eliminated or reduced the acceleration of Al hydrolysis. Different organic anions inhibited the hydrolysis of Al in the order： citrate 〉 oxalate 〉 acetate （under initial pH of 4.5）. The formation of Al-organic complexes in solution also inhibited the hydrolysis of Al.     

Soil organic matter in water-stable aggregates under different soil management practices in a productive vineyard

In a productive vineyard, the influence of different soil management practices on carbon sequestration and its dynamic in water-stable aggregates of Rendzin Leptosol was studied. In 2006, an experiment of different management practices in a productive vineyard was established in the locality of Nitra-Dra?ovce, in the Nitra winegrowing area of Slovakia. The following treatments were established: (1) control (grass without fertilization); (2) T (tillage); (3) T + FM (tillage + farmyard manure); (4) G + NPK3 (grass + NPK 120–55–195 kg ha^?1); and (5) G + NPK1 (grass + NPK 80–35–135 kg ha^?1). The results showed that the lowest soil organic matter content (9.70 g kg^?1) in water-stable microaggregates was determined in G + NPK3, as well as in T. However, the highest soil organic matter content in the highest size fractions of water-stable macroaggregates (>5 mm) was observed in T + FM (19.7 g kg^?1). The highest value for carbon sequestration capacity in water-stable microaggregates was observed in the ploughed farmyard manure treatment. However, the control treatment showed the highest values for carbon sequestration capacity in water-stable macroaggregates, including agronomically favourable size fractions (0.5–3 mm). In all soil management practices under a productive vineyard the most intensive changes in the soil organic matter content were observed in the highest size fractions (>3 mm) of water-stable macroaggregates.     

低产水稻土改良与管理研究策略

我国耕地后备资源极端缺乏,改良低产田是提高粮食产量的重要途径。低产水稻土作为低产田的重要组成部分,相关肥力特征及其改良技术研究比较零散,缺乏系统科学的调控管理策略。本文从低产水稻土类型、新的改良研究方法角度,探索可能的技术突破。基于农业部统计数据,因环境条件不良或土壤自身存在障碍因素,全国约有7.67×106hm2低产水稻土。按其主导成因,低产水稻土可分为冷潜型、粘结型、沉板型、毒质型四类。土壤质量评价是低产水稻土研究的重要方面,其评价方法主要包括土壤质量动力学法、土壤质量综合评分法、多变量指标克立格法、土壤相对质量评价法,现已发展了基于GIS的区域尺度水稻土质量评价方法,以及基于土壤生物学性状的质量评价方法。低产水稻土改良研究更多关注新技术和新方法,稳定性同位素探针技术、傅里叶变换红外光谱法(FTIR)和固相交叉极化魔角自旋13C核磁共振(CPMS13C-NMR)波谱技术的应用,将土壤有机碳的微团聚体分布、腐殖质的转化及其与土壤矿物结合机制深入到微观水平;同时高通量测序、土壤宏基因组学、宏转录组学等方法将相关研究推向分子水平。低产水稻土改良与管理的技术主要涉及到冷潜型、粘结型、沉板型、毒质型四大类低产水稻土的改良技术,基于产量反应和农学效率的推荐施肥方法是水稻土养分管理方法的重要发展方向。1)在低产水稻土质量评价方面,未来要结合不同低产类型的障碍因素开展个性化的土壤质量评价,如白土的质地和耕层厚度,加强引入土壤生物学指标进行土壤质量评价研究。2)在低产水稻土改良方面,要研究稻田障碍层次的形成机理与调控途径;研究其他低产类型如新垦水稻土、盐渍化水稻土、石灰化水稻土和污染水稻土的改良技术;研究长期改良措施对不同粒级团聚体腐殖质结构、酶类、微生物多样性和功能基因的影响。3)在低产水稻土管理方面,着重研究秸秆还田技术、推荐施肥技术、抗逆品种技术、群体控制技术。     

高黎贡山土壤腐殖质特性与团聚体数量特征研究

采用野外调查与室内分析结合的方法,研究高黎贡山土壤腐殖质特性与团聚体数量特征,对进一步了解高黎贡山生态系统中土壤特征,降低土壤侵蚀,减少水土流失提供科学依据。结果表明:土壤腐殖质的组成具有明显地带性特征,有机质、腐殖酸含量、胡/富(HA/FA)随海拔高度的降低呈先上升后下降的趋势,A1层胡敏酸(HA)、富里酸(FA)含量分布规律为暗棕壤棕壤棕色针叶林土亚高山草甸土黄棕壤黄壤黄红壤。A2层腐殖酸、FA变化趋势为暗棕壤棕壤棕色针叶林土黄棕壤黄壤亚高山草甸土黄红壤。A1层HA、FA分子复杂程度、化学稳定性比A2层强。1～0.5mm和0.25mm粒径的团聚体含量占绝大多数,约占60%～70%。随着海拔高度的降低,粗粒减少,细粒增多。土壤团聚体服从对数正态分布,其几何平均直径与几何标准差、土壤可蚀性K值之间存在负相关关系,土壤可蚀性K值与几何标准差存在正相关关系,同时土壤也具有一定的分形特性。其中亚高山草甸土几何平均直径(Dg)、平均重量直径(MWD)值最大,几何标准差(δg)、可蚀性K值、分形维数(CFD)值最小,土壤结构稳定性和抗蚀能力相对较强。胡敏酸含量是影响土壤可蚀性的重要因素。     

东北黑土区冻融作用对黑土水稳性团聚体的影响

Soil aggregate stability,an important index of the physical characteristics of a soil,can provide a good indication of a soil’s erodibility,and deserves special consideration in regions with cold climate.The objective of this study was to study the effect of freeze-thaw on soil water-stable aggregates in the black soil region of Northeast China.Samples of a typical black soil in the region were collected to measure water-stable aggregates after freeze-thaw under different conditions(i.e.,initial moisture contents,freezethaw cycles and freezing temperatures)by wet-sieving into eight particle size groups(10,10–6,6–5,5–3,3–2,2–1,1–0.5,and0.5–0.25 mm).Freeze-thaw had the most effect on aggregate stability when the samples had an initial moisture content of 400 g kg-1.The water-stable aggregates of the four larger particle size groups(5,5–3,3–2,and 2–1 mm)reached a peak stability value,but those of the two smaller particle size groups(1–0.5 and 0.5–0.25 mm)reached a minimum value when the soil moisture content was 400 g kg-1.Water-stable aggregates of the four larger particle size groups decreased while those of the two smaller particle size groups increased with the increase of freeze-thaw cycles.As temperatures fell,the water-stable aggregates of the four larger particle size groups decreased while those of the two smaller particle size groups increased.     

Organic matter and water-stable aggregates in soils

The water-stability of aggregates in many soils is shown to depend on organic materials. The organic binding agents have been classified into (a) transient, mainly polysaccharides, (b), temporary, roots and fungal hyphae, and (c) persistent, resistant aromatic components associated with polyvalent metal cations, and strongly sorbed polymers. The effectiveness of various binding agents at different stages in the structural organization of aggregates is described and forms the basis of a model which illustrates the architecture of an aggregate. Roots and hyphae stabilize macro-aggregates, defined as > 250 μm diameter; consequently, macroaggregation is controlled by soil management (i.e. crop rotations), as management influences the growth of plant roots, and the oxidation of organic carbon. The water-stability of micro-aggregates depends on the persistent organic binding agents and appears to be a characteristic of the soil, independent of management.     

PAM对黄土高原主要土壤类型水稳性团聚体的改良效果及机理研究

通过室内土柱培养,研究PAM对黑垆土、黄绵土、风沙土水稳性团聚体的改良效果,并探讨其作用机理和合理的施用浓度.结果表明,在浓度为0.05%～0.4%,PAM均可促进3种土壤＞0.25 mm水稳性团聚体的形成,并有效降低3种土壤团聚体分形维数,改善土壤结构;方差分析表明,PAM改良3种土壤结构的机理是一致的,将＜1mm的水稳性团聚体聚合为更大粒径的水稳性团聚体,使＞1mm的水稳性团聚体含量增加.PAM改良黑垆土、黄绵土和风沙土土壤水稳性团聚体达到显著水平时的浓度也不相同,其适宜浓度分别为0.2%～0.4%,0.05%,0.05%.3种土壤的黏粒含量和有机质含量的差异,可能是影响PAM对不同土壤的水稳性团聚体的改良效果差异的主要原因.     

玉米间作大豆、萝卜对红壤不同粒径水稳性团聚体碳氮分布的影响

为了探讨不同种植模式对红壤水稳性团聚体粒径分布以及不同粒级团聚体中有机碳、氮含量,土壤微生物量碳、氮含量的影响,选择大豆、萝卜与玉米间作及3种作物的单作进行田间试验,在作物成熟期采样,进行样品测定。结果表明:在玉米-大豆(玉//豆)、玉米-萝卜(玉//萝)、玉米单作(玉单)、大豆单作(豆单)、萝卜单作(萝单)处理中,大团聚体(> 0.25 mm)的百分含量明显高于微团聚体(<0.25 mm),其中以大团聚体中粒径为0.25~2 mm的百分含量最高且显著高于其余两种粒径,大团聚体百分含量表现为:玉//豆>玉//萝>玉单>萝单>豆单,微团聚体则与其相反。团聚体粒径中的有机碳含量表现为0.25~2 mm粒径最高、<0.25 mm粒径次之、>2 mm粒径含量最少、玉米大豆间作含量最高、玉米单作含量最低。团聚体粒级中全氮含量与有机碳分布一致,但单作的全氮含量高于间作。有机碳与全氮的C/N为间作高于单作,>2 mm粒径C/N高于其余两种粒径。微生物量碳、氮在团聚体粒径中的分布趋势一致,都表现为间作模式高于单作模式,大团聚体中的含量高于微团聚体。微生物量碳、氮的C/N为单作模式高于间作模式,微团聚体大于大团聚体。与单作相比,间作能提高土壤中水稳性大团聚体的含量,增加大团聚体粒径内的有机碳、氮及微生物量碳、氮的含量。