土壤碳素固定及其稳定性对土壤生产力和气候变化的影响研究

土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,在全球碳循环中起着非常重要的作用。本文论述了土壤有机碳对土壤生产力和气候变化的影响。阐述了影响土壤碳含量的各种自然因素和人为因素。对土壤碳素固定以及影响土壤碳素平衡的物理、化学及生物稳定性的各种机理进行了详细评述,阐明了土壤有机碳调控的方法和途径。为控制和调节土壤有机碳储量提供了理论依据。这对今后提高土壤生产力、利用土壤的固碳潜力来降低大气中二氧化碳的浓度和缓解气候变化有着非常重要的意义。     

耕作对土壤有机物和土壤团聚体稳定性的影响

Agricultural sustainability relates directly to maintaining or enhancing soil quality. Soil quality studies in Canada during the 1980‘s showed that loss of soil organic matter (SOM) and soil aggregate stability was standard features of non-sustainable land management in agroecosystems. In this study total soil organic carbon (SOC), particulate organic matter (POM), POM-C as a percentage of total SOC, and aggregate stability were determined for three cultivated fields and three adjacent grassland fields to assess the impact of conventional agricultural management on soil quality. POM was investigated using solid-state ^13C nuclear magnetic resonance (NMR) to determine any qualitative differences that may be attributed to cultivation. Results show a highly significant loss in total SOC, POM and aggregate stability in the cultivated fields as compared to the grassland fields and a significant loss of POM-C as a percentage of total SOC.Integrated results of the NMR spectra of the POM show a loss in carbohydrate-C and an increase in aromatic-C in the cultivated fields, which translates to a loss of biological lability in the organic matter. Conventional cultivation decreased the quantity and quality of SOM and caused a loss in aggregate stability resulting in an overall decline in soil quality.     

抛荒对冷浸稻田土壤团聚体及有机碳稳定性的影响

冷浸稻田是长江流域重要的低产稻田类型之一,近年来抛荒严重,而抛荒对冷浸稻田土壤团聚体的影响并不清楚。本研究以连年种植的冷浸稻田(CWC)、抛荒3年的冷浸稻田(CWA3)和抛荒6年的冷浸稻田(CWA6)为对象,分析抛荒后冷浸稻田土壤团聚体特征以及有机碳稳定性,以期为准确评估抛荒对长期淹水土壤的结构和有机碳的影响提供数据支持。结果表明,不论是0~25 cm土层还是25~50 cm土层,冷浸稻田土壤53μm粒级团聚体占总团聚体比例均超过40%;0~25 cm土层土壤250μm团聚体比例超过35%;53~250μm粒级团聚体比例低于20%。抛荒使0~25 cm土层53μm粒级团聚体占总团聚体比例显著增加,53~250μm粒级比例显著降低。在0~25 cm土层,抛荒使有机碳活性指数Ⅰ(LIc-Ⅰ)在53μm粒级和250μm粒级上升高,有机碳活性指数Ⅱ(LIc-Ⅱ)在53~250μm和250μm粒级上降低;而有机碳难降解指数(RIc)在53μm和53~250μm粒级上降低。土壤总有机碳随抛荒时间延长而增加。     

川西北高寒草地退化对土壤团聚体组成及稳定性的影响

应用干筛法与湿筛法分析了川西北高寒草地不同退化阶段土壤团聚体组成特征,选取了土壤大团聚体含量（R_0.25）、平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和团聚体破坏率（PAD）指标,研究了退化过程土壤团聚体稳定性的变化。结果表明:未退化草地土壤机械稳定性团聚体和水稳性团聚体组成都以大团聚体（>0.25 mm）为主,而退化草地均以微团聚体（<0.25 mm）为主;随着草地退化程度加剧,大团聚体含量（R_0.25）显著降低,土壤团聚体MWD和GMD均表现为:未退化 > 轻度退化 > 中度退化 > 重度退化,PAD呈现相反的变化趋势,其中未退化到轻度退化阶段团聚体稳定性变化最为明显;未退化和轻度退化草地土壤团聚体稳定性由表层向下层递减,而中度和重度退化草地表层（0—10 cm）土壤团聚体稳定性弱于下层（10—40 cm）。这些结果表明随着高寒草地退化的加剧,土壤团聚体稳定性显著降低,轻度退化阶段是土壤结构稳定性下降的关键期,在沙化防治中应予以重视。     

美国备用地保护计划对土壤质量的影响

比较实行备用地保护计划 (CRP) 1 0a后草地上和持续耕作 (CCL)间土壤物理和化学性质。两个试区分别为Harney粉沙壤土和Naron细沙壤土 ,每个试区分别选 1个CRP小区和CCL小区。土样分别取自 0～ 5cm和 5～ 1 0cm。测定的土壤质量指标为 pH、阳离子交换量 (CEC)、养分质量分数、土壤结构和团聚体稳定性。研究结果表明 :CRP小区的土壤酸性比CCL小区降低 ,紧实度增大以及耕层土壤侵蚀程度减轻。因此 ,当CRP地采用传统耕作进行作物生产时 ,0～ 5cm全N量会下降 ,团聚体稳定性逐渐下降。因此 ,CRP结束后 ,采取适宜的土地管理技术 ,对保持和改善土壤质量是必要的     

前期土壤含水率对红壤团聚体稳定性及溅蚀的影响

为了探究前期含水率对南方红壤团聚体稳定性及溅蚀的影响,选取泥质页岩和第四纪红黏土发育的4个典型红壤为研究对象,就5个前期含水率(3%、5%、10%、15%、20%)条件下3~5 mm团聚体水稳定性特征及其与溅蚀的关系进行了初步的探讨。结果表明,消散作用是团聚体破碎最有效的机制,土壤前期含水率越大,团聚体破碎程度越小。随着前期含水率的升高,泥质页岩发育的2种红壤水稳性团聚体平均质量直径(MWDwa)显著增大;第四纪红黏土发育的2种红壤水稳性团聚体平均质量直径(MWDwa)先增大后减小,拐点出现在含水率为15%条件下。泥质页岩发育2种红壤溅蚀量随前期含水率的升高显著减小;第四纪红黏土发育2种红壤溅蚀量随前期含水率的升高呈现先减小后增大的趋势,在含水率为15%时达到最小。团聚体水稳性较高的土样,溅蚀粒径分布呈双峰曲线分布,主要分布1~0.5和0.05 mm范围内,且前期含水率越高,0.05 mm溅蚀颗粒含量越大;而团聚体水稳定性较差的土样,除前期含水率为20%外,溅蚀粒径分布呈单峰曲线分布,主要分布在0.25~1mm。该结果为红壤区农业水土工程及机侵蚀机理研究提供一定的参考,对完善坡面水蚀模型具有一定的参考价值。     

稳定性马铃薯专用肥对马铃薯及土壤养分的影响试验初报

以陇薯6号为指示品种,在甘肃省马铃薯主产区渭源县开展了稳定性马铃薯专用肥应用田间试验。结果表明,当稳定性马铃薯专用肥纯养分总量高于常规施肥处理(施肥纯养分总量480 kg/hm2,其中N 270 kg/hm2、P2O5 210 kg/hm2,CK)纯养分总量的0～10%时,马铃薯的块茎数较常规施肥处理(CK)增加0.3块/穴,块茎重较常规施肥处理(CK)增加84.0～101.8 g/穴,商品率较常规施肥处理(CK)提高4.0～6.5百分点,折合产量较常规施肥处理(CK)增产4785.0～6225.0 kg/hm2,干物质含量较常规施肥处理(CK)增加17.8～23.1 g/kg,粗淀粉含量较常规施肥处理(CK)增加9.8～17.2 g/kg,VC含量较常规施肥处理(CK)增加50.4～57.0 mg/kg,粗蛋白含量较常规施肥处理(CK)增加4.7～7.5 g/kg。而烂薯率较常规施肥处理(CK)降低3.6～3.9百分点,还原糖含量较常规施肥处理(CK)降低0.5～0.6 g/kg。当稳定性马铃薯专用肥纯养分总量低于常规施肥纯养分总量的0～20%时,马铃薯的块茎数、块茎重、商品率、烂薯率、产量、干物质含量、粗淀粉含量、还原糖含量、VC含量、粗蛋白含量等指标较对照常规施肥均无明显变化。从土壤养分变化来看,施用稳定性马铃薯专用肥可进一步提高土壤养分含量和肥力,尤其是当稳定性马铃薯专用肥纯养分总量高于对照常规施肥纯养分总量的0～10%时,可提高土壤全氮含量0.03～0.05 g/kg、速效氮含量12.2～23.3 mg/kg、速效磷含量2.6～3.2 mg/kg。     

毛白杨杂种外源基因稳定性及对土壤微生物的影响

转基因植物外源基因的稳定性、对土壤微生物种群数量的影响以及外源基因是否水平转移到土壤微生物中,是评估转基因植物生态安全性的重要组成部分。本研究利用PCR技术,分析了种植于山东省东营市试验林达3年的转AhDREB1基因毛白杨杂种(毛新杨×毛白杨)的外源基因稳定性,表明AhDREB1基因仍然存在于转基因植株中。采用平板稀释法对转基因与非转基因植株的根系土壤微生物进行种群数量分析,计数结果表明转基因植株与非转基因植株间根系土壤3大类微生物（细菌、放线菌和真菌）数量无显著差异。利用AhDREB1基因特异引物对土壤总DNA以及菌株DNA进行PCR扩增,均未检测到外源基因扩增产物。研究结果表明该转基因毛白杨杂种对土壤微生物系统尚无明显的影响。     

生物炭施用对麦田土壤团聚体机械稳定性及春小麦产量的影响

  目的  研究生物炭添加对灌区麦田土壤团聚体分布、稳定性及作物产量的影响,阐明土壤及作物对生物炭培肥效果的响应,为灌区麦田土壤结构改良和合理培肥制度建立提供理论依据。  方法  试验采用裂区设计,氮肥（纯氮）用量设0、150 kg hm?2两个水平,每一氮肥用量下设生物炭用量0,10,20,30 t hm?2 4个水平,通过2年（2018 ~ 2020年）田间定位试验,利用干筛法得到了不同粒级土壤团聚体含量,对土壤团聚体稳定性指标和春小麦产量进行对比分析。  结果  与不添加生物炭相比,添加生物炭显著提高了 > 5 mm、2 ~ 5 mm粒级土壤团聚体含量（P < 0.05）,增幅范围为10.2% ~ 29.2%、8.3% ~ 10.2%;施用生物炭20 t hm?2时土壤团聚体平均重量直径及几何重量直径增幅最为显著(P < 0.05),较不施生物炭处理相比分别增加了21.4%和32.3%;生物炭配施氮肥春小麦增产效果优于单施生物炭处理;土壤团聚体几何重量直径与春小麦产量之间呈显著的正相关关系。  结论  生物炭施用对灌区麦田土壤大团聚体形成及其稳定性提升效果显著,有利于改良土壤,提升春小麦产量。在本试验条件下,单施生物炭20 t hm?2时土壤团聚体稳定性最强,生物炭20 t hm?2与纯氮150 kg hm?2配施时产量最高,与对照相比春小麦增产达42.7%。     

Exploring soil layers and water tables with ground-penetrating radar

Ground-penetrating radar (GPR) has been used predominantly for environments with low electrical conductivity like freshwater aquifers, glaciers, or dry sandy soils. The objective of the present study was to explore its application for mapping in subsurface agricultural soils to a depth of several meters. For a loamy sand and a clayey site on the North China Plain, clay inclusions in the sand were detected; the thickness, inclination, and continuity of the confining clay and silt layers was assessed; and a local water table was mapped. Direct sampling (soil coring and profiling) in the top meter and independent measurement of the water table were utilized to confirm the findings. Also, effective estimates of the dielectric number for the site with the dielectric number of moist clayey soils depending strongly on frequency were obtained. Thus, important properties of soils, like the arrangement and type of layers and in particular their continuity and inclination, could be explored with moderate efforts for rather large areas to help find optimal locations for the time-consuming and expensive measurements which would be necessary to detail a model of the subsurface.     

地下水埋深对膜下滴灌棉田水盐动态影响及土壤盐分累积特征

为了探究不同地下水埋深条件下膜下滴灌农田的水盐运移规律,于2012—2016年在新疆库尔勒绿洲,对采用膜下滴灌结合冬春灌压盐的棉田开展定位观测,在不同位置处150 cm深土壤剖面进行水盐监测,探究不同生育阶段地下水埋深与土壤水盐含量的关系。结果表明,膜下滴灌农田土壤水分呈反"S"型分布,土壤盐分呈"酒杯"状表聚型分布;试验期内地下水埋深从2~3 m增加到5~6 m,相应地苗期和非生育期返盐程度显著降低,收获期盐分含量下降;5a来土壤含盐量从6.5 g/kg下降到1 g/kg,土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系;深层水分交换量表明土壤水和地下水间的联系明显减弱。建议将类似地区的地下水埋深控制在3.5 m左右,膜下滴灌结合冬春灌淋洗可有效抑制土壤层盐分累积,并可保证自然植被的生态需水。     

Linking fragipans,perched water tables,and catchment-scale hydrological processes

Soils with very slowly permeable fragipans and fragipan-like argillic horizons are extensive throughout the Palouse Region of northern Idaho and eastern Washington, USA. These soils develop seasonal perched water tables (PWTs) under the xeric moisture regime of the region. The objective of this study was to utilize a hydropedology approach to examine the linkages between fragipans, PWTs, and catchment-scale hydrological processes such as soil water storage, runoff, and lateral throughflow. A 1.7-ha catchment dominated by Fragixeralfs (Fragic Luvisols) was instrumented with 135 automated shallow wells to monitor PWTs. Soil water content was measured with water content reflectometry probes, and catchment outflow was measured with a flume. A 35 m × 18 m plot was isolated hydrologically from the surrounding hillslope using tile drains and plastic sheeting to measure perched water outflow. Results show that during the wet winter and spring months, the transition from unsaturated to saturated conditions is accompanied by changes in volumetric water storage of only 4–5%. PWT levels are at the surface of ∼ 26–45% of the catchment soils during periods of high rainfall and snowmelt, thereby generating saturation-excess surface runoff from hillslopes. Observed solute movement via subsurface flow is very rapid and ranges between 2.9 and 18.7 m d^− 1 when PWTs are maintained in more-permeable Ap and Bw horizons. Subsurface lateral flow accounts for as much as 90% of the incident precipitation and snowmelt during early spring. Data indicate that the relatively shallow depth to the fragipans and high K_sat in surface soil layers combine to create a very flashy hydrological system characterized by considerable temporal and spatial variation in patterns of saturation-excess runoff.     

水土保持的水环境效应研究

 非点源污染已成为我国很多湖库型水源地的主要污染源,给人们的生活和健康以及经济社会的可持续发展造成严重危害。水土保持措施是防治非点源污染,保护水源水质,保障饮水安全的重要手段。笔者界定了水土保持水环境效应的概念;将非点源污染的类型划分为农业型、水土流失型、农村生活型、城市径流型和降水降尘型;首次系统地揭示水土保持的水环境效应机制;定量分析小流域综合治理与区域综合治理水土保持的水环境效应。     

河北省曲周盐渍化地区微咸水灌溉对土壤环境效应的影响

在田间条件下，利用微咸水和淡水对河北省曲周盐渍化地区冬小麦进行灌溉试验，对冬小麦耗水量及其构成以及土壤环境效应等方面进行了研究和分析。两年的研究结果表明在小麦生长季灌溉过多，不利于作物根系深扎，不能充分利用土壤水分，造成水资源的浪费。利用微咸水进行灌溉增加了土壤盐分，使土地质量有着潜在恶化的趋势；在小麦收获时土壤表层溶液电导率可达10 dS/m左右，如不采取适当的田间管理措施，土壤盐分将危害下一季作物生长。如合理利用，可充分发挥此地区地下浅层微咸水资源的生产潜力，可缓解该地区的水资源紧张，促进农业发展；但微咸水灌溉的长期土壤环境效应需进一步研究。     

水土保持对水资源量与水质的影响研究

 界定了水土保持的水资源与水环境效应的概念;采用基于物理机制的分布式水文模型(WEP-L模型),以黄河流域的重点水土流失治理区———河口镇至龙门区间为例,对水土保持的水资源量进行定量研究。结果表明,水土保持使广义水资源量增加72.6亿m3,增幅27.1%,使狭义水资源量减少9.0亿m3,减幅14.4%,使狭义水资源的构成发生了变化,即地表水资源量减小、不重复量和地下水资源量增加。以北京市为例定量分析了水土流失区域综合治理对水质的影响。结果说明,水土保持措施是防治非点源污染,保护水源水质,保障饮水安全的重要手段。     

劣质水灌溉对土壤盐碱化及作物产量的影响

长期的劣质水灌溉将导致土壤潜在的次生盐碱化。通过在以色列的大田试验,分析了劣质水灌溉对浅埋地下水位条件下土壤盐碱动态和作物产量的影响。试验在安装有暗管排水系统的试验田中进行。试验田土壤为粉砂粘土,种植有饲料玉米(Zea mays L.)。试验结果显示,高盐碱地下水的侧向运动和蒸发形成了试验田南半部和北半部土壤中盐碱度分布的巨大差异。在试验条件下,0～1.2 m土壤中的盐分在整个玉米生长期内平均增加了7.5%,碱度增大了19.6%。作物产量和植株高度与土壤含盐量成反比,籽粒产量受影响最为严重。利用冬季的降雨淋洗土壤盐分是维持本地区灌溉农业持续发展的关键。     

砂姜黑土钙质结核剖面分布特征及其对土壤持水性的影响

钙质结核是砂姜黑土重要的成土特征,直接影响土壤结构和水分运移,但目前关于钙质结核对土壤持水性作用机制的研究主要集中在实验室尺度,而且报道较少.基于此,该研究在田间尺度上研究了钙质结核剖面垂直分布特征及其对土壤持水性的影响.结果表明:钙质结核主要分布在20 cm以下的土层,其含量和粒径均随土层深度的增加呈现增大趋势,>8...     

连续负压供水对辣椒种植土壤速效养分及酶活性的影响

为探索负压供水对辣椒土壤速效养分和土壤生物活性的影响,在温室大棚内采用盆栽试验,试验利用负压供水装置,设置-5、-10、-15 k Pa以及人工浇水(CK)4个处理,测定了辣椒各生育期土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量,以及土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和磷酸酶活性指标。结果表明,试验中供水压力控制在-5~-15 k Pa时,辣椒各生育期土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量,4种土壤酶活性均显著高于CK,其中,-5k Pa处理对土壤养分及酶活性的提高显著。土壤速效养分含量与酶活性相关分析表明,在负压供水条件下,土壤4种酶活性之间,土壤碱解氮、有效磷、速效钾含量之间,土壤酶与土壤速效养分之间均呈极显著正相关;主成分分析表明,第一主成分对土壤养分供应能力的贡献大,第二主成分反映出过氧化氢酶及蔗糖酶不断分解减少时,有效磷及速效钾权重减少。综上所述,采用负压供水方式,能促进土壤酶活性提高,有利于辣椒土壤养分的转化,当供水压力稳定在-5 k Pa时,提高辣椒土壤养分效果更为显著。     

保水剂对土壤温度和水分动态的影响

为了研究保水剂对土壤温度和水分动态变化的影响,在河北农业大学实验基地,对青海“绿宝”公司提供的3种剂型保水剂施入土壤后的混剂土进行土壤温度和水分运动规律的测定。结果表明：土壤中加入保水剂后能够调节土壤温度的变化,提高土壤的保温性能,使土壤的昼夜温差减小;对土壤水分的蒸发有明显的抑制效应,混剂土中的水分会向四周的干燥土壤扩散,其扩散距离是对照的2倍,而含水率仍在16％～19％之间,土壤中加入保水剂后,混剂土所保持的水分86．7％～88．4％为有效水（0～1．5MPa）。随保水剂用量的增加,混剂土的保温效果、抑制水分蒸发效果越好,土壤水分扩散相同的距离,混剂土的含水量越高,从而为植物提供充足的水分,有利于植物的生长发育。