长期植稻年限序列水稻土团聚体有机碳分布特征

通过开展有机质物理分组试验,研究了杭州湾南岸不同植稻年限序列水稻土有机碳含量的粒级分布变化特征.结果表明: 各植稻年限耕层水稻土中,土壤团聚体主要分布在微团聚体(<0.25 mm)中,其中大微团聚体(0.053～0.25 mm)随着植稻年限的增加而减少;在微团聚体(0.053~0.25 mm,<0.053 mm)中,有机碳含量随着植稻年限的增加而增加,在0.053～2 mm粒径范围内,各粒级有机碳占总有机碳比例随着粒级的减小而增加,有机碳主要集中在大微团聚体(0.053～0.25 mm)中;随着种植年限的增加,颗粒有机碳含量减少.栽培年限长的水稻土比栽培年限短的水稻土碳封存量大,早期开垦的水稻土仍有很大的固碳潜力.     

长期退耕对红壤团聚体碳氮磷生态化学计量特征的影响

目前,长期退耕恢复如何影响红壤团聚体组成及其碳氮磷生态化学计量特征还不十分清楚。本研究基于湖南红壤试验站连续27年的长期定位试验,选取常规施肥耕作和退耕恢复两个处理,采集0～15 cm耕层土样,利用湿筛法探讨了土壤团聚体粒级组成及其碳氮磷含量与生态化学计量特征对长期退耕的响应规律。结果显示:相比于常规施肥耕作方式,退耕恢复处理下:①土壤水稳性大团聚体( 0.25 mm)总量显著增加,微团聚体(0.053～0.25 mm)和矿质颗粒(0.053 mm)含量显著降低;②土壤有机碳和全氮含量显著增加,全磷含量显著降低,其中有机碳含量在各个粒级团聚体中均显著增加,全氮含量则在大团聚体(2和0.25～2 mm)与微团聚体(0.053～0.25 mm)中显著增加,而全磷含量在各粒级团聚体中均显著降低。另外,0.25～2 mm粒级大团聚体对土壤碳氮磷养分贡献率最高;③土壤C∶N、C∶P和N∶P显著升高,但C∶N在各粒级团聚体中表现较为稳定,而C∶P和N∶P变异性较大,在各粒级土壤团聚体中均有显著升高。综上,退耕恢复增强了耕层土壤的团聚作用,使碳、氮、磷更集中赋存于大团聚体中,对土壤结构、团聚体质量有改善作用,但对于磷素限制作用的增强值得今后注意。     

好气与淹水条件下水稻土各粒级团聚体有机碳矿化量

采用室内恒温培养法观测了好气和淹水处理下水稻土不同粒级团聚体中有机碳矿化的动态变化.结果表明：两种处理下,各粒级团聚体中有机碳矿化量都表现为培养前期快速下降,培养后期保持相对稳定的趋势.不同粒级团聚体之间有机碳矿化速率存在明显差异,在整个培养过程中,均以1～2 mm粒级团聚体最高,以＜0.053 mm粒级团聚体最低.统计分析表明,不同粒级团聚体中有机碳矿化量变化与有机碳和微生物生物量碳含量呈显著线性相关.好气和淹水处理下对土壤总有机碳累计矿化量贡献最大的是0.25～1 mm粒级团聚体,分别达41.77%和34.11%;好气处理下贡献最小的是0.053 mm粒级团聚体,淹水处理下贡献最小的是1~2 mm粒级团聚体,分别仅为7.8%和6.6%.     

不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳分布特征

以长期定位试验5、10、15、20、30年旱砂田为研究对象,研究了不同年限旱砂田土壤团聚体及其有机碳的分布特征.结果表明:旱砂田土壤团聚体含量随粒级减小表现出“降-升-降”的变化趋势,10年以内旱砂田以>5 mm粒级团聚体为主,15年以上旱砂田以0.05～0.25 mm粒级团聚体为主,>0.25 mm团聚体含量(R_0.25)和团聚体平均质量直径(MWD)均随着覆砂年限的延长而减小.不同年限旱砂田土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级减小而增加,各粒级土壤团聚体有机碳含量、团聚体对有机碳的贡献率及团聚体有机碳储量均随着覆砂年限的延长和土层的加深而降低,>1 mm粒级团聚体有机碳对长期旱砂田有机碳变化响应敏感.10、15、20、30年较5 年旱砂田团聚体有机碳储量在0～10 cm土层分别降低了8.0%、24.4%、27.5%和31.4%,10～20 cm土层分别降低了1.4%、15.8%、19.4%和21.8%.综上所述,旱砂田土壤固碳能力随种植年限延长而降低,需加强15年以上旱砂田的土壤培肥工作.     

天津盐碱化沼泽湿地开垦对土壤团聚体有机与无机碳含量的影响

目前,开垦对沼泽湿地土壤有机碳的影响已有较多研究,但针对滨海盐碱化沼泽的研究较为薄弱,特别是对无机碳的影响尚不清晰,从而导致无法全面评估开垦对总碳的影响。本研究选取天津七里海盐碱化沼泽湿地和对应长期开垦(约60年)后的农田作为研究对象,采集0～15和15～30 cm两层土样,采用湿筛法得到2、0.25～2、0.053～0.25和0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体。结果表明:湿地长期开垦后,表层(0～15 cm)和下层(15～30 cm)土壤大团聚体( 2 mm)比例均显著降低(-48. 1%、-58. 1%),微团聚体(0.053～0.25 mm)比例均显著增加(+166.1%、+70.0%);各粒级团聚体有机碳含量均显著降低(31.2%～56.8%);表层土壤(0～15 cm)中等团聚体(0.25～2 mm)和矿质颗粒组分(0.053 mm)无机碳含量显著增加(+85.4%、+75.4%);而下层土壤(15～30 cm)各级团聚体无机碳含量均显著增加(182.3%～448.2%);表层土壤大团聚体(2 mm)、中等团聚体(0.25～2 mm)总碳含量显著降低(-12.9%、-21.9%),而总碳含量在表层土壤微团聚体(0.053～0.25 mm)、矿质颗粒组分、下层土壤各级团聚体均无显著变化。可见,滨海盐碱化沼泽湿地开垦虽导致有机碳含量降低,但无机碳含量却具有显著反补作用,从而减缓或抑制了碳库流失。因此,在滨海盐碱化地区,今后应更加重视开垦过程中土壤无机碳动态变化及其对总碳的影响。     

干旱区典型盐生植物群落土壤团聚体组成及有机碳分布

以干旱区玛纳斯河流域扇缘带为研究区,分析了花花柴(Karelinia caspia)、雾冰藜(Bassia dasyphylla)、梭梭(Haloxylon ammodendron)和柽柳(Tamarix ramosissima)4个典型盐生植物群落土壤团聚体的组成及有机碳分布。研究表明:不同植物群落土壤团聚体均以0.25—0.053 mm粒径为主,占了46.7%—74.6%,且与其他粒径差异显著(P0.05),0.25 mm和0.053mm粒径土壤团聚体含量较少,仅占7.8%—43%。梭梭群落0.25 mm团聚体平均含量较高,达32%。不同植被群落土壤总有机碳介于2.01—8.73 g/kg之间,不同粒径团聚体有机碳介于1.70—13.68 g/kg之间。不同群落之间,梭梭和柽柳群落总有机碳和团聚体有机碳含量均相对较高,且随着土层深度下降而下降。不同粒径之间,有机碳含量在0.25—0.053 mm粒径最低,在0.25 mm和0.053 mm粒径中最高,呈现"V"型分布且差异显著(P0.05)。0.25—0.053 mm团聚体中有机碳含量的贡献率最高,达43.43%,而0.053 mm粒级贡献率较低,但有机碳含量较高,说明了小粒径团聚体对有机碳保护能力较强。土壤有机碳含量与0.25—0.053 mm团聚体含量呈显著负相关(P0.05)。而从整体来看,梭梭群落0.25 mm团聚体比例较高,且土壤有机碳和团聚体有机碳含量也较高,说明了在该研究区,梭梭群落聚集土壤养分能力较强,相对其他群落更有利于土壤有机碳的积累。     

天津盐碱化沼泽湿地开垦对土壤团聚体有机与无机碳含量的影响

目前,开垦对沼泽湿地土壤有机碳的影响已有较多研究,但针对滨海盐碱化沼泽的研究较为薄弱,特别是对无机碳的影响尚不清晰,从而导致无法全面评估开垦对总碳的影响。本研究选取天津七里海盐碱化沼泽湿地和对应长期开垦(约60年)后的农田作为研究对象,采集0~15和15~30 cm两层土样,采用湿筛法得到>2、0.25~2、0.053~0.25和<0.053 mm 4个粒级水稳性团聚体。结果表明:湿地长期开垦后,表层(0~15 cm)和下层(15~30 cm)土壤大团聚体(>2 mm)比例均显著降低(-48.1%、-58.1%),微团聚体(0.053~0.25 mm)比例均显著增加(+166.1%、+70.0%);各粒级团聚体有机碳含量均显著降低(31.2%~56.8%);表层土壤(0~15 cm)中等团聚体(0.25~2 mm)和矿质颗粒组分(<0.053 mm)无机碳含量显著增加(+85.4%、+75.4%);而下层土壤(15~30 cm)各级团聚体无机碳含量均显著增加(182.3%~448.2%);表层土壤大团聚体(>2 mm)、中等团聚体(0.25~2 mm)总碳含量显著降低(-12.9%、-21.9%),而总碳含量在表层土壤微团聚体(0.053~0.25 mm)、矿质颗粒组分、下层土壤各级团聚体均无显著变化。可见,滨海盐碱化沼泽湿地开垦虽导致有机碳含量降低,但无机碳含量却具有显著反补作用,从而减缓或抑制了碳库流失。因此,在滨海盐碱化地区,今后应更加重视开垦过程中土壤无机碳动态变化及其对总碳的影响。     

不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳分布特征

作为土壤结构的基本单元和土壤肥力的重要组成部分,土壤团聚体对土壤的物理、化学和生物特性均有重要影响。试验选取了雅安市名山区中峰乡生态茶园区12—15a、20—22a、30—33a和50a的茶园,研究其土壤团聚体及其有机碳总量、储量和活性组分的分布特征,探究植茶年限对土壤团聚体及其有机碳分布的影响。结果表明:(1)研究区土壤以2 mm粒级团聚体为主,约为70%—80%,且在0—20 cm土层植茶20—22a土壤团聚体含量最高;(2)茶园土壤团聚体有机碳含量随团聚体粒级的减小而增加,最大值出现在0.25 mm粒级团聚体,且在植茶50a时达最高值,0—20 cm土层团聚体有机碳含量均高于20—40 cm,土壤团聚体水溶性有机碳和微生物生物量碳随植茶年限的延长呈先增加后降低的变化趋势,植茶30—33a时含量最高,且小粒级团聚体水溶性有机碳含量较高而微生物量碳较低;(3)土壤团聚体对有机碳的贡献率约有70%来自2 mm粒级团聚体,团聚体有机碳储量随植茶年限延长呈增加的趋势,不同植茶年限0—20 cm土层各粒级团聚体有机碳储量均高于20—40 cm土层,且以0.25 mm粒级团聚体有机碳储量最高。研究结果在一定程度上揭示了不同植茶年限土壤团聚体及其有机碳的分布特征,可为改善区域土壤质量及实施退耕还茶工程提供理论指导。     

模拟酸雨和接种外生菌根真菌对马尾松土壤养分、土壤团聚体及有机碳组分的影响

以2年生马尾松(Pinus massoniana)幼苗为试验对象,采用原位试验,研究了模拟酸雨和接种外生菌根真菌对土壤有机碳含量、土壤团聚体组成及土壤养分(N、P、K)含量的影响。设置3种强度(p H5.6(CK),4.5,3.5)的模拟酸雨条件,每个强度酸雨下分别设置接种外生菌根真菌和不接种外生菌根真菌,共计6个处理。结果表明:p H3.5酸雨处理显著降低了土壤中速效磷、总磷、速效钾、铵态氮、硝态氮及总氮含量,而外接外生菌根真菌则有效缓解了这一情况;与对照比,酸雨处理提高了微团聚体(0.053 mm,0.053～0.25 mm)含量,降低了大团聚体(0.25～2 mm)含量; pH3.5处理显著降低各粒级尤其是0.25～2 mm粒级团聚体有机碳含量,而接种外生菌根真菌显著增加了有机碳含量;未接种外生菌根真菌土壤中,酸雨处理显著降低了土壤轻组、重组有机碳含量,而接种外生菌根真菌显著提高了土壤轻组、重组有机碳含量;接种外生菌根真菌在一定程度上可以缓解酸雨胁迫对土壤质量的不利影响。     

宁南山区不同年限苜蓿地土壤有机质官能团特征

应用同步辐射红外光谱技术,分析了宁南山区不同种植年限苜蓿地的不同粒径团聚体中土壤有机碳(soil organic carbon,SOC)官能团的变化.结果表明:种植苜蓿改变了SOC官能团的含量及其在团聚体中的分布.随着种植年限增加,SOC和大团聚体(＞0.25 mm)含量增加,土壤团聚体的稳定性增强;饱和烷烃相对含量提高,且主要分布在0.25～1 mm团聚体中;脂肪-C、醇-C相对含量随着粒径增大而减少,增加的脂肪-C、醇-C主要分布在大团聚体中,芳香-C主要分布于＜0.25 mm微团聚体中.大团聚体中各官能团相对含量变化幅度大于微团聚体,微团聚体中有机碳稳定性高于大团聚体.连续种植苜蓿使SOC中易氧化官能团(脂肪-C、醇-C)的增幅大于芳香-C,土壤有机碳化学稳定性提高,以苜蓿生长8年时的效果最好.SOC中的脂肪-C、醇-C、饱和烷烃比例较高,且最为活跃,对土壤有机碳增加的贡献明显.     

贺兰山不同海拔土壤团聚体碳氮磷含量及其化学计量特征变化

探究干旱半干旱区山地森林生态系统不同海拔土壤养分在团聚体中的分布规律,可为理解脆弱山地生态系统养分循环提供理论依据。本研究以贺兰山不同海拔(1380～2438 m)土壤为对象,分析0～20 cm土层团聚体分布及其稳定性、不同粒级团聚体有机碳、全氮、全磷储量及其化学计量特征。结果表明: 随海拔升高贺兰山主要土壤团聚体由微团聚体(0.25～0.053 mm)转变为大团聚体(>0.25 mm),平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)在高海拔样地(2139～2248 m)显著高于低海拔样地(1380～1650 m)。各粒级团聚体有机碳、全氮含量和储量随海拔升高呈增大趋势;全磷含量随海拔升高呈波动趋势,且在各粒级团聚体分布均匀。大团聚体和微团聚体对土壤养分具有更高的贡献率,各粒级团聚体比例是影响土壤养分的关键因素,大团聚体和微团聚体是土壤养分的主要载体。各粒级团聚体C∶N在不同海拔变化不显著,C∶P和N∶P在中高海拔显著高于低海拔。贺兰山中高海拔的表层土壤具有更高的养分储量,较高含量的大团聚体和微团聚体有助于有机碳和养分的固持,低海拔土壤氮素限制高,在森林培育过程中可通过适当添加氮肥以改善低海拔土壤全氮状况。     

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。     

棉花秸秆还田对土壤团聚体有机碳及氮磷钾含量的影响

试验设置棉花秸秆还田和不还田两个处理,还田年限为3年.于第3年11月采集0～5、5～10、10～20和20～30 cm的原状土,采用干筛法将土壤团粒结构分级,研究棉花秸秆还田对土壤团聚体组成和不同粒径土壤团聚体中有机碳和速效氮、磷、钾含量的影响.结果表明: 在0～5 cm土层,棉花秸秆还田显著提高了>5和5～2 mm团聚体含量,显著降低了<0.25 mm微团聚体含量;团聚体有机碳、碱解氮和速效钾含量显著提高,平均提高幅度分别为19.2%、14.2%和17.3%.在5～10 cm土层中,棉花秸秆还田显著提高了>5和5～2 mm团聚体含量,显著降低了<0.25 mm微团聚体含量;团聚体有机碳、碱解氮和速效钾显著提高,平均提高幅度分别为19.6%、12.6%和23.4%.在10～20 cm土层中,棉花秸秆还田显著降低了<0.25 mm微团聚体含量;团聚体有机碳、碱解氮和速效钾含量显著提高,平均提高幅度分别为8.4%、10.9%和11.5%.在20～30 cm土层中,棉花秸秆还田仅显著提高了团聚体速效钾含量,比对照提高了12.0%.棉花秸秆还田显著提高了0～5、5～10 cm土层>5和2～5 mm团聚体各养分贡献率及0.25～0.5 mm团聚体有机碳、碱解氮贡献率,显著降低了<0.25 mm微团聚体各养分贡献率.棉花秸秆还田能增加大团聚体百分含量,降低微团聚体百分含量;显著提高各粒径土壤团聚体中有机碳、碱解氮和速效钾的含量,对速效磷含量无显著影响;提高了大团聚体对土壤养分的贡献率,有利于土壤结构及其养分状况的改善和棉花籽棉、皮棉产量的提高.     

宁南山区植被恢复对土壤团聚体养分特征及微生物特性的影响

测定了宁夏黄土丘陵区植被恢复近30年的天然草地和农地不同粒径团聚体的土壤养分含量、微生物生物量、呼吸特性和生态化学计量比等指标,探索黄土丘陵区植被恢复对不同粒径土壤团聚体的养分特性和微生物学性质的影响.结果表明: 微团聚体(粒径<0.25 mm)质量百分比、各粒径土壤团聚体养分(有机碳、全氮、速效钾)含量、C/N均表现为天然草地大于农地,其中1～2 mm粒径团聚体有机碳、全氮含量在天然草地和农地中均最高,C/N也较高,说明植被恢复能有效促进土壤团粒的形成,适宜养分积累和有机碳的汇集,且在1～2 mm粒径团聚体上表现最为突出;天然草地各粒径土壤团聚体微生物生物量(碳、氮)、基础呼吸强度均高于农地,而呼吸熵低于农地,可见植被恢复措施可有效提高各粒径土壤微生物生物量与活性,并使土壤生境趋于稳定;但由于养分特性的差异,不同粒径团聚体微生物特性对植被修复的响应存在差异,其中天然草地土壤1～2 mm粒径团聚体微生物生物量碳,<0.25、0.25～1、1～2 mm粒径团聚体微生物生物量氮,以及1～2、>5 mm粒径团聚体基础呼吸强度显著高于其他粒径,即上述粒径团聚体的微生物生物量和微生物活性在植被恢复过程中逐渐被改善.表明宁南山区植被恢复有效改善了土壤团聚体的肥力状况与结构特征,且1～2 mm粒径团聚体的改良效果最为突出.     

不同施肥条件下秸秆碳在表层和深层土壤团聚体中的分配与固存

长期施肥引起表层和深层土壤水、热、养分和微生物活性的分异,进而影响秸秆碳在土壤中的分解和周转过程。本研究基于沈阳农业大学长期定位实验站,分别将不同施肥处理表层(0～20 cm)和深层(40～60 cm)土壤与¹³C标记秸秆混合进行田间试验,通过分析团聚体中有机碳含量和δ¹³C值,对比秸秆碳在表层和深层土壤团聚体中分配的差异,探讨施肥对秸秆碳在土壤团聚体中固定的影响。结果表明: 与施肥(包括单施氮肥和有机肥配施氮肥)处理相比,不施肥处理分别使表层土壤<0.053 mm和深层土壤>0.25 mm团聚体中秸秆碳含量增加了106.7%和34.2%;秸秆碳对深层土壤>0.053 mm团聚体有机碳的贡献率约为表层土壤的2.0倍;秸秆碳分配到表层土壤>0.25 mm和<0.25 mm团聚体的比例平均分别为22.6%和11.4%,分配到深层土壤的相应比例分别为29.4%和8.8%。总之,秸秆添加促进了深层土壤大团聚体碳源的更新和固存,提高了深层土壤的固碳潜力。     

长期施肥对水稻土有机碳分布及化学结合形态的影响

采用湖南省4个23年连续施肥的稻田长期定位试验,研究了施肥对湖南省水稻土有机碳分布及化学键合形态的影响。试验设不施肥(CK)、化肥(NPK)、中量有机肥(MOM)和高量有机肥(HOM)4个处理。结果表明:在所有施肥处理中,水稳性团聚体均以0.25～1mm和2～5mm粒径含量最高,分别达全土总量的18%～43%和13%～48%。中、高量有机肥处理显著增加了>1mm大团聚体含量以及有机碳在大团聚体中的分配,其中0.25～1mm和1～2mm粒径团聚体中有机碳含量均略高于其余粒径组。与不施肥比较,钙结合态有机碳(Ca-SOC)占总有机碳的比例在2%～4%左右且随有机肥施用呈下降趋势,而铁铝结合态有机碳Fe(Al)-SOC占总有机碳的18%～33%呈上升趋势。有机肥施用条件下,有机碳在大团聚体中的分布的增加、Fe(Al)-SOC的提升以及Ca-SOC的降低意味着土壤有机碳物理和化学保护作用的增强,有利于稻田土壤有机碳的积累,是有机肥施用条件下保持稻田土壤较高固碳速率的重要原因。