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。     

天然沸石对黑土团聚体含量及稳定性的影响

通过天然沸石改良黑土试验,采用干筛法、湿筛法分别测定土壤中机械稳定性团聚体和水稳性团聚体含量,分析了不同掺配量天然沸石对土壤平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、团聚体破坏率(PAD0.25)、0.25 mm机械稳定性团聚体含量和0.25 mm水稳性团聚体含量(WSA0.25)的影响,结果表明:在黑土中加入天然沸石能够提高黑土湿筛时的MWD和GMD,提高0.25 mm机械稳定性团聚体含量;在天然沸石掺配量为15%时对提高土壤中0.25 mm机械稳定性团聚体含量的效果最好,且主要以增加2~1、1~0.5 mm粒级团聚体为主;改良后土壤团聚体的团聚度提升,结构稳定性增强,说明用天然沸石改良黑土能够提高黑土抗侵蚀能力。     

秸秆还田方式对砂姜黑土有机碳组分和孔隙结构的影响

砂姜黑土容重高、土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)含量低是限制作物产量的关键因子,秸秆还田能有效改善土壤结构,提高土壤有机碳含量。为探明砂姜黑土区适宜的秸秆还田方式,进一步培肥改良耕地地力,该研究利用砂姜黑土连续6 a耕作与秸秆还田定位试验,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对砂姜黑土不同土层(0～10、>10～20、>20～40 cm)有机碳及其组分颗粒有机碳(particulate organic carbon,POC)、矿物结合态有机碳(mineral-associated organic carbon,MAOC)和孔隙结构的影响。研究结果表明:在0～10 cm土层内,3种还田方式下SOC及其组分、土壤总孔隙度和大孔隙度(>50 μm)均无显著性差异(P>0.05)。与旋耕还田相比,免耕还田使>10～20和>20～40 cm土层SOC含量分别降低了14.1%、23.7%(P<0.05),对>10～40 cm土层内孔隙结构特征参数无显著影响(P>0.05);与旋耕还田相比,深翻还田使&...     

冻融循环对黑土团聚体稳定性与微结构特征的影响

冻融循环作用下的土壤结构变化被认为是融雪期黑土坡面土壤侵蚀加剧的主要原因之一,土壤团聚体稳定性与团聚体微结构是影响土壤可蚀性的关键因子.基于控制条件土壤冻融模拟试验,采用湿筛法、扫描电子显微技术(SEM)和Image-Pro Plus(IPP)图像分析处理相结合的方法,分析了冻融循环过程中黑土团聚体微结构的动态变化特征...     

不同管理方式对黑土农田根际土壤团聚体稳定性的影响

以长期定位试验为平台,采集草地(GL)、作物轮作(当季作物为大豆,RS)和连作(玉米、大豆、小麦连作,CM,CS,CW)共5个样地的根际土壤样品作为实验处理,通过对根际土壤团聚体稳定性及有机碳含量的研究,旨在阐明不同植被覆盖与作物轮作—连作对土壤团聚体稳定性的影响。结果表明,土壤有机碳以如下顺序递减:GL>CS>CM>RS>CW;土壤全氮含量以如下顺序递减:GL>CS>CM>CW>RS。农田经过20年的生态恢复,植被演替成为草地,土壤有机碳含量比农田各处理平均高出7.8%。水稳性大团聚体(WSA_(>0.25mm))质量分数以如下顺序递减:GL>CM>RS>CS>CW,草地WSA_(>0.25mm)的质量分数比农田平均高出18.0%。WSA_(>0.25mm)有机碳含量与土壤总有机碳含量呈显著正相关(r=0.89,p<0.05)。从草地到农田各处理WSA_(>2mm)与其WSA_(>0.25mm)的变化趋势基本一致。WSA_(>2mm)有机碳含量与平均重量直径(MWD)呈极显著正相关(r=0.99.p<0.01),对土壤团聚体的稳定性具有重要作用。根密度与WSA_(>0.25mm)、WSA_(>2mm)质量分数及有机碳含量呈显著或极显著正相关,与MWD的相关性也达极显著水平(r=0.97,p<0.01),表明植物根系在水稳性大团聚体的形成与稳定过程中起着重要作用。     

不同处理牛粪对黑土团聚体组成与稳定性的影响

施用有机肥是循环农业的典型措施,能够净化环境、加强土壤的可持续利用。通过盆栽试验,研究了施用不同处理牛粪后黑土团聚体的组成与稳定性。研究结果显示:与施用化肥比较,施用不同处理的牛粪后,土壤中>5 mm机械稳定性大团聚体增幅显著,>0.25 mm机械稳定性团聚体含量均在74%以上,最高可达89.66%,>0.25 mm水稳定性团聚体含量均在34%以上,最高可达42.05%;施用不同处理的牛粪提高了土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径、孔隙度,降低了土壤团聚体不稳定团粒指数、分形维数和土壤容重,其中施用腐解牛粪处理效果显著。研究结果表明:施用牛粪比化肥更有利于土壤团聚体的组成与稳定性,比较3种不同处理的牛粪,腐解牛粪不仅有利于土壤中大团聚体的形成,还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性。     

基于稀土氧化物示踪法探究冻融循环对黑土团聚体周转的影响

为区分土壤团聚体形成和破碎过程,阐明冻融循环对黑土土壤结构的影响,本文利用稀土氧化物（REOs）示踪技术,通过室内模拟实验,探究不同初始含水量（50 %田间持水量（T50） vs. 100 %田间持水量（T100））和冻融循环次数（0次、3次、6次、12次和20次）对团聚体粒径分布、平均质量直径（MWD）以及团聚体周转过程的影响。研究结果表明：同一初始含水量下,随着冻融循环次数的增加,MWD、>0.25 mm和<0.053 mm团聚体含量显著降低,0.25～0.053 mm团聚体含量显著增加（P < 0.05）。6次冻融循环后,T50处理下的MWD显著高于T100处理（P < 0.05）,5～2 mm和<0.25 mm团聚体含量无显著差异。除5～2 mm团聚体外,相邻粒级团聚体之间周转更为激烈;在同一冻融循环次数下,5～2 mm团聚体向0.25～0.053 mm团聚体的破碎量在T100处理下显著高于T50处理（P < 0.05）。冻融循环促进了>0.25 mm团聚体的破碎和＜0.053mm的团聚,表现为0.25-0.053mm团聚体的累积,该变化与土壤初始含水量无关。冻融循环过程中,MWD与各粒径团聚体相对形成量呈显著正相关,与其相对破碎量呈显著负相关（P < 0.05）。随着冻融循环次数的增加,各粒径团聚体周转时间显著增加（P < 0.05）。同一冻融循环次数下,>0.25 mm团聚体的周转时间高于<0.25 mm团聚体,T100处理下的团聚体周转时间显著高于T50处理（P < 0.05）。综上所述,冻融循环次数和土壤初始含水量通过影响团聚体形成和破碎过程改变土壤结构的稳定性。本研究结果可为进一步探究冻融循环下黑土土壤结构变化提供理论依据。     

中国典型地带性土壤团聚体稳定性与孔隙特征的定量关系

团聚体结构和稳定性关系着一系列土壤过程。为探明不同类型地带性土壤团聚体稳定性与孔隙结构变化规律及二者关系,该研究以中国温带与亚热带地区5种地带性土壤（黑土、棕壤、褐土、黄褐土和红壤）为研究对象,结合CT扫描、湿筛法和Le Bissonnais（LB）法,量化孔隙结构,测定各地带性土壤团聚体平均重量直径（Mean Weight Diameter,MWD）。结果表明：团聚体水稳性受到土壤类型和土层深度的综合影响,从大到小依次为黄褐土、褐土、棕壤、黑土和红壤;基于LB法测定的团聚体平均质量直径排序为MWDsw（慢速湿润）>MWDws（预湿润震荡）>MWDfw（快速湿润）,即5种团聚体的主要破碎机制是快速湿润引起的消散作用;5种地带性土壤团聚体不同当量直径孔隙度由北至南呈\     

团聚体大小分布对孔隙结构和土壤有机碳矿化的影响

土壤团聚体在外部和内部因素影响下发生团聚和破碎过程,形成不同大小分布的团聚体。团聚体大小分布的变化会改变土壤孔隙结构,影响各种土壤物理、化学和生物学过程,进而影响土壤有机碳(SOC)的周转。选择三种长期施用不同量有机肥的红壤(不施肥,CK;施低量有机肥,LM;施高量有机肥,HM),过不同大小孔径筛(5 mm,S₅;2 mm,S₂;0.5 mm,S_0.5)改变团聚体的大小分布,然后填装土柱(直径2.9 cm、高度4 cm),填装容重为1.3 g·cm^-3。利用X射线显微CT(Computed Tomography)成像技术分析土壤的孔隙结构,采用室内培养法测定土壤有机碳矿化量。结果表明,团聚体大小对孔隙结构有极显著的影响。相较于S₅和S₂处理,S_0.5处理土壤的大孔隙度(>16μm)降低了83.0%～93.9%,孔隙连通性降低了95%以上。而S₅和S₂处理的大孔隙度和孔隙连通性只在HM土...     

黑土区杨树农田防护林土壤团聚体的稳定性

[目的]探究黑土区不同密度下杨树农田防护林带对林下土壤结构的影响,为合理配置当地农田防护林的栽植密度提供参考。[方法]以黑龙江省拜泉县株行距分别为1.5m×1m,2m×1.5m,3m×1.5m的不同密度杨树农田防护林带为研究对象,弃耕地作为对照,分析不同密度下不同径级团聚体的百分含量、团聚体破坏率(PAD)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)以及分形维数(D)。[结果](1)各样地均表现为表层团聚体破坏率(PAD)最低,林带的存在降低了深层土壤的团聚体破坏率(PAD)。随着林带密度的降低,团聚体破坏率(PAD)整体呈现下降趋势。(2)平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均随密度的降低而降低,随土层深度的增加而降低,各林带与对照之间差异显著(p0.01)。(3)非水稳性团聚体分形维数和水稳性团聚体分形维数在0—20cm土层随密度的减小而减小,在20—60cm土层随密度的减小而增大。[结论]林带下土壤结构总体优于弃耕地,林带增加了土壤黏粒含量,增强了深层土壤稳定性。林带密度越大,对土壤的改良作用越明显,但会增大表层土壤的团聚体破坏度。     

长期施用有机肥对旱地红壤团聚体结构与稳定性的影响

利用长期定位试验研究了红壤旱地团聚体结构及其稳定性。结果表明:与对照相比,各有机-无机配施处理均可不同程度地降低土壤容重并提高其孔隙度;增施有机肥后,土壤中大于5mm机械稳定性大团聚体增幅达2%～42%;各处理中大于0.25mm水稳性团聚体百分含量为:厩肥稻草绿肥还田对照。各有机肥处理中土壤中有机质、无定形氧化铁和无定形氧化铝含量较单施化肥处理分别增加了9%～54%、8.5%～21.7%和10.9%～26.8%。统计结果显示,0.25mm水稳性团聚体含量与土壤有机质含量成极显著正相关(p0.01);土壤团聚体破坏率与土壤有机质含量成极显著负相关(p0.01)。在单施化肥的基础上有机肥的施入不仅有利于红壤旱地土壤大团聚体的形成,还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性。     

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。     

耕作与秸秆还田深度变化对不同土层团聚体稳定性的影响

耕作和秸秆还田可以改变土壤理化性状,影响土壤团聚体的稳定性。采用田间定位试验,研究耕作与秸秆还田深度变化对旱地草甸土不同深度土层水稳性团聚体稳定性的影响,为科学开展秸秆还田培肥土壤提供依据。结果表明：土壤团聚体稳定性受>2000μm粒径大团聚体影响较大,连续5年翻耕显著降低了表层（0～20 cm）土壤>2000μm粒径水稳性大团聚体的占比,增加了53～250μm微团聚体和<53μm黏粉粒的比例。浅翻（ST）和秸秆浅翻还田（STS）与深翻（DT）和秸秆深翻还田（DTS）分别对10～20和20～30 cm土层黏粉粒的增加影响较大,其中,10～20 cm土层ST较免耕（NT）和DT处理分别增加86.21%和14.65%,20～30 cm土层DT较NT和ST处理分别增加113.82%和59.68%,差异显著（P<0.05）;连续翻耕由于对亚耕层（20～40 cm）的频繁扰动,导致250～2000μm粒径团聚体的稳定性降低,DT较NT和ST与DTS处理较覆盖免耕（NTS）和STS处理分别平均降低19.43%与20.57%,且差异显著（P<0.05）。研究结果表明,连...     

免耕和秸秆还田对东北黑土区土壤团聚体组成及有机碳 含量的影响

为解决东北黑土区因不合理耕作导致的土壤结构性状变差及有机碳含量下降的问题,该研究于2015年开始,在黑龙江省哈尔滨市东北农业大学向阳试验基地开展。设置免耕+秸秆还田（NTS）、免耕（NT）、翻耕+秸秆还田（CTS）、翻耕（CT）4种处理,于2018、2019年采集土样,研究免耕措施及秸秆还田对东北薄层黑土区0～10、>10～20 cm土壤团聚体稳定性、土壤有机碳含量、各粒径团聚体内有机碳含量的影响。结果表明：2018和2019年0～10、>10～20 cm土层NTS处理>5 mm水稳性团聚体百分比含量及平均重量直径显著高于其他3种处理,NTS及NT处理土壤有机碳含量显著高于CTS及CT处理（P?<0.05）,4种处理各粒径水稳性团聚体有机碳含量峰值总体出现在1～2 mm处,NTS及NT处理>5、2～5、1～2 mm有机碳贡献率整体高于CTS及CT处理。研究表明,免耕与秸秆还田有利于薄层黑土坡耕地耕层土壤团聚体稳定性的提高和各粒级下团聚体有机碳的积累,与其他3种处理相比,免耕+秸秆还田效果更佳。     

低分子量根系分泌物对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响

以黑土为供试土壤,采用化学试剂模拟根系分泌物进行室内培养试验,研究低分子量根系分泌物及主要组分对土壤微生物活性及团聚体稳定性的影响.结果显示,与对照相比,低分子量根系分泌物及主要组分短期内均显著提高了土壤微生物的活性,促进了>250μm大团聚体,尤其是>2 000μm团聚体的形成,显著增强了土壤团聚体的稳定性.低分子量根系分泌物中葡萄糖组分有利于土壤中细菌的生长,从而在细菌活动的驱动下,促进了微团聚体的形成;苹果酸和谷氨酸组分则有利于真菌的生长和繁殖,在真菌菌丝网络的缠绕和牯结作用下,促使微团聚体进一步胶结形成大团聚体.因此,低分子量根系分泌物中各主要组分共同参与并影响土壤的团聚化过程,改善根际微区土壤的结构,以利于植物根系的生长.     

秸秆全量还田配施沼液对砂姜黑土水稳性团聚体及结合有机碳的影响

为探究秸秆还田配施沼液对土壤水稳性团聚体及结合有机碳的影响，以黄淮海平原砂姜黑土为研究对象，设置秸秆全量还田和秸秆全量还田配施不同剂量(低剂量：450 m³/hm²；中剂量：750 m³/hm²；高剂量：1 050 m³/hm²)沼液处理以及空白对照，采集并分析了不同土层(0～20 cm和20～40 cm)水稳性团聚体及结合有机碳的分布情况。结果表明：相较于对照，秸秆还田和沼液灌施均显著促进各土层水稳性大团聚体形成及稳定性提高。秸秆还田配施中量沼液处理>0.25 mm粒径团聚体质量组成比例(WR0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)最高，而团聚体破碎率(PAD)和分形维数(D)最低。单一进行秸秆还田和秸秆还田配施不同剂量沼液均显著增加各土层大团聚体结合有机碳贡献率，降低<0.25mm粒径土壤颗粒结合有机碳的贡献率。秸秆还田配施中量沼液处理使得大粒径团聚体结合有机碳贡献率显著高于其他处理。因此，进行秸秆全量还田配施适量沼液有助...     

不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响

砂姜黑土黏闭僵硬问题突出，耕作是改良其结构的重要措施之一。本文基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地，采集免耕（No-tillage, NT）、旋耕（Rotary tillage, RT）和深翻（Deep ploughing, DP）处理的原状土柱（高20 cm，直径10 cm），利用X射线CT扫描技术和ImageJ 软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理，定量分析了不同耕作方式对土壤的孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明：（1）与免耕相比，旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%（P < 0.05）；与旋耕相比，深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%；（2）相较于免耕，旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性（P < 0.05），显著降低了各向异性程度和欧拉数（P < 0.05），土壤饱和导水率得到显著提升，且深翻的改良效果总体优于旋耕；（3）相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关（P < 0.05），其中与连通性最大孔隙度的相关性最高（r=0.833**，P < 0.01）。综上所述，深翻扩大了土壤孔隙的水力半径，改善了连通性，提升了复杂程度，从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构，提高了导水能力，消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。     

添加水稻秸秆对不同类型土壤团聚体分布和稳定性的影响

以不同类型土壤(红壤、潮土、砂姜黑土)为研究对象,通过室内模拟试验,研究水稻秸秆添加对3种类型土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响。培养温度为28℃,培养时间为120d。研究结果表明:未添加水稻秸秆的3种类型土壤(对照组),微团聚体(250μm)占主体,2 000μm粒级水稳性团聚体含量最少。与对照相比,添加水稻秸秆后促使2 000μm粒级水稳性团聚体显著增加(p0.05),大团聚体(250μm)占主体。红壤、潮土、砂姜黑土试验组250μm水稳性团聚体比对照组增加的比例分别为35.6%,41.1%,22.0%,潮土的增加比例最为明显。3种类型土壤水稳性团聚体的平均重量直径(MWD),几何平均直径(GMD)显著增加(p0.05),分形维数(D)值、土壤不稳定团粒指数(ELT)显著减少,土壤结构和抗侵蚀能力明显得到改善,潮土的稳定性指标变化最为明显,团聚体结构改善效果最好。3种类型土壤0.25mm(R0.25)水稳性团聚体含量与GMD,MWD间呈极显著正相关关系(p0.001)。     

模拟机械压实对黑土微团聚体组成及稳定性的影响

采用田间模拟机械压实的方法,通过对不同深度压实土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积、分形维数和分散系数等特征指标的测定、计算与分析,研究了机械压实对黑土区耕作土壤微团聚体组成及稳定性的影响。结果表明:0~20 cm表层土壤仅12次压实时平均质量比表面积、分形维数和分散系数显著高于对照(P0.05);20~40 cm亚表层土壤3次压实时平均质量比表面积、分形维数值显著降低,而12次压实时平均质量比表面积、分形维数和分散系数显著增加(P0.05);40~80 cm下层土壤,平均质量比表面积、分形维数和分散系数随压实次数的增加而增大,除3次和6次压实之间外,其他处理间差异均达显著水平(P0.05)。可以认为,压实对黑土区耕作土壤团聚体组成及稳定性的影响表现为下层土壤的积累压实为主。     

湿筛过程中分散液的质量对土壤团聚体稳定性影响

【目的】土壤团聚体是土壤结构的基本单元,决定着土壤在生态系统中的作用和功能。保持良好的结构状态和稳定的结构性能是确保土壤水、 肥、 气、 热肥力因子协调的基本条件。现代土壤管理中大量使用的化肥无机盐以及灌溉水体富含的离子都会造成对团聚体的破坏,本文以富含有机质的黑土为研究对象,探索湿筛过程中分散溶液的质量对团聚体稳定性的影响。【方法】以氯化钠、 氯化钙和氯化铝3种不同价态的阳离子溶液为介质,采用改进的萨维若夫（Саввинов）法进行湿筛,设置0（不加盐去离子水,CK）、 0.1、 0.3、 0.5 mol/L 4个浓度水平,研究直径0.25 mm的土壤团聚体在不同阳离子盐溶液作用下的稳定性。【结果】不同盐溶液中黑土团聚体的稳定性差异很大。在氯化钠盐溶液中,黑土团聚体的盐破坏率（PAD0.25/w）均为正值,且随钠盐溶液浓度的增大而增加,在浓度为0.1、 0.3和0.5 mol/L的氯化钠溶液中分别为0.21%、 10.7%和14.4%。在氯化钙溶液和氯化铝溶液中,黑土PAD0.25/w均为负值, 氯化钙溶液中PAD0.25/w的绝对值随着盐浓度的增大而减小,氯化铝溶液中PAD0.25/w的绝对值均在51%以上。【结论】一价盐溶液加剧了0.251 mm黑土团聚体的分散,但能够保护直径1 mm以上的团聚体,而二价盐和三价盐溶液对团聚体的分散有明显的抑制和保护作用。