生物质炭对土壤物理结构性状和水分特征影响的研究进展

生物质炭因其多孔性、容重小、比表面积大、表面电荷多及稳定性强等特点对土壤物理结构和水分转运产生影响,是土壤改良和修复的重要材料,其可通过不同的物理化学途径作用于土壤,但其对土壤的影响随土壤自身理化性状和生物质炭原料类型不同而异。从生物质炭的组成、制备、性质特征等方面入手,结合土壤物理结构和生物质炭类型,综合阐述生物质炭对土壤团聚体结构、孔隙分布、容重大小和水分特征等方面的作用,梳理归纳生物质炭在改良土壤物理结构性状方面的研究进展。研究结果表明,生物质炭主要通过结构扩容、孔隙调节、胶结絮凝、物理吸附、配位络合、共沉淀等方式作用于土壤胶体表面,实现对土壤物理性状的改良和修复。综述分析了生物质炭研究的现存问题,并提出了今后生物质炭研究应重点关注生物质炭在土壤物理结构改良上的实际应用效果及不同类型生物质炭施用后的环境风险评估等方面。     

西南“旱三熟”区不同作物和秸秆覆盖对土壤团聚体及固碳潜力的影响

为了探讨西南"旱三熟"(小麦/玉米/大豆)套作种植模式下农田土壤团聚体的分布特征及有机碳含量变化情况,进而估算该模式下的土壤固碳潜力,在重庆北碚西南大学试验农场对传统耕作(traditional tillage,T)和传统耕作+秸秆覆盖(traditional tillage+straw mulching,TS)2种处理下的土壤团聚体进行筛分和测定。结果表明,3种作物种植下的2mm粒径与2~0.25mm粒径团聚体含量此消彼长,存在显著的负相关关系(r=-0.985,P0.05)。土壤团聚体结构对不同作物的响应不同,水稳性大团聚体(0.25mm粒径)含量在小麦和大豆种植后高达90%左右,玉米种植后约为80%,说明种植玉米有利于土壤水稳性微团聚体的形成。2~0.25mm粒径团聚体的有机碳含量最高,而水稳性微团聚体的两个粒径团聚体有机碳含量相差不大,有机碳含量在团聚体中的分布规律不受种植作物和耕作方式的影响。秸秆覆盖显著提高了0~5cm和5~10cm土层的本土及各个粒径中的有机碳含量,且5~10cm土层团聚体有机碳受秸秆覆盖的影响较大。通过估算固碳潜力发现,玉米条带的土壤固碳潜力显著大于小麦-大豆条带,在耕作处理保持一致的情况下,土壤团聚体有机碳含量对农作物的响应不同。因此,在西南"旱三熟"地区,农田土壤团聚体分布特征和不同粒径有机碳含量受到耕作措施和种植作物的双重影响,土壤固碳潜力主要由水稳性大团聚体的固碳能力决定,水稳性大团聚体更易受到耕作措施和种植作物的影响,在实践中通过秸秆还田提高土壤固碳外,合理安排农作物也有助于提高土壤的固碳能力。     

玉米-大豆间作经济与环境效应研究进展

基于文献综述的方法,阐述了不同研究者所得出的玉米-大豆间作系统下的经济效应和环境效应方面的研究结果,总结玉米-大豆间作系统优势。玉米-大豆间作在提高土地利用效率、提高作物产量、增加种植收入、增加农田生态系统稳定性、减少病害等方面具有优势。作为农业发展的重要方向,在未来发展中加大玉米-大豆间作在不同行距、不同株距的影响研究,要紧紧围绕粮食安全、资源节约、生态保护、提高效益的综合目标,促进玉米与大豆间作健康可持续发展。     

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。     

引黄灌溉耕作对土壤团聚体有机碳的影响

为研究灌溉耕作影响下土壤团聚体及有机碳的特征情况,以宁夏引黄灌区为研究对象,选取对照土壤与耕作土壤,通过干、湿筛结合的方法,得到大团聚体(2mm)、中间团聚体(2~0.25mm)、微团聚体(0.25~0.053mm)和粉+黏团聚体(0.053mm),并测定团聚体有机碳含量,分析团聚体有机碳与总有机碳之间的关系。结果表明,灌溉耕作对团聚体分布具有极显著影响(P0.01),其中大团聚体和中间团聚体质量分数上升,微团聚体和粉+黏团聚体质量分数下降,灌溉土壤团聚体分布趋势为微团聚体粉+黏团聚体中间团聚体大团聚体。经灌溉耕作后土壤团聚体稳定性大于对照土壤,不同类型的灌溉土壤稳定性基本一致,对照土壤间差异明显。除0.053mm外,团聚体有机碳分布在经过灌溉耕作后有显著性差异(P0.05),团聚体有机碳分布随粒级大小基本呈V形分布。团聚体有机碳含量均表现出灌溉土壤高于对照土壤,其中灌溉土壤中灌淤土和潮土团聚体有机碳总量较高。未受人为灌溉耕作影响的自然土壤团聚体有机碳与总有机碳间具有显著的正相关性,土壤总有机碳增加主要依赖0.053mm团聚体有机碳增加。引黄灌溉耕作有利于增加大粒级团聚体的比例,提升团聚体稳定,显著增加有机碳含量。     

长期施有机肥对耕地棕壤团聚体及钙素分布的影响

为了探明施有机肥对耕地棕壤团聚体及钙素分布的影响,以长期定位施肥近30年的耕地棕壤为研究对象,采用干筛法进行土壤团聚体分级,系统研究了单施有机肥及有机肥配施氮磷肥对耕地棕壤团聚体及不同形态钙素分布的影响。结果表明:与不施肥对照相比,施有机肥可增加1~2mm粒级团聚体含量,且随有机肥施入量的增加而增加,最高增加了66.68%;与单施有机肥相比,配施氮磷肥则降低了1~2mm粒级团聚体含量;与对照相比,单施及配施有机肥均降低了0.25~1 mm粒级团聚体含量,降幅最高达15.20%。单施及配施有机肥均提高了全土的全钙含量,其中单施高于配施,最高为施高量有机肥处理,增幅达11.67%;单施有机肥处理以1~2 mm粒级团聚体的全钙含量最高,配施氮磷肥后以0.053~0.25mm的最高;与对照相比,单施及配施有机肥均增加了各粒级团聚体水溶性钙含量;单施有机肥提高了土壤交换性钙含量,配施氮磷肥却相反;单施及配施有机肥处理均增加了全土酸溶性钙含量。相关性分析显示,耕地棕壤各级团聚体的全钙含量是影响各形态钙素分布的重要因素。因此,长期施有机肥不仅增加了耕地棕壤较大粒级团聚体含量,且可增加较大粒级团聚体的钙素含量。     

柠檬酸对茶园紫色土微团聚体竞争吸附Zn、Cd影响

采用批量培养和平衡吸附法,选取原土及微团聚体颗粒组为对象,研究Zn(II)、Cd(II)单一存在、二元竞争及竞争体系中加入柠檬酸(0.1,1,10mmol/L)等3种处理的等温吸附特性及影响。结果表明:(1)以专性吸附方式为主的多层吸附随Zn~(2+)、Cd~(2+)强度增加逐渐饱和,吸附能力以0.002mm最优、0.05~0.002mm和原土次之,0.25~0.05mm和2~0.25mm结合能力稍差,不同条件下Cd较Zn更易积累。吸附过程为自发吸热反应,热力学Freundlich方程(Zn:R2=0.960~0.997;Cd:R2=0.957~0.995)拟合结果优于Langmiur方程(Zn:R2=0.952~0.995;Cd:R2=0.913~0.991)。最大吸附量与有机质含量具有显著相关性。(2)单一处理Zn、Cd的固持效果明显、共存处理时Zn、Cd竞争行为表现为彼此削弱,Zn对Cd的吸附具有更强抑制作用。(3)添加不同浓度柠檬酸后Zn、Cd吸附水平介于单一及共存处理之间呈动态变化(Zn、Cd接近),0.1~1mmol/L利于Zn、Cd固持,增至10mmol/L后加速淋洗,仅0.002mm粒径富集量持续提升。表明柠檬酸作为一种调节剂,能适度保持土壤Zn供给并弱化Cd迁移活性,缓解茶园土壤复合污染。     

不同林龄杉木人工林土壤团聚体及其有机碳变化特征

土壤团聚体作为土壤结构性状的重要指标,对土壤孔隙、持水、保水等状况都有重要影响;土壤团聚体有机碳除了反映土壤固碳状况外,还与团聚体的稳定性能密切相关,研究森林土壤团聚体及其有机碳状况,旨在为合理利用土壤、提高人工林水源涵养功能提供依据。为此,以福建省洋口国有林场不同林龄杉木人工林(幼龄林、中龄林、成熟林)土壤为研究对象,通过野外调查、采样和室内分析,研究不同林龄杉木人工林土壤团聚体及其有机碳变化特征。结果表明:不同林龄杉木人工林对土壤团聚体及其有机碳具有重要影响,成熟林土壤大团聚体含量、团聚体平均重量直径(MWD)、团聚体有机碳含量及贡献率均分别大于幼龄林、中龄林;不同林龄的土壤水稳性团聚体均以大团聚体(粒径0.25 mm)为主,占59.57%～80.97%,粒径0.053 mm的仅占0.80%;土壤团聚体有机碳贡献率也以大团聚为主,其中以2～0.25 mm粒级贡献率最高,达58.43%;另外,土壤有机碳含量与团聚体MWD呈显著正相关,且具有明显的垂直变化特征,即随土层加深而下降。因此,土壤有机碳对团聚体稳定性具有积极作用,不同林龄土壤团聚体稳定性及有机碳变化规律为成熟林幼龄林中龄林。     

退化红壤植被恢复团聚体及化学计量特征

为了探究不同植被恢复模式对土壤碳(C)、氮(N)、磷(P)分配格局及其生态化学计量特征的影响,为红壤侵蚀区的植被恢复措施及生态治理模式优化提供科学依据,以江西省泰和县红壤严重退化地为研究对象,对研究区马尾松纯林、湿地松纯林、木荷纯林、马尾松木荷混交林(马木混交林)以及湿地松木荷混交林(湿木混交林)5种植被恢复模式0—20,20—40cm土层不同粒径水稳性团聚体C、N、P分配格局及其化学计量特征进行了研究。结果表明:(1)0—40cm不同粒径团聚体分别占总重56.34%(>2mm),30.01%(0.25~2mm),7.14%(0.053~0.25mm),6.54%(<0.053mm),各植被恢复模式土壤水稳性团聚体含量随着粒径的减小而降低,且差异显著(p<0.05),马木混交林>2mm土壤水稳性团聚体含量显著高于其他恢复模式(p<0.05);(2)各植被恢复模式土壤C、N、P含量以马木混交林及湿地松纯林较高,水稳性团聚体C、N、P的含量总体随着粒径减小呈升高的趋势,以较小粒级养分含量较高,且存在显著差异(p<0.05);土层间C、N含量差异显著,P无显著差异,C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异(p<0.05);粒径间C∶N、C∶P及N∶P存在显著差异;土壤团聚体C、N与C∶N、C∶P、N∶P均呈极显著相关关系,N∶P值较高且P与N∶P存在显著负相关性(p<0.05);(3)土壤C、N与土壤团聚体C、N含量显著相关(p<0.05),土壤团聚体C、N与土壤容重及含水率存在极显著相关性(p<0.01)。研究结果表明,不同植被恢复模式对土壤养分的改善作用主要集中于表层土壤;土壤团聚体养分对土壤养分状况具有指示作用,且土壤团聚体养分保持能力与土壤物理性质有关;研究区植被生长限制因素以P限制为主且大团聚体和微团聚体受P限制作用更严重;马木混交林较其它植被恢复模式对土壤质量和结构提升均具有显著作用。     

蚯蚓粪对土壤团聚体组成和入渗过程水分运移的影响

通过室内土壤团聚体组成分析试验和土柱一维垂直入渗试验,探究蚯蚓粪对土壤团聚体组成、抗水蚀稳定性以及入渗过程中水分运移特性的影响。结果表明:(1)蚯蚓粪可以有效降低土壤容重,增加0.25~2 mm粒级大团聚体的数量,分形维数D从2.84减小至2.65,减小了6.69%,显著提高了土壤团聚体抗水蚀稳定性;(2)施加比例为1/20时,可以显著增加湿润锋的运移距离,而后随着施加比例的增大,湿润锋距离有不同程度的减小,但均大于未施加蚯蚓粪的处理,且各处理下的湿润锋运移距离与入渗时间的关系均可用幂函数描述;(3)蚯蚓粪比例的增大可以显著提高累积入渗量和稳定阶段的入渗速率,当施加比例为1/3时,累积入渗量较对照组增大48.74%;其中Kostiakov-Lewis模型对入渗过程的模拟准确度最高,也更接近实测值。