耕作方式和秸秆还田对华北地区农田土壤水稳性团聚体分布及稳定性的影响

本研究基于10年耕作措施的定位试验,利用湿筛法研究了不同耕作措施和秸秆还田条件下农田土壤水稳性团聚体的分布规律,并利用平均重量直径（MWD）和几何平均直径（GMD）评价了不同处理水稳性团聚体的稳定性。研究结果表明,不同耕作措施处理的水稳性团聚体在0~10cm,10~20cm和20~30cm土层表现出不同的分布趋势,随着土层的加深,各处理水稳定团聚体的分布呈粒径逐渐减小、分布范围逐渐扩大趋势,0~10cm土层的水稳性团聚体多集中于2~5mm粒径范围,10~20cm土层水稳性团聚体多集中在0.5~5mm粒径范围,以0.5~1mm最多,而20~30mm,则广泛分布在0.25~5mm粒径范围。通过MWD和GMD值可以看出,免耕、耙耕和旋耕措施更能有效地保护表层（0~10cm）土壤水稳定团聚体的稳定性,常规耕作和深松处理则显著降低了20~30cm水稳性团聚体稳定性。秸秆还田显著增加了土壤有机碳（SOC）含量,且显著影响了土壤表层水稳性团聚体的稳定性。作用力分析结果表明,在0~10cm表层,秸秆作用在土壤表层显著影响了水稳定大团聚体的数量及其稳定性（P<0.001）,多元回归分析说明其与土壤有机碳含量达到了极显著水平（P<0.01）,且同时也受到来自耕作和秸秆交互效应的影响（P<0.01）;但在10~20cm土层,影响其数量分布的主要因素是不同的耕作措施及耕作和秸秆的交互效应（P<0.001）;而在20~30cm,耕作措施、秸秆和两者的交互效应共同对水稳性大团聚体数量产生重要的影响,但主要作用力来自耕作措施（P<0.001）和两者的交互效应（P<0.001）。免耕秸秆还田措施能显著提高土壤的水稳性团聚体的比例和稳定性。     

生物炭对塿土水热特性及团聚体稳定性的影响

试验设生物炭用量为0 (B₀)、20 (B₂₀)、40 (B₄₀)、60 (B₆₀)、80 (B₈₀) t·hm^-2 5个处理,研究了施用果树树干、枝条生物炭2年后,对塿土容重、含水率、土壤温度和团聚体稳定性及其分布的影响.结果表明： 在0～30 cm土层,施炭处理与B₀相比,土壤容重显著降低7.7%～10.9%;土壤含水率显著增加10.0%～13.4%;施用40～60 t·hm^-2生物炭可以缓冲土壤的温度变化,提高土壤的保温性能;大于0.25 mm的水稳性团聚体（WR_0.25）显著增加30.3%;平均质量直径（MWD）在干筛、湿筛条件下分别显著增加15.2%和31.6%;团聚体破坏率（PAD）和不稳定团粒指数（E_LT）分别显著降低19.1%和17.5%.说明生物炭的施用明显改善了塿土的水热特性,提高了团聚体的含量和稳定性;其施用量为40～60 t·hm^-2时综合表现较优.     

土壤水稳定性测试装置的设计

我国水土流失非常严重, 土壤团聚体的水稳定性与水土流失有密切的关系, 团聚体的水稳定性也是评价土壤物理性能的重要指标。通常采用湿筛法对土壤团聚体的水稳定性进行测定, 根据湿筛法原理设计了一种用于在实验室内对土壤进行水稳定性测试的试验装置。土壤水稳定性测试装置是用来测试土壤结构在水冲刷下的抗破坏能力。该装置有以下特点: 一、土壤杯的筛底可以更换不同目数的筛网。二、土壤杯上下往复运动的行程可以改变, 行程范围是:0-13 mm。三、土壤杯往复运动的频率可以改变。频率范围是: 每分钟25-48 次。四、结构紧凑、易操作。     

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。     

不同施氮量对麦田土壤水稳性团聚体和N2O排放的影响

过量施氮可破坏农田土壤结构,增加温室气体排放量。为揭示不同施氮量对土壤团聚体和N₂O排放的影响,于2018—2020年基于氮肥定位试验,设置秸秆原位还田条件下施氮 0 (N₀)、120 (N₁₂₀)、180 (N₁₈₀)、240 (N₂₄₀)、300 (N₃₀₀)、360 kg·hm^-2 (N₃₆₀) 6个处理,研究不同施氮量对麦田土壤N₂O排放、土壤充水孔隙度(WFPS)、土壤温度、硝态氮、铵态氮含量、水稳性团聚体的组成及稳定性的影响。结果表明: 土壤N₂O排放量与氮肥用量之间呈显著正相关关系,WFPS与施氮量之间无显著相关关系,0~10 cm土壤温度随氮肥施用量的增加而显著降低,土壤硝态氮、铵态氮含量与氮肥施用量间存在显著正相关关系。随氮肥施用量的增加,直径>2 mm的水稳性团聚体含量降低,直径<0.5 mm的水稳性团聚体含量增加,土壤水稳性团聚体的粒径也逐渐减小。氮肥施用量与团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径之间呈显著负相关关系,但与分形维数之间并无显著相关性。MWD (x)与N₂O排放通量(y)之间的拟合方程为:y=3928.3e^-2.171x (R²=0.55,P<0.001),表明当MWD减小时,N₂O排放量将会剧烈升高。可见,麦田施氮量的增加会降低0~10 cm土壤温度,增加土壤硝态氮和铵态氮含量,减小耕层土壤水稳性团聚体的平均粒径,降低团聚体的稳定性,增加N₂O的排放量。     

不同施肥模式对潮土有机碳组分及团聚体稳定性的影响

作为土壤质量的重要指标,土壤有机碳及其组分在土壤许多物理、化学和生物特性中发挥着重要作用。在田间条件下,通过对7种肥料结构组合处理下的土壤进行采样和分析,系统地研究和比较了不同养分模式对华北平原潮土土壤有机碳组分和土壤团聚体稳定性的影响。结果表明。与单施化肥处理（NPK）比较,NPK＋S和NPK＋M处理显著增加土壤耕作层（0～20cm）的总有机碳（TOC）和总氮（TN）含量。PK和CK处理的土壤TOC和TN较试验前土壤皆有明显下降。有机无机肥配施,明显增加土壤易氧化有机碳（EOC）、颗粒有机碳（POC）、轻组有机碳（LFOC）和水溶性有机碳（WSOC）。特别是与NPK处理相比较,NPK＋M处理的土壤EOC、POC、LFOC和WSOC含量分别增加23．8％、39．9％、42．5％和32．1％。土壤耕作层中微生物生物量碳（MBC）和可矿化碳（MNC）以有机无机肥配施为最高,NPK处理次之,PK处理和CK最小。有机无机肥配施处理还明显增加了土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量,并降低了土壤粘粒分散率（CDR）。相关分析表明,土壤〉250μm水稳性团聚体（WSA）含量与所测定的有机碳组分含量皆呈明显正相关,特别是POC、LFOC和MBC与WSA达到极显著相关．相关系数分别为0.89、0.81和0,78;CDR与TOC、POC和LFOC皆呈显著负相关,相关系数分别为-0．70、-0．78和-0．73。     

黄河三角洲稻田退耕还湿对土壤团聚体组成及稳定性的影响

土壤团聚体组成及稳定性是衡量土壤质量的重要指标,土地利用方式的转变会对其产生不同程度的影响。本研究以黄河三角洲不同退耕年限土地(退耕2年和15年)为对象,以退耕前土地(稻田)和未开垦的自然湿地为对照,分析退耕前后土壤理化性质和土壤团聚体组成及稳定性的变化。结果表明：稻田退耕后土壤(0～40 cm)含水量、总有机碳、溶解性有机碳和全磷整体上呈现随退耕年限延长而增加的趋势,而土壤pH和容重呈下降趋势,但黏粒含量、电导率和全氮含量无明显变化。随退耕年限延长,土壤大团聚体含量整体上呈增加趋势,而小团聚体含量呈减少趋势。表层土壤(0～10 cm)团聚体稳定性随退耕年限延长而增加,退耕15年后,团聚体几何平均直径和平均重量直径较退耕前增加了8.9%和40.4%,而>0.25 mm团聚体质量分数则减少了10.5%;退耕对下层土壤(10～40 cm)团聚体的影响不明显。综上,黄河三角洲退耕还湿对改善土壤结构、提升团聚体稳定性起到积极作用。     

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。     

粉垄耕作对赤红壤团聚体粒级分布和稳定性的影响

耕作对土壤质量和作物产量具有重要影响.为探明粉垄耕作对土壤理化性质、团聚体粒级分布和稳定性的影响,以甘蔗为供试作物,对常规旋耕(XG)、深翻旋耕(SF)、粉垄20 cm (FL20)和粉垄40 cm (FL40)4种耕作方式下土壤团聚体稳定性各指标进行分析.结果 表明:甘蔗周年种植后,各耕作处理土壤肥力有所下降,其中F...     

灌溉对土壤盐分的影响及微咸水利用的模拟研究

在土地利用分析模型PS123的基础上,以土壤盐分主要影响作物水分吸收为突破口,将盐分对作物生长的影响结合到模型中,以使模型更加适合于盐渍化土地和微咸水灌溉的使用。并运用田间试验对模型进行了验证,模拟结果较好。利用模型对微咸水不同的灌溉方案对土壤盐分的影响进行分析,提出了合理的灌溉方案。盐渍化地区地下水位埋深应控制在2．0～2．5m以下,微咸水灌溉宜采用少次多量的措施进行较大定额灌溉,且不能连续灌溉。     

基于移动窗口法的中国东北地区景观格局

基于GIS技术,利用移动窗口法,对2006年中国东北地区景观格局特征及其与水分梯度、热量梯度、海拔因子和人为干扰因子的相关关系进行了研究.结果表明：2006年,中国东北地区林地景观所占比例最大,为61.69%,耕地次之,占25.11%;中国东北地区的景观多样性具有圈层结构的特点,为破碎化程度较高的敏感区域提供了缓冲区间,使不良的生态后果可以控制在一定区域内;研究区景观格局指数与水分梯度、热量梯度的相关系数均在0.4以下,与海拔因子的相关系数在0.07以下,相关性不高说明研究区景观格局的异质性不是由单一的自然因素所决定.     

高浓度臭氧对蒙古栎叶片酚类物质含量和总抗氧化能力的影响

采用开顶箱(OTC)法,研究了高浓度臭氧(80±8 nmol·mol^-1)熏蒸处理对蒙古栎叶片 中总酚、类黄酮、单宁及丙二醛(MDA)含量的影响,使用1,1-二苯基苦基苯肼(DPPH) 法测定了蒙古栎叶片的总抗氧化能力.结果表明:蒙古栎叶片中总酚、类黄酮、缩合单宁和MDA的含量都有所增加,其中总酚和缩合单宁含量分别增加了48.17%和26.77%,差异显著（P<0.05）;类黄酮和MDA含量分别增加了24.66%和5.26%,差异不显著(P＞0.05);蒙古栎叶片总抗氧化能力显著增强(P<0.05),且与叶片中总酚和缩合单宁含量呈显著的正相关关系.     

凋落物添加条件下咸水灌溉对风沙土CO2排放及化学性质的影响

沙拐枣作为塔克拉玛干沙漠公路防护林主要优势物种之一,其凋落物在该区域的碳循环过程中具有重要作用。采用室内培养试验测定了沙拐枣凋落物添加后,在25%、50%、75%、100%田间持水量的咸水(SW)和淡水(FW)灌溉条件下,风沙土CO₂排放、土壤有机碳(SOC)、可溶性有机碳(DOC)、pH和电导率(EC)的动态变化。结果表明: 咸水灌溉对土壤CO₂排放具有抑制作用,在4种土壤含水量处理下,淡水灌溉比咸水灌溉的CO₂累积排放量增加1.9%～29.1%;土壤CO₂累积排放量随土壤含水量的增加而升高;在沙拐枣凋落物添加条件下,SOC在前期迅速下降,但后期所有处理SOC均逐渐升高后趋于稳定;培养结束时,各处理DOC含量比培养前提高了41.3%～92.4%;在培养结束时各处理与培养前相比pH升高了0.20～0.35;EC随土壤含水量的增加而升高,培养结束时在4种含水量条件下,咸水灌溉下EC比培养前增加了0.11～0.79 mS·cm^-1,而淡水灌溉下EC比培养前有增有减。土壤CO₂累积排放量与SOC、DOC、pH呈显著正相关,但与土壤含水量相关性不显著。凋落物添加条件下咸水灌溉以及较低的含水量条件均能抑制风沙土CO₂的排放,EC受灌溉水质和土壤含水量的影响较大。     

滴灌与沟灌栽培杨树人工林土壤水分动态与生产力

在北京大兴区永定河故道沙地上对9年生杨树人工林进行滴灌和沟灌栽培,于根系主要分布土层(20、40、60、80 cm)布设土壤水分传感器并利用智能采集器实时监测土壤含水率,分析不同灌溉措施下的土壤水分动态变化及杨树人工林生产力。结果表明: 单次有效的滴灌和沟灌后,沿树行形成的湿润体垂直深度分别为72和143 cm,湿润体横切面的面积分别为0.41和2.71 m²;灌溉量分别为79.20和776.47 m³·hm^-2,后者为前者的9.8倍,灌溉后杨树吸收根主要分布土层(0～40 cm)的土壤含水率下降到水分轻度亏缺临界值(土壤含水率为田间持水量的70%)的历时均为11 d左右。2019年4—10月,沟灌5、7、9月3次总灌溉量为2329.41 m³·hm^-2;滴灌18次,总灌溉量为1425.60 m³·hm^-2。沟灌下杨树人工林土壤水分中度亏缺(土壤含水率低于田间持水量的60%)累计天数达109 d,而滴灌下的杨树人工林土壤水分始终未发生中度亏缺。滴灌下杨树人工林蓄积年生长量为38.92 m³·hm^-2,是沟灌(25.43 m³·hm^-2)的1.5倍,表明不同灌溉措施下杨树人工林生产力差异显著。     

水平沟耕作对土壤水分动态及水分利用率的调节

分析了水平沟耕作条件下土壤水分动态、水分利用、水分收支平衡,认为水平沟增产的主要作用是减少了坡耕地表径流量而增加了土壤蓄水量。     

黑土团聚体结合碳对不同有机肥施用量的响应

以连续11年化肥配施不同剂量有机肥的黑土为研究对象,采用团聚体分组与闭蓄态微团聚体分离技术,研究土壤团聚体及其内部组分有机碳对不同有机肥施用量的响应,以期从团聚体尺度揭示黑土有机碳的物理稳定性机制。试验设置4个处理:OM0,仅施化肥;OM1,低量有机肥(7.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM2,中量有机肥(15 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥;OM3,高量有机肥(22.5 Mg hm~(-2) a~(-1))+化肥,各处理化肥用量相同。结果显示,与单施化肥相比,有机培肥处理土壤有机碳水平均有显著提升,低量、中量和高量有机肥处理分别提高了7.1%、12.4%和15.7%。有机培肥促进了土壤的团聚化作用,随着有机肥施用量的增加,250—2000μm团聚体含量增加,粉粘粒含量降低,土壤团聚体的稳定性增强,但与中量有机肥相比,高量有机肥输入对土壤团聚化的作用并不明显。有机培肥加速了土壤大团聚体的周转,大团聚体周转速率随着有机肥施用量的增加而加快。有机肥输入并未影响粉黏粒结合有机碳浓度,表明在无有机肥投入的传统管理措施下,黑土粉黏粒已接近或达到碳饱和水平。随着有机肥输入的增加,微团聚体有机碳小幅增加,大团聚体有机碳增加趋势明显,而当有机肥用量最大时,微团聚体有机碳无显著变化,仅大团聚体有机碳仍继续增加,表明高量有机肥投入下微团聚体有机碳库已达到饱和,而更多的新增碳流向大团聚体。对大团聚体内部组分解析发现,高量有机肥处理下大团聚体有机碳的增加主要归因于粗颗粒有机质的增加。这些结果表明,黑土团聚体对有机碳的固持存在由小到大的等级饱和机制,随着有机肥输入的增加,粉粘粒最先达到饱和,然后是微团聚体,而更多的新增碳向周转不断加速的大团聚体富集,固持在活性相对较强的有机碳库—粗颗粒有机质之中。     

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%。