黑土坡耕地土壤有机质与生产力的空间关系

[目的]从田块尺度上揭示黑土坡耕地生产力与土壤有机质和全氮的空间关系,为坡耕地水土流失的治理和农业生产提供参考。[方法]利用经典统计学和地统计学的方法对典型黑土区坡耕地大豆产量与土壤有机质、全氮、海拔高度的空间关系进行分析。[结果]坡耕地大豆产量、土壤有机质和全氮含量存在较大变异,分别为0.05~0.26g/kg,19.27~52.64g/kg和0.95~2.38g/kg,但大豆产量与土壤有机质和全氮之间不存在显著的空间相关关系,与海拔高度之间存在负相关,但不显著。土壤有机质和土壤全氮之间存在极显著相关关系。[结论]坡耕地生产力受地形、地下水位、成土过程等结构性因子的影响约占2/3,受人类耕作、施肥、种植作物的影响只占1/3。水土流失是造成黑土农田生产力降低的主要因素。     

沈阳市玉米主产区土壤有机质和有效磷含量及其与玉米产量水平之间的关系

为了解沈阳市玉米主产区土壤养分状况及其与玉米产量水平之间的关系，于2004～2005年对沈阳市不同肥力水平的玉米主要产区的土壤有机质和有效磷含量及其与玉米产量水平之间的关系进行分析。结果表明，沈阳市玉米主产区土壤有机质含量总体处于中低水平，有效磷含量总体处于较高水平；玉米的产量水平与有机质和有效磷含量之间表现出了极显著的正相关关系。由此提出增施有机肥，实行有机无机肥配施以及建立适应目前农业生产需要的土壤磷素丰缺指标是发挥玉米增产潜力的必要手段。     

土壤有机质含量与其有效含水量的关系

以前,人们一致认为土壤有机质含量(OM)对土壤有效含水量(AWC)无影响或影响不大。本研究经过3种质地土壤OM对其AWC的影响效果进行试验和评价,证实上述观点是错误的。随着OM的增加,土壤田间含水量增加的速度大于永久凋萎点含水量增加的速度;OM与AWC之间存在着重要的正相关关系。     

气候变化与土壤有机质的关系

在宾地质历史中,气候变化原速率是史无前例的,它对地球生物圈产生了巨大的影响。土壤有机质中的碳是地球碳库的重要组成部分,它参与全球碳循环。土壤有机质分解而产生的ＣＯ２和ＣＨ４是重要的温室气体。土壤有机质对气候模型的反应较敏感,其总量取决于生物量生产与分解的平均状态,以及土壤储存有机质的能力。就全球规模来说,土壤有机质沿着降水增加和温度下降的梯度而增加。温度是支配凋落物分解速率的重要环境因素,它甚至能     

全球黑土区土壤有机质变化态势及其管理技术

黑土富含有机质,适宜耕种,具有极高作物生产潜力。黑土耕地是重要农业自然资源与主要的粮食生产基地。随着我国黑土大规模开发、高强度利用、不合理的田间管理措施以及水土流失导致其耕地地力呈现不断下降的态势,突出表现就是土壤有机质含量的降低,给东北黑土区农业可持续发展带来隐患,直接影响粮食安全和生态安全。因此,深入了解全球黑土有机质变化态势,采取科学、有效的田间管理措施,建立黑土生态保护机制,遏制黑土耕地土壤有机质含量不断下降的趋势,既是农业生产实际的客观需求,也是农田生态学需要解决的科学问题。本文根据近年来国内外黑土有机质的文献资料,参考了国外黑土有机质研究前沿进展,对黑土耕地有机质的利用现状、演变过程和发展趋势进行了深入剖析,总结了黑土区耕地土壤有机质保持与提升技术措施,并提出未来我国黑土耕地农业生产与生态保护兼顾的技术路线。     

黑龙江典型县域农田黑土土壤有机质现状分析

应用地统计学分析技术,对黑龙江典型县域的农田黑土土壤有机质进行了空间异质性分析。结果表明,土壤有机质平均含量以五大连池市和北安市最高,高于70gkg-1,宾县和阿城市最低,低于20gkg-1,有机质含量变化范围在11.8-128.9gkg-1。土壤有机质最佳空间变异符合高斯模型,主要受结构因素的影响,占84.1%。     

长期不同施肥条件下黑土的有机质含量变化特征

以吉林公主岭黑土有机肥化肥配施30年长期定位试验结果为材料,分析了长期不同施肥下黑土有机质的变化特征。结果表明,长期不施肥或单施化肥(M0区)土壤有机质含量呈下降趋势,30年下降幅度为2.1%～7.9%;施用常量有机肥(M2区)和高量有机肥(M4区)的土壤有机质含量呈增加趋势,30年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别为42.2%～50.0%和81.5%～94.7%。M2区和M4区有机质增加幅度因施用有机肥中有机质含量的变化可分为两个阶段,1980～1992年增加幅度分别平均为2.4%和9.3%,12年后随着有机肥中有机质含量增加,后18年M2区和M4区有机质累积增加幅度分别平均为41.4%和71.5%。施用相同化肥条件下配施不同水平有机肥,各处理间土壤有机质含量差异达到显著水平;而在施用相同有机肥条件下配施不同化肥时,各处理间有机质含量差异不显著。由此可以得出,有机肥的数量和有机质含量是影响土壤有机质含量变化的主要因素,因此,选择合适的有机肥数量和有机质含量是提升土壤有机质的主要措施,在东北黑土上施用优质高量有机肥可迅速提高土壤有机质含量。     

中国地带性土壤有机质含量与酸碱度的关系

利用中国第二次土壤普查确定的886个典型地带性土种剖面资料,通过统计分析研究了全国及6个地理区域(华东、华南、西南、东北、华北和西北)地带性土壤表层有机质含量与pH的关系。结果表明,土壤表层有机质含量和pH在不同地理区域间有明显差异;土壤有机质含量有随pH升高而降低的趋势,二者间呈极显著的负相关关系(r=-0.332～-0.530,p<0.001),在控制温度、降雨和海拔条件下,二者间的偏相关关系也均达到1%的显著水平(r偏=-0.217～-0.322);指数方程(SOM=aebpH,a和b为常数)可以较好地描述土壤表层有机质含量与pH的关系,土壤pH变异可以分别解释有机质含量总变异的12.2%～22.9%。     

土壤有机质的空间变异性

本文根据田间采样分析资料，探讨了土壤有机质含量的空间变异性，在一定置信水平和估值精度条件下，确定了合理的取样数目，根据半方差分析结果，得出中等变异程度的有机质分布结构，并求出了取样点距之间的最大相关距离。最后讨论了土壤有机质含量的半方函数模型，提出了研究地区土壤有机质采样的间距应增加到２０米，以节省人力物力，提高样本分析结果的代表性。     

陕西省土壤有机质含量及其与影响因素的关系

[目的]分析陕西省土壤有机质空间分布特征及其影响因素,并揭示土壤有机质与地形、植被类型、气候和土壤其他属性的关系,为该区土壤碳汇(碳源)功能变化研究提供科学基础。[方法]通过采集陕西省12个样区不同植被类型和地形条件下的85个表层土壤样品,并利用SPSS 16.0中的K-means聚类和Canoco 4.5软件中的冗余(RDA)方法进行分析。[结果]土壤有机质浓度在2~6级之间;并表现为由南至北,由西至东大致呈降低趋势;在各样区,最大值是最小值的1.89~14.84倍;同一样区不同样地土壤有机质含量等级不同;各影响因素中,除经度和无霜期的影响不显著外,其他各环境因子的影响均显著,退耕年限和植被类型的影响最大,坡度和坡向的影响程度较低,且交互影响作用明显。[结论]除农地转变为果园外,农地退耕能够显著提高土壤有机质含量,并随着恢复年限的延长,有机质含量增加日益显著,生态系统逐渐由碳源转变为碳汇。     

褐潮土的光谱特性及用土壤反射率估算有机质含量的研究

本文通过ASDFR便携式光谱仪对132个风干土壤样品的光谱反射率进行了实验室测定。根据土样光谱反射率变化,获得了褐潮土土壤剖面的不同诊断层反射光谱特征。结果表明,在400～1200nm范围之间,土壤有机质含量与土壤光谱反射率有较好的相关性。利用导数光谱方法建立了预测土壤有机质含量的方程,提出了预测北京地区褐潮土有机质光谱的最佳波段。在波长447nm处采用反射率和A值(反射率倒数的对数)所建立的预测方程的预测精度较高。采用反射率的一阶微分建立的预测方程的最佳波段在516nm处。而A值一阶微分光谱在615nm处相关性最好。作为一项参考指标用光谱分析法评价土壤中有机质含量,以期对精准农业中土壤养分或肥力的预测具有一定的指导作用。     

砂姜黑土有机碳与微生物群落特性之间的关系

砂姜黑土是我国典型的中低产土壤,提升土壤有机质是砂姜黑土改良的重要环节,然而砂姜黑土有机质与微生物之间的关联关系尚不明确。本文采集40个代表性苏北平原砂姜黑土样品,测定土壤有机碳、全氮、可溶性有机碳、微生物生物量碳氮,利用稳定性同位素13C标记的谷氨酸测定微生物碳利用率、16SrRNA基因高通量测序分析微生物群落结构,研究苏北平原砂姜黑土有机质及关键微生物的关联关系。结果显示:苏北平原砂姜黑土有机碳含量为15.82 g/kg,可溶性有机碳占土壤有机碳含量的2‰,表明有机质的碳有效性较低;砂姜黑土优势菌门为变形菌门,优势菌科以黄单胞菌科、Gaiellaceae、酸杆菌科细菌为主,但高效的碳转化菌群(如酸杆菌纲和放线菌)较少;微生物碳利用率普遍较低,在0.07～0.20之间,与有机碳、可溶性有机碳和微生物生物量碳含量显著相关。因此,较低的微生物碳利用率、较低的碳转化菌群组成比例制约了砂姜黑土有机质的形成与提升。     

基于RGB的黑土有机质快速测定方法研究

有机质是土壤的重要组成部分,是判定土壤质量动态变化的重要标准。以操作简单、价格便宜、易于获得的数码相机作为工具,提取黑土表面颜色信息,定量化研究黑土表面颜色与其有机质含量之间的关系。研究结果表明,通过灰度直方图统计来获取图像最大值的方式可以有效消除因主观因素和非土壤物质对图像RGB值造成的影响,显著提高了与有机质的相关性。在RGB三波段中,R波段灰度值与有机质相关性最高,其相关系数为-0.7432。对RGB三波段进行相应数学变换后,其中倒数回归模型的预测效果最好,其R2=0.7339,RMSE=0.3907,检验结果 R2val=0.7405,RMSEval=0.265。数码相机获取的RGB三波段建立的预测模型,稳定性强,预测能力高,可作为黑土区有机质快速测定的可选工具。     

修复连作大蒜土壤生产力衰退的有机质补偿方案与初步机理

针对山东省金乡县品牌大蒜主产区长期连作大蒜田中土壤有机质亏缺和大蒜产量连年衰减的典型问题,以不同比例的有机肥替代化肥作为有机质补偿方案,研究了有机肥替代化肥对大蒜产量和土壤障碍的修复效果。试验选取了大于25年连作历史的代表性田块,以未种植大蒜的麦田作为非连作田块对照,设置常规化肥施肥（CF）、以氮（N）为基准进行有机肥替代化肥25%（M25）、50%（M50）和100%（M100）四个处理。结果表明,在长期大蒜连作土壤中,有机替代处理对大蒜的产量衰退具有显著的当季修复效果,增产幅度可达20%,同时改善了土壤中的氮素养分供应状态和土壤大于2 mm团聚体的比例;其中25%有机替代率（M25）具有较佳的经济效益;而在土壤有机质未出现亏缺的非连作土壤中,有机替代处理并无直接的增产效果。综上,本研究明确了增施有机肥仅在土壤有机质出现明显亏缺的连作大蒜土壤中可通过促进大颗粒土壤团聚体的形成和提升全生育期土壤有效态养分的固持能力,进而对连作大蒜土壤生产力的退化具有显著的修复效果。该研究对缓解连作体系中的类似土壤退化问题和维持土壤生产力的可持续性,具有有益的借鉴作用。     

沈阳市郊玉米连作土壤有机质组成及其对土壤结构的影响

通过对沈阳市郊玉米连作土壤的有机质、结构情况以及二者相互关系研究表明,土壤中有机质大致范围在16.31gkg-1～23.72gkg-1,腐殖质大致范围在15.17gkg-1～21.49gkg-1,非腐殖质大致范围在1.14gkg-1～2.59gkg-1;在腐殖质各组分中,胡敏素的含量最高,约占腐殖质总量的58.93%～66.34%,胡敏酸约占16.26%～22.87%,富里酸约占16.82%～18.20%,胡富比约在0.95～1.32之间;干筛处理后>0.25mm的土壤团聚体占到80%以上,其中以>2mm团聚体为主,湿筛处理后>0.25mm的土壤团聚体仅占20%左右,其中0.25～0.5mm团聚体为主,水稳性系数在17.33%～35.67%。对有机质及其各组分与土壤各级团聚体做的相关分析结果表明,有机质与0.25～5mm粒径组的团聚体呈显著相关,与>5mm团聚体不相关,且胡敏酸主要影响1～5mm大团聚体的形成。     

豫中植烟土壤有效态微量元素与pH和有机质的关系

为探明豫中植烟土壤p H和有机质对微量元素有效态含量的影响，在豫中许昌市的建安、禹州、襄城和漯河市的城区、临颍和舞阳6个植烟县(区)采集了191个典型烟田耕层(0～20 cm)土样，测定了微量元素(有效铜、铁、锰、锌、钼)含量、p H和有机质含量，采用Pearson相关分析法与曲线回归方法分析了有效态微量元素含量与pH、有机质之间的关系。结果表明，有效铜、铁、锰、锌和钼的平均含量分别为1.20、49.24、84.80、1.71和0.02mg/kg，有效锰总体上充足，有效钼整体极为缺乏，个别样点有效铜、铁和锌缺乏；p H平均为7.90，总体上偏高；有机质平均为17.78g/kg，总体上适宜；微量元素有效态与pH、有机质之间均存在二次函数关系，随p H升高，有效铜呈增加趋势，有效铁和锌呈先升后降趋势，有效锰和钼呈先降后升趋势；随有机质升高，有效铜、锰、锌和钼呈增加趋势，有效铁呈先升后降的趋势。     

基于连续统去除法的南疆水稻土有机质含量预测

监测土壤有机质含量状况,可为土壤肥力诊断及土壤资源的合理开发利用提供科学依据。本研究通过对南疆191个水稻土样品的反射率数据进行连续统去除处理后,构建了有机质连续统去除光谱指数并提取了850~1 380、1 380~1 550、1 730~2 150、2 150~2 380 nm 4个波段的吸收特征参数,据此建立了多种定量反演模型。结果表明:经连续统去除后,有机质的吸收特征得到了有效放大,不同有机质含量的连续统去除曲线在850~1 380 nm,其有机质含量与连续统去除值呈正相关,与吸收面积呈负相关,而在1 730~2 150 nm波段则呈现相反的规律。反射率连续统去除值与有机质含量的相关性要优于反射率与之的相关性,而反射率一阶微分与连续统去除一阶微分与有机质的相关性差异不明显。不同有机质光谱指数模型之间的建模参数与预测能力差异不大,但均只具备初略估测有机质的能力。吸收特征参数模型中,仅有850~1 380 nm波段的面积归一化最大吸收深度(NMAD850~1380nm)所建模型具有较好的定量预测能力。以反射率、反射率连续统去除、反射率一阶微分、反射率连续统去除一阶微分所建的PLSR模型均具有较好的预测能力,相对分析误差均大于2.00。所有模型中,连续统去除一阶微分(CR′)模型的决定系数与相对分析误差最高,分别为0.91、2.58,均方根误差最低,其值为5.62,具有最好的预测能力。     

不同成土模式下黑土有机质热稳定性剖面分异特征

土壤有机质（soil organic matter，SOM）含量及其稳定性是评价土壤质量的重要指标，热重分析法在反映SOM含量与热稳定性方面显示出了较好的潜力而受到重视。探究不同成土模式下黑土SOM热稳定性在剖面尺度的分异规律及影响因素，可以为黑土资源保护与碳固定提供理论参考。本研究在东北典型黑土区采集了相对稳定地形条件下（平坦）自然发育的3个典型黑土剖面和非稳定地形条件下（有地表侵蚀和沉积）受侵蚀堆积过程影响的2个黑土剖面，采用热重分析法，基于不同温度区间的质量损失，分别以Exo1（200～350℃区间的质量损失）和Exo2（350～550℃区间质量损失）代表热易分解SOM和热稳定SOM，以微分热重曲线及热重参数指标（Exo1/Exo2和TG-T50）表征不同土壤剖面的SOM热稳定性分异特征，并结合傅里叶红外光谱讨论了SOM化学稳定性剖面分异特征。结果表明：稳定地形下自然发育的黑土，热易分解SOM（Exo1）含量相较于热稳定SOM（Exo2）含量随深度下降更快，Exo1/Exo2随深度减小，TG-T50随深度增加，脂肪族碳/芳香族碳减少，SOM稳定性随深度增加。非稳定地形条件下，黑土SOM热稳定性并未随深度表现出规律性下降趋势，存在深层SOM含量和Exo1/Exo2高于表层的现象，这主要是由于复杂的地表历史过程导致母质和SOM来源不同。本研究证实了热重分析法在反映SOM稳定性方面的适用性。黑土中SOM稳定性的剖面变化在很大程度上受成土模式的制约，而成土模式与地貌稳定性密切相关。侵蚀过程携带的大量热易分解SOM在坡面下部及流域沉积地形部位堆积，由于埋藏作用，这些热易分解SOM可以长期存在于深层土壤中。然而，非稳定地形区域一旦再遭侵蚀，这些埋藏的不稳定SOM很可能再次启动分解过程，同样可以导致大量埋藏的“老碳”被释放，成为黑土区碳排放的“热点”。     

土壤有机质与水分反射光谱响应特征综合作用模拟

土壤有机质与水分均对土壤反射光谱特征有显著的影响,但其作用机理难以定量描述。通过对黑龙江省典型黑土区土壤野外高光谱反射率的测定,研究了该区土壤的光谱反射特征;利用BP神经网络方法,以土壤有机质与水分数据作为输入层,以土壤光谱反射率一阶微分作为输出层,建立黑土有机质与水分的高光谱预测模型,并对模型的稳定性和预测能力进行检验。结果表明:土壤有机质与土壤表层0~20 cm含水量之间具有显著的相关性,相关系数为0.59;1570 nm波段处的一阶微分为输出层的模型精度最高,RMES达到0.017,平均绝对误差为0.014,平均相对误差为0.110;模型检验结果表明建立的BP神经网络模型具有良好的稳定性;土壤有机质、含水量对土壤光谱反射率的综合作用得到较准确的描述,可以用于野外土壤有机质与水分的速测。