接种蚯蚓对土壤团聚体分布、稳定性及有机碳赋存的影响

通过一个月的室内培养试验,研究在不同土壤与植物残体施用下接种蚯蚓对土壤团聚体分布、稳定性及土壤有机碳的影响。供试土壤为粘粒含量较低的潮土(86 g/kg)与粘粒含量较高的红壤(318 g/kg),试验前受试土壤的大团聚体全部人为破坏;供试植物残体为高碳氮比的玉米秸秆与低碳氮比的三叶草残体;供试蚯蚓为威廉腔环蚓(Metaphire guillelmi)。试验结果表明:不同土壤与植物残体施用下,蚯蚓对土壤水稳性团聚体分布、微团聚体分散性及土壤有机碳赋存的作用不同,潮土中施用两种植物残体时,接种蚯蚓均显著降低土壤粘粒分散率(P0.05),但不对水稳性团聚体分布及团聚体平均重量直径(MWD)产生影响,同时赋存于粘粉粒中的有机碳含量均增加;红壤中施用两种植物残体时,接种蚯蚓均显著降低土壤粘粒及粘粉粒分散率(P0.05),同时均形成2 mm大团聚体,2～0.25 mm大团聚体所占比例及MWD也显著增加(P0.05),相应赋存于2 mm大团聚体与2～0.25 mm大团聚体中的土壤有机碳含量均显著增加(P0.05)。两种土壤在施用植物残体且接种蚯蚓时均可显著增加土壤有机碳的含量(P0.05)。对于水土流失和土壤结构严重退化的地区,通过施用植物残体并接种蚯蚓是恢复土壤结构与增加土壤有机碳储存的重要生态工程措施。     

土壤团聚体的形成和稳定机制：研究进展与展望

土壤团聚体是土壤的重要组成部分、土壤结构的基本单元,对土壤生态功能（如碳固存和养分保持等）的维持至关重要。团聚体的形成和稳定主要是通过土壤中矿物、有机质和生物间复杂的相互作用实现的,但其作用机制尚缺乏系统总结。回顾了一个世纪以来有关土壤团聚体的研究历程,梳理了土壤团聚体关键理论提出的历史节点,包括重要的发现和理论观点、主要的理论模型和评价土壤团聚体结构和稳定性的指标等,比较了团聚体的筛分方法及粒级划分依据,分别阐述了团聚体基本结构单元（矿物、有机质和生物及其衍生物）的作用机理,以及微团聚体和大团聚体形成和稳定机制。通过总结发现,尽管目前对影响团聚体形成和稳定的因素及其作用机制有较深入的探讨,但鲜有从稻田及滨水土壤系统的角度探讨pH和氧化还原变化过程对团聚体形成和稳定的影响机制。最后对土壤团聚体研究领域未来的发展进行展望,以期为土壤资源的可持续利用提供理论参考。     

长期不同施肥处理对设施土壤团聚体组成及其稳定性的影响

通过设施土壤长期定位,试验研究了不同施肥处理对土壤团聚体含量、分布及其稳定性的影响。结果表明,有机肥处理的设施土壤水稳性团聚体的优势粒级均为0.125～0.250mm,而未施用有机肥处理的设施土壤水稳性团聚体的优势粒级均为0.053～0.125mm。设施土壤中>0.25mm粒级水稳性团聚体含量明显低于<0.25mm粒级水稳性团聚体。在>0.125mm的粒级中,有机肥(AN0)及其有机无机肥配施(ANPK)处理土壤水稳性团聚体比重均高于无机肥(BNPK)及其不施用肥料(BN0)处理土壤。长期施用有机肥具有促进水稳性微团聚体向水稳性大团聚体形成的趋势。设施土壤团聚体稳定指数大小依次为:ANPK>AN0>BNPK>BN0。分形维数D、几何平均直径GMD、平均重量直径MWD均适用于该设施土壤水稳性团聚体评价。     

不同土地利用方式下石灰土土壤团聚体与土壤酶活性的关系

为了解不同土地利用方式下土壤团聚体结构以及不同团聚体粒级下土壤酶活性情况,选择花江地区不同土地利用方式（乔木林、荒地、耕地、花椒林）下的土壤作为研究对象,应用干筛法获得不同粒径团聚体,并对其土壤酶活性进行研究。结果表明,乔木林中大团聚体（粒径〉5mm）最多,微团聚体（粒径〈0.25mm）最少,而荒地则相反。蔗糖酶、淀粉酶、蛋白酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶活性在3种团聚体中大小顺序是微团聚体〉2～1mm团聚体〉大团聚体,随着团聚体粒级的增大,酶活性减少。多酚氧化酶及脲酶酶活性的大小顺序为微团聚体〉大团聚体〉2～1mm团聚体。微团聚体土壤中酶活性最高,乔木林中微团聚体最少,说明乔木林中土壤酶活性相对较低,土壤中速效养分分解较慢,而耕地则相反。     

电解质对喀斯特地区土壤团聚体稳定性的影响

为研究电解质对喀斯特地区土壤团聚体稳定性的影响,及为喀斯特石灰土地区的土壤结构改善和该地区的农林生产提供理论参考,选取广西南宁马山县3种用地的石灰土作为研究对象,分析土壤团聚体在各浓度(0.00、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 mol/L)电解质(KCl、NaCl、MgCl₂)溶液中的稳定性和破碎过程。结果表明：(1) 电解质浓度＜0.10 mol/L时,随着电解质溶液浓度增大,破碎团聚体中5–3 mm粒径组分含量著降低,＜0.25 mm组分含量均明显增加。(2) 破碎实验中团聚体基本在第1 min内完成大部分团聚体的破碎,纯水中的团聚体破碎速率明显慢于电解质溶液。(3) 本研究在MWD值的基础上提出“团聚体动态稳定指数”概念,根据团聚体动态稳定指数可得,各土壤团聚体稳定性大小表现为：柑橘园＞桉树林＞坡耕地。综上,电解质显著影响喀斯特土壤团聚体稳定性,且在＜0.10 mol/L时团聚体稳定性随电解质浓度增大而先快速降低后缓慢降低；电解质溶液会显著提升团聚体的破碎量和破碎速度。     

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。     

不同胶结物质对黄绵土团聚体形成的影响

通过室内培养试验,采用PAM、腐殖酸、壳聚糖、硫酸铝4种土壤结构胶结剂对促进黄绵土0.25mm团聚体形成大团聚体的过程和效果开展研究。结果表明:(1)从新形成土壤团聚体的粒径分布来看,4种胶结剂均有利于0.25mm粒径的团聚体形成更大的团聚体,尤其是对于增加5mm的土壤团聚体含量效果明显;(2)4种胶结剂施入0.25mm黄绵土团聚体,均可有效地增加黄绵土团聚体的平均重量直径和几何平均直径,提高了团聚体稳定性,且随胶结剂施用浓度的增加呈升高趋势;(3)不同胶结剂对促进黄绵土团聚体形成的能力表现为腐殖酸≈PAM壳聚糖硫酸铝。研究结果可为合理利用外源胶结剂改善土壤结构提供一定的科学依据。     

耕作方式对滨海盐渍土有机碳含量及团聚体特性的影响

为探明不同耕作措施对滨海盐渍土耕层土壤有机碳含量和团聚体特征的影响,本研究在江苏省东台市滨海滩涂农田区开展田间试验,选择玉米-大麦的旱-旱轮作方式,采用传统翻耕、深翻、少耕和免耕4种耕作方式,分别对耕层土壤的有机碳含量、土壤体积质量(容重)、水稳性团聚体含量和稳定性进行测定。结果表明:与传统翻耕相比,免耕措施利于促进土壤有机碳的积累,免耕能使土壤有机碳含量增加18%~32%;少、免耕措施能使0~10 cm土层0.25 mm团聚体增加10%~31%,并且能显著增加0~20 cm土层土壤平均重量直径和几何平均直径值;团聚体中有机碳含量表现为,除0.25~0.5 mm团聚体外,在5 mm至0.5~1 mm粒径之间,粒径愈小,有机碳含量愈高。     

石灰性土壤团聚体中钙形态特征及其与有机碳含量的关系

本文选取5种碳酸钙含量(4.29、17.45、98.66、131.85、143.82 g/kg)差异显著的北方碱性旱地农田土壤(黑土、淡黑钙土、潮土、灰钙土和黄绵土)为研究对象,分析土壤及其各粒级团聚体中有机碳、碳酸钙和不同形态钙含量的分布特征及相关性,探讨碳酸钙对碱性旱地土壤有机碳的影响。结果表明:全土有机碳含量与碳酸钙含量之间无显著相关关系,但在0.002～0.053、<0.002 mm团聚体中二者含量显著负相关(R²分别为0.67、0.83),碳酸钙含量过高影响微团聚体有机碳积累。土壤钙形态中酸溶态和可氧化态是影响微团聚体有机碳积累的主要钙形态,全土中占全钙含量都在64.09%以上,团聚体中其含量随粒径减小而增加。钙离子是有机无机复合体的重要胶结物,但钙离子过多则可能会抢占土壤颗粒上有机碳结合点位,与黏粒和粉粒结合形成微团粒结构,影响有机碳积累。     

草地雀麦对北京山区石灰性褐土水土保持作用的研究

北京山区石灰性褐土草地雀麦播种后第2a,研究了其主要生物学特性对土壤物理性质及坡地水土流失的影响.结果表明,草地雀麦种植1a后,4月份返青,7月份地表覆盖度可达85%以上,8月份植株密度最大,地上、地下生物量为2322.6 kg/hm2和5623.0 kg/hm2,且0-10 cm地下生物量是草地雀麦地下水土保持功能发挥的主要部分.北京地区石灰性褐土土壤侵蚀的主要形式是坡面地表径流流失,降雨与植物生物学特性是坡地土壤侵蚀的主要影响因素,且不同因素作用大小表现为:地表径流量＞降雨量＞降雨强度＞坡度＞植被盖度＞植被高度＞植株密度.草地雀麦种植第2a,可以明显改善石灰性褐土土壤物理性质,减小土壤容重2.4%～9.8%,降低土壤紧实度,提高土壤入渗率,坡地地表年径流损失量与土壤侵蚀模数仅为13.5 mm和105.2 t/(km2·a),保水固土能力达到65.4%和98.1%,水土保持效果显著.     

丛枝菌根真菌侵染对紫色土水稳性团聚体特征的影响

为了研究接种丛枝菌根真菌对土壤团聚体特征的影响,采用盆栽试验,以白三叶草(Trifolium pratense)为宿主植物,在两不同供磷水平条件下,分别接种丛枝菌根真菌Glomus intraradices和Glomus mosseae,收获后分析土壤团聚体数量、分布和分形维数,并运用通径分析对不同作用因子进行统计。结果表明:与对照相比,接种丛枝菌根真菌显著提高了球囊霉素相关的土壤蛋白含量,土壤水稳性大团聚体数量也显著增加。接种处理提高了土壤的平均重量直径,几何平均直径,而且降低了土壤分形维数。通径分析表明,在影响土壤水稳性大团聚体的众多因子中,菌丝密度具有最大的作用,且以直接作用为主,球囊霉素相关土壤蛋白也表现出较大的作用系数,但以间接作用为主。同时接种的两种菌种表现出对土壤结构改良作用大小的不同,在实际运用中需要考虑到此点。     

土地利用方式对红壤团聚体稳定性的影响

以湖南、湖北和江西3省第四纪红土母质发育的土壤为材料,应用干、湿筛法比较不同利用方式下土壤的团聚体粒级分布、平均重量直径(MWD)以及团聚体破坏率(PAD)的差异,分析在不同利用方式下土壤团聚体的分布特征以及稳定性与土壤有机碳的联系。结果表明:不同利用方式下干筛团聚体均以>5mm粒级为主,其次为<0.25mm粒级,而湿筛团聚体则以<0.25mm粒级为主。各不同利用方式土壤团聚体干、湿筛MWD值变化趋势大体一致,并且与有机质含量均呈显著正相关关系。各不同利用方式下PAD有显著差异,表现为旱地>果园>水田>茶园>林地,并且PAD与土壤有机质含量和湿筛获得的MWD值呈极显著负相关。不同有机质含量可显著影响不同利用方式下水稳性团聚体粒级分布。>5mm,1～0.5mm,0.5～0.25mm,>0.25mm粒级水稳性团聚体的含量比例均与有机质含量之间有极显著的相关关系,而5～2mm和2～1mm粒级水稳性团聚体则与有机质含量相关性并不显著。不同土地利用方式对土壤有机质含量有极大的影响,有机质含量高低表现为水田>林地>茶园>旱地>果园。     

紫色土区植物篱篱前淤积带土壤团聚体稳定性特征研究

为探讨紫色土区植物篱篱前淤积带土壤团聚体的稳定性,试验以该淤积带土壤为研究对象,设置了10°对照小区(T1)、10°新银合欢植物篱小区(T2)、10°香根草植物篱小区(T3)、15°对照小区(T4)、15°香根草植物篱小区(T5)等5个处理,采用萨维诺夫法测定了风干团聚体和水稳性团聚体的组成状况,以保存机率、稳定性指数、PAD(结构体破坏率)、MWD(平均重量直径)、GMD(几何平均直径)、MWSSA(平均重量比表面积)、CS(偏度系数)和CE(峰凸系数)等为评价指标,分析了不同坡度、不同植物篱种类下篱前淤积带土壤团聚体稳定性特征。结果表明:(1)各个小区篱前淤积带的水稳性团聚体数量表现为T2和T3小区明显大于T1,T5小区略微大于T4小区但不明显,大坡度下植物篱对紫色土起到保土减沙作用需要一个前期过程。(2)同一坡位情况下,各个小区篱前淤积带土壤团聚体稳定性指数表现为T3T2T1、T5T4,而PAD则表现为T1T2T3、T4T5,较之对照小区,植物篱表现出对土壤团聚体抗侵蚀性的强化效应。(3)同一坡位情况下,风干团聚体、水稳性团聚体的MWD、GMD和CS均表现为T3T2T1、T5T4,而MWSSA则相反,香根草植物篱较新银合欢植物篱更有利于增强团聚体的结构稳定性。(4)PAD能很好地描述干、湿筛处理前后团聚体的稳定性变化,风干团聚体的CS可作为评价团聚体抗机械稳定性的最佳指标,水稳性团聚体的MWD和GMD可更好地表达团聚体的水稳定性。     

接种单细胞微生物对土壤团聚体形成及其稳定性的影响

将根瘤菌(Rhizobium sp.) G-01、肠杆菌(Enterobacter sp.) San8及粘红酵母(Rhodotorula mucilaginosa) R1等3株产胞外多聚物(Extracellular polymeric substances,EPS)的单细胞微生物接种于供试土壤,进行土培试验和盆栽黄瓜试验,研究接种微生物及作物根系对土壤团聚体形成、团聚体组成变化的影响。结果表明,3株单细胞微生物分泌EPS的量分别为2.12 mg (10¹⁰ cells)^-1、0.56 mg (10¹⁰ cells)^-1、172.71 mg (10¹⁰ cells)^-1,其主要组分是多糖、其次是蛋白质,且含有羟基、羧基、羰基等官能团;土培试验后,接种产EPS单细胞微生物处理土壤的大团聚体(>0.25 mm)含量比接种丝状微生物处理提高了71.31%,而盆栽试验后各处理土壤的大团聚体含量(>0.25 mm)比土培试验后土壤显著增加,这可能是由于植...     

保护性耕作对土壤团聚体及其有机碳含量的影响

为了探讨保护性耕作对旱作农田套作模式土壤团聚体的影响,在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(T)、垄作(R)、传统耕作+覆盖(TS)和垄作+覆盖(RS)4种处理下的西南紫色土丘陵区小麦—玉米—大豆套作体系玉米大豆共生时期土壤团聚体进行筛分和测定分析.结果表明:在玉米条带,随着团聚体粒级的减小各处理间水稳性团聚体质量分数差异降低,且差异主要出现在＞0.25 mm粒级的大团聚体中.但是在小麦—大豆条带,不同处理的水稳性团聚体含量没有明显差异.不同土层的土壤水稳性团聚体含量趋势一致,大小排序为A1(＞2 mm粒级的团聚体)＞A2(2～0.25 mm粒级的团聚体)＞M2(＜0.053mm粒级的团聚体)＞M1(0.25～0.053 mm粒级的团聚体).0-5 cm土层＞2 mm粒级的团聚体含量在36.31％～54.84％之间,低于5-10 cm土层的含量(55.22％～70.73％),耕作处理对土壤水稳性团聚体的影响主要表现在0-5 cm土层中,5-10 cm土层各处理间没有差异.不同粒级团聚体内有机碳含量大小排序为A2＞A1＞M1＞M2,有机碳主要富集在2～0.25 mm粒级的团聚体内,其中的水稳性团聚体有机碳含量变化尤其敏感.保护性耕作措施能显著提高土壤有机碳含量,虽然2～0.25 mm粒级中的有机碳含量最高,但是它的质量分数较低,土壤总有机碳增加主要是由于＞2 mm粒级的土壤水稳性团聚体有机碳含量提高.在西南紫色土丘陵区小麦—玉米—大豆套作模式下,保护性耕作有利于改善土壤团聚体结构,增加大团聚体含量,促进土壤有机碳的固定.     

耕作方式对黄绵土水稳定性团聚体形成的影响

研究了不同耕作方式对黄绵土水稳性团聚体形成的影响。结果表明,>0.25mm土壤水稳定性团聚体含量:免耕+秸秆覆盖(NTS)>免耕(NT)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T),团聚体稳定率:免耕+秸秆覆盖(NTS)>免耕(NT)>传统耕作+秸秆还田(TS)>传统耕作(T)。水稳定性团聚体数量以及团聚体的水稳定性均与耕作方式有关。免耕+秸秆覆盖(NTS)、免耕(NT)和传统耕作+秸秆还田(TS)有利于土壤水稳定性团聚体的形成。分析结果同时说明,采用适当耕作方式的同时增加土壤有机质更有利于土壤团聚体的形成和稳定性的增加。     

高寒草地灌丛化对土壤团聚体稳定性及有机碳分布特征的影响

灌丛化是草地生态系统面临的重大生态环境问题之一,是影响高寒草地土壤碳库储量的重要因素。采集青藏高原灌丛化和未灌丛化草地土壤样本,用Cambardella和Elliott湿筛法和沉降虹吸法测定土壤团聚体含量及其稳定性、有机碳(SOC)和全氮(TN)含量,分析了草地灌丛化对土壤团聚体数量及其稳定性的影响。结果表明,灌丛化和未灌丛化草地土壤团聚体以2～0.25 mm粒径为主,但灌丛化草地土壤微团聚体(≤0.053 mm)含量显著低于未灌丛化草地,表明草地灌丛化主要影响土壤微团聚体而对大团聚体含量影响不显著。灌丛化草地土壤团聚体稳定性低于未灌丛化草地土壤,表明草地灌丛化后土壤结构稳定性降低。灌丛化草地土壤SOC和TN含量显著低于未灌丛化草地土壤,说明在气候变化影响下高寒草地灌丛化可能会降低土壤碳库储量。     

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。     

土壤干密度和含水率对2种紫色土抗剪强度的影响

选择广泛分布于重庆丘陵山区的钙质紫色土和中性紫色土2种土壤,通过室内三轴剪切试验测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响。结果表明:(1)在相同干密度情况下,2种土壤粘聚力(c)随着含水率增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力(c)随干密度增大而增大;2种土壤内摩擦角(φ)在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对粘聚力(c)有显著影响,粘聚力(c)随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,并在此交互条件下c达到最大。钙质紫色土粘聚力(c)在干密度为1.7g/cm3,含水率为11%时达到极大值,此时粘聚力(c)为154.59kPa,中性紫色土粘聚力(c)在干密度为1.6g/cm3,含水率为8%时达到极大值,此时粘聚力(c)为126.38kPa。(3)含水率和干密度的交互作用对内摩擦角(φ)影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大,相对而言,含水率对内摩擦角(φ)的影响更明显。钙质紫色土内摩擦角(φ)随含水率的增大呈曲线下降,中性紫色土内摩擦角(φ)随含水率增大有一个短暂的增大过程,而后随之迅速减小。     

植物根系对土壤团聚体形成作用机制研究回顾

土壤团聚体是土壤结构的基本单元,土壤水力侵蚀的微观描述即为土壤团聚体的破裂过程。研究表明:植物根系可以改变土壤的力学以及水文特征,促进土壤团聚体的形成和稳定。因此,对近20年国内外的相关研究成果进行较为系统的回顾,从根系对土壤团聚体的物理、生物、电化学作用3个研究视角,分析了植物根系对土壤团聚体形成的作用机制,提出了现有研究中存在的问题及研究趋势,这对深入认识植物根系对土壤团聚体的影响及其作用机制、发展根-土相互作用的土壤侵蚀过程模型具有重要的意义。