近40年余江县高产水稻土有机碳及养分含量的演变特征

土壤有机碳及养分是土壤肥力的重要指标,研究土壤肥力的演变规律对提升地力、维持农业可持续发展具有重要的理论指导意义。参照第二次土壤普查和2002年采样背景资料,通过田间采样分析及对比研究,探讨江西省余江县高产水稻土有机碳、养分、pH及阳离子交换量（CEC）的状况及其近40年的演变规律。结果表明,余江县域内上表层水稻土（0~10 cm）有机碳、全氮、有效磷和速效钾含量分别是（27.3±1.3）g·kg^-1、（2.9±0.2）g·kg^-1、（40.5±3.8）mg·kg^-1、（148±7.9）mg·kg^-1,土壤肥力处于较高水平。与1980年背景资料对比发现,有机碳和土壤养分均有显著提升;尤其自2002年以来,近15年0~10 cm层次水稻土有机碳、全氮及速效钾的增幅分别达35%、40%和34%,但有效磷含量变化并不显著,而在10~20 cm层有效磷含量显著增加了56%。与2002年采样结果相比,0~10 cm、10~20 cm和 20~40 cm pH显著降低,而CEC显著增加。长期植稻过程中施用化肥,尤以近15年来,土壤有机碳、养分及CEC显著提高,但同时造成土壤pH下降。     

采伐残余物不同处理方式对杉木幼林土壤有机碳组分和相关酶活性的影响

对福建三明格氏栲自然保护区40多年生杉木成熟林的采伐残余物进行保留(Residue retained,RR)、清除(Residue removed,R)、火烧(Residue burnt,RB)处理,种植杉木三年后不同土层(0～10 cm和10～20 cm)土壤有机碳组分及相关酶活性进行研究。结果表明,(1)RR处理显著提高土壤有机碳及各组分的含量,在0～10cm土层RR处理土壤有机碳含量(24.74g·kg~(–1))显著高于R(13.43g·kg~(–1))和RB处理(20.14 g·kg~(–1));R处理土壤有机碳的活性指数(土壤有机碳活性组分占土壤总有机碳的比例)(43.5%)显著高于RR(32.6%)和RB(36.1%)处理(P0.05),RR和RB处理土壤有机碳的难降解指数(67.4%和64%)分别为R处理(56.52%)的1.2倍和1.1倍,但RR和RB处理间土壤有机碳难降解指数差异不显著(P0.05)。(2)在10～20 cm土层,RR和RB处理土壤有机碳含量(20.54 g·kg~(–1)和16.84 g·kg~(–1))差异不显著(P0.05),但明显高于R处理(10.8 g·kg~(–1))。RR处理的土壤有机碳活性指数最低,难降解指数最高。同一处理不同土层土壤有机碳的活性指数大小均表现为10～20 cm高于0～10 cm,而10～20 cm土壤有机碳的难降解指数却低于0～10 cm。(3)RR处理土壤中β-葡糖苷酶(βG)、纤维素水解酶(CBH)、过氧化物酶(PER)活性高于RB和R处理。RR处理0～10 cm土层土壤的β-葡糖苷酶和纤维素水解酶活性显著高于10～20 cm土层(P0.05)。RB处理0～10 cm土层仅有纤维素水解酶活性明显高于10～20 cm土层,R处理两土层间3种酶活性差异均不显著(P0.05)。(4)相关性分析表明,β-葡糖苷酶、纤维素水解酶活性分别与土壤活性组分Ⅰ(LP Ⅰ)、活性组分Ⅱ(LP Ⅱ)呈显著正相关,而过氧化物酶活性与难降解组分(RP)显著相关。可见RR处理对提高土壤有机碳的含量和稳定性具有积极影响,同时有利于提高土壤养分有效性和土壤质量。     

县域尺度红壤丘陵区水稻土有机碳模拟

区域尺度土壤有机碳储量的时空变化及其管理是全球气候变化和农业可持续发展研究的重要内容。本文以中亚热带红壤丘陵区的江西省余江县为例,基于12a的长期试验和1998年、2001年的野外定位采样对比研究,利用反硝化分解模型?DNDC(Denitrification-Decomposition)在田块和县域尺度研究了县域尺度表层(0~20 cm)水稻土有机碳储量的时空变化规律。结果表明,以长期试验数据验证,DNDC模型可以较好地模拟水稻土表层有机碳的长期动态变化。2001年农田水稻土(面积为3.6×108m2)表层(0~20 cm)有机碳总储量为2.9×109kg,平均土壤有机碳密度为6.0 kg m-2。1998年至2001年余江县水稻土表层土壤有机碳库逐年增加,年际平均变化量为3.0×107kg。通过对余江县水稻田模拟不同碳投入的情景,分析预测1998年至2017年土壤有机碳储量,种植绿肥提高秸秆还田比率同时减少化肥的投入,可有效地增加红壤区域有机碳蓄积。     

红壤水稻土有机碳库的平衡值确定及固碳潜力分析

平衡状态时的土壤有机碳含量水平确定对于正确评价土壤的固碳潜力和制定合理的有机物质分配措施有重要意义。本文通过比较红壤典型地区不同时期水稻土有机碳含量变化、不同利用年限水稻土有机碳含量动态、以及有机碳输入输出量状况,分析红壤水稻土有机碳库的平衡值,进而估计较大区域内水稻土的固碳潜力。过去20余年来江西省余江县水稻土的有机碳含量总体呈上升趋势,但高产水稻土的有机碳含量稳定在18.5 g kg-1;水耕利用30 a,土壤有机碳含量达到19.0(±1.20)g kg-1,其后变化幅度很小;若使目前的较高形成量水平达到平衡,则土壤有机碳含量为19.2(±1.10)g kg-1。综合分析,在较高生产力水平条件下,红壤水稻土有机碳的平衡值为18~20 g kg-1,平均为19.0±1.0 g kg-1。过去20余年来,江西省余江县水稻土有机碳储量增加了6 955(±1 116)kg hm-2。据此计算我国亚热带地区水稻土过去20年固定大气CO2量555.1(±88.7)Tg,其作为碳汇的作用是相当明显的。目前仍有相当面积的水稻土其有机碳含量低于平衡水平,估计还可平均固碳5 150(±1 063)kg hm-2。据此,若保持现实较高生产力水平,则我国亚热带地区水稻土未来可新固定大气CO2量411.0(±84.7)Tg。     

海伦黑土有机碳和养分含量30年变化特征

黑土是支撑东北地区粮食高产稳产的基础。近年来黑土质量退化、肥力下降,已严重威胁粮食的可持续生产能力。土壤有机碳和养分含量的演变特征是评价土壤肥力变化的重要指标。本文以位于黑土带腹地、具有代表典型黑土的海伦市为例,结合第二次全国土壤普查资料和实际调查数据,系统分析了30年来农田黑土有机碳和养分的变化规律及其相互关系,为改善黑土农田管理措施提供科学依据。结果表明,与80年代相比,黑土农田表层土壤有机碳含量下降了12%,其中厚层黑土下降幅度最大(22%)。土壤养分也呈现不同的变化趋势,表层黑土碱解氮和速效钾分别下降了33%和43%,有效磷增加了48%。碱解氮在厚层、中层和薄层黑土中的下降速率分别为3.25 mg·kg~(-1)·a~(-1),2.24 mg·kg~(-1)·a~(-1)和1.64 mg·kg~(-1)·a~(-1);速效钾的下降速率分别为4.11 mg·kg~(-1)·a~(-1),3.53 mg·kg~(-1)·a~(-1)和4.68 mg·kg~(-1)·a~(-1);不同类型黑土有效磷含量略有增加,增加速率分别为0.14 mg·kg~(-1)·a~(-1),0.53 mg·kg~(-1)·a~(-1)和0.22 mg·kg~(-1)·a~(-1)。相关性分析显示,土壤有机碳与碱解氮和速效钾含量显著正相关,与有效磷相关性不显著。针对当前黑土农田土壤碳和养分状况,应采取固碳、减磷、补钾和提高氮肥利用率的管理措施。     

粉碎与颗粒秸秆高量还田对黑土亚耕层土壤有机碳的提升效应

针对东北黑土亚耕层有机碳匮乏,且秸秆体量大、利用困难的问题,于2015—2018年开展田间定位实验,以秸秆不还田为对照(CK),探究粉碎秸秆(FS)与秸秆颗粒(KL)处理下1倍量(15 t·hm~(–2))、3倍量(45 t·hm~(–2))、5倍量(75 t·hm~(–2))的深埋还田对土壤有机碳含量、有机碳结构以及土壤养分比例的影响,旨在通过"变废为宝"促进黑土地可持续发展。结果表明:1)秸秆还田对20～40 cm土壤亚耕层有机碳提升效果显著,随着秸秆倍量的增加,亚耕层土壤有机碳在2%～20%(1 a)、5%～27%(2 a)、1%～18%(3 a)之间变化,高倍量还田优势显著;秸秆还田2 a土壤有机碳增长率最高,表明还田第2年是有机碳的主要积累时期,且秸秆倍量是影响有机碳变化更重要的因素。2)秸秆还田3 a后,FS5处理的脂化度较高而KL5处理的芳香度较高,粉碎秸秆高量还田更易促进烷基碳链型有机碳合成,而KL5处理易促进芳香烃类有机碳合成。3)高量还田后亚耕层土壤碳氮比与碳磷比增幅大于10%,碳钾比增幅大于20%,且秸秆颗粒还田对养分元素比例的提高具有短期快速效应,而粉碎秸秆具有长期缓释效应。秸秆高量深埋还田显著提高亚耕层土壤有机碳含量,平衡碳与氮、磷、钾养分元素比例关系,是增厚培肥黑土层以及解决东北秸秆还田问题的可行方法。     

长期施肥红壤稻田有机碳演变规律及影响因素

利用1981年起设置的水稻土长期施肥定位试验,分析了CK(不施肥)、N(单施氮肥)、NPK(氮磷钾配施)、NPK2(2倍氮磷钾配施)和NPKM(有机无机肥配施)等施肥措施下土壤有机碳的演变规律及其与作物产量和土壤养分(全氮、碱解氮、全磷、速效磷、全钾和速效钾)的相关性.结果表明:试验30年后,各个处理的土壤有机碳含量均有上升,其中CK、N、NPK、NPK2和NPKM的土壤有机碳在试验30年分别比试验前增加18.95％、17.72％、23.36％、16.92％和32.68％.与CK处理相比,NPK、NPK2和NPKM处理的土壤有机碳平均提高了4.09％、4.03％和25.68％.土壤有机碳含量与水稻产量呈显著相关(P＜0.001),相关系数r为0.410,这说明土壤有机碳含量的增加可以促进水稻增产.土壤有机碳与土壤养分中的碱解氮、速效磷和全磷含量均表现出极显著相关(P＜0.001),相关系数r分别为0.452、0.559和0.487,但是与钾含量相关不显著.这表明:有机无机肥配施可以持续快速提高红壤性水稻土的有机碳含量,同时在有机无机肥配施过程中应适当增施钾肥,从而促进土壤肥力平衡和维持作物高产稳产,实现农业可持续性.     

不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化

通过田间采样结合沉降法分级提取,研究了不同利用年限红壤水稻土有机碳和养分含量的粒级分布变化特征。结果表明,红壤水稻土有机碳和养分含量随土壤颗粒粒径的增大而下降,但在各粒级中的分布比例存在显著差异。<0.002mm、0.002～0.02mm、0.02～0.05mm、>0.05mm粒级的有机碳占全土有机碳的比例分别是29.2%、30.7%、11.9%、15.4%,氮的相应数值为36.7%、31.9%、10.2%、14.0%,磷为49.2%、26.5%、11.1%、12.4%,钾为36.9%、33.4%、12.9%、20.0%。总体来说,黏粒和粉粒中有机碳和养分的分布比例较高。红壤水稻土有机碳和养分含量及分布比例还随利用年限而有明显变化。开垦利用不到10a的水田土壤,有机碳和养分含量较低且主要集中在<0.002mm粒级中;而利用超过10a的水稻土,有机碳和养分在粉粒中(0.002～0.05mm)的比例大于50%。各利用年限的红壤水稻土多以0.02～0.05mm粒级的C/N为最高,并随利用年限延长而下降。红壤水稻土各粒级有机碳和养分含量及分布状况随利用年限的变化反映了土壤肥力熟化和养分有效性的提高过程。     

长期有机无机肥配施对稻田土壤基本理化性状的影响

通过湖南省7个土壤肥力与肥效监测长期定位试验,研究了有机无机肥配施对稻田耕层土壤基本理化性状的影响.结果表明,(1)长期有机无机肥配施可以促进土壤有机碳及活性有机碳的积累,降低土壤容重,提高孔隙度特别是通气孔隙度,促进水稳性大团聚体(WSA)的形成,提高阳离子交换量(CEC),高量有机肥效果优于中量有机肥.(2)有机肥使初始pH为5.20～7.8的土壤pH调节到5.6左右.(3)土壤有机碳(TOC)、热水可提取碳(HWC)与容重呈显著负相关(p＜0.05),与孔隙度、水稳性团聚体、CEC呈显著正相关(p＜0.05).有机无机肥配施有利于土壤有机碳和活性有机碳的积累,因而能使土壤变得疏松,透气性、保水保肥能力都得到增强.     

水稻种植对沿海滩涂土壤有机碳及碳库管理指数的影响

研究沿海滩涂种植水稻对土壤有机碳和碳库管理指数的影响,探讨滩涂稻田土壤有机碳与盐分变化之间的相关关系,将为评价沿海滩涂稻田土壤质量变化提供科学依据。2016年水稻收获后,在江苏沿海滩涂如东方凌垦区,设置种稻0年(CK,0-Y)、种稻1年(1-Y)和种稻4年(4-Y)田块处理进行土壤采样,测定土壤盐分、土壤有机碳(SOC)及活性有机碳(AOC),并计算碳库指数(CPI)、碳库活度指数(AI)和碳库管理指数(CMI)。结果表明:(1)与CK相比,1-Y和4-Y田块在0～10、10～20和20～30 cm土层盐分均显著降低,且1-Y和4-Y田块在各土层分别降低了94.38%和92.77%、86.57%和85.94%、77.48%和77.91%(P0.05),同时1-Y和4-Y田块之间盐分在0～30 cm土层均没有显著的差异(P0.05);(2)1-Y和4-Y田块在0～10、10～20和20～30 cm土层有机碳均显著提高,且各层分别提高了36.11%和69.17%、37.64%和69.20%、36.42%和57.50%(P0.05);1-Y和4-Y田块在各土层活性有机碳也均显著提高,且各层分别提高了85.63%和101.20%、89.26%和110.04%,158.70%和243.59%(P0.05);(3)沿海滩涂种植水稻后对CPI、AI和CPMI提高均有明显的积极作用,且相比1-Y田块,4-Y田块的稻田耕层0～30 cm的CPI和CPMI均有一定的提高;(4)沿海滩涂稻田0～30 cm土层中,土壤盐分与有机碳及活性有机碳之间均具有极显著的幂函数相关(P0.01)。可见,沿海滩涂种植水稻后能降低稻田土壤盐分,提高土壤有机碳、活性有机碳及碳库管理指数,进而改善沿海滩涂稻田土壤质量和提高土壤肥力。     

慈溪市土壤系统分类研究

本文对浙江省慈溪市第二次土壤普查土壤分类系统进行了修订,并建立了慈溪市土壤系统分类,依据浙江省土系建立的原则和要求,初步建立了慈溪市土壤的土族和土系。     

土壤动物在农业生态系统中的研究进展

近些年来随着对生态学的深入研究,人们认识到土壤动物的群落结构、功能以及在生态过程中积极的不可替代的作用,土壤动物逐渐成为生态学研究的热点之一。本文分析评价了国内关于土壤动物的研究进展。同时对国外土壤动物在土壤环境评价、凋落物分解、土壤健康的指示作用、与污染环境的关系、二氧化碳浓度对其的影响、在农业生态系统中的作用、在城市生态系统研究中的作用、在废弃物处理及土壤改良中的应用、在N循环中的作用、湿地土壤动物研究等10个方面的研究动态进行了综述。并提出了对土壤动物研究工作的几点建议。     

四种土壤管理方式对李园土壤微生物和土壤酶的影响

通过2003~2004两年的试验发现,刈割覆盖、刈割压埋、畜粪还园三处理纤维分解菌和硅酸盐细菌的数量均明显高于清耕处理(对照),且两种微生物数量均以夏季最多,秋季次之,春季再次,冬季最少。前三处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶、纤维分解酶、多酚氧化酶的酶活性都较清耕有显著或极显著提高;各处理酶活性也以夏季最高、秋季次之,春季再次,冬季最低。2004年刈割覆盖、刈割压埋两处理蔗糖酶、脲酶、过氧化氢酶活性较2003年有显著或极显著增加,畜粪还园、清耕两处理三种酶活性两年间差异很小。经相关性分析还发现,纤维分解菌除与脲酶相关性不显著外,它与其余的酶均显著或极显著正相关;硅酸盐细菌与所有的酶均极显著正相关。     

城市化过程对土壤资源影响研究进展

世界范围内的快速城市化过程对土壤资源的质与量都产生了深刻影响.作为一种不可再生性自然资源,土壤在我国快速城市化过程中的强烈人为活动影响下发生功能上的转化、弱化甚至消失.城市及其周边地区的土壤景观、各种土壤过程都明显异于传统的土壤质量演变规律.与农业生态系统相比,城市生态系统更加复杂,城市化过程中土壤演变研究的挑战性也更大.深入开展城市化过程中土壤质、量响应及其生态环境效应的系统研究意义重大.     

土壤时空变化研究的进展与未来

理解和表征土壤的时空变化是土壤学的基本任务,也是评估和合理发挥土壤功能的重要前提。土壤的时空变化与气候环境变迁、岩石圈风化、地表物质迁移、生物地球化学循环等圈层变化过程相耦合。围绕土壤时空变化研究的新近进展,本文综述并展望了土壤形成和演变过程、土壤形态学、土壤调查、土壤分类、数字土壤制图与土壤退化的发展态势。未来土壤时空变化研究的关键科学问题主要包括:地球表层系统中土壤与环境要素之间的多过程耦合机理与模拟、多尺度土壤-环境关系与模拟、多元土壤信息的融合机理与数据同化。未来重点研究领域将涉及到关键带科学引领的土壤形成和演变研究、多尺度数字土壤制图与时空变化预测、基于多传感器的土壤综合观测原理与技术、完整和详尽的国家和全球土壤资源清单及共享平台建设、区域土壤资源退化机理及其功能恢复。     

湖南省典型农田土壤养分现状及近30年变化趋势

通过文献资料分析及实地调查和采样,对比研究了湖南省典型农田土壤的肥力状况及近30年变化趋势.结果表明:湖南省典型农田当前0 ～ 20 cm 和20 ～ 100 cm土壤有机质平均含量为30.43 g/kg和11.91g/kg,全氮平均含量为1.79 g/kg和0.82 g/kg,全磷平均含量为0.56 g/kg和0.44 g/kg,全钾平均含量为17.13 g/kg和17.17 g/kg.与第二次土壤普查结果比较:除20 ～ 100 cm土壤层次有机质和碱解氮含量呈下降趋势外,其他层次有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾等土壤养分指标呈显著增加趋势.0～20 cm土壤有酸化趋势.     

分形理论在土壤肥力研究中的应用与前景

分形理论的提出对于定量描述复杂的、高度不规则的系统特征与机理提供了方法.本文从土壤腐殖质、土壤微生物、土壤团聚体等方面回顾了分形理论在土壤肥力研究中的主要结果:土壤腐殖质胶体在不同条件下形成不同分形特征的聚合物;同一种微生物可能形成具有不同分形特征的结构;土壤中的有机无机胶体在不同条件下凝聚成不同的团聚体,从而形成不同的土壤结构并对其肥力功能产生影响.我们认为分形理论在探索土壤的形成过程和肥力功能上将具有重要的应用前景:如团粒结构体的形成可能是由土壤胶体分形凝聚而成;土壤中的活性有机质有逐渐老化的现象,可能和腐殖质胶体由结构疏松的分形结构向普通团聚体过渡的过程有关;土壤微生物在不同微环境下具有不同的分形特征,可以推测在各种土壤过程(包括物理、化学以及生物化学过程)中它们的功能也可能是不一样的.此外,土壤结构的开放程度决定孔隙、水分以及空气的分布,从而决定了微生物的生存空间.所以土壤结构体对微生物空间分布的影响也是将来该领域值得研究的内容之一.     

土壤退化时间序列的构建及其在我国土壤退化研究中的意义

我国土壤退化发生广、发展快,后果严重,很多问题亟待解决,加大其研究力度势在必行。显而易见,人们对土壤特性与土壤退化过程了解得越详细,对土壤退化的评估与防治也会越好。因此迫切需要建立大量土壤退化时间序列来明确土壤退化过程中时间因素的作用并帮助人们正确理解和认识土壤退化与人为作用之间的关系。为了得到可靠的结果,土壤退化时间序列的建立需包括起始土壤相似性判定与退化土壤绝对或相对年龄的验证两个重要过程。本文详细论述了土壤退化时间序列的构建过程及应注意的问题,并探讨了土壤时间序列在我国土壤退化研究中的意义,旨在为土壤退化时间序列的正确建立与应用提供较为详尽的参考。     

矿区复垦土壤养分变化趋势研究

系统研究了孝义露天铝矿不同复垦年限的土壤养分变化 ,结果表明 :随着复垦年限的增加 ,复垦土壤有机质、全氮、有效磷均呈逐年增加趋势 ,土壤容重逐年下降 ,土壤全磷、全钾、速效钾、土壤 pH、交换量和Cu、Zn、B、Mn、Fe等微量元素的有效态含量变化不明显。研究证明通过种植牧草和大量施用有机肥和化肥 ,可加速复垦土壤的熟化、土壤理化性状逐年改善 ,土壤生产力逐年提高。     

Spatio-temporal variation of anisotropy of saturated hydraulic conductivity in a tilled sandy loam soil

Knowledge on anisotropy of saturated hydraulic conductivity can improve the understanding of transport phenomena in soil. We hypothesized that saturated hydraulic conductivity (K_s) in the upper part of the root zone of an agricultural sandy loam soil was anisotropic at different soil depths and times after tillage. K_s was measured on undisturbed 100 cm³ core samples taken in the horizontal and vertical directions in up to four soil layers (Surf: surface layer (0–5 cm); Top: topsoil (10–15 cm); Trans: transition layer between topsoil and subsoil; Sub: subsoil (40–60 cm)) 1, 8 and 32 months, respectively, after mouldboard ploughing and drilling. The ratio between estimated geometric mean values for K_s in the vertical and the horizontal directions (K_ms,v/K_ms,h) was used to test the hypotheses. A total of 669 soil samples were analysed.K_ms,v/K_ms,h varied with time after tillage and between soil layers. One month after ploughing, K_ms,v/K_ms,h was <0.23 (P = 0.975) in the Trans layer with an average value of 0.084, i.e. K_ms,h was 12 times larger than K_ms,v. Anisotropy could not be documented in this layer 8 or 32 months after ploughing, i.e. K_ms,v/K_ms,h was not significantly different from 1.0. For the Surf and Top layers 32 months after ploughing, K_ms,v/K_ms,h was in the intervals 1.4–50 and 3.1–77, respectively, (P = 0.95) with average values of 8.4 and 15, respectively. Thus, K_ms,v was 8.4 respectively 15 times larger than K_ms,h in the two layers. Anisotropy was not found in these layers 1 or 8 months after tillage. Strong anisotropy was found in the Sub layer with K_ms,v/K_ms,h averaging to 14 and 32, respectively, 8 and 32 months after tillage. K_ms,v and K_ms,h generally decreased with time in the Surf, Top and Trans layers, except in the vertical direction in the Top layer between 8 and 32 months after ploughing, and in the Trans layer between 1 and 8 months after ploughing. Overall, the geometric means of K_s varied between 10^−4.0 and 10^−7.1 m s⁻¹.The results may reflect systematic effects of soil settlement and drying/wetting phenomena coupled with biological activity and the existence of stable, vertically oriented biopores in the subsoil. It appears to be necessary to consider anisotropy of K_s and its variation in the analysis and modelling of water flow and chemical transport in agricultural soils, particularly to explain heterogeneous flow phenomena at the plot and field scales.