纳米尺度观察糖-黏土微团聚体对磷素吸附的影响

糖-黏土团聚体对磷素的转化具有重要的调控作用,为揭示纳米尺度下糖介导的微团聚体初始形成过程及对磷的吸附效果,选择人工改性的纳米黏土硅酸镁锂,以及不同分子量的葡萄糖及葡聚糖,通过拉曼光谱和原子力显微镜观察不同糖与硅酸镁锂形成的微团聚体结构,利用单分子力谱解释了不同分子量糖和硅酸镁锂间的作用力差异,并比较微团聚体对磷素的吸附能力差异。结果表明:糖能有效胶结硅酸镁锂,形成稳定的糖-硅酸镁锂微团聚体,其中高分子量糖和硅酸镁锂具有更强的相互作用力,能形成更大粒径的微团聚体结构。当不同分子的糖-硅酸镁锂微团聚体形成后,均能对磷产生吸附效应,但吸附能力会随着糖分子量提升而降低,主要是由于不同分子量糖的添加,均能增加微团聚体表面羟基数目并提升微团聚体的表面电势,从而增加磷的吸附量;而高分子量的糖同时还会增加微团聚体的粒径,由于尺寸效应,吸附磷的量反而少于低分子量糖。结果说明高分子量糖能促进微团聚体形成,同时所有糖会促使微团聚体与磷的结合,但是该效应随糖分子量提升会有一定程度降低。

红壤恢复林地微团聚体形成与稳定的影响机制研究进展

微团聚体是土壤团粒结构的基本组成单元,较大团聚体具有更强的稳定性,其形成与稳定对于土壤有机碳的长期吸存起着决定性作用。目前关于微团聚体形成与稳定性的研究多专注于农业土壤,红壤侵蚀地植被恢复后土壤团聚体稳定性、有机碳分布及微生物群落特征研究也主要集中在大团聚体上,而土壤微团聚体的动态变化及其主要影响因素尚不明确,对于其内在机制更缺乏了解。通过总结土壤微团聚体的形成过程及稳定性,综述了凋落物、根系和菌根对土壤微团聚体形成与稳定的影响,阐述了土壤微团聚体内微生物群落、化学结合态有机碳及有机碳结构是土壤有机碳稳定的重要机制,并提出了未来微团聚体研究方向,以期揭示红壤侵蚀退化地森林恢复过程中微团聚体形成和稳定的生物化学机制,从而为深入阐明有机质—土壤团聚结构—微生物—化学耦合作用和森林土壤碳吸存机制提供参考。

凋落物输入对木荷林土壤微团聚体有机碳及其化学结合形态的影响

[目的]探究地上凋落物、地下根系和菌根输入对红壤恢复林地土壤微团聚体的影响,为退化地进行森林恢复后土壤功能重建和生态系统碳循环提供依据。[方法]以亚热带红壤侵蚀退化地恢复形成的典型阔叶林分木荷纯林为研究对象,设置无凋落物(CT)、菌根(M)、根系+菌根(RM)、地上+地下凋落物(LRM)和地上凋落物加倍(DLRM)5种输入处理,对土壤微团聚体组成、有机碳及其化学结合形态进行分析。[结果]木荷恢复林土壤微团聚体质量百分比、有机碳、钙键结合态有机碳(Ca-SOC)、铁铝键结合态有机碳[Fe(Al)-SOC]和Ca-SOC/SOC在不同处理间均无显著差异(p>0.05);相对于CT,LRM处理使20~50μm和50~200μm粒级微团聚体Fe(Al)-SOC/SOC分别降低了40.06%和46.67%(p<0.05)。土壤微团聚体质量百分比、有机碳、Ca-SOC和Fe(Al)-SOC均随粒级的增大而减小,有机碳及结合态有机碳趋于在较小粒级的微团聚体颗粒组(<20μm)中富集。微团聚体Ca-SOC含量(0.55~1.28 g/kg)远低于Fe(Al)-SOC含量(6.88~13.34 g/kg),但其在不同粒级中的变化幅度大于Fe(Al)-SOC;Ca-SOC/SOC(1.54%~3.44%)亦小于Fe(Al)-SOC/SOC(16.75%~42.54%)。微团聚体质量百分比、有机碳、Ca-SOC和Fe(Al)-SOC两两之间呈极显著正相关关系(r=0.497~0.757,p<0.01)。[结论]木荷恢复林土壤微团聚体及其有机碳受粒级的影响,对地上凋落物、地下根系和菌根的短期输入有所响应,但未达到显著水平,需要在更长的时间尺度上开展研究。

紫花苜蓿驱动垃圾渗滤液污染土壤中有机碳矿化与提高微团聚体稳定性

生活垃圾填埋场或简易堆场的渗滤液渗漏会引起严重的土壤污染,而渗滤液渗漏及紫花苜蓿修复对土壤有机碳矿化与微团聚体的影响鲜有报道。本研究调查了不同剂量渗滤液污染土壤的氨氮、阳离子交换量(CEC)、有机碳和微团聚体的动态响应特征,并对比了紫花苜蓿对渗滤液污染土壤的有机碳和微团聚体的影响。结果表明,紫花苜蓿可显著降低渗滤液污染土壤的氨氮、CEC和有机碳,同时促进土壤有机碳矿化与提高微团聚体的稳定性。由此可知,紫花苜蓿对渗滤液污染土壤具有综合性修复效果。

长期施肥对小麦-玉米轮作土壤微团聚体组成和分形特征的影响

通过对华北平原小麦-玉米轮作农田生态系统18 a田间施肥试验,研究了长期不同施肥处理对耕层(0～20 cm)土壤微团聚体组成及分形维数(D)的影响,并探讨了特征微团聚体组成比例(PCM,<20μm/(250～20)μm)、微团聚体测定中<20μm与2000～20μm粒级含量的比值(RMD,<20μm/(2000～20)μm)和D与土壤肥力之间的关系。施肥处理包括化肥NPK不同组合(NPK、NP、NK、PK),全部施用有机肥(OM),1/2有机肥+化肥NPK(1/2OMN)及不施肥(CK)共7个处理。各施肥处理均能降低土壤PCM、RMD和D,提高土壤有效养分含量和酶活性。各处理土壤PCM、RMD和D均为OM处理最低,且有机肥与化肥NPK配施低于单施化肥各处理,而化肥处理中NPK均衡施用的降低效果最好。土壤PCM、RMD和D与作物产量、有机质和碱解氮含量及酶活性之间相关性较好,且PCM、RMD和D三者两两之间也具有较好的相关性。说明施用有机肥、有机肥与化肥NPK配施及化肥NPK均衡施用是改善微团聚体组成、降低PCM、RMD和D及提高土壤保肥和供肥能力的关键;PCM、RMD和D均可作为评价长期施肥作物系统土壤肥力的综合性定量指标。

土壤特征微团聚体的组成比例与肥力评价

以棕壤为例研究了15对不同肥力水平的典型棕壤、棕壤型水稻土的特征微团聚体（＜10m和＞10m）的组成比例，结果表明该比例即微团聚体（＜10m）／微团聚体（＞10m）可成为土壤肥力水平的一个综合指标。以该指标为标准的典型棕壤和棕壤型水稻土肥、瘦地区分界数分别为0.25和0.35，小于此二值分别为各自肥地，反之亦反。土壤培肥措施可使肥、瘦地特征微团聚体的比例降低并提高土壤肥力水平或根本改变瘦地肥力实质。

不同施肥处理对红壤性水稻土微团聚体有机碳汇的影响

在田间定位试验区 ,研究了不同施肥处理对表层红壤性水稻土微团聚体组成以及土壤有机碳在各级微团聚体中分布和赋存的影响。结果表明 ,红壤性水稻土中 0 .0 2～ 0 .0 5 mm微团聚体所占比例最大 ,达 4 0 % ;其次是 0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm和 0 .0 5～0 .1mm的微团聚体 ;>0 .2 mm微团聚体占的比例最小。长期施用无机肥 (NPK)、有机肥 (猪粪 +紫云英绿肥 ) (OM)、无机肥与有机肥配施 (NPKM) ,能显著增加 0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm微团聚体的含量而降低 <0 .0 0 2 m m微团聚体的含量。土壤有机碳含量与0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm微团聚体含量之间呈显著正相关关系 ;而与 <0 .0 0 2 mm微团聚体含量呈显著负相关关系。各级微团聚体有机碳含量从高到低顺序为 :>0 .2 mm,0 .1～ 0 .2 mm,<0 .0 0 2 m m,0 .0 5～ 0 .1m m,0 .0 0 2～ 0 .0 2 mm,0 .0 2～ 0 .0 5 m m。 OM、NPKM处理能显著增加 >0 .0 0 2 mm各级微团聚体有机碳的赋存量 ,新增加的有机碳主要向微团聚体 0 .1～ 0 .0 5 m m,0 .0 5～ 0 .0 2 mm和 0 .0 2～ 0 .0 0 2 mm富集 ,它们是土壤有机碳的主要载体。 3种施肥处理对提高土壤有机碳赋存效果高低顺序为 :NPKM>OM>NPK。

黄土丘陵区不同植被类型根际土壤微团聚体及颗粒分形特征

【目的】研究黄土丘陵区坡耕地退耕后不同植被根际土壤微团聚体及颗粒的分形特征,为该地区植被恢复中土壤质量评价和生态恢复的持续健康发展提供科学依据。【方法】通过室内分析,运用分形理论,研究黄土丘陵区墩山小流域天然草地、人工草地和人工灌木等6种植被根际土壤微团聚体以及颗粒组成的分形特征。【结果】黄土丘陵区坡耕地退耕后,不同植被对土壤微团聚体以及颗粒组成影响不同。无论是根际还是非根际,天然草地0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm微团聚体含量以及土壤团聚状况、团聚度均高于人工灌木和人工草地,而0.25—0.05 mm、0.05—0.01 mm土壤颗粒含量以及分散系数、分散率低于人工灌木和人工草地,根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数高于人工灌木和人工草地。除柳枝稷外,根际土壤团聚状况和团聚度高于非根际,分散系数和分散率低于非根际;不同植被根际微团聚体分形维数和颗粒分形维数均低于非根际土。相关性分析表明,与非根际相比,根际土壤微团聚体及颗粒分形维数与土壤基本理化性质相关性更显著。【结论】黄土丘陵区坡耕地退耕后,天然草地对于土壤微团聚体的改善作用优于人工灌木和人工草地。与非根际相比,根际土壤具有更好团聚结构,而且根际土壤分形特征能更好反映土壤性质的变化规律,因此可作为该地区植被恢复过程中土壤质量评价的指标。

植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征

利用植物篱控制水土流失的长期定位实验,采用数理统计法研究了13 a期植物篱-农作坡耕地土壤微团聚体组成及分形特征。结果表明,与传统横坡农作模式相比,植物篱能明显增加<0.2 mm粒级土壤微团粒含量,尤其是0.2～0.05 mm粒级,提高了土壤微团聚体分形维数与团聚度,降低了坡耕地土壤小粒级微团聚体在下坡位的相对富集程度,优化了土壤大小粒级微团聚体的坡面分布。紫色丘陵区植物篱-农作模式下土壤微团聚体分形维数反映了坡耕地土壤的物理性质、养分肥力与抗蚀能力。

冻融作用对土壤微团聚体特征及分形维数的影响

为了研究冻融作用对土壤微团聚体特征和分形维数的影响,本试验以东北地区典型土壤-棕壤为研究对象,通过室内人工控温冻融培养,测定分析不同含水量条件下,不同冻融频次处理后土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积(MWSSA)、平均质量直径(MWD)和分形维数(D)等特征指标。结果表明:供试土壤经冻融循环处理后,不同粒级微团聚体含量的变化趋势不尽相同,除0.005～0.001 mm外,含水量对其他粒级微团聚体含量的影响均达到了显著或极显著影响,冻融次数对各级微团聚体含量均达到了显著或极显著影响;土壤平均质量比表面积随着冻融次数和土壤含水量的增加先减小后增加;土壤平均质量直径随冻融次数的增加先增加后减小,随土壤含水量的增加先减小后增加;分形维数随着冻融次数的增加先减小后增加,随土壤含水量的增加呈波动式变化。冻融处理使土壤微团聚体的稳定性先增强后减弱,适宜含水量可增加土壤微团聚体的稳定性。

不同肥力黑土、棕壤微团聚体组成及其胶结物质的研究

本文通过对黑土、棕壤各级微团聚体组成及其胶结物质的研究表明,不同肥力水平的土壤各级微团聚体组成不同,随着肥力水平的提高,大于10μm微团聚体含量增加,增加幅度为2—5%;土壤团聚度增大,增大范围为2—8%。相关分析表明,土壤有机质含量,特别是松结合态有机质含量与大于10μm的微团聚体含量呈显著正相关,而紧结合态有机质含量及土壤中小于2μm的粘粒则与小于10μm的微团聚体含量呈正相关。去除各种胶结物质以后各级微团聚体的破坏率也证实了这一点。由此认为,各种胶结物质对不同粒级微团聚体的形成影响各异,小粒级微团聚体的形成主要受紧结合态有机质和粘粒的影响,大粒级微团聚体的形成则主要与松结合有机质以及多糖类物质有关。

不同施肥制度下褐土微团聚体碳氮分布变化及其对肥力的影响

经8年田间定位试验，研究了不同施肥制度下褐土及其微团聚体碳、氮分布规律，从各级微团聚体组成变化及碳、氮储量角度探讨了不同施肥制度下土壤肥力的变化实质。结果表明，不同施肥制度下土壤微团聚体组成变化各异，不施肥和单施常量NPK化肥主要是由于10～50μm粒级碳、氮储量降低而造成土壤肥力下降；增量NPK化肥可保持肥力不降低，但投入较高；有机肥（物）料配施常量NPK化肥则主要通过增加大粒级特别是10～50μm粒级碳、氮储量而使土壤肥力水平得到提高。采用有机肥（物）料配施常量NPK化肥是改善褐土肥力的有效措施。

闽北典型毛竹林土壤微团聚体分形特征研究

以中亚带常绿阔叶林和杉木林为对照，对闽北典型竹林土壤微团聚体分形维数变化特征及其与土壤物理性质、化学性质、土壤酶活性及微生物数量的关系进行了研究，结果表明：〉0．25mm和0．05～O．01mm颗粒含量越高,0．25～0．05mm，0．005-0．001mm和〈0．001mm颗粒含量越低，分形维数越小。土壤肥力与土壤分型维数有显著的相关性，土壤微团聚体分形维数与上述颗粒含量之间存在极显著或显著的回归关系；分形维数还与20个土壤肥力指标（土壤理化性质和生物活性指标）中的11个指标存在极显著负线性相关，与土壤容重极显著正相关，与毛管孔隙度、水解氮含量和过氧化氢酶活性之问存在显著的线性关系。说明土壤微团聚体分形维数能很好地表征试验林分的土壤理化性质和土壤生物活性，可作为评价土壤肥力的一项综合性定量指标。

长期定位施肥条件下蔬菜保护地土壤微团聚体组成及有机质状况分析

以长期定位施肥的蔬菜保护地土壤为材料,研究了不同施肥处理对土壤微团聚体组成和有机质含量的影响。结果表明:保护地土壤中微团聚体的优势粒级是10～50μm,次优势粒级是50～250μm。与对照比较,施用化肥各处理土壤<10μm微团聚体含量略有增加,10～250μm微团聚体含量显著增加;与施用化肥比较,长期施用有机肥或有机肥与无机肥配施处理,土壤<10μm微团聚体含量减少,10～250μm微团聚体含量增加,土壤结构系数提高,<10μm和>10μm的微团聚体的组成比例显著降低,以有机肥与氮磷钾化肥配施处理变化最明显。长期施用化肥各处理,土壤有机质含量、易氧化有机质和难氧化有机质含量明显减少;有机肥与化肥配合施用处理,土壤有机质含量、易氧化有机质和难氧化有机质含量明显增加,其中以有机肥与磷肥配施增加最显著。相关分析表明,有机质含量与<10μm微团聚体含量呈现显著负相关。

黄泥土和乌栅中不同粒径微团聚体对Cu^(2+)的吸附与解吸

用平衡吸附法研究了黄泥土和乌栅土的不同粒径微团聚体对Cu^(2+)的吸附和解吸.结果表明,不同粒径微团聚体对Cu^(2+)的吸附特性均符合Freundlich和Langumir方程,最大吸附量介于1667-3333mg·kg^(-1)之间,以粘粒级和粗砂级为最大,其对Cu^(2+)的固持能力高于其它粒径的微团聚体.随着溶液中Cu^(2+)浓度的升高,吸附率出现不同程度的降低.对同一粒径颗粒的Cu^(2+)吸附量来说,乌栅土高于黄泥土,而解吸量则相反.微团聚体颗粒对Cu^(2+)的吸附容量与有机质、游离氧化铁含量呈显著正回归关系,说明团聚体颗粒对重金属的吸附首先受土壤团聚体胶粘剂的控制.

秸秆深还田两年对东北半干旱区土壤有机质、pH值及微团聚体的影响

采用田间小区定位试验,探讨秸秆深还田2a对东北半干旱区旱田土壤有机质、pH值、微团聚体的影响。结果表明：秸秆深还田后降低了土壤的pH值,且随土层深度的增加pH值逐渐增大;土壤有机质含量和微团聚体的团聚度在秸秆深还田各处理中分别高于CK和DT处理3.4%~32.7%和16.4%~53.7%,土壤分散系数较CK和DT处理显著降低,均以秸秆深还田用量12 000kg/hm2效果最好。秸秆深还田2a后能够显著提高东北半干旱区土壤有机质含量,降低土壤pH值,改善颗粒组成状况,降低土壤分散系数,提高微团聚体的团聚度。

黄泥土不同粒径微团聚体对Cd^(2+)的吸附与解吸研究

对采自太湖地区黄泥土进行了低能量超声波分离,采用平衡吸附法研究了不同粒径微团聚体颗粒对重金属Cd2+的吸附和解吸特点.结果表明,不同粒径微团聚体对Cd2+的吸附特性均符合Freundlich方程,模拟方程得到的K值介于152~503之间,以粘粒级和粗砂级为最大.微团聚体对Cd2+的吸附容量与其中游离氧化铁含量、CEC呈显著正相关.不同微团聚体Cd的解吸特点不同,粘粒级的解吸率仅为8.4%,远远低于其它粒径的微团聚体,这些结果有助于了解田间条件下土壤重金属化学行为和微观尺度的化学过程.

保护性耕作对土壤微团聚体碳、氮分布的影响

以7年不同耕作的定位试验为研究对象,研究了深松、旋耕、免耕等保护性耕作对关中土小麦-玉米轮作条件下微团聚体分布以及微团聚体中有机碳和全氮含量的影响。结果表明,秸秆粉碎旋耕、秸秆覆盖深松处理提高了特征微团聚体的组成比例,而秸秆还田＋传统耕作和免耕处理对特征微团聚组成比例的影响较小。与传统耕作比较,旋耕、深松处理均能提高较大粒级微团聚体中（0.050-0.25 mm和0.010-0.05 mm）有机碳及全氮含量,而免耕使0.010-0.05 mm微团聚体中的有机碳和全氮含量有所降低;旋耕、深松和免耕对小粒级微团聚体（〈0.01 mm）中的有机碳和全氮含量影响较小。相关分析表明,土壤有机碳与0.050-0.25 mm和0.010-0.05 mm粒级微团聚体中的有机碳、全氮之间均显著正相关,而与〈0.01 mm粒级微团聚体的有机碳、全氮含量不相关;土壤全氮与0.05-0.25 mm粒级的全氮、有机碳显著相关。0.010-0.05 mm粒级微团聚体的碳、氮与0.050-0.25 mm粒级微团聚体的碳、氮间显著正相关,而〈0.01 mm粒级微团聚体的碳、氮与其它粒级的碳、氮间不相关。从土壤微团聚体中碳、氮的分布考虑,旋耕、深松是当地较理想的耕作方式。

微团聚体的保肥供肥性能及其组成比例在评断土壤肥力水平中的意义

本文根据作者对黑土和棕壤的多年研究结果，论述了不同粒级的微团聚体在保肥和供肥方面的不同性能。鉴于肥地与复地、小粒级与大位级微团聚体间存在着保肥－供肥性能的明显差异，作者试以１０μｍ为界，划分＜和＞１０μｍ两类“特征微团聚体”，以其比例来界定高、低肥力土壤的微团聚体组成的数值范围和评断土壤肥力水平与培肥效果。结果表明，“特征微团聚体”的组成比例能较好地反映土壤肥力的现有状况及其调控的实际效果，是综合评价土壤肥力的新的有用指标。