冻融交替对土壤中不同形态氧化铁的影响

通过人工控温,室内模拟方法(-30℃冻结24 h,20℃融化24 h,作为一个周期,共设0,1,3,6,9次,5个冻融交替梯度,含水量分别为田间持水量的10%,40%,70%,100%,120%)对比研究了冻融交替作用下东北地区棕壤不同形态氧化铁的含量。结果表明:土壤含水量、冻融次数及二者的交互作用对游离氧化铁、无定形氧化铁和晶质氧化铁含量的影响均达到极显著水平(P0.01)。随着土壤含水量的增加,游离氧化铁和晶质氧化铁含量波动式增加,无定形氧化铁含量波动式降低。随着冻融次数的增加,游离氧化铁和晶质氧化铁含量的变化趋势相似,均表现出先降低、然后上升、之后趋于平缓,无定形氧化铁含量随冻融次数的增加呈波动式降低的趋势。冻融对土壤中硅酸盐中铁的游离情况处于波动式影响,冻融促进了游离出的氧化铁的晶质化,降低了氧化铁的活化度,促进了氧化铁的老化。土壤氧化铁中无定形氧化铁含量对冻融处理最为敏感,可以作为不同冻融处理对土壤氧化铁影响大小的一个较好的指标。     

有机质对冻融黑土重金属Zn赋存形态的影响

冻融作用对不同有机质含量的土壤重金属Zn赋存形态转化产生显著影响,以24h为1个冻融周期,对150mg(Zn)·kg-1的黑土冻融8次,结果表明,随着有机质含量的增加,未经冻融土壤的交换态和铁锰氧化物结合态Zn含量逐渐降低,有机结合态Zn含量逐渐增加,残渣态Zn含量变化不显著。冻融作用可促进交换态和铁锰氧化物结合态Zn含量降低,促进有机结合态和残渣态Zn含量增加。随着土壤有机质含量的增加,冻融作用使重金属Zn生物有效态含量降低。通过有机质含量与各形态Zn含量拟合,在未冻融和冻融条件下,各形态Zn含量与有机质含量之间呈二次多项式的函数关系,相关系数r2在0.664和0.995之间。     

冻融作用对黑土重金属Zn形态转化的影响

通过对重金属Zn污染的黑土进行冻融频次和不同含水量的实验研究得到,随着冻融次数的增加,重金属Zn交换态含量,铁锰氧化物结合态含量和有机结合态含量均呈不同程度的降低趋势,残渣态含量明显增加,表明冻融作用可使土壤重金属Zn生物有效态含量降低。重金属Zn各赋存形态含量与土壤所经历的冻融次数之间呈二次多项式的函数关系,相关系数在0.948和0.988之间。随着土壤含水量的增加,冻融作用对重金属Zn交换态含量影响不大,铁锰氧化物结合态含量降低,有机结合态含量增加,而残渣态含量明显增加。     

冻融交替作用对表层黑土结构的影响

通过室内实验模拟冻融交替作用,研究冻融交替作用对表层黑土结构的影响。结果表明:1)冻融作用使表层黑土体积增大,导致表层黑土密度降低,土壤大团聚体破碎为小团聚体,团聚体的平均质量直径减小,团聚体稳定性能降低;2)土壤含水率大小、冻融循环次数是土壤结构破坏程度的重要影响因素;3)冻融作用破坏了表层黑土物理性状,降低了黑土黏聚力和抗冲能力,致黑土区春季产生严重的冻融侵蚀。     

克拜黑土区沟壑冻融侵蚀主要形态特征初探

目前,国内外对冻融侵蚀研究开展得很少,为此,1998年克山试验站在克拜黑土区进行该方面研究,经过大量调查,结果表明：冻融侵蚀可使耕地中的沟壑每年扩张50～100cm,加剧了侵蚀沟的发展,对农业生产的可持续发展危害极大。沟壑冻融侵蚀可分为沟岸冻裂、沟岸融滑、沟坡融泻、沟壁融塌4种主要侵蚀类型。沟壑冻融侵蚀是一个缓慢的侵蚀过程,与重力侵蚀交织在一起,是重力侵蚀发生的先决条件。     

冻融作用对黑土区侵蚀沟发育的影响

[目的]冻融作用是黑土区的主要自然现象之一。研究黑土区冻融作用对侵蚀沟发育的影响,以便防止冻融侵蚀,保护黑土资源。[方法]采取室内试验与野外定点定位观测相结合方法,开展冻融作用对黑土物理性状、冻胀量以及侵蚀沟岸冻裂融塌的试验观测。[结果]冻融作用使土壤水分增加,容重减小,孔隙度增大,土壤团聚体总量降低,冻胀量加大。[结论]冻融作用导致土壤抗蚀能力降低,是加剧侵蚀沟发育的主要影响因素之一。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。     

冻融交替对黑土氮素转化及酶活性的影响

以黑土为试验材料,通过室内培养实验,研究了不同冻融循环(-25—5℃、-10—5℃)对黑土氮素转化速率和土壤酶活性的影响。结果表明:随着冻融频次的增加,铵态氮含量和硝态氮含量均逐渐增加。除了中强度冻融(-10—5℃)的土壤铵态氮在培养第1周期内的含量最低外,剩余培养周期内,铵态氮含量均表现为中强度冻融(-10—5℃)高强度冻融(-25—5℃)对照组(5℃);硝态氮含量对不同冻融温度的响应差异显著。与对照组相比较,冻融循环整体上降低了土壤的矿化速率和硝化速率,但实验末期有促进硝化的趋势,不同强度冻融对矿化速率和硝化速率影响显著。受土壤温度和冻融交替的影响,土壤的脲酶活性和转化酶活性均低于对照组,且脲酶活性和转化酶活性均表现为中强度冻融高强度冻融(第1周期除外)。综上,冻融作用对黑土的供氮能力和土壤酶活性具有重要影响。     

冻融对东北黑土硒酸盐吸附解吸的影响

为探究冻融过程对东北黑土硒酸盐(Se(Ⅵ))吸附、解吸的影响机理,通过室内不同初始含水率及冻融次数模拟冻融循环,随后利用冻融后土壤进行Se(Ⅵ)的吸附和解吸试验,分别采用Langumuir和Freundlich方程对Se(Ⅵ)吸附过程进行拟合。结果表明:冻融显著(P <0.05)改变了东北黑土pH值、有机质、球囊霉素相关土壤蛋白及各粒级团聚体含量,冻融后土壤Se(Ⅵ)吸附量显著高于未冻融土壤。通过拟合发现东北黑土对Se(Ⅵ)的吸附更符合Langmuir模型(R2> 0.967),高初始含水率及冻融循环次数均增加了冻融后黑土对Se(Ⅵ)的最大吸附量及缓冲容量,同时提高了Se(Ⅵ)的解吸率。70%含水率及多次冻融循环提高了黑土对Se(Ⅵ)的吸附潜能,促进Se(Ⅵ)的解吸,使得冻融后土壤硒的生物有效性增加,有利于作物根系对硒的吸收。     

冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量的影响

为探究冻融交替对不同施肥水平的黑土中氮磷元素含量变化的影响,对东北地区的黑土进行了模拟冻融处理,并分析其氮磷指标（总氮磷、有效氮磷）的变化。结果表明,冻融交替处理后黑土中全氮的含量会降低,而有效氮和有效磷的含量会提高。单独施加无机肥会加剧冻融交替造成的土壤全氮流失（P<0.05）,5次冻融交替后有效氮含量的增长率降低,有效磷含量的增长率升高。5次冻融交替后,施加有机肥的土壤全氮和全磷含量无显著变化,有效氮和有效磷含量增长率均显著提高（P<0.05）。在寒冷地区冻融条件下的农业生产实践过程中,应适当提高有机肥的施用量,以抑制黑土中氮元素的流失,增强氮磷元素的可用性,保持土壤肥力并降低水体富营养化的风险。     

冻融作用对土壤镉吸附特征的影响

选择东北地区棕壤为供试土壤,采用人工控温方法进行冻融处理（冻-融时间为12h-12h,冻-融温度为-30℃-30℃）,进行不同含水量和冻融频次处理下土壤镉的静态等温吸附试验和动力学等温吸附试验,并选择不同模型对吸附曲线进行拟合,研究冻融作用与土壤镉吸附特征之间的关系。结果表明：未冻融和冻融处理土壤对镉的吸附量均随着含水量的增加先增加后减少;冻融作用会增加土壤镉的吸附量,加快土壤镉的吸附速率;Henry模型和Temkin方程可以较好拟合土壤镉静态等温吸附曲线,双常数方程、Elovich方程和型曲线方程则可以很好拟合土壤镉动力学等温吸附曲线。     

冻融次数和含水量对棕壤总有机碳和可溶性有机碳的影响

以东北地区棕壤为供试土样,采用人工控温,室内培养的方法,使土样经受不同冻融处理,研究了冻融次数和含水量对棕壤有机碳的影响。研究结果表明,冻融次数和含水量对棕壤总有机碳的影响不显著,冻融次数对可溶性有机碳的影响达到显著水平,随着冻融次数的增加土壤可溶性有机碳含量呈先降低后升高的趋势,在试验设计范围内表现为冻融降低了棕壤可溶性有机碳的含量,可溶性有机碳占总有机碳的比例随冻融作用的变化趋势与可溶性有机碳基本一致。土壤可溶性有机碳对冻融处理的反映较为敏感,可以作为反映不同冻融处理对土壤有机质影响的一个较好的指标。     

冻融影响下黑土耕层剖面速效氮动态变化

为了探明冻融过程对东北典型黑土耕层氮(N)生物有效性的影响,试验利用室内模拟方法,探究了不同冻结温度、土壤容重、含水量、冻融循环次数影响下耕层土壤剖面速效氮(AN)的时空分布规律。结果表明,经冻融循环后,土壤AN含量随土层深度增加呈现波动性下降;冻结温度越低,AN随土层深度增加下降的波动性越大,AN峰值、AN土柱平均值越低;冻结温度-15℃时整个土柱AN平均值比-10℃降低9.3%~44.6%;容重增高,AN含量降低,AN/TN值升高,土壤容重1.1 g/cm³时整个土柱AN平均值比容重1.0 g/cm³降低13.0%~18.6%,容重1.1 g/cm³整个土柱AN/TN平均值比容重1.0 g/cm³显著提升0.6~4.7倍;随着含水量的提高,低容重(1.0 g/cm³)表层(0—8 cm)AN越高,底层(20—30 cm)AN越低,而高容重(1.1 g/cm³)土柱表层(4—8 cm)AN越高,表层(0—4 cm)AN、底层(20—30 cm)AN越低;在各个变量中,pH大小与AN累积趋势呈负相关关系,含水量、TDS、电导率、冻结温度均与AN含量成正相关,是否冻融循环对AN垂直分布影响最大,其次是恒温及冻融循环次数(p<0.05)。研究结果可为黑土区冻融过程土壤N素管理、提升土壤肥力、减少N损失等问题提供理论依据和技术支撑。     

冻融条件下黑土无机磷分级及有效性研究

土壤无机磷是生态系统中磷素的重要组成部分,而冻融作用是土壤无机磷赋存形态与转化的重要影响因素。本研究以黑土为试验土壤,在室内模拟冻融环境,研究冻融前后黑土无机磷各组分含量变化及其有效性。结果表明:冻融后无机磷各组分绝对含量总体呈现增加的趋势;冻融前后相对含量没有表现出明显差异,均呈现出O-PFe-PAl-PCa-P;相关分析和通径分析结果显示,Al-P、Fe-P为有效磷源,并且直接影响有效磷含量,而O-P、Ca-P与Al-P有较大的通径链系数,即O-P、Ca-P通过Al-P间接影响有效磷含量;冻融循环条件下Olsen-P(Y)与有效磷源Al-P(X1)、Fe-P(X2)间呈线性关系。     

秸秆还田对农田棕壤氧化亚氮排放动态的影响

通过田间试验,采用静态箱法对不同量秸秆还田(单施氮肥、半量秸秆还田、全量秸秆还田)下不同时期土壤氧化亚氮排放动态进行了研究。结果表明,和单施氮肥相比,秸秆覆盖还田提高了土壤氮素积累,也同时影响土壤N_2O排放动态。在玉米生长期间,半收获量秸秆还田增加了7.8%的N_2O排放,全量秸秆还田降低了2.2%的N_2O排放,与土壤铵态氮变化一致;玉米收获后,秸秆还田显著增加了N_2O排放,增幅分别为6.7%(半量秸秆还田)和22.6%(秸秆全量还田)。试验期间单施氮肥、半量秸秆还田和全量秸秆还田三个处理N_2O排放的年累计量分别为1183 g hm~(-2)、1269 g hm~(-2)和1294 g hm~(-2)。尽管秸秆还田增加了总的N_2O排放,但是,由于秸秆增加了土壤氮素的投入,当以N_2O损失的氮素占总氮素投入的比例进行估算时,全量秸秆还田损失率最低为0.52%、半量秸秆还田为0.57%、单施氮肥为0.59%。由此可见,秸秆还田在增加土壤肥力的同时,降低了单位氮素的氧化亚氮损失,有利于氮素在土壤中的保留。     

Effect of Select Surfactants on Activities of Soil Enzymes Involved in Nutrient Cycling

Experiments were conducted to investigate the impact of commonly used herbicides and surfactants on the activity of acid phosphatase, β-glucosidase, arylsulfatase, β-glucosaminidase, and dehydrogenase, using two soils (silt loam and silty clay loam) from Mid-Missouri, USA. The surfactants used in this study were alkylphenol ethoxylate + alcohol ethoxylate (ACTIVATOR 90), polyethoxylate (Agri-Dex®) and a blend of ammonium sulfate, drift reduction/deposition polymers, and an antifoam agent (THRUST®). The herbicides were glyphosate, atrazine, and bentazon. Surfactants and herbicides were applied to soils at the label rate, either alone or combined. In general, enzyme activity was enhanced more in silt loam soil than in silty clay loam soil. Acid phosphatase displayed the greatest amount of enzymatic activity within soils; dehydrogenase displayed the most inhibition, whilst β-glucosidase and β-glucosaminidase fluctuated based on treatment. ACTIVATOR 90 appeared to have the most inhibitory effect on enzymatic activity within soils compared to the control.     

长期施肥对哈尔滨黑土土壤线虫群落的影响

土壤线虫作为土壤生态系统中重要的组成部分,在养分转化及物质循环中起着重要作用。为研究长期施肥对土壤线虫群落的影响,在农业部哈尔滨黑土生态环境重点野外科学观测试验站进行了长期施用有机肥、氮肥、磷肥、钾肥及不施肥处理的田间试验。结果表明:长期施肥对土壤线虫群落组成及线虫群落中不同营养类群的相对丰度均产生一定的影响。长期施肥条件下,土壤线虫种群的种类数量呈下降的趋势,除单施氮肥处理外,其余施肥处理土壤食细菌线虫的相对丰度均显著高于不施肥处理,而植物寄生线虫相对丰度则显著低于不施肥处理;从土壤线虫生态指数看,施肥处理自由生活线虫成熟度指数(MI)均低于对照,而施用有机肥及磷肥处理的土壤WI值显著高于不施肥对照;土壤线虫群落的变化表明土壤线虫群落对施肥产生了响应,可以用作施肥对土壤质量变化影响的生物学指标。     

秸秆生物炭输入对冻融期棕壤磷有效性的影响

冻融交替是东北地区土壤常见的温度变化现象。通过室内模拟冻融循环方法,分析秸秆生物炭输入对冻融期东北地区棕壤有效磷影响规律及机理,探讨生物炭还田对东北春季作物生长初期土壤养分供应状况的影响。结果表明:(1)除在0~5次冻融循环中冻融次数对有效磷含量无显著影响外,冻融循环次数、生物炭施加量以及二者交互作用对土壤有效磷含量在各冻融阶段(0~5次、5~30次、0~30次)均有极显著影响。(2)培养结束后施加生物炭量2%、4%和6%处理,有效磷含量随生物炭施入量增大而依次增加,且均明显高于对照处理20%以上。各处理在第5次冻融左右达到峰值,有效磷含量增加幅度随生物炭施加量增加而减小。在第20次冻融循环后各处理有效磷含量达到相对谷值,此时施加生物炭处理有效磷含量较未冻融时有明显降低。说明,生物炭在常温培养时可以增加土壤有效磷含量,但是,在冻融过程中,相对于对照处理可以较好固持土壤磷素,减小磷素随融雪过程流失的风险。(3)通过分析生物炭输入后棕壤pH、电导率、有机质和中性磷酸酶活性等生物化学性质对冻融循环过程响应,以及不同冻融循环阶段与土壤有效磷相关分析,发现有机质含量在冻融循环过程中变化显著且与有效磷含量具有显著相关性。生物炭通过增强团聚体稳定性,减少有机质释放来固持土壤磷素。