土壤团聚体的形成和稳定机制：研究进展与展望

土壤团聚体是土壤的重要组成部分、土壤结构的基本单元,对土壤生态功能（如碳固存和养分保持等）的维持至关重要。团聚体的形成和稳定主要是通过土壤中矿物、有机质和生物间复杂的相互作用实现的,但其作用机制尚缺乏系统总结。回顾了一个世纪以来有关土壤团聚体的研究历程,梳理了土壤团聚体关键理论提出的历史节点,包括重要的发现和理论观点、主要的理论模型和评价土壤团聚体结构和稳定性的指标等,比较了团聚体的筛分方法及粒级划分依据,分别阐述了团聚体基本结构单元（矿物、有机质和生物及其衍生物）的作用机理,以及微团聚体和大团聚体形成和稳定机制。通过总结发现,尽管目前对影响团聚体形成和稳定的因素及其作用机制有较深入的探讨,但鲜有从稻田及滨水土壤系统的角度探讨pH和氧化还原变化过程对团聚体形成和稳定的影响机制。最后对土壤团聚体研究领域未来的发展进行展望,以期为土壤资源的可持续利用提供理论参考。     

东北黑土地不同类型区主要特征及保护利用对策

东北黑土地是世界主要黑土带之一,是我国粮食作物主产区,在保障国家粮食安全方面贡献极大。近几十年,东北黑土地出现的“变薄、变瘦、变硬”等耕地质量退化问题严重制约了粮食产能的稳步提升。对东北黑土地资源进行合理、科学的认知,并采取有效措施对黑土地进行保护与利用成为该地区农业可持续发展的关键。然而,东北黑土地在地理位置、自然环境、农业生产和土壤资源组成的复杂性,阻碍了黑土地保护利用政策的科学制定和顺利实施。以此为背景,本文根据东北黑土地自然资源条件和农业生产特征,按照区别差异性、归纳共同性的原则,将东北黑土地划分成松嫩平原区、三江平原区、辽河平原区、长白山辽东区、西部风沙区和大小兴安岭区6个类型区,分别概述了不同类型区在气候、地理和土壤组成方面的特征;从气候、农业生产和土壤限制因素等层面探讨了不同类型区面临的主要问题;分析和归纳了当前不同类型区适用的黑土地保护利用模式,以期为协调黑土地保护与产能提升矛盾和合理利用黑土地提供参考。     

长期施肥下水稻土有机碳固持形态与特征

基于为期30年的红壤性水稻土长期定位试验,选用不施肥(CK)、化肥氮磷钾配施(NPK)、NPK配施低量有机肥(NPKM7/3)、NPK配施中量有机肥(NPKM5/5)、NPK配施高量有机肥(NPKM3/7)五个处理,通过物理-化学联合分组方法,分析土壤有机碳在不同施肥处理下的非保护、物理、化学、生化、物理-化学及物理-生化保护组分的碳含量特征及其与土壤总有机碳之间的关系,并探讨稻田土壤有机碳的固持机制。结果表明,除了非保护的轻组和微团聚体内闭蓄态的粘粉粒组分外,其他组分的质量比例在各施肥处理间均有显著性差异。有机无机配施(NPKM7/3、NPKM5/5、NPKM3/7)下,总有机碳含量(19.1~25.0 g·kg-1)、非保护的粗颗粒有机碳(cPOM)含量(8.41~12.7 g·kg-1)及物理保护的微团聚体有机碳(6.41~6.62 g·kg-1)含量均显著高于CK处理(P<0.05)。对化学、生化、物理-化学及物理-生化保护态的有机碳含量无显著性影响,表明非保护的cPOM及物理保护的微团聚体(μagg)对施肥的响应最敏感。相关分析表明,cPOM、物理保护的μagg及其闭蓄的细颗粒有机碳(iPOM)与土壤总有机碳含量之间呈显著正相关关系(P<0.05),相关方程的斜率表明有机碳变化引起了组分变化,其中:土壤总有机碳变化引起的cPOM变化率最高(50%);土壤总有机碳积累引起物理保护的μagg及其闭蓄的iPOM碳组分变化率为12%;生化保护的非酸解粘粒和物理-化学保护的酸解的粉粒虽与土壤总有机碳显著相关,其变化率仅为2%~3%;其他各保护机制下的组分与土壤总有机碳含量均无显著相关关系。这表明在现行种植和管理制度下,供试红壤性水稻土有机碳主要以cPOM及μagg有机碳的形式积累,土壤化学、生化、物理-化学及物理-生化保护碳组分可能已经达到平衡。     

继承老一辈优良传统 推动土壤科学创新发展——纪念陈恩凤教授诞辰110周年

陈恩凤教授是我国著名土壤学家、农业教育家和社会活动家。他一生以科学报国、以培育英才为己任,爱党爱国、辛勤耕耘,为我国土壤科学事业、农业教育事业的发展做出了重大贡献。2020年12月20日是陈恩凤教授诞辰110周年纪念日,我们谨以此文追思他的学术思想、教育理念和专业成就,缅怀先师旨在激励后来人更加努力工作,继承老一辈优良传统,不断开创土壤科学事业新局面。     

一种非破坏性监测玉米叶片绿度的方法

玉米叶片绿度随其发育阶段、生长条件和基因类型而变化,且这种变化可以反映出叶片的光合作用速率。因此,用一种方法监测控制条件下以及田间条件下不同玉米基因品系生长期间叶片绿度的变化是非常有益的。由于目估叶片绿度不能准确定量,以及传统方法表示叶绿度的数量既是破坏性的而且耗时又长,因此应用手提式叶绿素测定仪(SPAD-501,Minolta Corp.)测定叶绿素前景广阔。这种仪器根据叶绿素在其吸收光谱波长峰值大约为440     

长期定位施肥和地膜覆盖对棕壤团聚体稳定性及其有机碳含量的影响

以沈阳农业大学长期定位试验(29年)不同施肥与地膜覆盖处理棕壤为研究对象,采用湿筛方法,研究了覆膜和不覆膜条件下不同施肥措施对棕壤各粒级团聚体分布及其有机碳含量的影响,为揭示施肥措施对土壤地力形成演变的影响机制提供理论基础。选取的试验处理包括:不施肥对照(CK)、单施高量氮肥(N4)、氮磷肥配施(N4P2)、单施高量有机肥(M4)、有机-氮肥配施(M2N2)、有机-氮磷肥配施(M4N2P1)以及所有相对应的覆膜处理。结果表明,连续29年的不同施肥和覆膜处理显著影响了土壤团聚体的含量、稳定性及团聚体有机碳的含量。不覆膜条件下,长期施肥处理使2 mm团聚体的含量显著增加,而0.25~2 mm粒级团聚体含量显著下降,其中有机肥和氮磷肥处理变幅最大。有机肥的施入(M4、M2N2、M4N2P1)均显著增加了不覆膜土壤各粒级团聚体的有机碳含量,且单施有机肥能显著增加不覆膜土壤团聚体平均重量直径,说明长期有机物料投入有利于增加土壤团聚体的稳定性及有机碳在团聚体中的固持。覆膜条件下,各施肥处理也显著影响土壤团聚体的稳定性及有机碳含量,但是不同施肥处理之间的差异变小,说明相同施肥模式下覆膜与不覆膜处理对土壤团聚体的形成和稳定性会产生不同的影响。覆膜条件下,与对照相比,只有高量有机肥(M4和M4N2P1)处理能显著增加土壤团聚体的平均重量直径和各粒级团聚体有机碳含量,说明在覆膜条件下,需要投入更多的有机物质才能维持土壤团聚体的稳定性及较高的有机碳含量。不同施肥和覆膜处理下,氮磷肥配施可以显著提高土壤团聚体的平均重量直径,但对团聚体有机碳含量的影响表现为显著降低或不显著。各处理土壤中水稳性大团聚体是土壤有机碳的主要载体,施用有机肥及有机无机配施有利于促进土壤各粒级水稳性团聚体的有机碳含量,是改善土壤团聚体结构、维持和提高棕壤地力的有效措施。     

辽东山区桓仁县坡耕地基础地力评价研究

为了反映第二次土壤普查以来辽东山区坡耕地基础地力状况,分析在不同坡度级下各地力等级坡耕地利用特点,选择了辽东典型山区县桓仁县作为研究区域,在Arcgis10和Excel软件的支持下,运用DELPHI法、AHP法和FE法,选取耕层养分性状、耕层理化性状、土壤管理和立地条件等4大类13个评价指标,对桓仁县坡耕地基础地力进行了定量化评价。结果显示:桓仁县坡耕地基础地力共分5个等级,主要分布在三等(21.49%)、四等(50.73%)和五等地(20.39%),一等(0.81%)和二等地(6.58%)分布较少;且坡耕地主要分布在坡度5°以上,其中一等级主要分布在2°~8°(0.81%),二等和三等地主要分布在5°~8°(13.17%),四等和五等地主要分布在15°以上(58.78%)。该研究不仅扩展了耕地地力评价成果的应用,同时为坡耕地相关研究提供有益参考。     

长期定位施肥对棕壤重金属全量及其有效性影响

以沈阳农业大学长期定位试验为基础,选取（0～20cm）不同年限土壤样品,分析了无肥对照（CK）、单施化肥（N4P2）、中量有机肥（M2）、高量有机肥（M4）和高量有机肥＋化肥（M4＋N2P1）5个处理下土壤重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量及其有效态含量的变化。结果表明,20多年的定位施肥增加了土壤中重金属元素Cu、Zn、Pb和Cd全量,虽然有所波动但总的趋势明显,其中以M4＋N2P1处理对Cu和Zn增加最为明显,而Pb和Cd在M4处理增长量最大,单施N4P2处理对4种重金属元素全量影响不明显。施有机肥能显著提高Cu、Zn和Cd有效态含量,与对照相比分别平均提高61.28%、169.3%和123.7%,不同施肥处理土壤中Cd含量已超标,属污染水平。有效态Pb在N4P2处理要显著高于其他各处理,而各年份M4处理有效态Pb的含量要低于CK处理。20年来有效态Pb含量相对于CK平均降低了4%。土壤中4种重金属全量与其有效态含量相关性表明：Cu、Zn和Cd全量与其有效态含量呈极显著正相关关系,全量Pb与有效态Pb呈显著负相关而与有效态Cu和Zn不显著相关。     

覆膜栽培与施肥对秸秆碳氮在土壤团聚体中固持特征的影响

  目的  土壤中秸秆碳氮的分解与固定受栽培方式（包括覆膜）和施肥的影响。关于不同覆膜与施肥下秸秆碳氮在团聚体中固持特征仍不很明确。  方法  将表层土壤（0 ~ 20 cm）与13C15N双标记秸秆混合后在田间进行原位培养150 d,分析土壤团聚体有机碳中秸秆来源碳（13C-SOC）和氮中秸秆来源氮（15N-TN）的含量。  结果  施肥、栽培方式及二者交互作用显著影响（P < 0.05）> 0.25 mm团聚体中有机碳含量和 < 0.053 mm团聚体中有机碳和氮含量。不覆膜栽培下,与有机肥配施氮肥（M₂N₂）处理和不施肥（CK）处理相比,单施氮肥（N₄）处理使 > 0.25 mm团聚体中13C-SOC含量分别增加了36.36%和20.69%。覆膜栽培下,N₄与其他处理（M₂N₂和CK）相比,各级团聚体中13C-SOC含量增加了22.87% ~ 53.37%。不覆膜CK与覆膜CK处理相比,0.25 ~ 0.053 mm和 < 0.053 mm团聚体中13C-SOC含量增加了16.00%和46.15%（P < 0.05）。不覆膜栽培下,CK和M₂N₂处理与N₄处理相比,< 0.053 mm团聚体15N-TN含量分别增加了44.85%和28.60%。同一施肥处理,不覆膜栽培下秸秆来源碳氮对 < 0.053 mm团聚体中有机碳和氮的贡献率平均分别比覆膜栽培增加了55.06%和21.35%。秸秆碳氮在团聚体中的分配比例随团聚体粒径的增加而增加,其中秸秆碳和氮分配到 > 0.25 mm团聚体比例平均分别为22.22%和42.14%。  结论  土壤添加秸秆后秸秆碳氮主要固定于 > 0.25 mm团聚体,且单施氮肥促进了秸秆碳在各级团聚体中固存,不覆膜有利于 < 0.053 mm团聚体中碳氮的更新。     

地膜覆盖及不同施肥处理对土壤微生物量碳和氮的影响

采用培养熏蒸-提取法测定了不同施肥处理和长期地膜覆盖条件下土壤微生物量碳和氮的含量。结果表明:长期不同施肥处理对土壤微生物量碳和氮产生显著影响。长期施有机肥和有机无机肥配合施用使土壤微生物量碳平均提高102.6%和60.1%,使土壤微生物量氮平均提高107%和41.2%;施氮肥处理则使土壤微生物量碳平均降低30.8%,使微生物量氮平均降低1.46%。地膜覆盖对土壤微生物量碳和氮影响不显著,不同施肥处理覆膜后变化趋势不同。其中,对照、N4及M4N2P1处理土壤微生物量碳覆膜后平均升高20.4%、44.6%和12.9%,土壤微生物量氮平均升高22.9%、12.7%和56.5%;而M4处理土壤微生物量碳覆膜后平均降低27.5%,微生物量氮平均降低31.2%。另外,长期施用有机肥可以提高微生物对肥料的利用率,而长期施氮肥则降低其利用率;长期地膜覆盖可使土壤微生物对肥料固作用更加明显。