宁夏典型天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征

土壤团聚体作为土壤结构的基本单元和土壤有机碳存在的重要场所,对维系土壤质量和生态环境可持续发展具有重要作用。为探究宁夏天然草地土壤团聚体稳定性及其有机碳分布特征,以宁夏4种典型的天然草地（草甸草原、温性草原、草原化荒漠和荒漠草原）为研究对象,系统开展研究。结果表明：草甸草原、温性草原和草原化荒漠各粒级机械团聚体和水稳性团聚体含量均呈现随粒径减小而先减小后增大趋势,荒漠草原机械团聚体含量呈现随粒径减小而先减小后增大的趋势,水稳性团聚体含量呈现随粒径减小逐渐增大的趋势;且草甸草原和温性草原机械稳定性和水稳性团聚体在0-10 cm、10-20 cm和20-40 cm 3个土层均以>0.25 mm大团聚体为主,草原化荒漠和荒漠草原水稳性团聚体均以<0.25 mm的微团聚体为主。4种草地类型机械团聚体和水稳性团聚体MWD和GMD,以及各粒级土壤团聚体有机碳含量均表现为草甸草原和温性草原显著高于草原化荒漠和荒漠草原。草甸草原和温性草原在3个土层深度均以>0.25 mm的大团聚体对有机碳的贡献率最高,分别达到43.86%、59.26%、58.89%和58.02%、54.03%、57.15%;草原化荒漠和荒漠草原在3个土层深度,均以<0.25 mm的微团聚体贡献率高,分别达到了60.37%、55.86%、54.33%和75.61%、78.34%、78.74%。结果表明：草甸草原和温性草原较草原化荒漠和荒漠草原土壤团聚体稳定性更高,更有利于土壤有机碳累积。     

放牧对短花针茅荒漠草原土壤团聚体组成及稳定性的影响

放牧作为草地的主要利用方式,对草地生态系统的结构和功能具有显著影响。目前长期放牧对草地土壤团聚体组成及其稳定性的影响还知之甚少。本研究依托2004年建立的内蒙古短花针茅荒漠草原长期放牧试验平台,设置围封禁牧(对照)、轻度、中度和重度放牧强度,研究不同放牧强度下土壤团聚体组成和稳定性的变化,并结合相关土壤理化指标探究影响土壤团聚体稳定性的主要因素。结果表明: 放牧显著改变了不同粒径土壤团聚体的组成。与对照相比,大团聚体(0.25～2 mm)含量在轻度放牧下保持不变,而在中度和重度放牧下显著下降;重度放牧显著降低了小团聚体(0.053～0.25 mm)含量,而中度和重度放牧显著增加了微团聚体(<0.053 mm)含量。土壤团聚体稳定性在轻度放牧下维持较高水平,但在中度和重度放牧下显著降低。土壤团聚体稳定性与大团聚体含量呈显著正相关,与微团聚体含量呈显著负相关。土壤pH值、容重、有机碳及其他理化性质共同作用于土壤团聚体组成进而对其稳定性产生影响。综上,对于荒漠草原而言,适度放牧可以维持较高的土壤团聚体稳定性。     

轮耕与施肥对渭北旱作玉米田土壤团聚体和有机碳含量的影响

2007—2012年在陕西合阳连作玉米田进行保护性轮耕与施肥长期定位试验,设置免耕/深松(NT-ST)、深松/翻耕(ST-CT)和翻耕/免耕(CT-NT)3种隔年交替轮耕处理和连续免耕(NT-NT)、连续深松(ST-ST)、连续翻耕(CT-CT)3种连耕处理及平衡施肥、低肥和常规施肥3种施肥处理,分析了0～40 cm土壤团聚体分布、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)及0～60 cm土壤有机碳(SOC)含量.结果表明: 随着耕作强度的增加,土壤团聚体总含量减小,稳定性降低,有机碳损失增大;连续免耕和轮耕增大了土壤团聚体MWD和GMD,减小分形维数,增加了粒径大于0.25 mm团聚体(R_0.25)和SOC含量.在相同施肥处理下,团聚体R_0.25表现为NT-NT>NT-ST>NT-CT>ST-ST>CT-ST>CT-CT;在相同耕作方式下,平衡施肥和低肥处理下土壤团聚体比常规施肥更稳定.通过对土壤团聚体分形维数进行数学拟合,干筛法和湿筛法所测土壤团聚体的分形维数分别为2.247～2.681和2.897～2.976. 0～30 cm土层土壤团聚体分形维数均表现为连续免耕和轮耕显著低于连续翻耕(CT-CT),随土层加深分形维数增大,在40 cm处趋于稳定.施肥对不同土层有机碳含量的影响差异显著(P<0.05),随土层加深有机碳含量呈递减趋势,平衡施肥处理下有机碳积累量较常规施肥增加了6.9%.土壤有机碳含量随团聚体粒径的增大而增加,0.25～2 mm粒径土壤团聚体含量对有机碳积累的影响达到显著水平(P<0.01),确定系数R²为0.848.     

荒漠草原与典型草原NPP、碳积累对不同降雨年份和利用方式的响应

不同草原利用方式正在影响着内蒙古的草原生态系统,而且在未来降水空间格局变化的背景下,它们共同决定了生态系统植被类型、净初级生产力(NPP)和生态系统碳积累。选取内蒙古中部两个重要的草地类型:荒漠草原和典型草原,研究不同草原利用方式(围栏禁牧、划区轮牧、割草、自由放牧)植物群落在降雨量不同的两个生长季节地上(ANPP)、地下净初级生产力(BNPP)的变化,同时也评估了植物群落的碳积累,研究结果表明:1)在降雨量亏缺年份,与围封相比,荒漠草原自由放牧区ANPP、BNPP及碳积累分别下降了57.1%、51.7%和56.0%,而典型草原自由放牧区分别下降了18.4%、25.1%和17.9%。2)在降雨量充足年份,与围封相比,荒漠草原划区轮牧区ANPP、BNPP以及碳积累分别增加了18.2%、9.8%和21.9%,而典型草原各处理下围封禁牧区ANPP仍是最高;3)两种草地类型下,降雨量对自由放牧的调控作用高于其它草地利用方式;4)荒漠草原ANPP在丰雨年是欠雨年的2倍,而典型草原仅增加了79.0%,降雨量对荒漠草原生产力的季节调控作用远高于典型草原。在未来全球气候变暖和降水格局变化的情况下,荒漠草原降雨量是影响荒漠植物群落NPP和碳积累的主导因子。     

大颗粒活化腐植酸肥对苹果土壤团聚体和有机碳的影响

新型大颗粒活化腐植酸肥(LAF)在苹果化肥减量和果实稳产方面的效果显著,探明其对土壤团聚体和有机碳的影响是揭示该新型肥料对苹果土壤结构影响的重要依据。本研究设置4个LAF处理:LAF₁[全量施肥,施肥时期及重量比(下同):萌芽期∶膨果期∶成熟期=3∶4∶3]、LAF₂(全量施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5)、LAF₃(减量1/4施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5)、LAF₄(减量1/3施肥,萌芽期∶膨果期∶成熟期=2∶3∶5),以不施肥(CK)处理为对照。通过4年盆栽试验,研究苹果土壤团聚体组成、稳定性和有机碳对不同施肥处理的响应。结果表明: 1)与CK相比,LAF各处理显著提高了土壤水稳性大团聚体含量,>2 mm和2~0.25 mm粒径团聚体含量分别提高了53.4%~77.5%和12.3%~17.0%,且提高幅度随施肥量的增加而增大,其中LAF₁处理土壤水稳性大团聚体含量最高。2)LAF各处理在各粒径团聚体含量上差异不显著,其中2~0.25 mm粒径团聚体含量所占的比例最高。3)与CK相比,LAF各处理均显著提高了团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD),降低了分形维数(D),其中LAF₁处理的MWD和GMD值最高,对土壤团聚体稳定性提升效果最好。4)除LAF₄外,其他LAF处理土壤有机碳含量均显著高于CK,其中LAF₂处理土壤有机碳含量最高;LAF各处理均增加了土壤各粒径团聚体有机碳含量,LAF₁、LAF₂、LAF₃处理显著提高了>2 mm粒径团聚体有机碳含量,且>2 mm团聚体有机碳对总有机碳的贡献率最大;LAF各处理的水稳性大团聚体有机碳对总有机碳的贡献率均显著高于CK,且贡献率均在66.0%以上,其中LAF₁处理最高。综上,施用LAF在促进苹果土壤水稳性大团聚体形成和稳定性、提高团聚体有机碳含量上应用效果显著,其中全量施用效果最好。施用LAF可作为改善苹果土壤结构和提升土壤肥力的有效措施。     

放牧制度对荒漠草原生态系统土壤养分状况的影响

从土壤N,P,K及土壤有机质等方面研究了在连续进行了7 a的放牧制度试验对荒漠草原生态系统土壤养分含量的影响。研究结果表明:放牧制度对土壤的养分状况有明显的影响。划区轮牧区和禁牧提高了土壤有机质、土壤氮素、土壤全钾和土壤速效钾含量。土壤表层磷含量划区轮牧区最高。放牧导致碳氮比减少。同时,土壤养分含量随土壤深度的变化在不同处理没有表现出较为一致的变化趋势。禁牧区土壤全氮含量随土壤深度的增加而增加;不同处理土壤速效氮、土壤速效钾含量均随土壤深度的增加逐渐降低;土壤全磷在自由放牧区随土壤深度的增加逐渐升高;土壤速效磷、全钾含量在划区轮牧区随土壤深度的增加逐渐降低;土壤养分含量与土壤深度的拟合曲线为二次幂函数。研究表明,禁牧和划区轮牧较自由放牧可以提高荒漠草原土壤养分元素的含量,有利于遏制草原土壤的退化。     

北京地区栓皮栎和油松人工林土壤团聚体稳定性及有机碳特征

通过野外调查与室内分析,研究了北京地区栓皮栎和油松人工林土壤水稳性团聚体稳定性及有机碳分布特征.结果表明:在两种人工林内,大团聚体含量均随土层加深呈减少的趋势.其中,油松人工林中大团聚体(>0.25mm)含量占总团聚体的71%～77%;栓皮栎人工林中大团聚体含量(51%～58%)与微团聚体(≤0.25mm)含量(42%～49%)差异不明显.油松人工林土壤平均质量直径和几何平均直径均显著高于栓皮栎人工林,分形维数D值小于栓皮栎人工林.在两种林分中,土壤各粒级团聚体有机碳含量均随土壤层次的加深呈现逐渐降低的趋势.油松人工林中水稳性大团聚体的有机碳对土壤有机碳的贡献率为58%～83%,高于栓皮栎人工林水稳性大团聚体有机碳对土壤有机碳的贡献率(49%～66%).油松人工林比栓皮栎人工林更利于土壤水稳性团聚体的稳定和土壤有机碳的保护.     

地膜覆盖对北方旱地土壤水稳性团聚体及有机碳分布的影响

研究不同地膜覆盖时间对北方旱作农田土壤团聚体粒级稳定性和有机碳的影响,可为提升旱作农田生产力和保护农田环境选择合适的管理方式提供科学依据。以辽宁阜新5年秋覆膜(AP)、春覆膜(SP)和不覆膜(CK)的定位试验为研究对象,分析不同覆膜时间对0—10 cm和10—20 cm土层中2 mm、0.25—2 mm、0.053—0.25 mm和0.053 mm粒级的土壤水稳性团聚体的稳定性及有机碳的影响。结果表明,在北方旱作农田,连续5年的地膜覆盖可显著改变0—10 cm土层的土壤各级团聚体的分布、团聚体中有机碳的含量及其对土壤有机碳含量的贡献率,进而增加土壤水稳性团聚体的稳定性,而对10—20 cm土层影响不显著。与不覆膜相比,秋覆膜和春覆膜可显著提高0—10 cm土层2 mm的水稳性团聚体的含量,分别提高了36.3%、47.9%(P0.05),而对微团聚体无显著影响,说明地膜覆盖有利于提高大团聚体数量及稳定性。在0—10 cm土层,粒径2 mm团聚体有机碳含量及储量表现为秋覆膜最高,显著高于春覆膜和不覆膜处理(P0.05)。与裸地不覆膜相比,秋覆膜和春覆膜显著提高2 mm团聚体中有机碳含量对土壤有机碳的贡献率,分别提高了37%和26.1%(P0.05)。而在0—10 cm和10—20cm土层中,微团聚体中有机碳含量对土壤有机碳贡献率没有影响。在辽宁阜新土壤及种植条件下,秋覆膜处理不仅显著提高0—10 cm土壤水稳性大团聚体的含量和稳定性,还可以显著增加水稳性大团聚体有机碳含量及储量,促进有机碳的固存。     

典型黑土区不同生态系统土壤团聚体有机碳分布特征

基于团聚体分组和闭蓄态微团聚体分离技术,利用典型黑土区27年长期定位试验,研究草地生态系统、农田生态系统和裸地生态系统下土壤团聚体及团聚体内部组分中有机碳的分布,以解析不同生态系统下土壤团聚体和有机碳固持间的关系,揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。结果显示:与农田相比,草地土壤有机碳含量显著提高7.6%;裸地土壤有机碳含量显著下降14.1%。草地促进了大团聚体(250μm),尤其2000μm团聚体的形成,提高了土壤团聚体的稳定性;裸地则降低了土壤的团聚化程度及稳定性,大团聚体和微团聚体含量下降,粉粘粒含量相应增加。草地大团聚体中有机碳含量显著高于农田,且内部各组分有机碳含量均有显著提高,其中粗颗粒有机质、闭蓄态微团聚体和粉黏粒有机碳含量增幅分别为600%、54%和65%;裸地增加了粉粘粒结合有机碳含量,降低了大团聚体和微团聚体中有机碳含量,且大团聚体和微团聚体内部各组分有机碳含量均有所下降。3种生态系统类型土壤均以总粉粘粒结合有机碳为主,占土壤总有机碳52%—79%,其作为惰性碳库是黑土有机碳的重要组成部分。黑土有机碳的累积或损失主要表现为活性较强的有机碳库-团聚体中颗粒有机质的增加或减少,与农田相比,草地土壤有机碳的累积主要归因于大团聚体中粗颗粒有机质的增加,为总有机碳增量的3倍;裸地土壤有机碳的损失主要归因于微团聚体中总细颗粒有机质的减少,对总有机碳损失的贡献率为60%。     

植被恢复对退化红壤团聚体稳定性及碳分布的影响

土壤有机碳对土壤团聚体的形成与稳定具有重要影响.研究了植被恢复对侵蚀退化红壤团聚体稳定性的影响,在此基础上探讨了有机碳在团聚体中的分布及有机碳与团聚体稳定性的关系.红壤侵蚀裸地大团聚体水稳定性程度低,植被恢复后大团聚体稳定性显著提高.裸地各级团聚体有机碳含量基本相似,植被恢复后,有机物质输入的增加促进了团聚体的形成,从而改变了土壤团聚体有机碳含量和分配比例.大团聚体对有机碳具有一定的富集作用,有机碳含量高于全土和微团聚体、粉粒及粘粒有机碳含量,大团聚体有机碳恢复速度也快于微团聚体以及粉粒与粘粒有机碳的恢复速度.植被恢复使裸地0～10cm土层大团聚体有机碳占总有机碳的比例从15%左右增加到32%～42%.土壤中增加的有机碳约41%～51%储存在大团聚体中,24%～38%储存在微团聚体中,20%～31%储存在粉粒及粘粒中.团聚体稳定性的增强与土壤有机碳含量密切相关,植被恢复时间越长,土壤有机碳含量越高,土壤团聚体水稳性程度也越好.     

植被恢复对黄土区煤矿排土场土壤团聚体特征的影响

目前关于植被恢复对排土场土壤团聚性的影响还不清楚,以植被恢复下黄土区露天煤矿排土场为研究对象,采用湿筛法测定了排土场土壤水稳性团聚体组成,研究了植被恢复类型(草地、灌木)和排土场地形(平台、边坡)对土壤团聚体特征的影响。结果表明:植被恢复促进了排土场水稳性团聚体的形成,平台0—20 cm土层水稳性大团聚体数量(R_(0.25))、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)分别达到31.1%,0.70 mm和0.26 mm,边坡分别达到13.3%,0.37 mm和0.17 mm,均显著高于裸地,分形维数(D)在平台和边坡分别为2.91和2.96,均显著低于裸地;平台土壤团聚性要好于边坡,草地对于平台土壤团聚结构改良效果较好,而灌木对于边坡改良效果较好;排土场土壤有机碳和粘粒含量均与土壤团聚体指标有显著相关性。植被恢复提高了排土场土壤团聚性,植被恢复类型和地形对排土场土壤团聚体特征有显著影响。     

不同类型森林石灰土的团聚体组成及其有机碳分布特征

选取中国西南喀斯特石灰土人工林、次生林、原生林3个主要森林类型的6个代表性群落,建立18个20m×20m的样方,按梅花型5点法采集各样方的原状土壤,基于团聚体的干湿筛2种分组方法,研究不同类型森林石灰土机械性、水稳性团聚体组成及全土、各粒级团聚体的有机碳分布特征。结果显示:(1)3类森林石灰土干湿筛团聚体均以>2mm粒径为主,分别为67.93%～81.24%和30.49%～76.81%,1～10mm粒径的干湿筛优势团聚体分别高达78.18%～88.67%和43.41%～84.00%。(2)团聚体的整体稳定性很好,干湿筛平均重量直径(MWD)为4.82～5.77和0.75～2.13,平均几何直径(GMD)为2.87～4.17和1.45～2.85;>0.25mm和>2mm粒径的团聚体破坏率(PAD)分别仅为6.15～20.91和2.04～52.79。(3)石灰土的有机碳含量很高,全土和干、湿筛团聚体的有机碳含量分别为17.28～58.85、19.12～91.47、17.16～78.86g/kg,其中干筛以<2mm粒径团聚体的有机碳含量较高,湿筛反之,但干湿筛均以>2mm粒径团聚体的有机碳贮量最高。研究表明,中国西南喀斯特石灰土林区土壤沿人工林、次生林、原生林土壤扰动递减梯度,石灰土的团聚化作用越来越强,稳定性越来越好,有机碳含量也越来越丰富。     

Adaptive neuro-fuzzy inference system: Estimation of soil aggregates stability

In present study, the capabilities of multiple linear regression (MLR) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) in developing pedotransfer functions (PTFs) for estimating geometric mean diameter (GMD) and mean weight diameter (MWD), from routine soil properties and combination of routine soil properties and fractal dimension of aggregates were evaluated. For this reason 101 samples were collected form the Northwest of Iran and some their properties such as soil texture, pH, cation exchange capacity (CEC), and organic matter (OM), fractal dimension of aggregates between number-diameter (Dn), mass-diameter (Dmt), and bulk density-diameter (Dmy) were determined and used as an input variables for determining of mean weight diameter (MWD) and geometric mean diameter (GMD) by MLR and ANFIS PTFs. Results showed that the application of fractal dimension of aggregates as a predictor in two methods improved the accuracy of PTFs. As well as, results showed that ANFIS have greater potential for determination of the relationships between soil aggregate stability indices and other soil properties in compared with MLR. Therefore using of adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) in developing pedotransfer functions is recommended.     

生草栽培对果园土壤团聚体及其有机碳分布的影响

以福建尤溪玉池生草果园定位观测点为平台,研究了生草栽培对果园土壤团聚体有机碳分布的影响。结果表明,生草栽培处理后,0~20 cm土壤团聚体中>0.25 mm水稳性团聚体的比例(R0.25)、平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GWD)分别比顺坡清耕和梯台清耕处理的高3.78%~5.90%、16.82%~20.94%、5.86%~50.31%和3.81%~13.82%、13.33%~19.95%、7.50%~60.63%,分形维数比顺坡清耕和梯台清耕处理的低1.54%~2.35%和1.09%~9.64%。同时,生草栽培可提高>2 mm土壤团聚体内有机碳贮量和大团聚体有机碳贮量占总有机碳的比例,但其影响主要集中于0~20 cm土层。这说明生草栽培处理更有利于提高土壤团聚体稳定性,增强土壤有机碳的保护和碳汇作用。     

耕作方式对甘肃引黄灌区灌耕灰钙土团聚体分布及稳定性的影响

2014—2017年在连续翻耕8年的玉米地上设置连续翻耕(CT)、旋耕(RT)、深松(ST)、免耕(NT)和翻耕-免耕(CT-NT)、深松-免耕(ST-NT)6个耕作处理,研究不同耕作方式对甘肃引黄灌区灌耕灰钙土团聚体分布及稳定性的影响.结果表明: NT和ST-NT处理促进了0～40 cm土层大团聚体形成,并提高了其稳定性;CT和RT处理由于对土壤的强烈扰动,耕层土壤团聚体大小分布和稳定性都显著降低.机械稳定性团聚体以NT处理最佳,＞0.25 mm团聚体含量(R_0.25)、平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)分别比RT处理增加5.8%、8.0%和13.0%,分形维数(D)降低3.6%.水稳性团聚体以ST-NT处理最佳,R_0.25、MWD、GMD分别增加55.3%、15.1%和8.7%,D值降低0.8%.NT、ST-NT处理的团聚体破坏率(PAD)和不稳定团粒指数(E_LT)也最低,PAD分别比RT处理降低了5.9%和7.7%,E_LT分别降低了5.8%和7.2%.综合分析认为,深松-免耕(ST-NT)的轮耕模式更有利于土壤团聚体含量和稳定性的增加,也符合当地农民的操作习惯,是比较理想的耕作方式,在该区域农业可持续发展中具有一定的应用价值.