降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响试验研究

东北黑土区上坡汇流对坡面土壤侵蚀有重要影响,因此辨析降雨和汇流对黑土区坡面土壤侵蚀的影响对农田土壤侵蚀防治有重要意义。通过设计不同降雨强度和汇流速率以及二者组合的模拟降雨及上方汇流试验,分析了降雨和汇流对黑土坡面侵蚀的影响及其贡献。试验处理包括两个降雨强度(50 mm/h和100 mm/h)、两个汇流速率(50 mm/h和100 mm/h,即:10 L/min和20 L/min)、以及4种不同降雨强度和汇流速率的组合((50+50)mm/h、(50+100)mm/h、(100+50)mm/h和(100+100)mm/h)。结果表明,在50 mm/h和100 mm/h上方汇流引起的坡面侵蚀量仅分别是50 mm/h和100 mm/h降雨引起坡面侵蚀量的1.9%和0.6%;当降雨强度和坡上方汇流速率分别由50 mm/h增加至100 mm/h时,降雨试验处理下的坡面侵蚀量增加6.1倍,汇流试验处理下的坡面侵蚀量增加3.2倍,说明降雨对坡面土壤侵蚀的影响显著大于汇流的作用。在降雨和汇流组合试验中,总供水强度(降雨强度+汇流速率)为150 mm/h时,降雨强度为100 mm/h和汇流速率为50 mm/h组合试验的坡面侵蚀量是降雨强度为50 mm/h和汇流速率为100 mm/h组合试验坡面侵蚀量的7.9倍。在相同汇流条件下,降雨强度由50 mm/h增加到100 mm/h时,降雨强度的增加对坡面侵蚀量的贡献率为89.6%-99.5%;而在相同降雨条件下,坡面汇流速率由50 mm/h增加100 mm/h时,汇流速率的增加对坡面侵蚀量的贡献率为17.2%-78.7%,说明在东北黑土区防治坡面汇流对坡面土壤侵蚀影响也尤为重要。     

秸秆还田对耕作黑土中小型土壤动物群落的影响

为了考察秸秆还田对耕作黑土中土壤动物群落结构的影响,2009年到2011年在黑龙江省海伦市进行了定点实验,调查了样地A(17kg秸秆+含高浓度催腐剂还田)、样地B(8.5kg秸秆+含低浓度催腐剂还田)、样地C(对照样地),样地D(8.5kg秸秆还田),样地E(17kg秸秆还田)的中小型土壤动物群落结构。共获取中小型土壤动物21779只,分别隶属于58个类群。其中,甲螨亚目、姬跳虫科、棘跳虫科与驼跳科4个类群土壤动物在本地区是最适应环境变化的土壤动物类群。土壤动物群落结构分析表明,对照样地C中土壤动物密度最高(46591.67只/m~2),土壤动物类群最多(17.17),土壤动物优势度指数最大(0.37),样地D中土壤动物丰富度指数最多(2.63),样地A中土壤动物多样性指数最高(1.72),样地B中土壤动物均匀性最高(0.64)。同时,各样地土壤动物基本都具有表聚性,样地A中土壤动物更趋于生存于上层土壤。综合比较分析表明,样地A秸秆还田方式相对来说最利于土壤动物生存。主成分分析表明,不同秸秆还田方式对土壤动物密度、甲螨亚目动物类群、节跳虫科类群、前气门亚目类群影响较大,是耕作黑土中对秸秆还田方式反应敏感的土壤动物指标,今后可以作为考察耕作黑土秸秆还田肥力效应的评价指标。另外,CAA分析表明:受土壤环境因子影响较大的土壤动物类群多为研究区域内优势类群与常见类群,土壤动物的密度与土壤中有机质、有机碳、碳氮比与全磷的含量关系最为密切。     

近红外光谱分析法测定东北黑土有机碳和全氮含量

以我国东北黑土为研究对象,分析了2004—2005年采集的136个土壤样品在3699～12000cm-1范围的近红外光谱,利用偏最小二乘法建立了原始光谱吸光度与土壤有机碳、全氮和碳氮比之间的定量分析模型.结果表明:土壤有机碳和全氮的模型拟合效果良好,决定系数R2分别为0.92和0.91(P0.001),相对分析误差RPD分别为3.45和3.36,利用该模型对验证样本土壤有机碳和全氮的预测值与实测值之间的相关系数分别为0.94和0.93(P0.001),表明可以用近红外光谱分析法对黑土有机碳和全氮含量进行测定.但是利用近红外光谱分析法对土壤碳氮比的预测并不理想,虽然验证样本集黑土碳氮比模型预测值与实测值呈显著相关(r=0.74,P0.001),但是校正模型的R2为0.61,RPD仅为1.61,建立的模型不能对黑土碳氮比做出合理的估测.     

黑土微生物呼吸及群落功能多样性对温度的响应

采用室内培养法,研究了梨树(43°20′N,124°28′E)、德惠(44°12′N,125°33′E)、海伦(47°26′N,126°38′E)和北安(48°17′N,127°15′E)黑土在4℃、15℃和28℃培养条件下的土壤微生物呼吸及Biolog代谢功能多样性.呼吸试验结果表明:尽管土壤微生物呼吸速率在不同培养温度下均表现为北安海伦德惠梨树,但呼吸温度敏感性(Q10值)却随培养温度不同而产生分异,在4℃到15℃变化区间,梨树、德惠、海伦和北安土壤的Q10平均值分别为2.72、3.26、3.21和3.74,而在15℃到28℃变化区间,Q10平均值分别为3.29、2.36、2.11和1.79.不同样点土壤微生物呼吸熵(qCO2)也随培养温度不同而不同,qCO2值在28℃条件下为梨树德惠北安海伦,在15℃条件下为北安德惠海伦梨树,而在4℃条件下样点间变化不大.Biolog试验结果表明:在4℃条件下,微生物群落底物利用碳源数和代谢Shannon指数以海伦和北安黑土较高,而在15℃和28℃条件下,则以梨树和德惠黑土较高.主成分分析表明,海伦与北安、德惠与梨树之间的微生物群落代谢功能相似性较高.综上,不同纬度黑土微生物呼吸特征及群落功能多样性存在差异,高纬度黑土对低温变化敏感,而低纬度黑土对高温变化敏感.     

基于同步辐射显微CT研究冻融循环对黑土团聚体结构特征的影响

在我国东北地区,土壤不同程度的受到季节性冻融的影响。冻融作用会改变土壤微观结构,团聚体作为土壤结构的基本单元,其结构特征的改变反映了冻融作用对土壤微观结构的影响。同步辐射显微CT可以无损获取高分辨率、强对比度的内部结构图像,是研究土壤团聚体三维微结构的有效手段。采集了室内冻融循环试验下不同冻融循环次数的土壤团聚体样品,应用同步辐射显微CT扫描获取了3.25μm分辨率的团聚体内部结构图像,然后应用CT图像处理方法和Image J软件观察并定量分析了团聚体微结构特征。结果表明:随着冻融循环次数的增加,土壤孔隙度不断增大,瘦长型孔隙度占比与100μm的非毛管孔隙度不断增大;当冻融循环次数达到7次以上,团聚体孔隙连通度随冻融循环次数的增加而变大。冻融循环对黑土团聚体孔隙度、孔隙形状、孔隙分级、连通性等结构特征影响显著。该研究为春季解冻期土壤侵蚀机理的研究及水土流失的防治提供理论依据。     

不同植被覆盖对黑土微生物功能多样性的影响

为探讨黑土开垦前后土壤微生物代谢功能多样性差异,在海伦农业生态试验站长期定位试验区,采用Biolog方法研究了不同季节草地、农田和裸地等3个利用时间相同(21年)的生态系统土壤微生物功能多样性的动态变化.结果表明:在春季和夏季,土壤微生物平均颜色变化率(AWCD)和Shannon多样性指数均表现为草地最高,农田次之,裸地最低;在草地和农田生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化趋势均为夏季升高,秋季降低;在裸地生态系统中,土壤微生物代谢活性和功能多样性随季节变化呈逐渐升高趋势;在草地、农田和裸地生态系统中,土壤微生物群落利用率较高的3类碳源是糖类、氨基酸类和羧酸类.     

不同施肥与耕作处理对黑土POM-C的影响研究

土壤有机质 (ＳＯＭ )在自然和管理生态系统中 ,都是植物生产的一种重要无机营养来源。为了解管理系统中ＳＯＭ的动态 ,定量测定ＳＯＭ组分是特别重要的 ,尤其是测定微粒有机质 (ＰＯＭ )意义很大。Ｃａｍｂａｒｄｅｌｌａ等[4 ] 认为 ,ＰＯＭ是指相对新的 ,在化学上对微生物有吸引力的物质 ,代表很大比例的“慢”分解有机碳库 ,并对管理措施有非常迅速的反应。因此 ,许多研究人员建议把ＰＯＭ作为评价农业措施对土壤肥力和土壤质量影响的一个指标[5～ 7] 。东北平原有 4 5 0× 10 6 ｈａ黑土农田 ,是我国主要的粮食生产基地。然而 ,长期不…     

典型黑土区不同水土保持林表层土壤磷素形态及有效性

以典型黑土区人工营造的落叶松林、水曲柳林、樟子松林和美青杨林表层土壤(0~10 cm)为对象,研究不同类型水土保持林土壤磷素的形态和有效性.结果表明:水曲柳林和美青杨林土壤全磷、速效磷和磷各组分含量均显著高于落叶松林和樟子松林;4种林地土壤磷主要以有机磷形式存在,并且中活性有机磷NaOH-Po含量最高,占土壤磷素总量的58.9%;对植物有效性相对较高的H2O-Pi和NaHCO3-P含量较低,分别占土壤磷素总量的1.2%和6.6%;除NaHCO3-Po外,土壤中不同磷素形态之间以及磷各组分与土壤有机质、全磷和有效磷之间具有显著相关关系.表明研究区内阔叶林比针叶林能够显著地提高土壤磷的有效性.     

黑土稻田CH4与N2O排放及减排措施研究

通过对黑土稻田CH₄和N₂O排放的观测,发现水稻生长季CH₄和N₂O排放量低于全国其它地区稻田CH₄和N₂O排放之间存在互为消长关系(r=-0．513,P<0．05),但在同样施肥水平条件下,间歇灌溉与长期淹灌相比,CH₄排放明显减少而N₂O略有增加,其相对综合温室效应被大大减少且水稻产量未受影响。为此,间歇灌溉可作为减少稻田温室气体排放的水分管理措施。另外,通过对CH₄和N₂O排放的相关微生物过程探讨,揭示产甲烷菌数与CH4排放问呈显著性正相关(R²=0．82,P<0．05),硝化菌数和反硝化菌数与N2O排放有重要关系。