Cultivation Influences on Soil Organic Carbon Associated with Texture in Seasonally Frozen Zones

[Objective] This study aimed to examine indicative roles of texture representing soil organic carbon presence and variability subsequent to cultivation under cold temperate climates with seasonal freeze-thaw events.[Method] Three chronosequences were selected for paired comparisons.Soil samples were collected at six depths with a 10 cm increment.Analysis of variance with general linear model and regression was performed for statistical analysis.[Result] In seasonally frozen soils where fragmentation of macroaggregates was stimulated,soil organic carbon level was positively associated with clay ＋ silt proportion due to a wider textural range,better than sole clay content.Exponential function better fitted the experimental data to present progressively increased effectiveness of clay ＋ silt content in maintaining carbon.Clay content explained 12％-41％ and 14％-43％ of variation via linear and exponential functions,respectively.Accordingly,clay ＋ silt content explained 47％-65％ and 46％-70％.[Conclusion] Texture reflected soil organic carbon occurrence as consequences of reclamation.For seasonally frozen soils with wider textural ranges,it is robust to adapt clay ＋ silt content as dependent variable and exponential function.The generated algorithms provided an available pathway to estimate soil organic carbon losses following cultivation and to evaluate soil fertility.     

秸秆覆盖对季节性冻融期土壤水分特征的影响

以北方高寒区典型城市哈尔滨市为研究区域,通过冬季大田试验(试验周期2013-11-01—2014-04-30),设置自然无覆盖、覆盖秸秆厚度5、10、15 cm 4个处理,分别测定不同处理下20、40、60、100、140、180 cm深度土壤液态含水率以及气象数据,分析季节性冻融期秸秆覆盖对土壤水分变化特征的影响。研究结果表明:秸秆覆盖使0~60cm土层内液态含水率增加或减小的时间拐点发生延迟,随着秸秆覆盖厚度的增加其延迟效果越明显,但土壤冻结期的延迟效果比冻土融化期明显;秸秆覆盖阻碍了冻土融化初期融雪水入渗,使自然无覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度出现短暂的峰值,而在冻土融化末期秸秆覆盖抑制了土壤水蒸发,使各秸秆覆盖处理液态含水率在20、40、60 cm土壤深度又高于自然无覆盖。秸秆覆盖可有效平抑冻融期0~60 cm土层土壤液态含水率的变化幅度,且随着土壤深度的增加其平抑效果具有减弱趋势;积雪融水和秸秆覆盖的双重作用能够有效增加土壤墒情,但其增墒能力随着土壤深度的增加而降低,不同秸秆覆盖处理对0~60 cm土层的平均增墒能力由大到小排序依次为:15、10、5 cm。     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

草甸土冻融环境与春季解冻期降雨侵蚀模拟研究

以我国东北草甸土为研究对象,采用人工模拟降雨方法,分析试验区冻融环境及春季解冻期室外降雨侵蚀过程。结果表明:温度大体经历了降温、稳定和升温3个阶段,对应地表土壤经历了冻结、稳定冻结和融化3个过程;表层土壤在冻结和融化的两个过程中都经历了冻融作用,其中10月末至12月初和2月中下旬至3月上中旬均是地表土壤经受冻融交替作用强烈的时期,特别是融化阶段是控制春季解冻期土壤侵蚀的关键时期;冻融前后土壤含水率减小19%、土壤容重减小8.9%;整体土壤侵蚀速率表现为增加趋势;小雨强解冻深度浅的处理,侵蚀速率增加幅度不大,坡面细沟以宽浅型为主;大雨强侵蚀速率波动性增强。     

Impacts of soil erosion on organic carbon and nutrient dynamics in an alpine grassland soil

The impact of soil erosion on the nutrient dynamics in alpine grassland soils is still an essential problem. Selecting a grass-covered hillslope in eastern Tibet Plateau, the cesium-137 (¹³⁷Cs) technique was used to determine the impacts of soil erosion on soil organic carbon (SOC), total nitrogen (TN), total phosphorus (TP), and total potassium (TK). The ¹³⁷Cs data revealed that there were distinct soil redistribution patterns in different hillslope positions because of the influences of slope runoff, plant coverage and grazing activity. For the upper slope, soil erosion first decreased downward, followed by soil deposition in its lower part. In contrast, for middle and toe slopes, there was an increasing soil erosion along a downslope transect. Across the lower slope, soil erosion showed an irregular variation. Influenced by the selective transport of water erosion, SOC, TN and TP storage decreased with increasing soil erosion in upper, middle and toe slopes. In contrast, SOC, TN and TP storage varied little with soil erosion in the lower slope. On the whole hillslope, TK storage also varied little with soil erosion due to the large amount of potassium elements derived from soil parent materials. Particularly noteworthy was the greatest storage of SOC, TN and TP in the lower slope where most obvious net soil erosion occurred, which is closely related to the humus accumulation combined with gravel separation as well as weathering and pedogenesis of parent rocks induced by soil freeze-thaw.     

冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期秸秆覆盖量对土壤剖面水热时空变化的影响,分析对比了裸地和5种不同玉米秸秆覆盖厚度(5、10、15、20和30 cm)地块的土壤剖面含水率和土壤温度等值线变化特征,采用数理统计分析方法对土壤剖面水热变化进行了统计学分析。结果表明:在季节性冻融期,裸地最大冻结深度为52 cm,土壤剖面水热变化较为剧烈,0~40 cm属于水热变化活跃层,覆盖厚度为5和10 cm时的土壤剖面水热变化活跃层分别为0~20和0~10 cm。秸秆覆盖厚度为15 cm时可平抑土壤剖面水热的变化,并能达到良好的保温效果。秸秆覆盖厚度为5 cm时,在土壤冻融作用和秸秆覆盖的双重效应下,耕作层土壤水分较其他地块高,储水保墒效果显著。当秸秆覆盖厚度大于15 cm时,土壤保墒保温效果不随秸秆覆盖量的增加而增强。从预防冻害和蓄水保墒角度出发,最佳秸秆覆盖厚度为10~15 cm。研究成果对于季节性冻土地区冬春季节农田秸秆覆盖的科学实施具有重要的指导意义。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

冻融对河北省深州市盐碱地土壤理化性质的影响

随着全球气候变暖,冻融对土壤性质的影响日益受到重视。以河北省深州市盐碱土为研究对象,通过分析土壤含水率、全持水量、容重、饱和导水率、电导率、pH和有机质的变化,探讨冻融对0—20cm深度盐碱地土壤理化性质的影响。结果表明:0—20cm土层深度,冻融增加土壤的含水率,而对全持水量的影响较小;0—10cm土层深度,冻融增加了土壤容重与pH,降低了土壤的电导率和渗透性,该层土壤水盐运移呈特殊规律,土壤含水率与电导率呈相反变化趋势;对于10—20cm土层深度,冻融增加了土壤的渗透性和有机质的含量。在相关性分析中,0—20cm土层深度土壤容重与全持水量呈极显著负相关(P0.01),与含水率呈显著负相关(P0.05),其有机质含量和导水率与其他性质无显著相关;0—10cm土层深度土壤pH与容重和含水率呈极显著相关,与全持水量呈显著相关;10—20cm土层深度土壤电导率与容重呈显著负相关,与全持水量呈显著正相关。研究结果为冻融对盐碱土影响的研究及盐碱土的改良提供科学依据。     

冻融作用对棕壤团聚体及其重金属镉赋存形态的影响

以重金属Cd为单一污染源的棕壤作为供试土壤,设定-10,-20,-30℃三个温度作为冻结温度,10℃作为融化温度进行土壤冻融循环试验。通过测定冻融作用后土壤团聚体粒径组成、土壤质量平均直径、土壤团聚体粒径中Cd的质量负载率以及赋存形态,研究冻融作用对棕壤团聚体稳定性及Cd在不同团聚体粒径中分布与赋存形态的影响。结果表明:(1)土壤经过冻融作用后,2mm的团聚体比例显著增加(P0.05),增加范围为38.4%~54.6%,土壤质量平均直径显著增加(P0.05);(2)经过冻融作用后,重金属Cd主要富集在2mm的团聚体粒径中,所占比例为51.2%~57.2%;(3)冻融作用使土壤及不同粒径团聚体中交换态Cd和有机结合态Cd含量显著降低(P0.05),铁锰氧化物结合态Cd和残渣态Cd含量显著增加(P0.05)。