桂西北喀斯特土壤对生态系统退化的响应

在桂西北喀斯特地区选取玉米 红薯轮作地（KMS）、放牧+冬季火烧草地（KGB）、自然恢复地（KNR）和原生林地（KPF）4种典型生态系统,研究了土壤有机碳、全氮、全磷,微生物生物量碳、氮、磷和土壤结构对生态系统退化的响应.结果表明：KPF土壤有机碳、全氮、全磷和微生物生物量碳、氮、磷均极显著高于其他3种土壤;其他3种土壤中,有机碳和全氮为：KNR > KGB > KMS,但差异不显著;KMS土壤全磷含量（0.87g·kg^-1）分别是KNR和KGB的2.07和9.67倍 (P<0.01);KGB和KNR土壤微生物生物量碳、氮、磷含量均显著大于KMS;KGB中微生物生物量碳显著大于KNR,但二者间微生物生物量氮和磷含量差异不显著.说明减少人为干扰后喀斯特退化生态系统可以缓慢增加土壤有机碳含量,适当放牧和自然恢复都可以作为退化生态系统恢复的方式;土壤微生物生物量对生态系统的变化响应较灵敏,可以作为喀斯特地区土壤养分变化或生态系统退化的一个敏感指标.土壤结构以>0.25 mm水稳性大团聚体为主（>70%）(KMS除外,以2～0.25 mm团聚体为主),并以>2 mm团聚体为主;土壤结构破坏率KMS（51.62%）大于KGB（23.48%）,KNR和KPF较小（分别为9.09%和9.46%）.说明人为干扰或农业耕作破坏了土壤水稳性大团聚体,使其向小粒级转变,土壤结构破坏率增大.对喀斯特地区退化严重的生态系统应减少人为干扰,以自然恢复等保护性措施为主.     

干扰/利用方式对喀斯特石灰土团聚体分布及其碳氮含量的影响

基于长期控制实验,研究了干扰/利用方式(封育、砍伐、火烧,种植牧草和种植玉米等5种处理方式)对典型喀斯特地区石灰土团聚体分布及团聚体碳、氮含量的影响,结果发现:各干扰/利用方式土壤团聚体组成都以5和2~5 mm粒级为主,其中封育和砍伐地5 mm粒级团聚体含量显著高于其他3种方式,火烧和玉米地则在2 mm的4种小粒级团聚体含量呈现较高值;全土和团聚体中有机碳和总氮含量基本以封育最高,砍伐、火烧居中,而以牧草和玉米地最低;各干扰/利用方式下团聚体有机碳分布规律不同,随团聚体粒级减小,封育和砍伐地呈波浪形分布,玉米地呈倒"V"形分布,团聚体总氮分布较平稳,团聚体碳、氮在0.054~0.25 mm均呈现最低值;封育和砍伐处理的5 mm团聚体碳、氮占全土含量和贡献率显著高于其他3种处理,且各干扰/利用方式土壤团聚体碳、氮主要存在于5 mm和2~5 mm粒级(均为60%~82%),可将2 mm粒级团聚体作为喀斯特山区土壤碳、氮固持的特征团聚体。     

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%.     

马尾松人工林土壤和团聚体有机碳矿化对穿透雨减少的响应

为研究气候变化背景下降水格局对森林土壤碳排放机制的影响,在南亚热带马尾松人工林中模拟穿透雨减少50%,采用室内恒温培养法研究减水处理对土壤和不同粒级团聚体有机碳矿化的影响.结果表明: 1～2 mm团聚体有机碳累积矿化量高于其他粒级团聚体.干湿季减雨样地表层土壤含水量分别是对照样地的82.1%和82.7%,而其0.106～0.25 mm土壤团聚体质量分数分别比对照增加1.8%和4.2%.与对照相比,穿透雨减少显著降低了干季土壤和微团聚体易矿化碳库的矿化速率(k₁),增加了土壤和<1 mm团聚体难分解碳库的分解速率(k₂),但对土壤有机碳累积矿化量无显著影响.相关分析表明,土壤和微团聚体k₁呈显著正相关,土壤和0.25～1 mm团聚体k₂呈显著正相关.受团聚体结构、水分条件和土壤有机碳含量的影响,穿透雨减少对干季土壤易矿化和难分解有机碳的矿化分别起抑制和促进作用.     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的“分馏”特征, 揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制, 该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象, 利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法, 研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现, 黑土经过不同植被覆盖31年后, 长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加, 农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少, 且在裸地显著降低。3种处理中, 2-0.25 mm (含2 mm, 下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地>农田>裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加, 微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少, 说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成, 土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少, 有机碳含量均是微团聚体>大团聚体>粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集“分馏”作用很明显, 与农田和裸地相比, 长期草地植被覆盖处理>2 mm和2-0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2-0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高, 而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分, 来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中, 使土壤团聚结构显著改善, 农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低, 团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主, 稳定化程度更高。     

长期不同植被覆盖对黑土团聚体内有机碳组分的影响

为探究黑土团聚体内土壤有机碳(SOC)的"分馏"特征,揭示不同植被覆盖下土壤团聚体的固碳机制,该文以中国科学院海伦农业生态系统国家野外综合研究站内不同植被覆盖(草地、农田和裸地)长期定位实验的土样为研究对象,利用团聚体湿筛分组、有机碳物理和化学分组相结合的方法,研究了黑土团聚体及其内部的碳密度和腐殖质组分的碳分配特征。研究发现,黑土经过不同植被覆盖31年后,长期草地覆盖使土壤表层SOC、全氮(TN)含量显著增加,农田和无植被覆盖的裸地SOC含量减少,且在裸地显著降低。3种处理中, 2–0.25 mm (含2 mm,下同)粒级团聚体均为优粒级。土壤团聚体的稳定性顺序为草地农田裸地。草地覆盖使土壤大团聚体的比例和有机碳库增加,微团聚体和粉黏粒所占比例和碳库均减少,说明草地覆盖促进了土壤大团聚体形成,土壤固碳能力显著增强。而农田和裸地因外源碳投入少,有机碳含量均是微团聚体大团聚体粉黏粒, SOC主要分布在微团聚体中。不同植被覆盖处理对土壤团聚体内密度组分和腐殖质各组分碳的富集"分馏"作用很明显,与农田和裸地相比,长期草地植被覆盖处理2 mm和2–0.25 mm粒级团聚体中轻组碳含量富集的较多, 2–0.25 mm粒级团聚体中富里酸、胡敏酸和胡敏素的碳富集均最高,而农田和裸地促进了微团聚体内腐殖质碳的富集。草地覆盖显著增加了大团聚体内活性有机碳组分,来源于植物的碳首先进入到大粒径的团聚体中,使土壤团聚结构显著改善,农田和无植被覆盖的裸地土壤中轻组碳含量显著降低,团聚体内有机碳以重组碳和胡敏素为主,稳定化程度更高。     

岩溶槽谷区植被恢复对土壤团聚体有机碳及碳库管理指数的影响

为揭示岩溶槽谷区植被恢复对土壤结构、土壤有机碳积累和碳库管理水平的影响,该研究选取了弃耕地、林地和草地三种土地利用方式,测定0～20 cm土层土壤团聚体组成、土壤有机碳(SOC)、团聚体有机碳以及土壤易氧化有机碳(EOC)含量。结果表明:(1)与弃耕地相比,林地和草地土壤团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均重量直径(MGD)和2～5 mm团聚体含量显著增加,林地和草地土壤团聚体组成以2～5 mm为主,弃耕地以0.5～1 mm和0.25 mm为主,表明退耕还林还草能够促进土壤团聚体形成和稳定。(2)土壤团聚体有机碳含量呈现出林地草地弃耕地,随团聚体粒级增加而增加的趋势;林地和草地以2～5 mm团聚体有机碳贡献率最大,弃耕地则以0.25 mm团聚体贡献为主,表明弃耕地转变为林地和草地后,土壤SOC积累主要归功于2～5 mm有机碳含量的增加,以及团聚体由小粒径向大粒径转变。(3)与弃耕地比较,林地和草地土壤SOC、EOC含量和碳库管理指数(CPMI)均显著提高,其中土壤EOC含量和CPMI变化较为明显;土壤EOC可作为土壤碳库早期变化的有效指标,CPMI能够良好地表征植被恢复对土壤SOC和EOC的影响。     

云雾山草原区不同植被恢复阶段土壤团聚体活性有机碳分布特征

以宁夏云雾山草原自然保护区不同植被群落为研究对象,对0～20 cm土层土壤团聚体活性有机碳分布特征进行分析.结果表明:(1)不同植被群落土壤团聚体活性有机碳含量顺序为退耕草地<百里香群落<铁杆蒿群落<大针茅群落<长芒草群落,与退耕草地相比,封育草地各粒径团聚体活性有机碳含量均显著提高 (P<0.05),表明随着植被的恢复土壤团聚体活性有机碳含量提高并趋于稳定,土壤碳汇效应有可能增强.(2)植被恢复主要影响大团聚体(>0.25 mm)中活性有机碳含量,其中0.5～0.25 mm粒径团聚体中活性有机碳含量最高,微团聚体(<0.25 mm)中活性有机碳含量最低.(3)植被恢复前期(退耕草地-铁杆蒿群落)0～10 cm土层>0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量较10～20 cm土层有所增加,<0.5 mm粒径团聚体活性有机碳含量变化不大,恢复至后期到长芒草阶段时,0～10 cm土层<0.5 mm粒径团聚体中活性有机碳含量也开始提高, 各粒径0～10 cm土层团聚体活性有机碳含量均比10～20 cm土层有所提高.(4)相关性分析表明,土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著线性正相关关系(r=0.9394),团聚体活性有机碳含量可以作为衡量土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

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.     

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%。     

Effects of human disturbance on soil aggregates content and their organic C stability in Karst regions

Taking the primary forest land (PF), natural restoration land (NR), grazing grassland burned annually in winter (GB), and maize-sweet potato cropland (MS) in Karst regions of Northwest Guangxi as test objects, this paper studied the soil aggregates content and their organic C stability in the four ecosystems under different human disturbance patterns. The soil water-stable aggregates (>0.25 mm) content in PF, NR, and GB accounted for more than 70%, while that in MS was only 37%. The destruction rate of soil aggregates structure in the four ecosystems decreased in the sequence of MS (54.9%) > GB (23.2%) > NR (9.8%) and PF (9.6%), with significant differences among them (P<0.05). With increasing incubation time, the mineralization rate of soil aggregate organic C decreased after an initial increase and kept stable after 20 days, and increased with decreasing aggregate size. In the same size aggregates, the mineralization rate of organic C in the four ecosystems increased in the sequence of MS < GB and NR < PF. In PF, the mineralization ratio of soil organic C was 1.7% - 3.8%, being significantly higher than that in NR, GB, and MS. The cumulative mineralization amount of soil organic C had the same change trend with the mineralization rate. The contents of soil organic C and aggregate organic C were significantly positively correlated with the mineralization rate and cumulative mineralization amount of organic C, respectively, and significantly negatively correlated with the mineralization ratio of organic C.     

华北低丘山地不同土地利用方式下土壤团聚体及其有机碳分布特征

土地利用变化影响土壤团聚性及有机碳分布,进而改变土壤碳循环过程。对太行山南部50年刺槐人工林（R50）、17年刺槐人工林（R17）、自然恢复林（NR）和农田（CL）等不同土地利用方式下的表层土壤（0-20 cm）进行了系统研究,利用湿筛法对土壤团聚体进行分级,并计算土壤结构稳定性参数（平均重量直径MWD,团聚体比例AR）及不同粒径团聚体有机碳贡献率,进而分析弃耕后土壤团聚体分布及团聚体有机碳含量变化。结果表明,土地利用方式对土壤团聚体粒径分布及团聚体有机碳含量有显著影响,自然恢复林与刺槐林的大团聚体（>0.25 mm）含量都高于农田,且自然恢复林的大团聚体增加更显著。MWD的计算结果表明：自然恢复林 > 刺槐人工林 > 农田,说明该区域的自然恢复方式更容易促进大团聚体的形成,并显著改良土壤结构及增强土壤团聚体稳定性。弃耕后,不同土地利用方式0-10 cm土层各粒径团聚体有机碳含量均高于农田,且团聚体有机碳含量与团聚体稳定性呈正相关。这些结果说明,研究区域的自然植被恢复和人工造林都可以显著提高土壤的固碳能力,且储存的有机碳主要存于大团聚体中,而农田的有机碳大都存于粘粒+粉粒团聚体中。自然植被恢复和人工造林均提高了土壤结构稳定性,是改善团粒结构、提高土壤质量的有效方式。     

晋西黄土区退耕还林22年后林地土壤物理性质的变化

退耕还林林地土壤物理性质的变化,是评价退耕还林措施及其生态效益的重要内容之一。选取晋西黄土区退耕22年后形成的3种典型乔木林分,包括自然恢复的辽东栎林、油松刺槐人工混交林和刺槐人工纯林,并以耕地作为对照,通过外业调查和采样分析,从深度和程度两方面研究了退耕还林对土壤容重、土壤总孔隙度和毛管孔隙度等物理性质的影响,结果表明:(1)就土壤容重而言,自然恢复林80 cm以上土层较耕地有显著变化(P0.05),平均降低了28.78%,变化程度最大的在10—20 cm土层;人工林较耕地显著变化发生在60 cm以上土层,混交林和纯林分别降低了10.58%和8.34%,变化程度最大的土层为20—40 cm;(2)3种退耕林地土壤总孔隙度在80 cm以上较耕地发生显著增加(P0.05),增加程度表现为自然恢复林(35.53%)混交林(15.04%)纯林(13.68%),20—40 cm土层变化程度最大;(3)土壤毛管孔隙度自然恢复林、混交林和纯林分别达到耕地的1.36,1.13和1.12倍,自然恢复林和人工林显著变化土层分别为80 cm和60 cm以上,变化程度最大的均为40—60 cm处;(4)土壤有机质和粘粒含量对土壤理化性质影响显著。对于土壤容重、总孔隙度和毛管孔隙度的变化,有机质的增加可解释31%以上,而粘粒含量的解释度则达到44%—51%,均为极显著水平(P0.01)。自然恢复林对于土壤物理性质影响程度和影响土层深度都大于人工林。     

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。     

套种对南方红壤坡耕地经济果园土壤团聚体分布及稳定性的影响

为研究红壤丘岗区经济果园套种模式对新改坡耕地土壤团聚体分布及稳定性的影响,以坡度约12°、坡长18 m、宽度1.5 m的12个猕猴桃种植试验小区为对象,设计连续3年套种紫薯(PSP)、毛叶苕子(HV)、荒草(W)3种模式,以无植被覆盖裸地(CK)为对照,测定不同坡位0～15 cm表层土壤团聚体指标。结果表明:套种处理的土壤水稳定性团聚体(WR_>0.25)数量和大小均有不同程度增大趋势,其增幅顺序为PSP>HV>W>CK。土壤团聚体结构破坏率(PAD)和分形维数(D)的顺序为CK>W>HV>PSP,表明套种紫薯坡地土壤团聚体的稳定性最好,毛叶苕子次之。沿顺坡方向,所有处理WR_>0.25含量、团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均呈减小趋势,而PAD和D呈逐渐增大趋势,表明新改坡耕地土壤的结构性沿坡长方向呈现变差的趋势。D与MWD、GMD、>0.25 mm团聚体含量均呈显著负相关。套种能够增加丘岗坡地经济果园土壤团聚体数量和大小,改善土壤团粒结构,提高土壤质量。     

黄土高原天然次生林植被演替过程中土壤团聚体有机碳动态变化

土壤团聚体物理保护是促进有机碳积累主要机制之一。以黄土高原子午岭林区天然次生林植被演替群落为对象,研究从农田、草地（白羊草,Bothriochloa ischaemum）、灌木林（沙棘,Hippophae rhamnoides）、先锋林（山杨,Populus davidiana）到顶级林（辽东栎,Quercus liaotungensis）5个植被演替阶段0-20 cm土壤团聚体稳定性和团聚体有机碳的动态变化,并分析团聚体有机碳的影响因素。结果表明：土壤团聚体稳定性随着植被演替显著提高（P<0.05）,顶级林的团聚体稳定性最高;土壤有机碳含量和各粒径土壤团聚体（> 2 mm、2-0.25 mm、0.25-0.053 mm、<0.053 mm）有机碳含量均随着植被演替而增加。除草地0.25-0.053 mm团聚体有机碳含量最高外,其他演替阶段均为0.25-2 mm粒径最高。根系生物量、凋落物生物量、微生物生物量碳、团聚体稳定性均与团聚体有机碳含量呈显著正相关关系（P<0.05）。总体而言,长期植被演替有助于团聚体稳定性和团聚体有机碳累积。     

喀斯特山区土地利用对土壤团聚体有机碳和活性有机碳特征的影响

通过选取喀斯特山区火龙果园、草丛、花椒林、乔木林和灌草丛为研究对象,对其土壤团聚有机碳和团聚体活性有机碳分布与积累特征进行研究,结果表明:各土地利用方式下的团聚体组成均以＞0.5 mm团聚体为主,其含量可占团聚体总量的82.57％-94.79％;各粒级团聚体中有机碳和活性有机碳的含量均以乔木林最高,花椒林和火龙果园相对居中,而以草丛和灌草丛较低,随土壤团聚体粒径降低,有机碳和活性有机碳的峰值基本出现在＜0.25 mm粒级团聚体,但该粒径对土壤有机碳和活性有机碳的贡献率却不足6％和4％;土壤有机碳和活性有机碳的累积均受5-1 mm团聚体中有机碳和活性有机碳含量增加的影响,该粒级团聚体对有机碳和活性有机碳的贡献率也分别达28.70％-49.47％和34.13％-47.47％,可将5-1 mm粒径团聚体作为喀斯特山区的土壤有机碳固定的特征团聚体;土壤团聚体活性有机碳含量与土壤团聚体总有机碳含量呈极显著正相关关系(r=O.8768),表明团聚体活性有机碳可以作为衡量喀斯特山区土壤团聚体有机碳动态的一个敏感性指标.     

Effects of land use and environmental factors on the variability of soil quality indicators in hilly Loess Plateau region of China

Classical statistics methods were adopted to analyze the soil quality variability, its affecting factors, and affecting degree at a regional scale (700 km2) in the central part of hilly Loess Plateau region of China. There existed great differences in the variability of test soil quality indicators. Soil pH, structural coefficient, silt content, specific gravity, bulk density, total porosity, capillary porosity, and catalase activity were the indicators with weak variability; soil nutrients (N, P, and K) contents, CaCO3 content, cation exchange capacity (CEC), clay content, micro-aggregate mean mass diameter, aggregate mean mass diameter, water-stable aggregates, respiration rate, microbial quotient, invertase and phosphatase activities, respiratory quotient, and microbial carbon and nitrogen showed medium variation; while soil labile organic carbon and phosphorus contents, erosion-resistance, permeability coefficient, and urease activity were the indicators with strong variability. The variability of soil CaCO3, total P and K, CEC, texture, and specific gravity, etc. was correlated with topography and other environmental factors, while the variability of dynamic soil quality indicators, including soil organic matter content, nitrogen content, water-stable aggregates, permeability, microbial biomass carbon and nitrogen, enzyme activities, and respiration rate, was mainly correlated with land use type. Overall, land use pattern explained 97% of the variability of soil quality indicators in the region. It was suggested that in the evaluation of soil quality in hilly Loess Plateau region, land use type and environmental factors should be fully considered.     

Addition of HPMA affects seed germination, plant growth and properties of heavy saline-alkali soil in northeastern China: comparison with other agents and determination of the mechanism

China has a large area of inland saline-alkali land, equivalent to 40% of the total cultivated land in the country. The principal features of these lands are high salt content, high pH, and poor soil structure with low water infiltration and poor drainage. These conditions effectively prevent the exploitation of such land for agriculture. In this study, we have compared 17 soil conditioning agents for their abilities to promote seed germination and growth under both laboratory and field conditions. One of these, Hydrolyzed Polymaleic Anhydride (HPMA), was identified as a highly effective agent for soil improvement. Laboratory germination experiments and laboratory and field cultivation of a variety of plants both showed that addition of HPMA could significantly increase the germination percentage and plant growth rate. Distinct from other Ca-carrier agents such as gypsum, HPMA increases the dissolution of CaCO₃, which is abundant in the calcareous saline-alkali soils. This allows Ca²⁺ in soil solution to displace the over-abundant Na⁺ in the soil colloids. This process greatly improves soil properties such as the bulk density, which decreased, and the capillary soil rise height of water and soil water infiltration rate, which increased. Direct SEM and AFM imagery showed flocculent soil precipitation (soil aggregates) after HPMA addition, and a looser structure of those aggregates. The addition of HPMA also reduced the soil pH and EC. These changes in soil chemical and physical properties are a likely explanation for the soil improvement effected by HPMA. The high content of insoluble CaCO₃ in saline-alkali land such as that in northeastern China (up to 13%) favors the further exploration of HPMA as an ameliorative agent.