零价纳米铁-壳聚糖改性生物炭对土壤结构体分布和Cd形态的影响

为明确土壤结构体分布和Cd赋存形态对零价纳米铁-壳聚糖改性生物炭的响应,以黄绵土为试验对象,枸杞枝条制备改性生物炭,以不添加改性生物炭土壤为对照,研究不同浓度CdCl2溶液污染条件下,1%～3%改性生物炭输入处理对土壤pH值、有机碳(SOC)、阳离子交换量(CEC)、水稳性团聚体及不同Cd形态含量的影响。结果表明:经过300 d沉化,相对于对照处理,添加改性生物炭后,土壤pH、CEC、SOC分别平均显著增加8.30%、17.23%、68.48%;土壤大颗粒团聚体(> 0.25 mm)含量增加7.69%,有效态Cd含量中弱酸提取态、可还原态和可氧化态各占比都有所减少,分别减少12.61%、5.52%和1.21%,无效态Cd含量(残渣态)增加19.34%。路径分析表明,土壤pH和SOC含量直接影响有效态Cd的含量且存在因果关系,SOC含量直接影响土壤小颗粒团聚体(< 0.25 mm)的形成,且土壤小颗粒团聚体形成和CEC与有效态Cd存在因果关系。从路径分析的结果来看,土壤CEC和土壤团聚体是土壤Cd有效性的关键作用因子。在本试验条件下,对于高浓度Cd污染土壤,零价纳米铁-壳聚糖改性生物炭对Cd固定有较好的效果。     

不同土层复配方案对土壤水稳性团聚体及有机质的影响

为探究“治沟造地”重大工程项目（GLCP）中新增耕地快速改良的方法,达到营造良好土壤、提升新增耕地生产能力的目的,以延安羊圈沟流域的GLCP为背景,利用马兰黄土（ML）和红黏土（RC）对新造耕地0~30 cm土层进行复配试验。结果表明：当RC为20 cm、ML为10 cm（T3处理）时,复配层土壤孔隙度较对照处理增加了16.7%,容重下降了11.1%。与对照组相比,T3处理0~10、10~20、20~30 cm土层中>0.25 mm水稳性团聚体含量（W_0.25）显著增加,分别增加了11.8、12.3倍和27.9倍;T2（RC为25 cm、ML为5 cm）、T3处理更利于大团聚体的形成,较对照组除在0.25~0.5、0.5~1 mm的粒级有较大增加外,在2~5 mm和>5 mm粒径范围也有明显增加。0~20 cm土层中,即使在考虑对照组前期土壤有机质积累的情况下,T3处理的土壤有机质也与对照组相近甚至更高,且高于其他试验组,表现出更好的有机质赋存能力。T3处理的玉米生长状况较好,其地上生物量最高,较对照组提高了23.9%。研究表明,当复配土壤RC为20 cm、ML为10 cm时,土壤具有最佳的性状和生产力。试验初步证明土层复配是一种可行的快速营造高质量土壤的方法,该方法可为GLCP新造地的改良及类似土地整治工程的实施提供实践参考。     

种植玉米对矿区复垦土壤团聚体稳定性及有机碳分布的影响

为揭示种植玉米下采煤塌陷区复垦地土壤结构中团聚体稳定性和每个粒径有机碳含量的差异,依托山西省农业科学院农业环境与资源研究所土壤长期定位古交试验基地,研究玉米、自然恢复2种种植处理对土壤水稳性团聚体组成及有机碳分布的影响。结果表明,在大团聚体中,各粒级团聚体所占比例大小为自然恢复>玉米根区>玉米非根区;土壤微团聚体在团聚体结构中占有优势,种植玉米根区与非根区复垦土壤团聚体各个粒径的含量,均以<0.25 mm的微团聚体含量最大,约占73.42%～78.73%。在微团聚体当中,种植玉米根区的团聚体指标几何平均直径比玉米非根区和自然恢复区都大,而种植玉米根区在分形维数比玉米非根区和自然恢复区都小。说明微团聚体在种植玉米区土壤团聚体的稳定性较高。农作物种植提高了各粒径团聚体的有机碳含量比,各个粒径有机碳含量的发生变化与团聚体粒径的大小不一有关,土壤结构中微团聚体有机碳含量对整体有机碳含量的贡献率通过种植玉米得到提高。     

滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异

[目的]研究滇东岩溶山地不同类型云南松林地土壤团聚体稳定性差异,为岩溶脆弱生境土壤培肥、质量提升、水土固持提供依据。[方法]通过野外调查和室内分析,研究了滇东岩溶山地云南松纯林、云南松人工混交林、云南松天然混交林、灌丛和原生林5种植被类型水稳性团聚体及团聚体有机碳分布特征,揭示不同类型云南松林团聚体稳定性差异。[结果]①云南松纯林、人工混交林和天然混交林的0.25 mm粒径质量分数(5.77%～9.39%)显著低于灌丛(20.92%)和原生林(27.47%)(p0.05),且人工混交林和天然混交林5 mm,2～5 mm粒径质量分数高于纯林。②湿筛处理的0.25 mm水稳性团聚体比例(R_(0.25))排序为:人工混交林天然混交林纯林灌丛原生林;平均重量直径(MWD)排序为:人工混交林天然混交林原生林灌丛纯林;几何平均直径(GMD)排序为:人工混交林天然混交林原生林纯林灌丛;分形维数(D)排序为:原生林灌丛纯林天然混交林人工混交林。③纯林、人工混交林、天然混交林的大粒级团聚体(0.25 mm)对土壤有机碳的贡献率高于小粒级团聚体(0.25 mm),且5,2～5,0. 25 mm粒径水稳性土壤团聚体有机碳含量均显著小于灌丛、原生林(p0.05)。[结论]云南松人工混交林的土壤团聚体稳定性最高,其养分积累和固碳能力低于灌丛和原生林,高于纯林,作为该区域水土保持的主要植被类型时需要避免人为干扰以提高土壤养分。     

华南花岗岩侵蚀区不同植被类型坡面土壤有机碳分布和团聚体稳定性

植物是影响土壤有机碳含量和土壤团聚体稳定性的重要因素。选取华南典型花岗岩侵蚀区荒草地、桉树林、湿地松林和木荷林4种植被类型径流小区的土壤为研究对象,分析测定不同坡位、不同土层深度的土壤有机碳特性和团聚体稳定性等指标,评价不同植被类型对土壤养分的分布特性以及团聚体稳定性差异,明确花岗岩侵蚀退化区较为理想的生态恢复措施,旨在为合理利用土壤、重建坡面植被和改善土壤结构提供科学依据。结果表明:土壤总有机碳(TOC)、全氮(TN)和溶解性有机碳(DOC)含量随土层加深逐渐降低,而林地小区土壤碳氮比(C/N)则相反,荒草地碳氮元素的坡面变异系数(CV)显著高于其他3种林地,其中桉树林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低40%,56.18%,68.5%和25.81%;湿地松林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低62.73%,33.71%,46.46%,58.06%;木荷林地TOC、TN、DOC和C/N的坡面分布的变异系数较荒草地分别降低41.82%,38.2%,51.18%,48.39%,表明林地较荒草地更有利于土壤碳氮在坡面的均质化和有机质的积累。荒草地和木荷林地0.25 mm粒径以上的团聚体在上、中坡位的质量分数显著高于其他植被类型,而林下植被生物量较高的木荷林地的平均质量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)显著高于其他植被类型。其中木荷小区水稳性团聚体平均质量直径(MWD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.10%,19.58%,23.20%;几何平均直径(GMD)较荒草地、桉树和湿地松分别高20.00%,19.54%,22.23%,表明在花岗岩侵蚀区林地空间结构较好的林草模式有利于土壤有机碳的积累和土壤结构的稳定。     

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。     

不同水稳性团聚体测定方法的对比研究

水稳性团聚体是研究土壤肥力、质量及侵蚀强度的重要参考指标.研究目的不同,测定其含量的方法常常也不同.采用非真空快速浸润法、非真空快速滴水浸润法和非真空慢速气溶胶浸润法3种方法测定了黑土、褐土、黄土、红壤、紫色土共5种土壤的水稳性团聚体含量.通过配对样本t检验分析了各种方法的稳定性及不同方法的差异性.分析结果表明,非真空快速浸润法测定的各级团聚体含量和总含量均最小,非真空慢速气溶胶浸润法测定的各级团聚体含量和总含量均最大,非真空快速滴水浸润法则介于两者之间.分析了不同方法对团聚体的破坏机制及其适用范围,指出非真空快速浸润法、非真空快速滴水浸润法和非真空快速气溶胶浸润法对团聚体的破坏性呈减小趋势,它们分别适用于暴雨、中雨和小雨等情况.     

不同人工恢复林对退化红壤团聚体组成及其有机碳的影响

研究土壤团聚体的组成及其有机碳的分布,有助于从微观角度理解土壤结构与功能的相互作用.采用于筛法和湿筛法,研究南方红壤退化地实施人工恢复30年后,马尾松与阔叶复层林(PB)、木荷+马尾松混交林(SP)和阔叶林(BF)3种典型林分在0～60 cm土层的团聚体组成及其有机碳分布特征,分析土壤团聚体有机碳与总有机碳相关关系.结果表明:各恢复林分土壤机械稳定性团聚体质量分数,以＞2 mm粒径所占比例最大(均在60％以上),而在水稳性团聚体中,以＜0.05 mm粒径占优势.不同林分土壤团聚体结构破坏率顺序依次为BF(53.38％～84.27％) ＞SP(52.22％ ～70.86％) ＞PB(22.70％ ～47.83％).机械稳定性和水稳性团聚体有机碳质量分数均以PB最高,随着土层深度的增加,各林分土壤团聚体有机碳质量分数呈下降趋势.水稳性大团聚体(＞0.25 mm粒径)有机碳质量分数总体高于相应土层的总有机碳质量分数,而微团聚体的(＜0.25 mm粒径)则低于后者,说明有机碳对于大团聚体的形成和水稳性具有积极作用.土壤团聚体有机碳与总有机碳的相关关系分析表明,土壤团聚体有机碳的增加,对总有机碳的积累具有正面影响.保留密度大、灌木(草)层盖度高的马尾松与阔叶复层林土壤团聚体的数量和质量更高;因此,在红壤侵蚀退化地森林恢复初期,可通过适当密植、增加林下灌草覆盖等措施,增加有机碳的输入,促进团聚体的形成和稳定,从而加速了退化土地的土壤结构改善和功能恢复.该研究可为南方严重红壤退化地生态恢复中的林分类型选择和优化配置提供科学依据.     

五台山土壤水稳性团聚体Ca—SOC和Fe(Al)—SOC分布特征

以五台山垂直带土壤为研究对象,按照垂直分布从高到低依次对亚高山草甸土(A)、山地草甸土(B)、棕壤(C)、淋溶褐土(D)和石灰性褐土(E)进行采集,研究土壤本身及各土壤2,2~0.25,0.25~0.053,0.053mm水稳性团聚体钙键合有机碳(Ca—SOC)和铁铝键合有机碳(Fe(Al)—SOC)的分布特征。结果表明:从A到E,各土壤Ca—SOC的含量没有明显变化趋势,而Fe(Al)—SOC的含量呈先升高后降低的趋势。随着团聚体粒径的减小,A的Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量变化趋势相反(前者先升高后降低,后者先降低后升高),B的Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量呈先降低后升高的趋势,D的Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量变化趋势与B相反,表现为先升高后降低;此外,C的Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量逐渐减小,而E的Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量逐渐增加。相关性分析表明,各土壤及2mm团聚体Fe(Al)—SOC与土壤有机碳含量之间呈显著正相关,相关系数分别为r土壤=0.898(P0.05),r2mm=0.978(P0.01)。各土壤及团聚体中Fe(Al)—SOC的含量明显大于Ca—SOC的含量,而且2~0.25mm和0.25~0.053mm团聚体Ca—SOC和Fe(Al)—SOC含量间都呈显著正相关。因此,五台山各土壤铁铝键的键合能力以及铁铝复合体的稳定性均高于Ca—SOC,且土壤和各级团聚体Fe(Al)—SOC的含量及分配比例明显高于Ca—SOC。     

横坡和顺坡耕作对紫色土土壤团聚体稳定性的影响

通过径流小区试验,分析探讨了紫色土横坡和顺坡两种耕作模式下表层(0~20 cm)土壤水稳性团聚体及有机碳含量的特征,为紫色土区坡耕地的有效改造和综合利用提供科学依据。试验结果表明,横坡耕作下土壤水稳性指数K值比顺坡耕作高38.99%,而土壤分散性D值为顺坡耕作的1.64倍,横坡耕作抗蚀性大于顺坡耕作。横坡耕作>0.25 mm水稳性团聚体含量比顺坡耕作增加3.62%,>5 mm、5~3 mm、3~2 mm水稳性团聚体含量横坡耕作均高于顺坡耕作,横坡耕作显著提高>2 mm水稳性团聚体含量。横坡耕作下团聚体结构体破坏率较顺坡耕作减少3.05%,团聚体平均重量直径为顺坡耕作的1.39倍。2种耕作模式下0.5~2 mm团聚体有机碳含量均最高,>0.25 mm不同粒级团聚体有机碳含量百分数均随粒径的减小而减小,均在0.5~0.25 mm粒级下达到最小。横坡和顺坡耕作模式下2~1 mm团聚体有机碳含量无显著差异。横坡耕作较顺坡耕作能够显著增加紫色土>2 mm水稳性团聚体含量,且对有机碳的固持作用更好,有利于土壤结构的改善。