长期连作棉田土壤团聚体有机碳及氮磷钾含量的变化

依托棉花长期连作定位试验,设置秸秆还田条件下棉花连作5、10、15、20年及无秸秆还田处理下连作5、10、20年处理,对比分析不同连作年限棉田土壤水稳性团聚体中养分的变化特征,对深入认识连作棉田土壤肥力演变及对合理施肥均具有重要的理论价值。结果表明,无论是秸秆还田还是无秸秆还田土壤中有机碳和全氮在水稳性团聚体总的分布规律是一致的,各个处理团聚体中的有机碳、全氮含量由高到低的顺序依次为:1 mm,0.053 mm,0.25≤粒径≤1 mm,0.053≤粒径0.25 mm,且各个处理团聚体中有机碳、全氮含量随着粒径的不断增大呈现先降低后增加的趋势。在秸秆还田处理中,各个粒径水稳性团聚体中有机碳、全氮含量随着连作年限的增加而增加;而无秸秆还田处理中,各个粒径水稳性团聚体中有机碳、全氮含量随着连作年限的增加而降低。土壤中全磷、全钾含量较均匀地分布在各个粒径的团聚体中,表明团聚体中全磷、全钾含量受粒径变化的影响较小。不同粒级水稳性团聚体中的养分对土壤总体养分的贡献率从高到低依次为0.25≤粒径≤1 mm、粒径0.053 mm、0.053≤粒径0.25 mm,粒径1 mm团聚体。秸秆还田处理下0.25≤粒径≤1 mm团聚体对土壤养分的贡献率总体随着连作年限的增加而增加;0.053≤粒径0.25 mm和粒径0.053 mm团聚体对土壤养分的贡献率随着连作年限的增加逐渐减低;粒径1 mm团聚体对土壤养分的贡献率没有表现出明显的规律。无秸秆还田处理0.25≤粒径≤1 mm、0.053≤粒径0.25 mm和粒径0.053 mm团聚体对土壤养分的贡献率与秸秆还田处理呈现相反的变化规律。     

秸秆还田与浅埋滴灌对玉米耕层土壤水稳性团聚体及其碳含量的影响

为探明秸秆还田与灌溉方式对玉米田耕层土壤水稳性团聚体及其碳含量的影响，本研究于2019—2020年进行玉米秸秆还田定位试验，采用裂区设计，主处理设秸秆还田（S⁺）和秸秆离田（S^-），副处理设传统畦灌（F）和浅埋滴灌（D），分析秸秆还田和不同灌溉方式下耕层土壤水稳性团聚体含量、稳定性及其有机碳固持变化特征。秸秆还田可显著提高耕层土壤0.25~5 mm粒径的水稳性团聚体含量，浅埋滴灌可显著提高0.25~1 mm粒径水稳性团聚体含量，秸秆还田与浅埋滴灌互作对>0.25 mm粒径的水稳性大团聚体含量的提高均有正效应；秸秆还田可显著提高>0.25 mm粒径的团聚体含量（R_0.25），降低不稳定团粒指数（E_LT），浅埋滴灌可显著提高团聚体平均质量直径（MWD），秸秆还田与浅埋滴灌互作可显著增加水稳性团聚体平均质量直径（MWD）和几何平均直径（GMD），从而提高团聚体稳定性；秸秆还田与浅埋滴灌互作效应还可显著提高0.5~3 mm粒径的水稳性大团聚体中有机碳含量，提高1~3 mm粒径水稳性大团聚体有机碳富集系数，从而提高土壤有机碳含量；秸秆还田、浅埋滴灌均可优化土壤三相比，且在吐丝期作用更为明显，秸秆还田与浅埋滴灌互作可显著提高土壤气相占比和广义土壤结构指数。秸秆还田与浅埋滴灌对提高耕层土壤水稳性大团聚体含量及其稳定性作用明显，可增加0.5~3 mm粒径水稳性大团聚体有机碳含量，提高其有机碳富集系数，优化土壤三相比。秸秆还田配合浅埋滴灌种植模式可作为改土培肥、提高耕地质量的种植方式。     

长期秸秆还田对潮土水稳性团聚体的影响

为探究潮土区长期秸秆还田土壤水稳性团聚体的分布及稳定性,以河北省低平原潮土区小麦-玉米轮作系统为研究对象,利用38年化肥与秸秆配施长期定位试验,研究了不施肥(CK)和等量氮、磷肥用量为0 kg/hm2(S0)、2250 kg/hm2(S1)、4500 kg/hm2(S2)和9000 kg/hm2(S3)下的秸秆还田量、土壤团聚体分布特征及其稳定性.结果表明,与CK相比,长期施肥与秸秆还田可以降低耕层土壤容重与pH值,而对土壤颗粒组成没有显著影响.试验区土壤水稳性团聚体主要集中在>0.250 mm粒径中,在0～10 cm土层,S1、S2、S3秸秆还田处理土壤>0.250 mm团聚体含量均显著高于S0无秸秆处理,微团聚体(0.053～0.250 mm粒径)含量显著小于S0处理,<0.053 mm团聚体含量无显著差异,秸秆还田使表层土壤微团聚体向大团聚体团聚,增加了大团聚体含量.长期施肥与秸秆还田可以增加0～10 cm土层的平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),提高表层土壤有机碳含量;多元回归方程表明,0～10 cm土层土壤有机碳含量与MWD值极显著相关.秸秆还田可以增强表层土壤团聚体稳定性,改善土壤结构.     

复垦土壤水稳性团聚体碳氮分布对施肥的响应

为揭示不同培肥措施下采煤塌陷区复垦土壤水稳性团聚体及有机碳、氮分布的变化规律,依托山西省潞安煤矿复垦土壤长期定位试验基地,研究不施肥(CK)、单施化肥(CF)、单施有机肥(M)、有机无机配施(MCF)和生物有机肥与化肥配施(MCFB)5种培肥措施对不同复垦年限(4年,8年)土壤水稳性团聚体组成及碳、氮分布的影响。结果表明,不同复垦年限各处理均以0.053～0.25 mm水稳性团聚体含量最多,占团聚体总量的35%～50%;随复垦年限增加,M、MCF、MCFB处理提高了土壤大粒径水稳性团聚体(2 mm、1～2 mm)含量,而降低了微团聚体(0.053～0.25 mm)含量;与未复垦生土(RS)相比,不同复垦年限各处理均有助于2 mm、1～2 mm、0.5～1 mm粒径土壤团聚体含量的提高,而与农田熟土(US)相比,则在一定程度上降低了1～2 mm,0.5～1 mm和0.25～0.5 mm粒径土壤团聚体含量。与CK相比,各培肥处理均提高了土壤水稳性团聚体有机碳、氮含量,其中以单施有机肥(M)效果最好,有机碳、氮含量分别增加了5%～94%、58%～114%;各处理土壤团聚体有机碳、氮含量均高于RS但低于US。不同复垦年限各处理水稳性团聚体有机碳、氮储量均以0.053～0.25 mm粒径所占比例最高;复垦4年土壤团聚体有机碳、全氮以及复垦8年全氮的总储量均以单施有机肥处理最高,显著高于其他处理,而复垦8年有机碳总储量以MCF处理最高,与M和CF处理差异不显著,三者均显著高于MCFB和CK。由此可见,5种培肥措施中单施有机肥较其他处理更有助于提高复垦土壤团聚体有机碳、氮含量及其总储量。     

玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响

为揭示玉米秸秆还田对土壤团聚体组成及其碳氮分布的影响,采用单因素随机区组设计,设置秸秆不还田(T_0)、秸秆还田3 000 kg·hm~(-2)(T_1)、6 000 kg·hm~(-2)(T_2)、9 000 kg·hm~(-2)(T_3)、12 000 kg·hm~(-2)(T_4)5个处理,研究持续5 a秸秆还田条件下,秸秆还田量与土壤团聚体组成及其团聚体碳氮分布间的相互关系。结果表明:连续秸秆还田对土壤总碳、碱解氮、速效钾有显著影响。与T_0相比,T_3和T_4处理土壤总碳提高4.29%、6.13%,土壤碱解氮含量提高11.41%、13.86%,土壤速效钾含量提高11.63%、14.89%。T_4处理下土壤粒径大小为1～2mm的水稳性团聚体百分含量与T_0间差异显著,T_3处理下土壤粒径大小为0.5～1mm的水稳性团聚体百分含量显著低于T_0。随秸秆还田量的增加,土壤平均重量直径(MWD)、水稳系数(K)增加。整体上,受持续秸秆还田影响,土壤水稳性团聚体中氮含量以T_3处理最高,但不同粒径的土壤水稳性团聚体中碳含量间差异不显著。多元分析表明:5 mm粒径的土壤水稳性团聚体所占百分数与土壤MWD及K值间显著正相关;各粒径土壤水稳性团聚体中的全氮、总碳含量与土壤总碳含量均呈正相关。持续玉米秸秆还田提高土壤水稳性团聚体的MWD和K值,促进5 mm粒径的土壤大团聚体的形成;土壤水稳性团聚体中氮含量的差异较碳更显著,氮更易富集。     

秸秆还田对黑土团聚体有机碳含量的影响——基于多级团聚体结构的物理和化学保护作用

采用水稳性团聚体/有机质密度分组方法研究了连续秸秆还田(4年)对黑土水稳性团聚体土壤有机碳(SOC)含量的影响,以探讨黑土团聚体对秸秆还田SOC的物理和化学保护作用。结果表明,与未施秸秆处理(CK)相比,秸秆配施化肥处理(秸秆+NPK)SOC含量显著增加,且作为优势粒级的大团聚体(0.25 mm)数量及其SOC储量显著提高,其中,62.5%的SOC被储存于大团聚体中,对于秸秆还田SOC的固定具有重要意义。秸秆+NPK处理中,大团聚体内闭蓄态微团聚体(0.25~0.053 mm)的数量及其SOC储量均较CK分别提高了32.5%和36.9%,秸秆还田促进了大团聚体内闭蓄态微团聚体的形成,加强了秸秆还田SOC的稳定性。秸秆+NPK处理中,归属于惰性有机碳库的矿物结合态有机碳(MOC)储量比CK增加4.97%,其中大团聚体中MOC储量及其对全土SOC的贡献率较CK显著提高,有利于秸秆还田SOC的稳定。秸秆+NPK处理团聚体内颗粒有机质(POM)的数量及其颗粒有机碳储量分别比CK高55.2%和1.20倍,秸秆还田后土壤POM在团聚体的物理保护下,有利于秸秆还田SOC的固定。因此,基于团聚体保护机制,秸秆还田SOC的稳定性得到提高,秸秆还田措施对于土壤固碳和有机碳库的稳定性具有重要意义。     

秸秆还田量对半干旱区褐土团聚体稳定性及有机碳组分的影响

为探究秸秆还田量对辽西褐土团聚体稳定性及各组分有机碳含量的影响,以辽宁西部半干旱地区褐土为试验对象,研究不同秸秆还田量对于不同剖面土壤团聚体稳定性及其有机碳组分含量的影响。于2020年3月中旬进行秸秆还田,共设置4个秸秆施用量(0、5 000、10 000、20 000 kg/hm²),于2022年秋收后采集土壤样品,对褐土土壤团聚体及其有机碳组分进行分析。试验结果表明：各处理水稳性团聚体占比主要集中于<0.250 mm粒径。与CK相比较,秸秆还田显著提高了水稳性大团聚体含量(>0.25 mm)与水稳性团聚体MWD(平均重量直径),且随着还田量的增加而提高。秸秆还田使不同粒级团聚体有机碳含量呈现出增加的趋势;10 cm剖面,与CK相比较,3个秸秆处理显著提高了>0.25 mm粒级团聚体有机碳含量。30 cm剖面,仅>0.250～2.000 mm粒级团聚体有机碳含量提升显著。与CK相比较,秸秆处理显著提高了10 cm剖面与30 cm剖面土壤颗粒有机碳(POC)含量,其中以S2处理增幅最高。可见,秸秆还田能有效提升土壤团聚体稳定性,有利于增加土...     

农业废弃物料还田对土壤团聚体及土壤C和N的影响

为促进农业废弃物料的循环利用, 选用秸秆(CS)、猪粪(PM)、酒渣(WR)、沼渣(BR)和菌渣(MR)5种来源于不同系统的农业废弃物料进行等碳量还田, 外设单施无机肥(CF), 不施肥(CK)以及裸地(CF)3个处理。测定了土壤水稳性团聚体、大团聚体包裹的微团聚体、土壤总有机碳(TOC)、全N以及团聚体结合态有机碳、N含量, 以探讨农业有机废弃物料还田对土壤团聚体结构的稳定性以及土壤C、N的影响。与无机肥处理相比, 有机物料还田分别使土壤大团聚体(Ma:0.25~8 mm)、微团聚体(Mi:0.053~0.25 mm)以及大团聚体包裹的微团聚体(Mm:0.053~0.25 mm)含量平均增加34%、 8%和34%, 土壤团聚体平均重量直径(MWD)提高20%, 土壤TOC含量平均增加61%, 全N含量增加45%。其中以猪粪和酒渣最有利于团聚体以及土壤TOC、N含量的增加, 沼渣效果最差。总体上有机物料还田促进了团聚体的形成和稳定, 增加土壤TOC与N浓度, 提高了团聚体对TOC和N的保护。     

农业废弃物料还田对土壤团聚体及土壤C和N的影响

为促进农业废弃物料的循环利用,选用秸秆(CS)、猪粪(PM)、酒渣(WR)、沼渣(BR)和菌渣(MR)5种来源于不同系统的农业废弃物料进行等碳量还田,外设单施无机肥(CF),不施肥(CK)以及裸地(CF)3个处理。测定了土壤水稳性团聚体、大团聚体包裹的微团聚体、土壤总有机碳(TOC)、全N以及团聚体结合态有机碳、N含量,以探讨农业有机废弃物料还田对土壤团聚体结构的稳定性以及土壤C、N的影响。与无机肥处理相比,有机物料还田分别使土壤大团聚体(Ma:0.25~8mm)、微团聚体(Mi:0.053~0.25mm)以及大团聚体包裹的微团聚体(Mm:0.053~0.25mm)含量平均增加34%、8%和34%,土壤团聚体平均重量直径(MWD)提高20%,土壤TOC含量平均增加61%,全N含量增加45%。其中以猪粪和酒渣最有利于团聚体以及土壤TOC、N含量的增加,沼渣效果最差。总体上有机物料还田促进了团聚体的形成和稳定,增加土壤TOC与N浓度,提高了团聚体对TOC和N的保护。     

三江湿地周边不同利用方式土壤理化性质及水稳性团聚体化学计量特征变化

选取黑龙江省三江湿地-洪河保护区3种土地利用方式,分析各类土壤水稳性团聚状态及其团聚体有机碳(SOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量和碳氮磷化学计量特征变化规律。结果表明,湿地土壤不同利用方式水稳定性团聚体组成发生显著变化,水稳性团聚体比例均表现为粉-粘团聚体(0.053 mm)比例最大,微团聚体(0.053~0.250 mm)次之,大团聚体(0.25 mm)比例最低。随土壤粒径递减,所有生态系统中土壤SOC、TN、TP含量以及C/N、C/P均降低,表现为大团聚体大于微团聚体,水稳性团聚体N/P变化较小,范围在1.33~2.08。相同土壤粒径下不同利用方式下土壤SOC、TN、TP含量及C/P、N/P最大值均出现在湿地土壤,C/N最大值出现在水田土壤。土壤养分含量最小值出现在旱田土壤。因此,湿地周边土壤对各粒径土壤团聚体全效养分分配及其平衡关系有负向影响,其中旱田和人工林土壤退化最为严重,1~2 mm粒径下碳氮损失量较大,化学计量不平衡。研究结果为湿地保护与合理利用提供科学依据。     

长期施肥对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响

 【目的】研究长期施用化肥以及化肥与稻草配合施用对红壤水稻土水稳性团聚体有机碳、氮分布与储量的影响。【方法】试验土壤采自湖南省望城无机有机肥长期定位试验田小区,各施肥处理为：CK（不施肥）、NP（施氮磷肥）、NPK（施氮磷钾肥）、NP+RS（施氮磷肥和稻草）和NPK+RS（施氮磷钾肥和稻草）。【结果】氮磷钾长期平衡施用和化肥与稻草长期配合施用有利于2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体含量增加。与CK处理相比,化肥与稻草长期配合施用处理能提高2～5 mm和0.5～2 mm水稳性团聚体内的有机碳含量和全氮、可矿化氮含量,同时也显著提高了二者在较大粒径（2～5 mm,0.5～2 mm）水稳性团聚体内有机碳、全氮和可矿化氮储量。与CK处理相比,NPK长期平衡施用的处理,也能提高大粒径水稳性团聚体（2～5 mm,0.5～2 mm）内的有机碳、全氮、可矿化氮的含量和储量,但提高的幅度小于化肥与稻草长期配合施用的处理。【结论】水稳性大团聚体对土壤有机碳、氮具有强富集和物理保护作用;化肥和稻草长期配合施用能显著提高大团聚体内有机碳、氮的含量和储量,是改善土壤团粒结构,提升红壤水稻土肥力的有效措施。2～5 mm和0.5～2 mm粒径团聚体是红壤水稻土有机碳、全氮和可矿化氮的主要载体。     

秸秆还田对瘠薄红壤水稻土团聚体内酶活性及养分分布的影响

【目的】研究秸秆还田配施粪肥与化肥对红壤水稻土水稳性团聚体粒级组成、团聚体微域空间内养分及酶活性分布的影响,为提高秸秆还田在改造中低产田中的利用效益提供理论依据。【方法】依托于鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站24年(1990—2014)的长期定位试验,施肥处理包括:不施肥处理(CK)、全量秸秆还田配施粪肥(SM)、全量秸秆还田配施粪肥与氮肥(NSM)、全量秸秆还田配施粪肥与氮磷钾肥(NPKSM)。利用湿筛的方法得到5个粒级的水稳性团聚体:2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm。测定水稳性团聚体内C、N、P养分含量以及转化酶、脲酶和酸性磷酸酶活性。【结果】长期秸秆还田配施粪肥尤其是配施化肥显著增加了大团聚体(0.25 mm)含量,降低了微团聚体(0.25 mm)的含量,增大了水稳性团聚体平均当量直径,显著改善了土壤团粒结构。秸秆还田配施粪肥与化肥显著提高团聚体微域空间内的酶活性,NSM处理对团聚体内转化酶和脲酶的活性影响最为显著,NPKSM处理对团聚体各粒级内酸性磷酸酶活性影响最为显著。与CK相比,NSM处理的转化酶在5个粒级内增加量是20.3%—396.2%,脲酶的增加量是58.6%—372.1%。NPKSM处理的酸性磷酸酶在各粒级的增加量是48.9%—94.5%。与CK相比,NSM处理下,有机碳在各个粒级的增量是31.6%—65.1%;全氮在各粒级内的增加量是19.8%—51.9%;NPKSM处理下,速效磷含量在各粒级内的增加量最大是:7.4—10倍;集成推进树(ABT)分析表明,有机碳对转化酶活性影响最大,占40.6%。团聚体粒级组成对脲酶活性的相对影响最大,占44.9%;速效磷对酸性磷酸酶的活性影响最大,占41%。非度量多维尺度(NMDS)对团聚体样本排序结果显示,与CK、SM和NSM相比,NPKSM处理对土壤理化性质的影响更为显著,SM及NSM处理的肥效性相似。【结论】秸秆还田与粪肥、化肥配合施用显著提高了水稳性团聚体的平均当量直径,显著增加了团聚体内有机碳、氮和速效磷的含量以及土壤酶活性,是改善土壤团粒结构,提高红壤生物功能和生产力的有效措施。     

不同施肥处理对红壤水稻土团聚体有机碳、 氮分布和微生物生物量的影响

【目的】研究不同施肥处理对红壤水稻土水稳性团聚体组成、不同粒级团聚体中有机碳、氮含量与分布及土壤微生物生物量碳氮含量的影响,为揭示施肥对土壤肥力形成演变的影响机制提供重要理论依据。【方法】依托鹰潭农田生态系统国家野外科学观测研究站已进行了20年的长期定位试验,试验包括9个处理：对照（不施肥,CK）、有机质循环（C）、化学氮肥（N）、氮肥+有机质循环（NC）、化学氮磷肥（NP）、化学氮磷钾肥（NPK）、化学氮磷钾肥+有机质循环（NPKC）、化学氮磷肥（NK）和化学氮磷钾肥+1/2秸秆回田（NPKS）。采集各小区耕层土壤,利用湿筛法得到不同粒级水稳性团聚体,测定团聚体中有机碳、氮含量及土壤微生物量碳、氮含量。【结果】长期不同施肥处理对＞2 mm团聚体含量影响最大,与对照相比,施用有机肥的处理（NC、NPKC、C）该粒级团聚体含量分别提高了37.0%、22.6%和33.2%。各施肥处理下,有机碳、氮在1—2 mm团聚体中含量最高,在0.053—0.25 mm团聚体中含量最低,＞0.25 mm大团聚体比＜0.25 mm微团聚体含有更多的有机碳、氮。有机肥的施用显著提高了各粒级团聚体中有机碳、氮的含量,NC处理各粒级团聚体中有机碳、氮含量均最高,与对照相比,各粒级有机碳提高了17.0%—34.6%,全氮提高了25.8%—48.3%。0.25—1 mm和＞2 mm粒级团聚体对全土有机碳和全氮的贡献率最大,前者贡献率分别为22.1%—30.3%和23.3%—33.7%,后者贡献率分别为24.7%—37.3%和25.5%—38.0%。不同施肥处理间土壤微生物量碳、氮含量也有显著差异,与对照相比, NC、NPKC和C处理微生物量碳提高了122.1%、127.0%、94.0%,微生物量氮提高了92.0%、43.1%、91.1%。＞2 mm团聚体含量与全土有机碳、全氮、微生物量碳、微生物量氮含量及水稻产量呈显著或极显著正相关,＜0.053 mm团聚体则与之呈显著或极显著负相关。【结论】水稳性大团聚体是土壤有机碳、氮的主要载体;有机肥的施用显著提高了水稳性大团聚体及其中有机碳、氮的含量,是改善土壤团粒结构,提高红壤生物功能和生产力的有效措施。     

黑土旱地改稻田土壤水稳性团聚体有机碳和全氮的变化特征

【目的】分析东北黑土旱地改稻田后土壤团聚体组成及其稳定性、各粒级团聚体有机碳、全氮含量及其 ¹³C、 ¹⁵N自然丰度值的动态变化,探讨旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的赋存能力及稳定性,揭示旱地改稻田后土壤团聚体及其有机碳、全氮的演变规律。【方法】选择东北典型黑土旱地土壤（种植大豆年限大于60年,作为对照）和改种不同年限的稻田土壤（3、5、10、17、20和25年,改稻田前种植作物均为大豆）,利用土壤团聚体湿筛分离技术和稳定同位素分析技术,研究旱地改稻田后土壤团聚体有机碳、全氮的动态变化特征。【结果】在0—60 cm土层,与对照土壤相比,改种水稻各年限土壤中2—0.25 mm团聚体组成有所减少,0.25—0.053 mm和<0.053 mm团聚体组成有所增加,>2 mm团聚体组成的变化无明显规律,但旱地改稻田不同年限均以2—0.053 mm团聚体为主;团聚体平均重量直径（MWD）与>2 mm团聚体组成之间呈显著线性正相关关系（P<0.01）,与0.25—0.053 mm、<0.053 mm团聚体组成之间均呈显著线性负相关关系（P<0.01或P<0.05）;水稳性团聚体组成变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,而MWD的变化则受土层深度的显著影响。与对照土壤相比,在0—40 cm土层,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体有机碳和全氮含量在改种水稻3年时均有所下降,在改种水稻3—25年间均随水稻种植年限延长大体上呈增加趋势。总体上,2—0.25 mm、0.25—0.053 mm团聚体是赋存有机碳和全氮的主要粒级;在0—60 cm土层,>2 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）,在0—20 cm土层,2—0.25 mm团聚体有机碳、全氮含量与其团聚体组成之间也呈显著正相关关系（P<0.01或P<0.05）;<2 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化受水稻种植年限影响显著,而>0.25 mm团聚体有机碳和全氮含量的变化则受土层深度影响显著。与对照土壤相比,各粒级团聚体中δ ¹³C在改种水稻3年时均明显增加,在改种水稻5年时均明显下降,在改种水稻5—25年间变化不明显,各粒级团聚体中δ ¹⁵N在改种水稻25年间均略有下降。总体上,在改稻田3—25年间,团聚体中δ ¹³C、δ ¹⁵N的变化受水稻种植年限和土层深度的显著影响,其数值均随粒级的减少而增加,相同年限各粒级团聚体δ ¹³C随着土层的加深而增大,δ ¹⁵N无明显变化规律。【结论】东北典型黑土旱地改稻田25年间,土壤中非水稳性大团聚体遭受破坏形成了粒径较小的团聚体,2—0.053 mm水稳性团聚体是有机碳、全氮固存的主要载体,较小粒级团聚体赋存的有机碳较为稳定,其稳定性随水稻种植年限延长、土层加深而增强。     

生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成和有机碳分布的影响

【目的】研究生物炭与秸秆添加对砂姜黑土团聚体组成、稳定性以及不同粒级团聚体有机碳分布的影响,为砂姜黑土黏板障碍因子改良和合理培肥制度建立提供科学依据。【方法】在光照培养室内用砂姜黑土进行的培养试验,试验设置4个处理：对照（不施有机物料,CK）、单施生物炭（5%生物炭,B）、单施秸秆（1.5%玉米秸秆,S）和生物炭与秸秆配施（5%生物炭+1.5%的玉米秸秆,BS）。培养6个月后采集土壤样品,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定各粒级土壤团聚体有机碳含量。【结果】不同有机物料处理对＞2 mm团聚体含量影响较大,其中施用秸秆显著提高了该粒级团聚体含量。单施生物炭有利于0.053-0.25 mm粒级团聚体含量的增加;施用秸秆有利于0.5-2 mm团聚体含量的增加,较对照显著增加14%-68%。单施生物炭对平均重量直径（MWD）、几何平均直径（GMD）和大于0.25 mm团聚体含量（R_0.25）无显著影响,单施秸秆和生物炭与秸秆配施则显著提高了MWD、GMD和R_0.25。同时,各有机物料施用都显著降低了团聚体分形维数（D）。与对照相比,各有机物料处理土壤有机碳含量都显著提高,其中生物炭与秸秆配施处理含量最高,较对照提高了160%。各有机物料处理不同粒级团聚体中有机碳含量也显著提高,与对照相比,各粒级有机碳含量提高了54%-353%。随土壤粒径的增大,添加生物炭处理不同粒级团聚体有机碳含量分布呈现“V”型趋势,单施秸秆处理呈逐渐增加趋势。大团聚体有机碳的贡献率为S处理＞BS处理＞CK处理＞B处理,微团聚体则表现出相反的规律。0.5-1 mm粒级团聚体对土壤有机碳的贡献率最大,为6%-33%。【结论】单施生物炭对土壤水稳性大团聚体含量和团聚体稳定性的影响不显著,而生物炭与秸秆配施不仅能提高土壤大团聚体含量,增加土壤团聚体的稳定性,而且提高土壤及不同粒级团聚体的有机碳含量,改善了土壤性状。相比之下,生物炭与秸秆配施是改善砂姜黑土结构和提升碳水平的最佳培肥措施。     

施肥对坡地土壤团聚体与磷素赋存形态的影响

紫色土为长江上游农耕区主要土壤,多分布在山地丘陵区,其耕层较薄(30～80 cm),土壤养分质量分数普遍偏低,作物养分利用率低,但目前国内外关于团聚体尺度耕作土壤的磷素分异与循环规律的研究较少.为深入了解紫色土坡耕地长期施肥过程中的磷素养分库容和供应机制,本研究基于2002年开始的长期施肥定位试验,分析研究了西南紫色土区玉米/小麦轮作制度不同施肥方式下土壤团聚体发育特征,并结合碳、氮转化过程探讨紫色土培肥过程中磷素赋存形态及转化规律.结果表明:长期有机无机配合施肥促进大团聚体的形成,不同施肥平均重量直径(MWD)依次为:OMNPKRSDNPKNPKCK;长期施肥均不同程度提高了各粒径土壤团聚体中有机碳、全氮、全磷、速效磷及各形态无机磷(Ex-P, Al-P, Ca-P, Or-P)质量分数,其中主要提高了较大团聚体(2,0.25～2 mm)中养分质量分数.无机肥配施粪肥处理提升有机碳和全氮的效果优于无机肥配施秸秆,而对全磷和速效磷提升效果则相反.长期有机无机配合施用可有效提高各粒径团聚体中Ex-P,Al-P,Ca-P和Or-P质量分数,并促进Al-P,Ca-P向大团聚体转移,提高了土壤对有效磷素的保持能力.有机质添加处理在提高土壤有机碳和有机磷质量分数的同时,也对土壤磷素转化、提高磷素有效性具有重要影响.     

不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征

【目的】在已有团聚体碳氮分布研究的基础上,进一步研究不同施肥处理红壤性水稻土团聚体有机碳矿化特征,并分析有机碳矿化的影响因素,为揭示施肥对土壤肥力的影响及土壤有机碳矿化作用机制提供理论依据。【方法】以长期定位施肥红壤性水稻土为研究对象,包括9个处理:不施肥(CK)、有机质循环(C)、氮肥(N)、氮肥+有机质循环(NC)、氮磷肥(NP)、氮磷钾肥(NPK)、氮磷钾肥+有机质循环(NPKC)、氮钾肥(NK)和氮磷钾肥+1/2秸秆回田(NPKS)。运用湿筛法得到2 mm、1—2 mm、0.25—1 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm 5个粒级团聚体,观测团聚体和全土有机碳矿化动态变化,测定团聚体中微生物生物量碳含量和转化酶活性。【结果】全土和1 mm团聚体有机碳矿化速率在培养前期快速下降,之后逐渐降低至稳定状态,而1 mm粒级尤其是0.053—0.25 mm团聚体,有机碳矿化速率在培养前期降低幅度减小并更早达到稳定状态。有机碳累积矿化量在2 mm和1—2 mm团聚体中最高,在0.053—0.25 mm团聚体中最低。与对照相比,施磷肥处理(NP和NPK)各粒级团聚体有机碳累积矿化量平均提高17.0%—62.1%,施有机肥处理(C、NC和NPKC)则平均提高25.0%—80.5%。2 mm和0.25—1 mm团聚体对全土有机碳矿化的贡献最大,分别为21.0%—42.5%和20.6%—32.7%。0.25 mm大团聚体微生物生物量碳含量和转化酶活性均高于0.25 mm微团聚体。施磷肥处理各粒级团聚体微生物生物量碳含量较对照平均高73.4%—92.0%,施有机肥处理平均高60.8%—99.6%。磷肥和有机肥的施用显著提高0.25 mm大团聚体转化酶活性,其中NC处理大团聚体转化酶活性最高,较对照提高46.0%—135.0%。团聚体有机碳累积矿化量与有机碳、全氮、微生物生物量碳含量及转化酶活性均呈极显著正相关,但与有机碳的相关性最大。【结论】大团聚体在土壤有机碳矿化中发挥主导作用;有机碳含量是影响团聚体有机碳矿化的最主要因素;磷肥和有机肥的施用促进了土壤团聚体有机碳的矿化,是提高红壤性水稻土供肥能力的有效措施。     

Soil aggregation and aggregate associated organic carbon and total nitrogen under long-term contrasting soil management regimes in loess soil

This study investigated the effects of three contrasting soil management regimes and different nutrient treatments on the distribution of water-stable aggregates(2, 1–2, 0.5–1, 0.25–0.5, and 0.25 mm) and associated soil organic carbon(SOC) and total nitrogen(TN) content in loess soil. A 21-yr long-term experiment was performed, in which soil management regimes include cropland abandonment(Abandonment), bare fallow(Fallow) and wheat-fallow cropping(Cropping). Under Cropping, the following nutrient treatments were employed: control(CK, no nutrient input), nitrogen only(N), nitrogen and potassium(NK), phosphorus and potassium(PK), NP, NPK, and manure(M) plus NPK(MNPK). Results demonstrated that Abandonment significantly increased the content of soil macro-aggregates(0.25 mm) and mean weight diameter(MWD) at 0–10 and 10–20 cm soil horizons compared with Cropping, whereas Fallow yielded lower values of above two parameters. Abandonment increased SOC and TN contents in all aggregate sizes by 17–62% and 6–60%, respectively, at 0–10 cm soil layer compared with Cropping. Conversely, Fallow decreased SOC and TN contents in all aggregates by 7–27% and 7–25%, respectively. Nevertheless, the three soil management regimes presented similar SOC contents in all aggregates at 10–20 cm soil horizon. Only Cropping showed higher TN content in 0.5 mm aggregates than the two other regimes. Consequently, Abandonment enhanced the partitioning proportions of SOC and TN in 1 mm macro-aggregates, and Fallow promoted these proportions in micro-aggregates compared with Cropping. Under Cropping, long-term fertilization did not affect the distribution of aggregates and MWD values compared with those under CK, except for NPK treatment. Fertilizer treatments enhanced SOC and TN contents in aggregates at all tested soil depths. However, fertilization did not affect the partitioning proportions of SOC and TN contents in all aggregates compared with CK. Comprehensive results showed that different soil management regimes generated varied patterns of SOC and TN sequestration in loess soil. Abandonment enhanced soil aggregation and sequestered high amounts of SOC and TN in macro-aggregates. Long-term amendment of organic manure integrated with NPK maintained soil aggregate stability and improved SOC and TN sequestration in all aggregates in loess soil subjected to dryland farming.