有机物料对稻田土壤团聚体及有机碳分布的影响

通过连续5年定位试验,以紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料还田的稻田土壤为对象,研究有机物料还田后不同物理分组下土壤组成特点和有机碳变化特征。结果表明,稻田土壤团聚体主要分布在2~0.25mm与0.25~0.053mm粒级,团聚体颗粒有机碳含量随着粒径的减小而减少。有机物料还田可提高0.25~0.053mm和0.053mm粒级团聚体有机碳的含量,紫云英、秸秆、商品有机肥等有机物料可通过提高土壤微团聚体有机碳含量而增加土壤碳库。有机物料施用增加土壤轻组组分颗粒含量,减少重组组分颗粒含量,有助于土壤轻组组分的形成。稻田土壤轻组颗粒有机碳含量与0.25mm和0.053mm团聚体颗粒有机碳含量呈显著相关,与2~0.25mm团聚体颗粒有机碳含量呈极显著相关。稻田土壤施用紫云英、秸秆和商品有机肥等有机物料,可有效提高土壤微团聚体和轻组成分颗粒含量,增加土壤微团聚体和轻组有机碳含量,改变稻田土壤有机碳库组成特征。     

长期施用不同有机物料对土壤团聚体特征的影响

农业有机物料是重要的资源,为研究施用不同有机物料对土壤水稳性团聚体分布、稳定性及有机碳的影响,采用对照(CK)、玉米秸秆(Str)、堆肥(C)、牛粪(PM)、沼渣(BgR)、生物炭(BC)6种处理,通过田间7年定位试验,利用湿筛法得到不同粒级的土壤水稳性团聚体,测定土壤有机碳含量,计算了水稳性团聚体平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)值、分形维数(D)和土壤不稳定团粒指数(E_(LT))。结果表明:与对照相比,5种不同有机物料处理下0~15 cm土层水稳性大团聚体(0.25 mm)含量、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、土壤有机碳含量显著增加(P0.05),分形维数(D)、土壤不稳定团粒指数(E_(LT))显著减小(P0.05),土壤团聚体结构稳定性明显得到增强。土壤有机碳与水稳性大团聚体(0.25mm)含量间呈现出极显著正相关关系(P0.001)。生物炭和秸秆处理的团聚体稳定性变化最为明显,土壤结构改善效果最好,生物炭、沼渣处理最有利于促进土壤有机碳的累积。各处理15~30 cm土层,土壤团聚体及有机碳含量差异不显著(P0.05)。采取施用不同有机物料的方式对耕地进行保育,显著提高了耕作层水稳性大团聚体含量和有机碳含量,增强了团聚体结构稳定性,改善了土壤结构和肥力状况。     

秸秆和地膜覆盖对旱作玉米田土壤团聚体及有机碳的影响

利用田间试验研究了不同覆盖条件下黄土高原旱作春玉米田土壤团聚体及其有机碳分布状况。试验设无覆盖(CK)、秸秆覆盖(SM)和地膜覆盖(PM)3个处理。结果表明,与CK处理相比,PM处理提高了0~10 cm土层中0.25 mm粒径机械稳定性团聚体含量;SM处理提高了0~10 cm和10~20 cm土层0.25 mm水稳性大团聚体含量和稳定性,且降低了团聚体的破坏率;SM和PM处理均提高了0~10 cm土层水稳性团聚体的平均重量直径值。在各土层,0.25 mm粒径微团聚体有机碳含量在各粒径团聚体中最低。SM处理较CK处理显著提高了0~10 cm土层总有机碳和土壤团聚体各粒径有机碳含量(0.5~0.25 mm粒径除外),PM处理较CK处理10~20 cm和20~40 cm土层总有机碳和团聚体有机碳有降低趋势。在各土层中,土壤有机碳主要储存在水稳性大团聚体中。SM处理较CK处理提高了0~10 cm和10~20 cm土层大团聚体对土壤总有机碳的贡献率,PM处理作用不显著。总体而言,秸秆覆盖对改善土壤结构及提高固碳作用均具有明显的效果,地膜覆盖仅对土壤团聚体的团聚有促进作用。     

长期添加外源有机物料对华北农田土壤团聚体有机碳组分的影响

土壤有机碳和团聚体对土壤肥力、作物产量、农业和环境发挥着重要作用,是土壤肥力的核心和可持续农业的基础。本研究依托中国科学院栾城农业生态系统试验站18年野外长期有机质物料和矿质肥料配施试验,开展不同施肥模式对土壤团聚体组成以及各组分有机碳在团聚体中分布影响的研究,为阐明不同农业管理措施下土壤有机碳的物理保护机制提供依据。试验共设6个处理:对照(CK)、单施秸秆(S)、单施有机粪肥(M)、单施化肥(NPK)、化肥配施秸秆(SNPK)和化肥配施有机粪肥(MNPK)。利用干筛法将全土筛分为大团聚体(2 mm)、小团聚体(0.25～2 mm)和微团聚体(0.25 mm) 3种粒径团聚体,分别测定不同处理下全土及3种粒级团聚体中总有机碳(TOC)、可溶性有机碳(DOC)、酸解活性有机碳(AC)、惰性有机碳(ROC)和易氧化有机碳(LOC)含量。结果表明:施肥对土壤团聚体分布及稳定性有显著影响, SNPK显著提高了粒径0.25 mm团聚体含量和团聚体稳定性;DOC和ROC含量与粒径2mm团聚体含量显著正相关,其对促进大团聚体形成至关重要。不同施肥处理下土壤团聚体各有机碳组分含量存在差异,与传统的单独施用化肥处理(NPK)相比,SNPK和MNPK均显著提高了全土和团聚体各组分有机碳含量, SNPK对土壤有机碳的提升效果优于MNPK。各有机碳组分在团聚体中的含量均为小团聚体大团聚体微团聚体,其中,70%以上的各组分有机碳来自于粒径0.25mm的团聚体。在施用化肥基础上增施有机肥(MNPK)和实施秸秆还田(SNPK)提高了LOC在TOC中的占比,使LOC/TOC由CK的11.94%分别增加到14.95%和15.70%。MNPK利于LOC保存在大团聚体中,提高了土壤供肥能力;而SNPK促进了LOC向较小粒径团聚体迁移,增强了其在团聚体中的稳定性,提高了土壤的保肥能力。由此可见,长期实施有机无机肥料配合可以提高土壤碳储量和稳定性,这为全面实施秸秆还田的基础上推行有机粪肥部分替代化肥的养分管理策略提供了理论依据。     

有机物料施用下原生盐碱土胡敏酸结构特征

为研究不同有机物料对原生盐碱土胡敏酸官能团组成的影响,以吉林省大安市原生盐碱地为研究对象,设置空白处理(CK)、颗粒状秸秆处理(KL)、正常玉米秸秆处理(JG)、牧草处理(MC)和羊粪处理(YF),通过红外光谱与主成分分析(Principal component analysis,PCA)相结合,研究不同有机物料施用下土壤胡敏酸红外光谱特征。结果表明,有机物料各处理与CK处理相比增加了土壤胡敏酸中脂肪碳和芳香碳的相对含量,减少了羧基碳的含量。除KL处理外,其他处理均增加了土壤胡敏酸中氨基化合物的相对含量。同时有机物料的施用增加了土壤胡敏酸的脂族碳/羧基碳和脂族碳/芳香碳比值,表征有机物料的施用使得土壤胡敏酸结构缩合度和氧化度下降,脂族性增强,芳香性降低,胡敏酸结构趋于脂族化、简单化、年轻化。对比两种秸秆处理,发现KL处理更有利于土壤新形成结构年轻化、简单化、脂族性强的胡敏酸分子。根据PCA结果,有机物料的施用是土壤中脂族性碳、芳香族碳以及氨基化合物的主要来源之一,为探讨胡敏酸官能团的来源提供依据。通过红外光谱结合PCA,发现了土壤胡敏酸官能团组成对有机物料的不同响应,为研究有机物料的施用对土壤胡敏酸性质的影响机制提供理论依据。     

不同有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征的影响

为了研究不同种类和形态的有机物料对原生盐碱地水稳性团聚体特征以及物理性质的影响,以吉林西部地区原生盐碱地为研究对象,通过大田试验,分析了颗粒玉米秸秆、正常玉米秸秆、牧草以及羊粪等有机物料对原生盐碱地的浸水容重、沉降系数、田间持水量和蒸发速率等物理指标的影响,以及对土壤水稳性大团聚体和微团聚体的数量、形态、平均质量直径(MWD)、破坏率(PAD)、水稳系数、平均质量比表面积和分形维数等指标的影响。结果表明:(1)各处理中水稳性团聚体组成以微团聚体占主要成分,其中以0.05~0.25mm粒径为主,不同有机物料处理对各粒级含量影响差异显著。(2)各有机物料处理的土壤水稳性团聚体的稳定性相对CK处理均有所提高,羊粪处理对MWD提高效果最好,提高了104%,而颗粒处理提高水稳系数和降低PAD效果最好。(3)不同有机物料处理对水稳性团聚体形态均有改善作用,颗粒处理改善效果最好,形态圆润表面粗糙,大小孔径分布适中。(4)颗粒处理与其他处理的土壤团聚体分形维数差异显著,其他处理之间差异不显著,颗粒处理分形维数最低,相比CK处理降低了2.62%。各有机物料处理的平均质量比表面积与CK差异显著,其中正常秸秆处理最好,相比CK提高了171.01%。(5)各有机物料处理与CK处理相比,对原生盐碱土物理性质均有改善作用,颗粒处理整体效果最好。浸水容重与PAD和分形维数具有显著正相关性,与水稳系数和平均重量直径呈显著负相关性。沉降系数相关性类似浸水容重,田间持水量相反,蒸发速率则未显示出显著相关性,各物理参数与平均质量比表面积未显示出显著相关性。综合得出,有机物料能够改善原生盐碱土壤结构,同种有机物料不同形态作用效果不同,本试验中经过粉碎高温高压处理的颗粒秸秆效果远好于其他处理,有效地缩短了改良时间。     

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。     

不同秸秆施用方式下接种蚯蚓对土壤团聚体及其中碳分布的影响

通过室内培养试验,研究在施用有机物条件下接种蚯蚓对土壤团聚体的分布、团聚体的水稳性以及不同粒径的水稳性团聚体中有机碳含量的影响.干筛结果表明,不同秸秆施用方式下,蚯蚓接种能显著促进各个处理中＞2 mm团聚体含量的增加,且在秸秆混施的处理中表现得尤为明显,团聚体含量增加了2.95倍;湿筛结果表明,蚯蚓在不施和混施秸秆的处理中能显著降低土壤黏砂粒含量,即增加土壤中水稳性团聚体的含量,但是在表施秸秆的处理中显著降低了0.25～ 0.053 mm粒级团聚体含量,使之分散为黏砂粒.蚯蚓和秸秆对土壤团聚体分布和水稳性的影响都达到显著水平.蚯蚓对水稳性微团聚体的影响极显著,而秸秆的作用更多地表现在水稳性大团聚体上.在秸秆表施和秸秆混施条件下,接种蚯蚓均显著促进了微团聚体碳含量的增加,分别为相应对照的2.1和1.2倍.蚯蚓作用能显著降低黏砂粒有机碳在全碳中含量,增加团聚体有机碳含量,主要是由于蚯蚓的作用能促进黏砂粒黏结为团聚体.     

化肥与有机物料配施对黄褐土团聚体分布及有机碳含量的影响

通过对黄褐土小麦/玉米轮作定位试验,研究了不同施肥模式对土壤团聚体分布、稳定性及团聚体中有机碳含量、各级团聚体对有机碳的贡献率的影响。结果表明:黄褐土的水稳性团聚体组成主要以0.25 mm粒径为主,施有机物料增加了0.25 mm水稳性团聚体,同时提高团聚体的稳定性。团聚体有机碳主要存在于0.25 mm水稳性团聚体中,并随着水稳性团聚体粒径的增大而明显增加。化肥配施秸秆对黄褐土水稳性团聚体影响较大,显著增加0.053 mm各粒径水稳性团聚体含量,降低0.053 mm水稳性团聚体含量,同时显著提高团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)和稳定率(R0.25),并且化肥配施秸秆对土壤中0.25 mm各粒径团聚体对有机碳的贡献率增加更为明显。而化肥配施鸡粪对土壤中0.25 mm各粒径团聚体中有机碳增加效果最好。     

生物炭及秸秆长期施用对紫色土坡耕地土壤团聚体有机碳的影响

依托紫色土坡耕地长期施肥试验观测平台,研究生物炭、秸秆对紫色土坡耕地团聚体有机碳分布的影响。长期施肥试验处理包括不施肥(CK)、无机氮磷钾肥(NPK)、秸秆还田(RSD)、生物炭与无机氮磷钾配施(BCNPK)、秸秆与无机氮磷钾配施(RSDNPK)。利用湿筛法,进行土壤团聚体粒径分组,随后测定各粒径团聚体含量及其有机碳含量,并计算团聚体平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)。结果表明,RSD、RSDNPK和BCNPK处理的表层SOC含量比CK处理增加43.1%～90.5%,SOC储量提高65.1%～74.3%,其中RSDNPK处理、BCNPK处理较NPK处理SOC显著增加25.2%～33.1%(P0.05), SOC储量显著提高23.2%～30.0%(P0.05)。团聚体MWD和GMD均为RSD处理RSDNPK处理BCNPK处理NPK处理CK处理; RSD处理0.25～2 mm的团聚体含量高达45.5%,较CK处理提高57.7%;秸秆和生物炭配施处理(RSDNPK处理和BCNPK处理)0.25～2mm的团聚体含量为41.3%～45.7%,而0.053mm粒径团聚体含量却降低54.1%～55.4%。NPK处理、RSD处理与CK处理的增长趋势相似,呈随团聚体粒径减小,团聚体有机碳含量先增大后减小,继而再增大的趋势;而RSDNPK、BCNPK处理则呈随粒径减小团聚体有机碳含量增加的趋势。生物炭和秸秆的施用能显著提升土壤有机碳含量,增强土壤结构稳定性,但生物碳的施用对提升土壤有机碳含量效果优于秸秆的施用,秸秆的施用对稳定土壤结构效果更优,因此生物炭和秸秆的施用可作为紫色土耕地土壤肥力维持和提升的有效管理措施。     

不同秸秆还田模式对土壤有机碳及其活性组分的影响

为了探讨不同秸秆还田模式对土壤有机碳(total organic carbon,TOC)及活性碳组分的影响,设置了秸秆不还田(CK)、秸秆直接还田(CS)、秸秆转化为食用菌基质,出蘑后菌渣还田(CMS)和秸秆过腹还田(CGS)4种还田模式。通过田间小区试验,研究了不同秸秆还田模式下,土壤有机碳及活性组分的变化规律。结果表明不同秸秆还田模式均提高了土壤有机碳含量,但不同还田模式下土壤有机碳含量差异不显著(P0.05),和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤有机碳质量分数分别增加9.0%、23.9%和26.7%。不同秸秆还田模式也提高了土壤活性碳组分含量。在不同秸秆还田模式下,土壤溶解性有机碳(dissolved organic carbon,DOC)含量表现为CSCMSCGSCK,且不同处理间差异显著(P0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤DOC质量分数分别增加64.6%、29.4%和8.9%。土壤微生物量碳(microbial biomass carbon,MBC)含量表现为CMSCGSCSCK,且差异显著(P0.05)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤MBC质量分数分别增加28.9%、84.7%和59.3%。土壤易氧化态碳(easily oxidizable carbon,EOC)含量表现为CMSCSCGSCK,且差异显著(P0.01)。和CK相比,CS、CMS和CGS处理下,土壤EOC质量分数分别增加24.1%、55.7%、和9.3%。不同秸秆还田模式显著影响土壤活性碳组分在总有机碳中占的比例,改变土壤有机碳质量。在不同秸秆还田模式下,DOC/TOC表现为CSCMSCKCGS、MBC/TOC表现为CMSCGSCSCK、EOC/TOC表现为CMSCSCKCGS,且不同处理间均差异显著(P0.01)。从提高土壤质量角度,推荐秸秆-菌渣还田模式,在该模式下,土壤MBC/TOC和EOC/TOC均最大,土壤碳素有效性高、易于被微生物利用,有利于作物生长。从提高土壤固碳角度,推荐秸秆过腹还田模式,在该模式下,土壤DOC/TOC最小,且土壤有机碳含量最高,有利于碳的固定和保存。该研究结果可为秸秆合理高效利用、改善农业土壤碳库质量提供参考。     

Application of Organic Wastes to Primary Saline-alkali Soil in Northeast China: Effects on Soil Available Nutrients and Salt Ions

ABSTRACT

Soil available nutrients and soil salt ions are considered to play a significant role in soil fertility. A two-year field experiment was conducted to investigate the effects of different agricultural organic wastes on soil available nutrients and soil ions in a primary saline soil, located in the west of Jilin Province, China. The treatments were granular corn straw (GS), coarse corn straw (CS), sheep manure (SM), fodder grass (FG), and control (CK). The results showed that agricultural organic wastes effectively decreased soil pH by 1.28%-3.83%. The application of agricultural organic wastes also improved soil available nutrients, of which the available nitrogen (AN) increased by 23.64%-32.54%, the available phosphorus (AP) increased by 16% ?19.93%, and the available potassium (AK) increased by 2.78% – 8.42%. In contrast, the content of soil salt ions decreased significantly with the exception of potassium ions. Linear dependence suggests that, with the decrease of soil pH, the soil available nutrient content was higher. From the correlation analysis, the relationship between other salt ions and soil available nutrients showed an extremely significant negative correlation with the exception of potassium (K+). The redundancy analysis (RDA) showed that calcium (Ca²⁺) and potassium (K⁺) are the main factor affecting soil available nutrient content in 2a (about 12 months after organic wastes were applied) and 3a (about 24 months after organic wastes were applied), respectively. In conclusion, treatment GS is recommended for improving soil available nutrients and decreasing the pH and content of soil salt ions in primary saline-alkali soils.     

几种保护措施对紫色丘陵区坡耕地土壤团聚体结构及有机碳的影响

探索生物炭、聚丙烯酰胺以及玉米秸秆对紫色丘陵区坡耕地土壤团聚体结构的影响,以及团聚体有机碳分布特征,为紫色丘陵区坡耕地保护措施提供最优选择。采用土壤理化分析对无保护措施(CK)、单施生物炭(BC)、聚丙烯酰胺表施(PAM)、玉米秸秆覆盖(SM)处理下的土壤团聚体组成及其有机碳含量进行测定。结果表明:(1)研究区土壤团聚体以5mm和5~2mm粒级为主,分别占58.18%~40.12%和30.34%~24.46%。与CK相比,3种保护措施都有效增加了土壤大团聚体含量,其中SM处理效果最好。不同措施下土壤团聚体平均重量直径(MWD)基本表现为SMPAMBCCK,团聚体分形维数规律与MWD相反。(2)不同保护措施下土壤团聚体有机碳随团聚体粒级表现出较大差异,但多在0.5~0.25mm粒级范围达到峰值,在0—30cm土层范围内,土壤各粒级团聚体有机碳平均含量基本表现为SMPAMBCCK,且随土层的增加,同一处理各粒级团聚体有机碳呈减少趋势。(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率在5mm和5~2mm粒级范围达到最大,前者贡献率为53.64%~27.92%,平均达40.12%,后者为30.92%~11.80%,平均达25.35%,可将2mm粒级团聚体作为紫色丘陵区土壤有机碳固定的特征团聚体。(4)不同保护措施下土壤有机碳密度基本上表现为SMPAMBCCK,相同处理下土壤有机碳密度随土层增加而减小,且各处理之间的差异也随土层增加而减小。3种保护措施均有效改良了土壤结构,提高了土壤有机碳含量,其中以秸秆覆盖措施效果最好,表明秸秆覆盖为研究区较为理想的一种坡耕地保护措施。     

长期施肥对红壤性水稻土团聚体稳定性及固碳特征的影响

施用有机肥是提高土壤有机碳(SOC)含量、促进土壤团聚体形成和改善土壤结构的重要措施。本研究旨在探讨长期作物残留和投入有机物料对水稻土团聚体分布及稳定性的影响,分析不同粒级团聚体的固碳特征及其与团聚体形成的相关性,以及土壤和不同粒级团聚体对累积碳投入的响应。长期定位施肥试验始于1986年,设不施肥(CK)、单施化肥(CF)、秸秆化肥混施(RS)、低量粪肥配施化肥(M1)和高量粪肥配施化肥(M2)5个处理。2009年采集0~10 cm土壤样品,测定总土以及大团聚体(LM,2 mm)、较大团聚体(SM,0.25~2 mm)、微团聚体(MA,0.25~0.053 mm)和黏粉粒(SC,0.053 mm)的质量比例及其SOC浓度,并分析闭蓄于SM内部的颗粒有机物(POM)、微团聚体(MA-SM)和黏粉粒(SC-SM)的质量含量和SOC浓度。结果表明,与CK和CF比较,有机肥混施化肥处理(RS、M1和M2)均显著提高了LM和SM的质量比例和平均当量直径(MWD),降低了SC质量含量;两个粪肥配施化肥处理(M1和M2)的效果优于秸秆化肥混施(RS),但是M1和M2间差异不显著;单施化肥则降低了稳定性团聚体的比例。团聚体的SOC浓度没有随粒级增大而增加,各处理均为LM和SM结合的SOC浓度最高,其次为SC,最小为MA。与CK比较,有机肥混施化肥处理均显著提高了各粒级团聚体的SOC浓度。总土SOC的增加主要取决于SM的SOC含量,而MA-SM组分决定了SM固持SOC的能力。总土、LM和SM的SOC含量以及从SM分离出的POM、MA-SM和SC-SM的SOC含量均与累积碳投入量呈显著正相关,但总土分离出的MA和SC的SOC含量对累积碳投入量反应不敏感,表现出碳饱和迹象。因此,尽管长期大量施用有机物料促进了红壤性水稻土大团聚体的形成和团聚体稳定性,增加了其SOC的固持,但有机质可能不是该土壤水稳性团聚体形成的最主要黏结剂。     

有机物料对红壤团聚体稳定性的影响

试验设置了对照(CK)、秸秆混匀(M-Str)、秸秆覆盖(Str)、生物质炭混匀(BC)和猪粪混匀(SM)5个处理,采用室内培养法研究有机物料种类与施用方式对红壤团聚体稳定性的影响。结果表明,秸秆混匀与猪粪处理下土壤有机碳(SOC)、热水溶性有机碳(HWC)、土壤抗破碎性和团聚体水稳定性(MWD)显著提高(p0.05),而秸秆覆盖对土壤有机碳和土壤团聚体形成的提升作用不明显(p0.05)。相对于对照处理,生物质炭提高了土壤有机碳含量,但对团聚体稳定性的影响不显著(p0.05)。秸秆混匀和猪粪处理下团聚体稳定性的变化与土壤累积呼吸之间存在线性关系(p0.05)。可见,有机物的性质(秸秆、猪粪和生物质炭)与还田方式(混匀和覆盖)对红壤团聚体的稳定性存在显著差异。     

秸秆覆盖对冬小麦农田土壤有机碳及其组分的影响

通过对黄土高原旱塬区冬小麦地4种覆盖方式下(无覆盖对照处理(CK)、全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(M1)、全生育期4 500kg/hm~2秸秆覆盖(M2)和夏闲期9 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM))土壤的田间定位试验和室内分析,探讨不同秸秆覆方式对冬小麦地土壤有机碳及其组分含量以及各组分之间相关性的影响。结果表明:(1)较CK(无覆盖对照)处理,M1(全生育期9 000kg/hm~2)、M2(全生育期4 500kg/hm~2)和SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理,均显著增加0—10cm和10—20cm土层的土壤有机碳、微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳含量(p0.05),而20—40cm土层差异不明显,其中M1(全生育期9 000kg/hm~2)处理效果最佳,SM(夏闲期9 000kg/hm~2)处理作用相对较弱。(2)不同覆盖方式影响土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳在总有机碳中的分配比例,土壤微生物量碳、潜在矿化碳和颗粒有机碳的相对含量变化范围分别为1.96%~3.31%,2.83%~3.78%,18.13%~37.25%。(3)各覆盖方式下土壤有机碳及其组分含量都随着土层的逐渐深入而下降,且土层越深,变化越趋于缓慢。(4)不同覆盖方式下的土壤有机碳及其组分含量两两之间均达到了极显著正相关关系(p0.01),颗粒有机碳、微生物量碳和潜在矿化碳与土壤有机碳的相关系数依次为:0.847,0.700,0.614,可见微生物量碳、潜在矿化碳、颗粒有机碳含量在一定程度上决定于土壤有机碳的贮存量。综上所述,秸秆覆盖对土壤有机碳及其组分含量具有增加效应,全生育期9 000kg/hm~2秸秆覆盖方式实际运用价值较高。颗粒有机碳和微生物量碳的动态变化更能反映土壤有机碳的早期变化,是土壤肥力变化更加敏感的指标。     

不同稳定性有机物料对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响

针对黄淮海平原广泛分布的砂姜黑土结构性差、有机质含量偏低的特征,通过中国科学院封丘农田生态系统国家试验站2年砂姜黑土不同外源有机物料施用处理盆栽试验[共设8个处理,分别为空白(CK)、施秸秆(S)、施有机肥(M)、施1/2秸秆+1/2有机肥(SM)、施生物炭(C)、施1/2生物炭+1/2秸秆(CS)、施1/2生物炭+1/2有机肥(CM)和施1/3生物炭+1/3有机肥+1/3秸秆(CSM)],研究了等C、N输入下不同稳定性有机物料(生物炭、秸秆、有机肥)对砂姜黑土理化性质及玉米产量的影响。结果表明,与CK处理相比,施用外源有机物料能显著降低土壤容重19.60%~32.23%,增加饱和含水量7.91%~28.99%、田间持水量10.47%~30.76%,提高耕层土壤总孔隙度10.36%~28.21%,提升全量有机质11.00%~37.00%;并对活性有机质组分(低活性有机质、中活性有机质、高活性有机质)产生显著影响,其中高活性有机质增加幅度高达39.22%~83.83%。从有机物料的配比效果来看,CSM处理土壤容重最低,为1.28 g?cm?1,C、S处理土壤容重分别为1.30 g?cm?1、1.36 g?cm?1。CSM处理土壤总孔隙度最大,为58.53%;S、CS、SM处理次之,分别为55.62%、56.90%、54.38%;C、M处理最小,分别为53.18%、50.38%。CS、CM、CSM处理土壤总有机质含量较高,分别为30.76 g?kg?1、32.99 g?kg?1、31.45 g?kg?1;C、S处理相对较低,分别为25.36 g?kg?1、26.16 g?kg?1。CS、SM、CSM处理玉米产量最高,分别为463.67 g?盆?1、376.31 g?盆?1、471.77 g?盆?1,且差异性显著。可见不同稳定性有机物料施入能够改善土壤理化性质,提高玉米产量,生物炭配合秸秆、有机肥还田处理改良土壤及增产效果最佳。     

有机物料对白土土壤胡敏酸结构特征的影响

【目的】研究有机物料施入对白土土壤的腐殖质含量组成和胡敏酸(HA)结构特征的影响,为明确不同腐殖质组分对土壤肥力的影响提供理论依据。【方法】供试土壤为江苏省溧阳市南渡镇"白土改良大田示范试验核心区"的南方中低产水稻土(白土)。试验设秸秆还田(ST)、施有机肥(OM)和对照(CK,不施有机物)3个处理,培肥3年。同时采集试验田周围相邻的江苏省耕地质量监测点(2007~2013年)的每年施化肥(LAF)和长期不施肥(NF)的两种处理土壤进行比对研究。分别测定土壤的基本理化性质及其腐殖质含量的组成,并提取土壤胡敏酸(HA)固体样品利用红外光谱和元素分析来进行结构表征。【结果】秸秆还田和施有机肥处理的有机碳、全氮含量明显高于对照;与对照相比,施有机物料土壤HA的E4/E6比值增加,且秸秆还田施有机肥对照。红外光谱显示,试验区域和耕地监测点的不同处理土壤HA均在1650 cm-1处(酰胺I带)和1550 cm-1处(1500~1580 cm-1酰胺II带伸缩振动)有特征吸收。施有机肥和秸秆还田处理土壤HA的2920/1720、2920/1650比值显著大于对照。在元素组成上,OM、ST处理的土壤腐殖质(HA)中C、H、N的含量比均高于CK,相对长期施化肥(LAF)和不施肥(NF)的土壤有明显提高,而氧元素的含量呈降低的趋势;OM和ST处理土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均低于CK;与LAF和NF处理相比,试验区域各处理土壤腐殖质的[H]/[C]和[O]/[C]原子数比均有明显降低。【结论】有机物料施入土壤后可增加土壤有机碳含量,改善土壤理化性质,提高作物产量和品质,且施入土壤的有机物料可转化为新的腐殖质,降低土壤的腐殖化程度。土壤腐殖质(HA)的红外光谱分析说明,白土土壤HA具有明显的酰胺类化合物特征。有机物料施入后使得土壤脂族性增强,羧基量减少,芳香度降低;秸秆还田和施有机肥处理与对照相比,土壤HA的[H]/[C]和[O]/[C]比均有下降的趋势,且HA的氮素含量明显增加,这显示有机物料施入后白土土壤腐殖质发生"脱水"过程,同时也反映了白土土壤腐殖质形成的特征。     

秸秆和地膜覆盖对黄土高原旱作小麦田土壤团聚体氮组分的影响

利用田间定位试验研究旱作农田不同覆盖措施对土壤团聚体氮组分的影响。基于黄土高原8年冬小麦覆盖定位试验,试验设置生育期秸秆覆盖(SM)、生育期地膜覆盖(PM)和无覆盖对照(CK)3个处理。采用干筛法测定团聚体分布特征及不同粒径团聚体中全氮(STN)、微生物量氮(MBN)和潜在可矿化氮(PNM)含量。结果表明:(1)与CK处理相比,2种覆盖处理均未在各粒径团聚体全氮含量有显著变化,但SM处理相较于PM处理提高了0—10 cm土层的1.00～0.25 mm粒径团聚体STN含量(12.88%,P0.05)。(2)与CK处理相比,SM处理在0—10 cm土层中2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体MBN含量分别提高18.67%,24.05%,20.08%(P0.05),且各粒径团聚体PNM含量分别提高35.13%,30.03%,42.88%(P0.05);SM处理在10—20 cm土层中2.00 mm粒径团聚体MBN含量提高23.02%(P0.05),分别提高2.00,2.00～1.00,0.25 mm粒径团聚体PNM含量28.59%,31.31%,32.48%(P0.05)。(3)PM处理较CK处理提高0—10 cm土层中0.25 mm粒径团聚体PNM含量(32.34%,P0.05)。(4)微团聚体(0.25 mm)氮组分含量均高于大团聚(0.25 mm)氮组分含量,但大团聚体氮组分贡献率为81.88%～87.66%。可见,SM处理可提高土壤表层大团聚体氮组分的贡献率,使更多的氮素储存在大团聚体中,而PM处理对团聚体氮素贡献率的影响作用较小。总体而言,与CK和PM处理相比,SM处理可提高总土壤氮组分含量,提高微团聚体和大团聚体氮组分含量,使更多的氮储存在大团聚体中,促进土壤氮素周转。