秸秆还田量对土壤团聚体有机碳和玉米产量的影响

为明确秸秆深还田对土壤团聚体及有机碳和作物产量的影响,在辽宁省半干旱地区进行了6年秸秆深还田小区定位试验,秸秆施用量分别为0(CK)、6 000 kg/hm~2(T1)、12 000 kg/hm~2(T2)、18 000 kg/hm~2(T3)、24 000 kg/hm~2(T4),将秸秆还入20～40cm土壤亚表层,利用干筛、湿筛得到不同粒级土壤团聚体。结果表明:秸秆添加与CK比可降低土壤0～20 cm和20～40 cm土层土壤容重;土壤机械性团聚体主要集中在0.25 mm粒级,而水稳性团聚体主要集中在0.25mm粒级,与CK处理比秸秆的添加增加了土壤机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)和土壤水稳性团聚体MWD,随秸秆还田量增加,MWD值增大;秸秆深还田使各粒级团聚体有机碳均高于CK,对20～40 cm土层土壤团聚体碳含量的影响大于0～20 cm土层;秸秆深还田可增加玉米产量,随秸秆还田时间延长,不同秸秆还田量对玉米产量增加存在差异,2016年玉米产量测定结果各处理与CK比,T1增产4.66%、T2增产6.71%,T3增产5.37%、T4增产8.82%。秸秆深还田,能够提升土壤团聚体的稳定性,有利于增加土壤团聚体碳含量,对土壤质量和玉米产量的提高具有促进作用。     

添加玉米秸秆对黑土团聚体碳氮分布的影响

通过室内模拟实验,研究了黑土添加玉米秸秆对团聚体组成、有机碳、氮及净积累有机碳、氮在不同粒径团聚体中的分布和碳、氮贮量的影响,探讨不同粒径团聚体对土壤固碳和肥力的贡献份额.研究结果表明:未添加玉米秸秆黑土,0.25～0.053 mm微团聚体含量最多,>2 mm大团聚体最少;土壤有机碳、氮主要分布在>2 mm和2～0.25 mm团聚体中;2～0.25 mm和0.25～0.053 mm团聚体中土壤有机碳、氮贮量最高.黑土添加玉米秸秆360 d期间,促进了土壤的团聚作用,>2 mm大团聚体成为优势粒级;土壤有机碳和净积累有机碳主要分布在>2 mm团聚体中,0.25～0.053 mm团聚体中分布最少;全氯和净积累氮主要分布在>2 mm和<0.053 mm团聚体中;土壤有机碳、氮贮量随着团聚体粒径的增大而增加.     

秸秆还田深度对土壤团聚体组成及有机碳含量的影响

为探究玉米秸秆还田至不同深度后对土壤团聚体及有机碳含量的影响,采用田间微区试验,将秸秆磨碎后分别还田至0～10、10～20、20～30、30～40 cm 4个深度土层,同时设置不还田对照,共计5个处理,连续种植玉米两年后采集土壤样品,采用湿筛法将团聚体分为>2、2～0.25、<0.25 mm共3个粒级,测定了土壤及团聚...     

不同母质发育的柑橘园土壤团聚体及有机碳分布特征

作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的组成部分,土壤团聚体对其物理、化学和生物学特性均具有重要影响。选取湖南省永兴县5种典型母质发育的柑橘园土壤,采用湿筛法研究不同成土母质的柑橘园土壤团聚体结构变化和有机碳分配规律。结果表明:(1)研究区不同母质发育土壤以>0.25 mm粒径团聚体为主,占85.94%～95.89%,其中板页岩风化物发育的黄泥土中大团聚体含量最高;(2)不同母质柑橘园土壤团聚体的水稳性大小为板页岩风化物(黄泥土)>第四纪红色粘土(红黄泥)>石灰岩风化物(灰红土)>砂砾岩风化物(红砂土)>河流沉积物(河砂泥);(3)不同母质柑橘园土壤团聚体有机碳含量、团聚体有机碳储量和团聚体对土壤有机碳的贡献率均随着团聚体粒径的减小而减少;(4)平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)和土壤可蚀性(K)与>2 mm团聚体间的相关系数最大,表明>2 mm团聚体含量是影响土壤团聚体稳定性的主要因子;(5)>2 mm团聚体有机碳贡献率与土壤团聚体MWD和GMD呈显著正相关,与土壤K值呈显著负相关,与土壤D值呈显著负相关。总体而言,目前南方柑橘果园施肥管理应注重增施有机肥,提高土壤结构的稳定性,从而降低水土流失的风险。     

长期秸秆还田对白浆土有机碳含量及腐殖质组成的影响

对白浆土秸秆还田(20、24、32年)后土壤有机碳含量及腐殖质组分进行测定,结果表明:与对照(CK)相比,秸秆还田后耕层(0～20 cm)与20～40 cm白浆土有机碳含量分别增加2.46～3.91、10.75～15.79g/kg。随还田年限增加,耕层与20～40 cm土壤水溶性物质在还田24年达最高值,分别为0.67、0.58 g/kg;而水浮性物质显著增加且在还田24～32年趋于稳定值。耕层土壤腐殖酸与胡敏酸含碳量均呈增加趋势,还田24年时最高,分别为10.04、5.51 g/kg;在20～40 cm土层则先增后减。耕层土壤富里酸含碳量先减后增,20～40 cm土壤富里酸含碳量则显著增加。耕层胡敏素含碳量呈减少趋势,而20～40 cm土壤则呈增加趋势。秸秆还田后白浆土胡富比发生较大变化,耕层土壤胡富比在还田24年时达到峰值1.22;而20～40 cm土层胡富比逐渐减小。     

紫云英添加对土壤团聚体组成及有机碳分布的影响

以湖北省武汉市稻田土壤为研究对象,分别设置不添加紫云英(CK)、添加2%土壤质量的紫云英(G1)、添加4%土壤质量的紫云英(G2)3个处理,进行干湿交替模拟培养试验,研究培养60、120和180d土壤团聚体组成及团聚体内有机碳的分布特征。结果表明:添加紫云英培养120 d增加了各处理>2 mm团聚体含量,培养60 d时G1处理的增幅最大(78.08%),培养120 d时G2处理的增幅最大(77.31%),且显著提高了团聚体的平均重量直径。不同培养时期添加紫云英均提高了土壤的有机碳含量,且G2处理土壤有机碳含量高于G1处理,各处理随着培养时间的增加有机碳含量先增加后降低。团聚体中有机碳含量均随着粒级的减小而降低,紫云英添加培养180 d时团聚体各粒级有机碳含量均有所提升,且>2 mm团聚体的有机碳含量增幅最大(17.17%～43.67%)。紫云英添加培养120 d时主要增加大团聚体内各有机碳组分的相对含量,180 d时显著增加了微团聚体内细颗粒有机碳的含量。     

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。     

连续秸秆还田和免耕对土壤团聚体及有机碳的影响

选取湖北省武穴市8年田间定位试验中的传统耕作(CT)、秸秆还田配合传统耕作(CTS)、免耕(NT)和秸秆还田配合免耕(NTS)4种处理,研究连续秸秆还田和免耕措施对表层(0—20cm)和亚表层(20—40cm)土壤团聚体稳定性及有机碳(SOC)的影响。结果表明:CTS、NT和NTS均显著增加了表层5mm水稳性团聚体的含量和团聚体平均重量直径(MWD),秸秆还田显著增加了亚表层土壤水稳性团聚体的MWD。与CT比较,CTS、NT、NTS处理的SOC含量分别增加20.83%,21.98%,32.76%。CTS和NTS处理显著提高了表层5,5~2,0.25mm团聚体中SOC含量,NT则显著提高了5,5~2mm团聚体中SOC含量;CTS显著增加了亚表层0.25 mm团聚体中SOC的含量。秸秆还田增加了表层土壤的碳(C)、氢(H)、氮(N)和氧(O)的含量,免耕降低了H的含量,增加了其他3种元素的含量,但是免耕处理增加了亚表层土壤中H的含量。NT和NTS处理较CT和CTS处理降低了土壤的H/C值,表明土壤的脂肪族成分在不断增加。秸秆还田主要增加了土壤中醇、酚类,芳香类,脂肪族化合物和碳水化合物的含量,而免耕主要增加脂肪族化合物的含量。这些有机组分的增加有助于团聚体稳定性的增强。     

生物质炭与秸秆配施对紫色土团聚体中有机碳含量的影响

以油菜/玉米轮作农田生态系统为研究对象,通过田间微区试验,研究了生物质炭、秸秆(BC:8 000 kg·hm~(-2)生物质炭、CS:8 000 kg·hm~(-2)秸秆、0.5BC:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭、0.5CS:4000kg·hm~(-2)秸秆、BC+CS:4 000 kg·hm~(-2)生物质炭+4 000 kg·hm~(-2)秸秆)与化肥配施对紫色土团聚体含量及稳定性、土壤有机碳及有机碳在各粒级团聚体中分布的影响,为合理利用有机物料及为紫色土培肥提供依据。结果表明:(1)与对照(CK)相比,秸秆、生物质炭还田(除0.5BC处理外)均能提高2 mm粒级团聚体含量,降低0.053 mm粒级团聚体含量,同时提高水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、大于0.25 mm团聚体含量(R_(0.25)),其中只有CS处理达到了显著水平,且随着秸秆施用量增加,效果越显著。CS+BC处理则能显著提高0.25～2mm粒级水稳性团聚体含量。(2)除CS处理,其他各处理较CK均能显著提高土壤总有机碳含量,其中BC和CS+BC处理分别提高了45.55%和44.45%(P0.05),效果优于单施秸秆处理,且随着生物质炭施用量的增加,土壤总有机碳呈增加趋势。对不同粒级团聚体有机碳而言,各处理的团聚体有机碳主要分布在0.053mm和2mm粒级团聚体中;BC处理较其他处理能提高土壤不同粒级团聚体有机碳含量,其次为CS+BC处理。(3)通过计算团聚体有机碳贡献率发现,各处理对土壤团聚体有机碳贡献率主要分布在0.25～2 mm和0.053 mm粒级团聚体中,其中仅CS处理显著提高了2 mm粒级团聚体有机碳贡献率,较CK提高了53.53%;CS+BC、0.5BC处理分别较CK显著提高了0.053 mm粒级团聚体有机碳贡献率,增幅为26.20%,48.63%。(4)秸秆和生物质炭还田能提高玉米和油菜的生物产量和经济产量,其中CS、BC、CS+BC效果较明显。总之,秸秆与生物质炭配施是改善紫色土结构和提升碳水平的较优培肥措施。     

不同形态氮素配比对添加玉米秸秆白浆土腐殖质组成的影响

微生物对铵态氮(NH4+)和硝态氮(NO3-)具有不同的生物偏好性,两者电荷恰好相反致使两类离子具有各异的生物化学特征,两者间丰度的比例变化势必会影响土壤腐殖化的方向。论文以添加玉米秸秆的白浆土作为供试对象,通过添加相同氮素数量、不同形态氮素配比(NH4+∶NO3-为4∶1、NH4+∶NO3-为1∶1和NH4+∶NO3-为1∶4),试图揭示其对腐殖质组成变化的差异影响,结果表明:(1)无论外源氮素以何种形态为主,秸秆-白浆土混料中的微生物活性均可获得提升,其对混料中较易利用的水溶性有机碳(CWSS)、可提取腐殖酸(CHE)及胡敏酸(CHA)等组分皆可产生矿化分解作用,相比之下,铵硝等比例供应对CWSS及惰性的胡敏素组分(CHu)均可产生较为强烈的分解转化,在其驱动下,微生物对混料CHA的降解程度最高,使之结构趋于简单的程度最大,但CHA组分在此过程有"再合成"的可能;(2)受到硝态氮占优的供氮影响下,微生物可消耗混料CHE并使之降解片段进入CHu组分,不利于腐殖质活性的增加;(3)微生物利用外源以铵态氮为主的氮素形态更有利于其对CHA中较为简单有机分子片段的降解并使之向富里酸(CFA)转化,有利于腐殖质活性提升。     

免耕对潮土不同粒级团聚体有机碳含量及微生物碳代谢活性的影响

利用中国科学院封丘农业生态国家实验站玉米-小麦轮作免耕定位试验平台,研究不同耕作方式对潮土不同粒级团聚体的分布、有机碳含量及微生物群落碳代谢活性的影响。结果表明,与传统翻耕处理相比,免耕潮土中大于250μm粒级团聚体显著增加(p0.05),50～2μm粒级团聚体显著减少(p0.05),250～50μm和小于2μm两个粒级团聚体没有明显变化;大于250μm和250～50μm两个粒级团聚体有机碳含量显著升高(p0.05),50～2μm和小于2μm两个粒级团聚体有机碳含量没有明显变化,250～50μm粒级取代50～2μm粒级成为对土壤有机碳总量贡献最大的团聚体。BIOLOG测试结果表明,免耕和翻耕两种措施下不同粒级团聚体微生物群落碳代谢特征存在明显差异,且免耕处理250～50μm和小于2μm两个粒级团聚体微生物群落碳代谢活性显著低于翻耕处理(p0.05)。结果显示,免耕有利于小粒级团聚体向大粒级团聚体方向聚合,大于50μm粒级团聚体固持的有机碳增多,其中持碳最多的250～50μm粒级团聚体的微生物碳代谢活性下降,故土壤有机碳稳定性升高。     

有机无机肥长期施用对潮土团聚体及其有机碳含量的影响

用湿筛法和密度分级相结合的方法,将土壤区分为不同粒径团聚体,并进一步把团聚体细分成不同组分,系统比较了有机无机肥长期施用对潮土及其团聚体中有机C含量的影响。结果表明,潮土团聚体以53～250μm为主,有机肥长期施用显著提高了250～2000μm团聚体数量,降低了53～250μm团聚体的比例。无机肥施用增加了各粒径团聚体有机C含量,但没有改变团聚体的比例。团聚体中有机C以细颗粒有机C(fine iPOM)为主,有机肥施用显著增加了矿物态有机C含量,并通过增加250～2000μm团聚体中细颗粒有机C(fine iPOM)和矿物态有机C比例来提高土壤有机C含量。无机肥则通过比较均匀地增加团聚体中各组分有机C含量来提高土壤有机C水平。因此,有机肥和无机肥在潮土上增加土壤有机质含量的机制存在明显差异。     

不同有机厩肥输入量对土壤团聚体有机碳组分的影响

土壤是重要的有机碳库,其微小变化可能引起大气CO2浓度水平的较大变异。土壤团聚体对土壤有机碳具有物理保护作用。有机厩肥的输入既可以提高土壤有机碳含量,又可以促进土壤团聚体的形成,对土壤有机碳的截获和保持有重要意义。本实验采用湿筛的方法分离土壤团聚体,并对团聚体进行有机碳组分分离。通过对连续8年施加不同量有机厩肥试验的研究发现:适量的有机厩肥施用可以显著地提高土壤的平均质量直径(MWD),改善土壤结构;过量施用有机厩肥则明显降低了>2 000μm团聚体含量。潮棕壤有机碳主要分布在250～53μm和2 000～250μm团聚体中,两者相加约占有机碳全量的73.7%～78.5%。并且随着有机碳输入量的增加,土壤有机碳主要贮存在2 000～250μm团聚体中。有机厩肥的施加明显地加快了>2 000μm团聚体的更新速率。土壤轻组分有机碳含量也随有机厩肥输入量的增加而不断增加,高量有机厩肥下占全量的22.1%。土壤固定有机碳的能力有限,存在明显的等级饱和现象。因此,在有机质匮乏的土壤施用有机肥意义重大,应尽量减少向高有机质土壤输入有机碳。     

Deep incorporation of corn straw benefits soil organic carbon and microbial community composition in a black soil of Northeast China

‘Deep incorporation of corn straw’ (CSDI) is to concentrate the burial of corn straw into the subsurface soil layer (20–40 cm) and to break the plough pan, thereby creating a loosened plough layer (0–20 cm) and a fertile subsurface soil layer. However, its impacts on soil organic carbon (SOC) and the microbial community remain poorly understood. A field experiment was conducted to investigate the effects of 1-year CSDI (CD1), 3-year CSDI (CD3) and 5-year CSDI (CD5) on soil aggregates and aggregate-associated SOC, as well as bacterial and fungal community characteristics (examined by the high-throughput gene sequencing method). The results demonstrated that SOC and soil fungal diversity were decreased by CD1, but increased by CD3 and CD5. Compared with the control, CD5 promoted 2–0.25 mm soil macroaggregation, significantly increased SOC by 8.94% and aggregate-associated SOC by 5.96%–8.84%, consequently improving the physical protection of SOC by soil aggregates. CD3 and CD5 enhanced the richness and diversity of soil bacteria and fungi, and altered community composition. For soil bacteria, the relative abundance of Acidobacteria and Chloroflexi was increased, while that of Firmicutes, Gemmatimonadetes, Sphingomonas and Bacillus was decreased. For soil fungi, the relative abundance of Ascomycota, Zygomycota, Mortierella and Fusarium was greatly improved, but that of Basidiomycota was reduced. These obvious variations in microbial community structure were beneficial to straw degradation and SOC accumulation. Overall, the optimization of microbial community with CSDI plays a positive role in promoting soil organic matter, nutrient cycling and carbon sequestration, and thus improving soil fertility.     

Effect of biochar on soil structure and storage of soil organic carbon and nitrogen in the aggregate fractions of an Albic soil

ABSTRACT

Field experiment was conducted to evaluate the effect of corn straw derived-biochar (700 °C) applied at 0 (control), 10 (B1), 20 (B2) and 30 t ha^?1 (B3) on water stable aggregate (WSA), mean weight diameter (MWD), total organic carbon (TOC) and total nitrogen (TN) in WSA fractions of Albic soil. Compared with control, WSA in > 2 mm fraction increased, by 40.8% and 51.5% (0–10 cm depth) in B1 and B3, respectively. B1, B2 and B3 (10–20 cm depth) increased by 55.2%, 69.6% and 62.4%, respectively. MWD increased by 34.4%, 21.6%, and 17.6% with B3 at 0–10 cm, 10–20 cm and 20–30 cm depths, respectively. TOC in the > 2 mm fraction increased by 28.6%, 22.1%, and 23.2% (0–10 cm depth) in B1, B2, and B3, respectively, TN in 2–0.5 mm fractions increased by 32.4%, 23.4% and 33.6% (0–10 cm depth); and in the 0.25–0.05 mm fractions increased by 14.8%, 19.8% and 18.7% (10–20 cm depth), in B1, B2 and B3, respectively. Our findings suggest biochar application at 30 t ha^?1 could improve structural stability and sequestration of TOC and TN in Albic soils.     

不同地表覆盖栽培对旱地土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响

通过田间长期定位试验,分层采集冬小麦-休闲种植体系0—40 cm土层的土样,研究了常规、地表覆膜和覆草栽培对土壤有机碳、无机碳和轻质有机碳的影响。结果表明,覆膜或覆草可以显著增加地上部小麦生物量和子粒产量。不同地表覆盖对0—40 cm土层的无机碳含量和分布无显著影响,但与常规栽培相比,地表覆膜使0—5 cm土层的有机碳含量显著降低,0—40 cm各土层轻质有机碳表现出明显降低趋势,平均降低 C 6.1~74.5 mg/kg;地表覆草却表现出明显增加土壤轻质有机碳的趋势,0—5,5—10,10—20 cm土层的轻质有机碳含量分别增加C 235.2、190.0和144.9 mg/kg,相当于常规的38.7%,32.9%和34.5%。同时,覆草栽培还表现出降低0—10 cm土层轻质有机质含碳量的趋势,并使0—20 cm土层轻质有机碳占有机碳的比例显著高于常规栽培和地表覆膜处理。可见,地表长期覆膜不利于旱地土壤有机碳累积,覆草不仅可以增加表层土壤的轻质有机碳累积,还可改善土壤碳氮组成。     

长期定位施肥对潮土有机氮组分和有机碳的影响

利用河南封丘潮土的13年长期施肥试验,采用Bremner法研究了潮土耕层有机氮组成的变化,分析了长期施肥对土壤有机氮组份和有机碳含量的影响。与不施肥和单施化肥相比,施有机肥或有机肥与化肥配施显著提高了土壤全氮、酸解有机氮、酸解铵态氮、氨基酸态氮、非酸解有机氮和有机碳的含量。有机氮主要由酸解铵态氮和氨基酸态氮组成,其次为酸解未知态氮和非酸解有机氮,氨基糖态氮含量最小。施有机肥尤其利于氨基酸态氮和非酸解有机氮的形成。施肥处理的酸解有机氮占全氮的比例减小,主要是由氨基酸态氮、酸解铵态氮占全氮的比例减小所致。与1989年试验开始时的土壤初始值相比,施有机肥能提高土壤全氮含量和有机质含量。在供应等氮磷钾的情况下,有机无机配施增加了土壤供氮能力、有机质含量和作物产量,是维持土壤肥力和保护环境最优的施肥方式。     

有机物料还田对华北小麦玉米两熟农田土壤有机碳及其组分的影响

中国农业废弃物种类多、数量大、利用率低、污染重。将有机物料还田,是实现废弃物资源化利用的重要途径。该研究以循环农业理念为指导,选择代表农田内循环的秸秆以及代表农沼循环、农牧循环、农菌循环、农工循环的废弃物沼渣、猪粪、菌渣和酒渣为试验材料,开展了等碳量还田定位试验,分析各有机物料还田后对土壤有机碳及其组分的影响。结果表明:1)连续施用有机物料提高了土壤总有机碳(TOC)、易氧化有机碳(LOC)、微生物量碳(MBC)和可溶性有机碳(DOC)含量。随着有机物料还田年限的增加,土壤TOC、LOC和MBC含量均不同程度地增加,年平均增幅分别为:15.57%~22.82%、20.00%~38.31%和16.30%~50.56%。还田5年后各有机物料处理土壤TOC、LOC、MBC和DOC含量平均分别是无机肥处理的1.24~1.62、2.07~3.19、1.20~2.06和1.05~3.36倍。2)不同有机物料中均利于土壤TOC含量的提高,秸秆提升效果相对最差,沼渣、菌渣、猪粪、酒渣和秸秆还田处理的0~20cm土壤TOC含量平均增长速率分别为:22.82%、21.88%、16.42%、16.13%和15.57%。     

添加玉米秸秆培养对土壤团聚体胡敏酸数量和结构特征的影响

利用湿筛法进行土壤团聚体分组(>2、2～0.25、0.25～0.053、<0.053 mm粒级),研究了其添加不同用量玉米秸秆,25℃恒温室内培养对团聚体中胡敏酸数量和结构特征的影响。结果表明:添加玉米秸秆培养后,土壤团聚体2～0.25 mm和>2 mm粒级成为优势粒级,平均含量分别占51.41%和34.12%,其全碳含量为10.15～25.74 g kg-1,胡敏酸(HA)绝对含量为4.06～5.79 g kg-1,明显高于对照CK的9.79～10.48 g kg-1和3.70 g kg-1,并随玉米秸秆用量的增加而增大;各处理胡敏酸C/H及高温/中温比值均低于CK处理,并随玉米秸秆用量的增加逐渐减小,说明随玉米秸秆用量的增加使HA分子缩合度降低,结构趋于简单化。