Density separation of soil organic matter across three land uses in calcareous soils of Iran

ABSTRACT

The aim of this study was to examine the usefulness of physical and chemical fractionation in quantifying soil organic matter (SOM) in different stabilized fraction pools. Soil samples from three land use types in Lorestan province, Southwest Iran were examined to account for the amount of organic carbon and nitrogen in different SOM fractions. Size/density separation and chemical oxidation methods were applied to separate the SOM fractions including particulate organic matter (POM), Si + C (silt and clay), DOC (dissolved organic C), rSOM (oxidation-resistant organic carbon and nitrogen) and S + SA (sand and stable aggregates). The values obtained for TOC, TN, and HWC were highest in forest lands followed by the range and agricultural lands. Among the SOM fractions, S + SA showed the highest values (5.75, 5.77 and 20.6 g kg^?1 for agriculture, range and forest lands respectively) followed by POM, Si + C, rSOM, and DOC. The concentrations of C and N in the labile fractions obtained the higher values than in the stabilized fractions. Forest lands had the highest amounts of organic C and N among all fractions whereas agricultural lands showed highest values for inorganic C content of soils in different fractions.     

不同气候条件下潮土微生物群落的变化

针对气候变化的背景研究农田土壤微生物对气候变化的响应机制是调控农田土壤养分循环的理论基础。本研究基于设置在3个气候带(冷温带海伦、暖温带封丘和中亚热带鹰潭)的潮土移置试验,利用磷脂脂肪酸(PLFA)分析方法研究了移置第6年土壤微生物群落的变化特征。结果表明,在3种气候条件下潮土移置6年后土壤部分理化性质显著变化,土壤有机质含量表现为冷温带最高而中亚热带最低;在种植玉米的不同施肥处理中,土壤中微生物总PLFAs、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、细菌和放线菌PLFAs含量均表现为海伦封丘鹰潭,真菌/细菌比值在冷温带最低;PLFA图谱的主成分分析显示气候条件显著影响了土壤微生物的群落结构,海伦和封丘位于PC1正轴,而鹰潭位于负轴,受气候影响较大的特征PLFA包括18:1ω7c、16:1ω5c、16:0、18:0和18:2ω6,9c;逐步回归分析显示温度、降雨和土壤有机质是影响微生物群落的主要因子。总体上,气候条件的变化在短期内(6年)改变了土壤微生物的群落结构,可以影响农田生态系统的生物地球化学循环。     

荒漠土壤有机质含量高光谱估算模型

为解决荒漠土壤有机质含量高光谱估算存在的困难,提高土壤有机质含量估算的精准性,该文对准噶尔盆地东部荒漠土壤进行采样、化验分析和光谱测量、处理,分析土壤光谱与有机质含量的相关性,确定敏感光谱波段,建立荒漠土壤有机质含量多种高光谱估算模型,旨在通过模型精度的比较,确定最优模型。结果表明：反射率、倒数对数光谱与荒漠土壤有机质含量相关性低,而经过一阶微分、二阶微分变换后,相关系数有所提高,部分波段的相关系数通过0.01显著水平的检验,可以用来荒漠土壤有机质含量的估算;一元线性回归建立的估算模型的精度低,不适用荒漠土壤有机质含量高光谱的估算。荒漠土壤有机质多元逐步回归模型的二阶微分、倒数对数二阶微分修正决定系数得到了较大提高,分别提高了0.22和0.31,均方根误差下降了0.66和0.80,建模精度高于一元线性回归模型。荒漠土壤有机质一阶微分、二阶微分光谱的最小偏二乘回归模型的决定系数比其多元逐步回归模型提高了0.07、0.04,一阶微分、二阶微分均方根误差都下降了0.11,二阶微分偏最小二乘法回归模型是该研究所建12个模型的最优估算模型。在多元逐步、偏最小二乘回归模型中,最优估算模型是二阶微分模型,因而用偏最小二乘法回归估算荒漠土壤有机质含量是个可行的方法。该研究的成果为荒漠土壤有机质高光谱遥感分析提供了支撑,实现荒漠土壤有机质监测的时效性、准确性,为区域生态环境的修复提供依据。     

大兴安岭天然林不同林分溶解有机碳变化特征

为确定不同林分和季节变化对森林碳库影响。在内蒙古大兴安岭根河林业局境内选取具有代表性的林分,即白桦林、白桦落叶松混交林以及落叶松林为研究对象。收集并测定了树干径流、有机质层和0-30 cm土层中DOC浓度,并分析了DOC变化特征以及不同月份对DOC的影响。结果表明:不同林分中树干径流中DOC平均浓度分别为60.12,172.77,205.02 mg/L;有机质层中DOC平均浓度分别为35.32,39.64,34.45 mg/L;0-30 cm土层中DOC平均浓度分别为26.23,37.08,26.53 mg/L。结果表明:不同林分中DOC浓度表现为树干径流 > 有机质层 > 0-30 cm土层,落叶松林树干径流DOC浓度明显高于白桦林（p<0.05）,且落叶松树干比白桦树干淋溶DOC强;不同林分中有机质层和0-30 cm土层表现为白桦落叶松混交林>白桦林、落叶松林,但无明显的差异（p>0.05）,而且有机质层和土层对DOC有吸附固定作用;不同林分6-9月份树干径流中DOC浓度呈现先升高后降低的趋势,7月份达到最大,机质层和0-30 cm土层中DOC浓度6月份最高,7月、8月最低,而9月份又升高。不同林分和月份的变化,影响了天然林中DOC浓度分布。     

田间烤烟叶片缺钾症状与钾积累及土壤供钾水平关系

基于田间正常施肥烟株生长中期中、上部叶通常出现缺钾症状的现象,以烤烟品种K326为材料在砂质壤土上进行了田间试验,定期观察无钾(即K0,仅按常规施用氮磷肥,K_2O用量为0 kg·hm~(–2))、常规施肥但中后期出现缺钾症状(即CF,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期仍有缺钾症状)、常规施肥且正常生长(即CK,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期无缺钾症状)3处理烟株移栽后生长情况(特别是叶片缺钾症状的出现情况),并及时采集和测定了相应烟株的干物质、钾含量及根区土壤速效钾含量,以阐明正常施肥烤烟中、上部叶出现缺钾症状的可能原因。结果表明:(1)CF和K0烟株在移栽后33 d前叶片均未出现缺钾症状;但根区土壤速效钾含量移栽后42 d低于99.86 mg·kg~(–1)时,K0烟株第8～第15叶陆续表现缺钾;CF烟株根区土壤速效钾含量移栽后57 d低于131.1mg·kg~(–1)时,第12～第16叶也相继缺钾,而其他叶位叶片正常。(2)从移栽至42 d,CK和K0烟株干物质和钾素累积量虽皆明显增加,但K0烟株总量偏低趋势愈发显著;至移栽后57 d期间,CK和K0烟株前述两个指标继续增加,但此期CF干物质累积有相似的增加趋势,而钾素累积与出现缺钾症状前相比(即移栽后42 d时CK)则略有减少;(3)移栽后42 d至57 d,CF烟株上、中部叶和K0烟株上部叶钾净输出明显,而茎中净输入显著,其他器官或部位总体持平或略有增加;CK烟株上部叶钾素输入、输出维持平衡,其他器官有净增加。(4)生长期间,CK烟叶钾含量皆表现出随叶位上升而呈总体下降,K0烟叶前期有相似规律,但移栽后42 d、57 d呈"上升-下降-上升",CF于移栽后57 d为"下降-上升"趋势。上述结果说明,K0烟株移栽后42 d中部叶开始缺钾是钾整体吸收不足所致,后期则兼有上部叶钾净输出原因;CF烟株出现中、上部叶缺钾而下部叶正常则有3个原因,一是后期体内干物质累积持续增加导致的稀释;二是此期整株钾累积不仅未增加,且有下降;三是CF烟株中、上部叶钾净输出增加。     

塔里木盆地南缘新垦农田土壤性状变化及其与小麦产量的关系

以塔里木盆地南缘不同年限新垦农田(10年、20年、30年、40年、50年)为研究对象,以未开垦的荒漠自然土壤为对照,测定0―40cm土层有机质、养分、盐碱等土壤性状,探讨了新垦农田土壤肥力和盐碱变化及其对小麦产量的影响。结果表明:随开垦年限延长,0―20,20―40cm土层有机质含量均呈线性增加,但后者变化幅度相对较小。在0―40cm土层,全氮、有效氮和速效钾含量随时间延长的变化均与有机质含量呈极显著正相关,开垦50年时分别增加88.8%,213.4%,37.5%;有效磷含量在开垦前30年呈线性增加而后又降低,开垦50年时比开垦前增加1201.2%。荒漠自然土壤(0年)是以Na+和Cl-为主的轻度盐渍化土壤,开垦为农田后总盐分含量显著下降,且不同年限间差异不明显,在0―40cm土层平均为0.8g/kg,离子累积转变为以Na+和HCO3-为主。土壤pH在开垦30年(pH为8.85)时比开垦前增加13.4%,之后又显著下降,pH变化与CO32-和K+累积呈显著正相关。新垦农田小麦产量平均为4.79 t/hm^2,与土壤有机质、养分、盐分含量和pH均不相关,但与Na+、Cl-含量均呈显著负相关。综上,随开垦时间延长绿洲农田土壤肥力和盐渍化程度已得到明显改善,但0―40cm土层Na+和Cl-含量却是影响新垦绿洲小麦产量的主要土壤因子。因此,培肥农田土壤,采取有效措施降低Na+和Cl-含量,并防止其再次升高是实现绿洲小麦稳产高产的关键。     

太湖流域典型设施蔬菜地土壤结构特征研究

快速城市化背景下设施蔬菜产业迅速发展，研究设施蔬菜地土壤结构演变特征，对强烈人为作用下土壤资源的可持续利用具有重要意义。本文以太湖地区水稻田、露天菜地和设施菜地为研究对象，采集表层和犁底层土壤进行理化分析，以土壤大孔隙（>50μm）、土壤水稳性团聚体表征土壤结构，通过与当地传统的水稻田和露天蔬菜地两种土地利用方式对比，研究设施菜地土壤结构的变化特征，并分析了其影响因子。结果表明，设施蔬菜种植显著增加了土壤大孔隙，并提高了土壤团聚体的稳定性，大孔隙方面主要增加了耕层（0-15cm）50-500μm和>500μm部分的孔隙度，其孔隙度与水田相比分别提高了133%和141%，与露天菜地相比分别提高了120%和50.4%；土壤团聚体表现为小团聚体减少，大团聚体增加，相比于水稻田和露天菜地，耕层水稳性团聚体平均重量直径（MWD）提高了72.3%和26.6%，团聚体破坏率（PAD）降低了46.5%和37.8%；犁底层MWD分别提高83.9%和78.1%，PAD降低42.9%和44.8%。有机质和土壤质地与土壤传输孔隙和团聚体稳定性具有显著相关性。相关分析结果表明，土壤结构参数与有机质含量和砂粒粉粒含量显著相关，研究区土壤质地为粉砂壤土，质地轻，设施菜种植中有机肥施用量倍增，有机质含量显著提高，有利于增加设施蔬菜土壤的大孔隙，增加大团聚体含量，提高团聚体稳定性。轻质粉砂壤土进行设施蔬菜种植后每茬施用有机肥11.3t/ha，能改善土壤结构，有效避免集约化种植后土壤板结现象。     

Stable carbon isotope ratios of water-extractable organic carbon affected by application of rice straw and rice straw compost during a long-term rice experiment in Yamagata,Japan

ABSTRACT

Hot-water- and water-extractable organic matter were obtained from soil samples collected from a rice paddy 31 years after the start of a long-term rice experiment in Yamagata, Japan. Specifically, hot-water-extractable organic carbon and nitrogen (HWEOC and HWEON) were obtained by extraction at 80°C for 16 h, and water-extractable organic carbon and nitrogen (WEOC and WEON) were obtained by extraction at room temperature. The soil samples were collected from surface (0–15 cm) and subsurface (15–25 cm) layers of five plots that had been treated with inorganic fertilizers alone or with inorganic fertilizers plus organic matter, as follows: PK, NPK, NPK plus rice straw (RS), NPK plus rice straw compost (CM1), and NPK plus a high dose of rice straw compost (CM3). The soil/water ratio was 1:10 for both extraction temperatures. We found that the organic carbon and total nitrogen contents of the bulk soils were highly correlated with the extractable organic carbon and nitrogen contents regardless of extraction temperature, and the extractable organic carbon and nitrogen contents were higher in the plots that were treated with inorganic fertilizers plus organic matter than in the PK and NPK plots. The HWEOC and WEOC δ¹³C values ranged from ?28.2% to ?26.4% and were similar to the values for the applied rice straw and rice straw compost. There were no correlations between the HWEOC or WEOC δ¹³C values and the amounts of HWEOC or WEOC. The δ¹³C values of the bulk soils ranged from ?25.7% to ?23.2% and were lower for the RS and CM plots than for the PK and NPK plots. These results indicate that HWEOC and WEOC originated mainly from rice plants and the applied organic matter rather than from the indigenous soil organic matter. The significant positive correlations between the amounts of HWEOC and HWEON and the amount of available nitrogen (P < 0.001) imply that extractable organic matter can be used as an index for soil fertility in this long-term experiment. We concluded that the applied organic matter decomposed more rapidly than the indigenous soil organic matter and affected WEOC δ¹³C values and amounts.     

盐碱胁迫对滴灌加工番茄生理生长和干物质积累的影响

为探讨盐碱胁迫对加工番茄生理生长和和干物质积累的影响,采用桶栽试验方法,人工配制不同盐碱程度的土壤(CK:1.5g/kg,S1:4g/kg,S2:7g/kg,S3:10g/kg),研究滴灌条件盐碱胁迫下加工番茄生长指标、生理指标、干物质积累和产量的变化规律。结果表明:S1处理对加工番茄的生长指标、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、叶片水分利用效率及叶绿素含量均有一定程度的促进作用,但与CK处理无显著性差异(P0.05);S2与S3处理对以上指标均有一定的抑制性,最小值均出现在S3处理,但在生育后期,S2与S3这2个高盐碱处理下,加工番茄的气孔限制值降低,普遍低于S1与CK处理(P0.01),说明在生育后期高盐碱胁迫下加工番茄光合能力的下降主要是由高盐碱胁迫导致叶片气孔关闭的非气孔限制因素造成的;S1处理使加工番茄增产2.1%,而S2与S3处理因抑制加工番茄生长,使其分别减产18.7%和65.4%;果实膨大一期是加工番茄生长发育的一个非常重要时期,此时,加工番茄长势迅速,干物质积累加快,达到全生育期的最大值。研究结果为新疆盐碱地加工番茄栽培管理技术提供理论依据。     

盐碱地玉米产量及土壤硝态氮对深松耕作和秸秆还田的响应

【目的】盐碱地是我国重要的土地资源,研究合理可行的耕作技术和培肥措施,为提高产量和实现盐碱地农业可持续发展提供理论依据。【方法】2014-2017年,在山东省滨州市无棣县的盐碱土上,以玉米为供试作物,连续进行了4年田间试验。试验采用裂区设计,以耕作方式为主区,分别设夏季旋耕15 cm (R)和旋耕后再深松35 cm处理(S);副区为冬季秸秆还田量,设秸秆半量还田(3350 kg/hm^2,B)和秸秆全量还田(6700kg/hm^2,Q)两个用量,以无秸秆还田为对照。所有处理的养分总量保持一致。开花后每隔10天取样1次,直到收获期,测定植株干物质和穗位叶硝酸还原酶活性。在玉米小口期、开花期及收获期,取0-100 cm土层样品,每10 cm为一层,测定了土壤硝态氮含量及累积量。【结果】各生育期玉米干物质积累量和产量在两个耕作方式间的差异不显著,与秸秆半量还田相比,秸秆全量还田处理开花期前干物质量较少,但在开花期时,已经开始赶超秸秆半量还田的处理。在收获期,秸秆全量还田处理的干物质量显著高于秸秆半量还田处理的干物质量,4年中的提高幅度为8.6%~9.7%,秸秆全量还田处理的籽粒产量显著优于秸秆半量还田处理(P <0.05)。4年干物质积累量,SQ处理平均比SB、RQ和RB分别提高2.5%~7.3%、1.6%~4.2%和7.6%~20.3%。深松与秸秆全量还田有明显的正耦合作用,秸秆全量还田与深松耕作相结合有利于籽粒产量的提高,与其他处理差异显著(P <0.05)。相同耕作方式下,4年中秸秆全量还田处理的平均硝态氮含量在小口期低于秸秆半量还田,在开花期显著高于秸秆半量还田,但在收获期又显著低于秸秆半量还田的处理,硝态氮累积量平均降低17.9%(P <0.05)。在4年中深松耕作处理的0-100 cm平均硝态氮累积量比旋耕处理的显著降低8.9%。【结论】在供试盐碱地土壤条件下,秸秆全量还田结合浅旋耕后再深松的效果最好,可提高玉米产量,减少土壤中硝态氮的累积。