松嫩平原不同类型土壤剖面形态描述及其性状分析

土壤剖面观察及描述是土壤分类的基础工作,而各层次性状分析是土壤健康评估的重要参考指标。以松嫩平原为主要研究区域,选取4种不同类型土壤:黑钙土(HGT)、厚层黑土(HHT)、薄层黑土(BHT)、风沙土(FST),在垂直和水平两种空间尺度上开展剖面对比调查工作。调查结果指出,4种土壤中HHT和BHT质地最为黏重,而FST质地最轻。另外,除FST外,其他3种土壤随土层深度增加砂粒含量逐渐升高,HGT、HHT、BHT分别升高了21%、125%、122%,质地逐渐变轻。土壤剖面颜色随土层深度增加而逐渐加深,HHT剖面整体颜色较其他土壤相比较深。土壤pH随土层深度加深呈逐渐升高的趋势,HGT、HHT、BHT、FST分别提高了58%、44%、22%、37%,HHT土体pH显著高于其他土壤类型(P<0.05)。土壤有机碳(SOC)随剖面深度增加呈下降的趋势,HGT、HHT、BHT、FST中SOC含量分别降低了21%、41%、26%、23%,其中HHT在0~60 cm土层中SOC含量显著高于其他类型土壤。土壤养分含量随剖面深度加深同样呈逐渐降低的趋势,4种类型土壤中碱解氮、速效钾和有效磷含量随土层加深分别降低了38.1%~68.2%、46.3%~98.3%和100%。综合分析,在垂直空间尺度上,土壤随深度增加发育程度减弱,有机质及养分含量降低,表层土壤酸化现象显著。在水平空间尺度上,厚层黑土的发育程度高于其他类型土壤。

化肥有机替代对黑土土壤肥力的影响——基于30年长期定位试验

有机粪肥施入与秸秆还田已经成为改良黑土性状的重要途径。以30年长期定位试验为研究平台,探讨了长期有机物料投入对土壤理化性质的影响。研究共包含4个处理:(1)不施肥(CK);(2)单施化肥(NPK);(3)有机粪肥部分替代化肥(NPKM);(4)秸秆部分替代化肥(NPKS)。研究结果指出,与NPK处理相比,NPKM与NPKS处理分别提高58.7%和10.7%的土壤有机碳含量、66.4%和18.5%的全氮含量、27.6%和25%的全钾含量(P<0.05);在土壤全磷含量方面,NPKM处理提高了56.6%的全磷含量(P<0.05),而NPKS处理对土壤全磷含量无显著影响。NPK处理中土壤pH最低,为5.97,NPKM与NPKS处理土壤pH分别为7.26和7.99,显著高于NPK处理(P<0.05)。与NPK处理相比,NPKM和NPKS处理分别降低了17.9%和13.8%的土壤容重(P<0.05)。在作物产量方面,与NPK处理相比,NPKM处理显著提高了9.6%的玉米产量(P<0.05),而NPKS处理对作物产量无显著影响。综上所述,长期有机粪肥与秸秆施入可以有效提高黑土有机质及养分含量,抑制土壤酸化、板结,改善土壤理化性质,提高土壤质量。

长期化肥有机替代对黑土颜色及腐殖物质的影响

基于30年长期定位试验,通过测定黑土光谱反射率和不同腐殖质组分含量,探究了不同施肥对黑土土壤腐殖质含量、土壤颜色及二者之间的关系。试验设置5个处理:(1)休耕(Fallow);(2)不施肥处理(CK);(3)单施化肥(NPK);(4)有机肥部分替代化肥(NPKM);(5)秸秆部分替代化肥处理(NPKS)。结果表明:与NPK处理相比,Fallow、NPKS、NPKM分别显著提高49.7%,74.3%,27.0%的土壤有机碳含量(p<0.05)。NPKM处理中胡敏酸(HA)含量最高为3.9 g/kg,随后依次为CK、NPKS、NPK、Fallow。NPKM、NPKS和Fallow处理中土壤富里酸(FA)含量为2.2~2.3 g/kg,显著高于NPK和CK。NPKM处理中胡敏素(HM)含量为18.6 g/kg,显著高于其他处理(p<0.05)。不同处理间土壤光谱反射率由高到低依次为NPK>Fallow、CK>NPKS>NPKM,与CK处理相比,NPK土壤光谱反射率在平均提高6.5%,NPKS和NPKM则分别降低11.1%和15.1%。根据线性相关分析结果,黑土土壤光谱反射率与土壤HAHM均呈显著负相关关系(p<0.01),相关系数(r)分别为-0.858,-0.681。综合上述结果,长期有机物料投入可以显著提高黑土腐殖物质含量,降低黑土光谱反射率,使黑土颜色加深,而长期化肥施入则使黑土光谱反射率提高,出现“褪色”现象,有机粪肥在黑土中对土壤有机质和腐殖质含量的提升效果优于秸秆。

水蚀环境植被恢复对土壤有机碳固存和团聚体稳定的影响:Meta分析

为明确水蚀环境不同条件下植被恢复策略对土壤固碳和团聚体稳定性的影响差异,通过搜集91篇论文的实验数据,以农田(或裸地)为对照,基于Meta分析评估土壤有机碳(SOC)储量和团聚体稳定性对水蚀环境退耕还林/还草措施的响应.结果表明:(1)退耕还林/还草均有利于提高SOC储量,改善土壤团聚体稳定性,但两者的优势功能存在差异,还林的固碳效应强于还草,而还草对增强团聚体稳定性的作用更强.(2)多因素Meta分析表明显著影响SOC的因素有:恢复年份、土壤黏粒含量、植被覆盖度、年平均降雨(MAP)、年平均气温(MAT)和土壤深度.其中植被恢复对SOC储量的正向效应随着植被覆盖率增加而提高;草地恢复在土壤黏粒含量为20%~32%下对SOC储量的提高效应更显著,在MAP>800 mm或MAT<15℃条件下更易促进草地固碳效应,不同恢复年限下的草地固碳效应无显著变化;而林地恢复在土壤黏粒含量>32%下对SOC储量的提高效应更显著,气候条件对林地SOC储量无限制性影响,林地恢复下的SOC储量与恢复年限间存在正向效应.(3)植被恢复在黏粒含量为20%~32%时对平均重量直径(MWD)和平均几何直径(GMD)的正向效应更显著,MWD和GMD随植被覆盖率增加而增加.(4)SOC储量增长能分别解释25%和24%的MWD和GMD的效应值变异.结果表明,SOC的形成是多因素综合作用的结果,而土壤结构稳定性仅受植被覆盖度和土壤黏粒的限制.SOC储量的增加可促进提高MWD和GMD.研究可明确不同植被恢复措施在水蚀环境的固碳效果,为退化生态系统的恢复与重建提供理论参考.

长期化肥有机替代对黑土氮转化相关酶活性的影响

【目的】化肥有机替代是培肥土壤和提高氮素利用效率的主要途径之一,而氮素转化相关酶是氮素进入土壤后转化过程的主要推动力。因此,研究化肥有机替代对土壤氮转化相关酶活性的影响对于后续提高氮素利用效率具有重要意义。【方法】本文以国家黑土土壤肥力与肥料效益长期定位监测基地为平台,探究了32年长期化肥有机替代在玉米生育期对黑土土壤脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶活性的影响。试验共选取四种处理:不施肥处理(CK)、单施化肥处理(NPK)、秸秆部分替代化肥处理(NPKS)、有机粪肥部分替代化肥处理(NPKM)。【结果】NPKS,NPKM在玉米生育期内提高了土壤中脲酶、过氧化氢酶、硝酸还原酶及亚硝酸还原酶的活性,具体趋势为NPKM>NPKS>NPK>CK。与NPK相比,NPKM与NPKS在玉米生育期内平均分别可以提高29%和21.9%的脲酶活性,2.7%和2.2%的过氧化氢酶活性,39.8%和24.1%的硝酸还原酶活性,8.4%和6.1%的亚硝酸还原酶活性。秸秆与有机粪肥对多酚氧化酶活性的影响效果相反,与NPK相比,NPKS在玉米生育期内平均提高了15.9%的多酚氧化酶活性,而NPKM却使多酚氧化酶活性降低了9.3%。在玉米生育期内,土壤脲酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和硝酸还原酶活性均呈现出先升高后降低的趋势,而亚硝酸还原酶则呈现出逐渐上升的趋势。【结论】有机物料部分替代化肥提高了土壤氮素转化相关酶的活性。