干热河谷冲沟系统土壤团聚体对优先路径的影响

[目的]为探究金沙江干热河谷冲沟系统土壤团聚体结构对优先路径形成的影响,深化对冲沟系统土壤水分和溶质运移的认识。[方法]选取金沙江干热河谷活跃和稳定冲沟不同部位(集水区、沟头、沟床和沟底)为研究对象,基于染色示踪和形态学图像解析技术,提取土壤水平剖面优先路径。采用RDA、灰色关联和耦合协调度等分析方法探究土壤团聚体结构与优先路径的关系。[结果](1)稳定冲沟土壤团聚体稳定性高于活跃冲沟。除个别土层外,活跃冲沟>0.25 mm机械稳定性团聚体(DR 0.25)、水稳定性团聚体(WR 0.25)、平均质量直径(MWD)含量均显著小于稳定冲沟(p<0.05),团聚体破坏率(PAD)和不稳定团粒指数(E LT)则呈相反趋势。冲沟系统由集水区向沟底延伸,土壤大团聚体占比减少,团聚体稳定性下降。(2)活跃冲沟优先路径数量和连通性优于稳定冲沟,冲沟系统由集水区向沟底延伸优先路径连通性变差。各部位以>10 mm优先路径为主要通道。活跃冲沟Simpson指数较稳定冲沟增加3.12%,不同径级的优先路径丰富度高于稳定冲沟。(3)优先路径的形成和分布受土壤团聚体稳定性的影响,MWD和WR 0.25与优先路径数量达到极强关联且影响最为显著(p<0.01)。(4)冲沟系统由集水区向沟底延伸,土壤团聚体结构与优先路径的耦合协调性降低,整体上表现为沟头>集水区>沟底>沟床。[结论]土壤团聚体结构是优先路径形成的重要驱动因素之一,优先路径的分布对干热河谷冲沟系统发育具有重要影响。

长期施用有机肥对旱地红壤团聚体结构与稳定性的影响

利用长期定位试验研究了红壤旱地团聚体结构及其稳定性。结果表明:与对照相比,各有机-无机配施处理均可不同程度地降低土壤容重并提高其孔隙度;增施有机肥后,土壤中大于5mm机械稳定性大团聚体增幅达2%～42%;各处理中大于0.25mm水稳性团聚体百分含量为:厩肥>稻草>绿肥>还田>对照。各有机肥处理中土壤中有机质、无定形氧化铁和无定形氧化铝含量较单施化肥处理分别增加了9%～54%、8.5%～21.7%和10.9%～26.8%。统计结果显示,>0.25mm水稳性团聚体含量与土壤有机质含量成极显著正相关(p<0.01);土壤团聚体破坏率与土壤有机质含量成极显著负相关(p<0.01)。在单施化肥的基础上有机肥的施入不仅有利于红壤旱地土壤大团聚体的形成,还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性。

三峡库区坡地脐橙园保护性措施对土壤团聚体结构及碳、氮、磷含量的影响

依托三峡工程生态与环境秭归实验站的8 a长期试验,对5种保护性管理措施下坡地脐橙园土壤团聚体结构与团聚体碳、氮、磷含量分布特征进行了研究。结果表明,脐橙套种多年生白三叶草(CM)和脐橙园地面农作物秸秆覆盖(SM)处理表层土壤(0～5 cm)大于0.25 mm水稳性团聚体含量、团聚体平均重量直径(MWD)值、大于0.25 mm水稳性团聚体氮含量及SM处理表层土壤大于0.25 mm水稳性团聚体磷含量显著高于其他处理;脐橙套种黄花菜等高植物篱(CH)处理和脐橙园沿等高线埋设防渗膜(MM)处理表层土壤大于0.25 mm水稳性团聚体含量及CH处理的MWD值显著高于常规脐橙栽植(CK)和脐橙套种小麦-花生(PC)处理;与CK处理相比,PC处理大于0.25 mm水稳性团聚体含量、MWD值、团聚体碳含量和表层土壤团聚体氮含量没有显著变化,但5～20 cm土壤团聚体磷含量有升高趋势。团聚体MWD与大于0.25 mm水稳性团聚体和团聚体氮含量有极显著相关关系。

土壤团聚体结构与有机碳的关系、定量研究方法与展望

近些年土壤固碳研究受到广泛关注。在诸多影响土壤固碳的因素中,团聚体结构对土壤有机碳的物理保护机制是研究的焦点。土壤中原始有机碳在土壤团聚体和团聚体结构形成中发挥着不可替代的作用,土地利用方式、耕作方式以及施肥措施发生变化后,团聚体及其结构在土壤有机碳固定中的作用变得更加凸显。团聚体结构包含众多的孔隙,这些孔隙的大小、数量、形状以及空间分布等都会影响土壤中水分运移、植物根系生长、土壤生物活动以及土壤有机碳分配,它们相互作用影响土壤中有机碳的固定。本文分析了水分、植物根系以及土壤生物与团聚体孔隙结构之间的关系,阐述了这些因素在土壤有机碳变化中所起的作用,并对目前研究的不足进行了概述。同时,阐述了不同CT(Computed Tomography,CT)技术在土壤团聚体结构探测中的应用及其对结构数据的提取方法,探讨了团聚体孔隙结构对有机碳固定的影响,展望了团聚体结构对有机碳固定影响需要加强的研究内容。参66。

滇中亚高山林地土壤团聚体结构及其对优先路径的影响

[目的]分析滇中亚高山林地土壤团聚体结构对土壤优先路径形成的影响,揭示林地土壤优先路径的形成与发生机理,深化对森林生态系统土壤水文过程的认识,为滇中林区水源涵养林建设、天然林植被恢复与重建提供科学依据。[方法]选取滇中亚高山云南松林、华山松林、滇油杉林、高山栎林4种林地土壤为研究对象,利用染色示踪法,结合Photoshop CS 5、Image Pro Plus 6.0、Surfer 15图像处理软件提取土壤优先路径,同时系统评价土壤团聚体结构特征,采用相关分析、主成分分析、灰色关联分析、耦合度分析等方法探讨土壤团聚体结构对优先路径的影响。[结果](1)研究区4种林地土壤具有良好的团聚体结构,结构稳定性依次为:华山松林>滇油杉林>云南松林>高山栎林,土壤团聚体结构受林地类型、土层深度的影响显著(P<0.05),且与不同粒级水稳定性团聚体含量有相关性。(2)林地土壤优先流具有优势性,华山松林优先路径的连通性优于云南松林、高山栎林和滇油杉林,优先路径数量随着土层深度增加逐渐减少。(3)粒径>0.25 mm水稳定性团聚体含量(WSA)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、平均质量比表面积(MWSSA)、结构体破坏率(PAD)、分形维数(D)能较好地评价土壤团聚体结构特征,与优先路径数量的关联度>0.62,属于中等关联,是影响优先路径形成的重要因素。(4)滇中亚高山林地土壤团聚体结构与优先路径数量的平均耦合度为0.683,系统属于弱协调,耦合协调程度依次为:0.728(云南松林)>0.681(华山松林)>0.663(高山栎林)>0.662(滇油杉林)。[结论]土壤团聚体结构是影响土壤优先路径形成与发生的重要因素,但对优先路径的产生不起决定性作用。

复配改良剂对设施酸化土壤及团聚体的影响

为探究复配改良剂对设施酸化土壤的改良效果,该试验将生物质炭、牛粪、粉煤灰和白云石粉4种物料分别按3个施用水平正交组合成9种改良剂进行盆栽白菜试验,研究了不同比例的复配改良剂对设施酸化土壤的理化性质、土壤团聚体结构、白菜的生长及品质的影响。结果表明:改良剂施用后土壤的pH和有机质、全氮、有效磷、速效钾含量显著提高,T3处理交换性H^(+)和交换性Al^(3+)含量分别比对照降低71.1%和46.4%,土壤交换性酸总量显著低于对照,处理间的差异因各物料的施用水平而异。低添加量的改良剂处理显著提高水稳性团聚体的含量,团聚体的平均质量直径和几何平均直径显著增大。改良剂处理显著提高了白菜全氮、全磷、全钾和粗纤维的含量,硝酸盐含量显著降低。综上,T3处理(生物质炭5 g/kg,牛粪12 g/kg,粉煤灰200 g/kg,白云石粉1 g/kg)为该试验筛选出改良酸性土壤,促进白菜生长的最优配方,研究成果为复配改良剂在酸性红壤地区土壤改良剂的应用及废弃物资源化利用提供了理论依据。

氮添加对亚高山针叶林土壤结构及水分入渗性能的影响

为探究大气氮沉降增加导致的土壤团聚体结构变化规律及其对土壤水分入渗性能的影响,在贡嘎山针叶成熟林和中龄林内分别设计2种氮肥形态[(NH_(4))_(2)SO_(4)、KNO_(3)]和4个浓度水平(0,10,20,40 kg/(hm^(2)·a)N)的添加试验,研究不同形态大气氮沉降对亚高山森林土壤团聚体结构和土壤水分入渗特征的影响。结果表明:(1)随施氮量增加,中龄林土壤大团聚体含量逐渐增加,土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率逐渐增大;成熟林土壤大团聚体含量、土壤持水量、孔隙度和水分稳定入渗率均表现出先增加后降低的趋势;(2)不同形态氮添加对土壤团聚体结构、孔隙度及水分稳定入渗率的作用无显著差异;(3)土壤持水能力、孔隙度和团聚体结构是土壤入渗性能的主要影响因子,外源氮添加增加中龄林土壤持水量和孔隙度,改善中龄林土壤团聚体结构稳定性和水分入渗性能。

外源有机肥碳氮比对植烟红壤微环境及烟叶品质的影响

碳氮比是反映有机肥肥效的重要指标之一。探讨有机肥碳氮比对烤烟根际土壤微环境及烟叶产质量的影响,为土壤培肥及其可持续管理提供科学依据。2021—2022年在云南省寻甸酸性山原红壤上,以烤烟‘云烟87’为材料,采用大田试验,研究等氮磷钾条件下施无机化肥对照(T1,CK),以及配施不同碳氮比有机肥(10:1、15:1、20:1、25:1)对植烟土壤肥力、土壤团聚体、微生物群落及烟叶产质量的影响。结果表明:与CK相比,T2、T3、T5土壤pH升高0.09~0.13个单位;T2、T3、T4、T5显著增加土壤有机质、水解性氮、有效磷及有机碳含量,分别提高9.91%~17.40%、9.11%~16.45%、7.16%~43.68%、11.61%~39.54%;T2、T3土壤速效钾含量较CK显著提高8.12%、14.63%。T2、T3、T4、T5的土壤SOC含量及C/N较CK分别显著提高11.61%~39.54%、4.48%~29.72%。T2、T3、T4、T5的大粒径团聚体(>5、2~5、1~2 mm)含量显著增加20.75%~75.91%、10.06%~54.50%和16.98%~66.13%;而其微团聚体(0.053~0.25、<0.053 mm)含量较CK显著下降10.61%~54.52%;土壤真菌、细菌、放线菌及微生物量碳、氮含量均显著增加。T2、T3可促进烟株生长,其叶面积较CK分别显著增加7.36%和14.92%。与CK相比,T2、T3的产量和产值分别显著提高11.99%、16.93%及5.92%、15.46%。T3能显著增加烟叶总糖、还原糖和钾含量,降低总氮和烟碱含量,烟叶化学成分较协调。施碳氮比(10:1、15:1)的有机肥有利于提升土壤pH及土壤肥力,改善土壤团聚体结构和稳定性,增加土壤微生物数量及微生物群落丰度,促进烤烟发育,提高烟叶产值和品质。

聚丙烯酰胺对紫色土坡地耕作位移及土壤结构的影响

为了采用化学措施防治坡地耕作侵蚀,以紫色土典型坡耕地为研究对象,采用磁性示踪和模拟耕作等技术研究了聚丙稀酰胺(PAM)后不同坡度(5°,10°,15°,20°,25°)坡地耕作位移和土壤团聚体结构稳定性的影响。结果表明:(1)添加PAM后不同坡度坡地耕作位移均明显低于对照(未添加PAM),其中在20°和25°坡面显著减少了49.16%和67.96%;(2)与对照相比,土壤中添加PAM后<0.25mm非水稳定性团聚体含量在5°,10°,15°,20°,25°坡度分别减少了33.74%,46.67%,37.56%,52.70%,62.50%,不同坡度土壤团聚体结构破坏率(PAD)平均降低了60.05%,而平均质量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)值分别增加了41.94%和55.09%;(3)耕作位移量与PAD值呈显著的正线性相关性,而与MWD和GMD值呈负线性相关性(P<0.05)。坡地土壤添加PAM后可以有效降低耕作位移量,增强土壤结构稳定性,减少耕作侵蚀。在农业生产中PAM可用于控制较陡(≥20°)坡地的耕作侵蚀。

施用乙酸和牛粪对干旱区棉田土壤团聚体及有机碳组成的影响

为促进干旱区棉田土壤培肥和高效利用有机肥,在新疆维吾尔自治区塔城地区沙湾县进行了6年的田间定位试验,设置3个处理,分别为对照、施入40 kg·hm^(-2)乙酸以及施入15000 kg·hm^(-2)牛粪处理,研究乙酸和牛粪对新疆干旱区棉田土壤团聚体结构组成、稳定性和团聚体内有机碳组分的影响。结果表明,在0~20 cm土层中,乙酸和牛粪的施入均显著增加了大团聚体(>2.000 mm)和粘粉粒(<0.053 mm)的质量占比、WR_(0.25)和几何平均质量直径(GMD),且增加了大团聚体、微团聚体(0.053~0.250 mm)和粘粉粒中有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量,并以粘粉粒中有机碳含量对乙酸施入的响应最为明显,增幅为26.94%,而微团聚体中微生物量碳含量对牛粪施入的响应最为显著,增幅为53.49%。在20~40 cm土层中,乙酸和牛粪的施入均显著增加了大团聚体内有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量,且粘粉粒中的微生物量碳含量对乙酸和牛粪的响应均最显著,增幅分别为66.15%和103.38%。乙酸和牛粪的施入均能增加土壤团聚体中大团聚体的质量占比,提高团聚体稳定性,并增加大团聚体和粘粉粒中的有机碳、可溶性有机碳和微生物量碳的含量。

改性钠羧甲基纤维素加固粉砂土水稳性及稳定机理分析

土壤加固剂可改善土体理化特性。选择改性钠羧甲基纤维素(M CMC)为加固剂,以粉砂土为加固对象,研究M CMC加固粉砂土水稳性及稳定机理。开展不同加固剂掺量下加固土湿化崩解试验进行崩解状态监测和完全崩解系数(CR)测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,试样开始崩解的时间延时、崩解产物中粗粒含量增加、悬浮粒减少,CR快速降低,当掺量达0.9%时,加固土样无崩解。进一步对试样的渗透性、基质吸力、抗剪强度、化学组分及微观结构进行测试,结果显示:随加固剂掺量的增加,加固土样团聚体粒径增大、渗透性减小、基质吸力增大、抗剪强度提高。研究成果表明:M CMC在土颗粒表面产生“包裹效应”、相邻土颗粒间产生“吸附效应”、相隔土颗粒间产生“连接效应”,使得土颗粒由镶嵌点接触转变为面式接触和链式连接,形成网状胶结结构团聚体,从而提高加固土水稳性。

不同浓度和多样性的根系分泌物对土壤团聚体稳定性的影响

土壤团聚体是维持其物理结构和肥力的基础.为探究根系分泌物的浓度和多样性对土壤团聚体稳定性的影响,通过添加不同碳浓度(0.5 g/kg、1 g/kg)和多样性(3种碳源、9种碳源)人工模拟根系分泌物,研究土壤团聚体稳定性、粒级结构及其内部微生物生物量的变化.结果显示:(1)与对照相比,添加根系分泌物提高了土壤团聚体的稳定性,平均质量直径(Mean weight diameter,MWD)数值增加了28%-142%,几何平均直径(Geometric mean diameter,GMD)增加了20%-33%;(2)与低碳浓度根系分泌物相比,高碳浓度根系分泌物显著增加团聚体稳定性,且主要是通过增加>2 mm粒级团聚体的含量和微生物生物量碳;而根系分泌物多样性的增加并未提高团聚体的稳定性,也未增加>2 mm粒级团聚体的含量和微生物生物量碳,其中在高碳浓度+低多样性处理(High carbon concentrations+low diversity,HC+LD)下>2 mm粒级团聚体的含量显著增加了560倍,>2 mm粒级团聚体中微生物生物量碳增加了3.6倍.本研究表明根系分泌物能够通过刺激微生物生长,增加土壤中大粒级团聚体的含量,进而提高团聚体的稳定性,其效应与根系分泌物的浓度和成分显著相关.

华北土石山区坡面溅蚀和片蚀泥沙颗粒特征研究

基于野外人工模拟降雨试验,研究3种降雨强度（35,65,100mm/h）、2种坡度（5°,15°）和3种植被盖度（0%,30%,80%）条件下,溅蚀和片蚀泥沙颗粒的粒径动态分布特征,及其与降雨强度、坡度和植被覆盖度的关系,揭示表层土壤团聚体在侵蚀过程中的破碎机制。结果表明,2种侵蚀方式下的泥沙颗粒主要集中在0.1-0.002mm粒级范围内,显著高于其它粒级颗粒含量。在溅蚀泥沙颗粒中0.1-0.05mm粒级颗粒含量较高,而片蚀泥沙颗粒中〈0.02mm粒级颗粒含量较高,溅蚀泥沙颗粒的平均重量直径均大于片蚀泥沙颗粒。对比泥沙颗粒粒径的变化特征,溅蚀泥沙颗粒中粗砂粒（2-0.25mm）和细砂粒（0.25-0.05mm）含量逐渐减少,粉粒（0.05-0.02mm）和粘粒（〈0.002mm）含量逐渐增加,而片蚀泥沙颗粒中砂粒（2-0.05mm）含量呈增加趋势,粘粒（〈0.002mm）含量呈减小趋势。2种侵蚀方式下不同粒径泥沙颗粒与坡面径流深和径流量的相关性分析表明,泥沙颗粒粒径分布与地表产流过程密切相关。同时,雨滴击溅侵蚀泥沙颗粒的分形特征与侵蚀土壤的相对机械破碎指数有关,能够有效预测侵蚀过程中降雨和径流对坡面土壤团聚体的分选特征。

砒砂岩改良风沙土物理和养分特征的大田试验

砒砂岩与沙土复配可以有效提升沙土的物理结构和养分特征,利用大田试验的方法,将不同体积比例(0、30%、50%、80%和100%)的砒砂岩添加到库布齐沙漠的风沙土中混合均匀,研究不同掺入比例条件下砒砂岩对风沙土的物理结构和养分特征的改良效果。结果表明:随着砒砂岩掺入比例的增加,黏粒含量、粉粒含量、毛管孔隙度、田间持水量、土壤团聚体、有机质、速效氮和有效磷含量逐渐增加,说明砒砂岩对风沙土具有明显的改良效果;在同一砒砂岩添加比例下,随着土层深度(0~30 cm)的增加,黏粒、粉粒、土壤有机质、速效氮和速效磷含量呈降低趋势,但土壤密度、毛管孔隙度及田间持水量的垂直变异特征较小,呈现明显表聚性,且50%的掺入比例可以作为改良的分界值;土壤颗粒及团聚体结构与土壤毛管孔隙度、有机质含量、田间持水量、速效氮含量及速效磷含量极显著正相关,说明砒砂岩与风沙土粒径的互补性较为明显。该研究成果将会为砒砂岩改良库布齐沙漠风沙土的大规模推广应用提供参考依据。