秸秆和生物炭对黄绵土稳定性能影响的研究

为研究不同有机物料对黄绵土土壤团聚体和稳定性的影响,以陕西富平黄绵土为研究对象,通过添加两种有机物料(生物炭和秸秆),分析团聚体组成、水稳性团聚体稳定性、平均质量直径、几何平均直径和分形维数等指标,旨在为改良黄绵土障碍因子及合理提升肥力提供科学依据。利用光照恒温培养箱,设置4个试验处理,分别为对照(无添加,CK);玉米秸秆(5%秸秆,S1);生物炭(5%生物炭,S2);生物炭和秸秆混施(5%生物炭+5%秸秆,S3),培养90 d后采集土壤样品,选择干筛法和湿筛法测定团聚体,分析不同处理下黄绵土的稳定性能。结果表明:(1)添加有机物料的处理需水量均高于对照处理,增加量分别为0.42、1.10和1.76g。(2)不同处理下的0.25 mm的团聚体数量大小依次为CK S1S2S3。(3)不同有机物料添加下的黄绵土土壤水稳性团聚体稳定率、平均质量直径、几何平均直径和分形维数均优于对照,水稳性团聚体稳定率较对照CK处理提高幅度为3.35%～17.21%,平均质量直径提高幅度为9.81%～83.01%,几何平均直径提高幅度为3.11%～21.25%;且生物炭对土壤团聚体作用改善效果优于玉米秸秆,两者混合施用效果较单一施用效果提升显著,黄绵土分形维数与0.25 mm的团聚体数量存在显著的负相关关系,且R~2=0.957。综合分析,添加有机物料可有效增加黄绵土大团聚体含量,从而提升土壤稳定性和抗蚀性,并且以生物炭和秸秆混合施用效果最优。     

荒草地整治后土壤碳量的空间分布特征

为了深入了解荒草地整治工程实施后土壤碳含量的空间垂直分布特征,本研究以陕西省澄城县开展的土地整治项目为依托,对整治后土壤容重、总碳、有机碳和无机碳进行研究。结果表明,各土层土壤容重平均表现为40～60cm20～40cm0～20cm,随着土层的加深,容重逐渐变大。荒草地整治后0～20cm和40～60cm土层总碳含量小于整治前,土壤无机碳在垂直尺度上的分布规律与土壤总碳变化规律一致,20～40cm土层与之相反。土地整治措施后,总碳的垂直分布规律变为20～40cm0～20cm40～60cm,无机碳的垂直分布规律变为20～40cm40～60cm0～20cm。整治前土壤有机碳的垂直分布规律均为0～20cm(6.31g·kg~(-1))20～40cm(3.48g·kg~(-1))40～60cm(2.63g·kg~(-1)),整治后较整治前土壤有机碳含量依次降低了4.01、2.20、1.40g·kg~(-1)。荒草地复垦1年后的土壤有机碳固碳潜力在0～20cm、20～40cm和40～60cm土层上依次为15.92、17.94、14.27t·hm~(-2)。可知荒草地复垦1年的土壤有机碳还存在较大的固碳潜力,这些过程都是生物地球化学正常的变化过程,土壤碳在复垦年限内所表现出来的动态变化特征就是荒草地在土地整治过程后的历史痕迹。     

废弃宅基地复垦年限对土壤有机碳固碳潜力的影响

为了深入了解废弃宅基地整治后不同复垦年限对土壤碳固持的影响,本研究以陕西省澄城县开展的土地整治项目为依托,对不同复垦年限的土壤有机碳密度和固碳潜力进行研究。结果表明,土地整治后土壤容重变化各异,整体呈现随土层的加深而逐渐变大的变化趋势。宅基地整治后土壤有机碳在0～40cm土层中表现为先降低再增加的趋势,40～60cm土层有机碳含量的变化趋势为先增加后降低再增加,有机碳密度变化趋势与其碳含量变化趋势一致。宅基地复垦10年后,土壤有机碳的固碳潜力介于2.64～3.02t·hm~(-2)之间,以0～20cm土层固碳潜力最大。综上,说明土地整治后土壤有机碳含量的提升还需经过多年的耕种,使得新整治土壤熟化,从而使有效肥力水平稳定增加。     

添加材料对黄绵土团聚特性的影响

探究不同添加材料对黄绵土团聚体数量、水稳性团聚体稳定率、团聚体大小和分形维数等的影响,以期为增加黄绵土土壤团聚体和提高其稳定性提供科学依据。在陕西富平中试基地设置野外培养试验,以黄绵土为研究对象,通过添加材料(玉米秸秆和生物质炭),设置4个试验,分别为对照(零添加,CK)、玉米秸秆(5%,S1)、生物质炭(5%,S2)、玉米秸秆与生物质炭混施(各5%,S3),培养30 d后,采集黄绵土土壤样品,利用团聚体测定常用干法和湿法进行测定稳定性指标。结果表明:在整个培养过程中,添加玉米秸秆的处理较其它处理需水量高。通过干法和湿法测定黄绵土不同粒径的团聚体百分含量,各处理下黄绵土不同粒径团聚体含量呈现相同趋势,0.25 mm的团聚体含量的大小次序分别为S3S2S1CK。水稳性团聚体稳定率以S3处理最高,在干法和湿法处理下,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径大小顺序趋势一致,均为S3S2S1CK。湿法下,黄绵土土壤团聚体分形维数与0.25 mm土壤团聚体含量存在良好的负相关线性关系,即R~2=0.960 4。综合分析表明,添加材料可有效改善土壤结构,增加其稳定性,并且混合使用材料对土壤团聚体改善效果优于单一添加材料。     

风沙土中有机碳矿化对砒砂岩添加的响应

土壤有机碳为生物转化过程提供物质能源,在土壤质量评价及养分循环中起着至关重要的作用。本研究选择砒砂岩与沙复配比为0∶1(CK)、1∶5(C1)、1∶2(C2)和1∶1(C3)四个处理的土壤进行室内培养试验,利用碱液吸收法分析土壤有机碳的矿化过程。结果表明,与CK处理相比,C1、C2和C3处理的增幅分别为205.24%、182.27%和365.14%(P0.05)。有机碳矿化速率可分为1～8d的快速上升与下降阶段、8～30d的不稳定下降阶段和30～60d的平稳下降阶段。有机碳累积矿化量与培养时间符合动力学方程[Ct=C0(1-e-kt)]的指数变化趋势(P0.01)。随着培养时间的延长,有机碳的累积释放强度逐渐减弱。与CK处理相比,C1、C2和C3处理的有机碳累积矿化量和潜在可矿化有机碳含量增幅分别为106.97%～225.93%和112.22%～254.08%。累积矿化率和C0/SOC的变化趋势一致,表现为C1CKC3C2,其中C2处理的降幅最大。可见,砒砂岩与沙复配比为1∶2时,土壤有机碳的单位损失率最低,较其他处理可间接促进土壤有机碳的积累,为砒砂岩与沙复配成土关键技术提供理论借鉴。     

不同水热条件对玉米根系分解特性的影响

通过田间埋藏分解试验,比较了3种施氮量(0、120和240kg N·hm~(-2))处理的玉米根茬(R_0、R_(120)、R_(240))分别与杨凌塿土、长武黑垆土充分混合并埋藏分解一年后,根茬碳分解差异及其影响因素,并且利用碳稳定同位素δ~(13)C技术,研究了根茬碳分解对土壤有机碳的贡献。结果表明,杨凌地区水、热条件较好,试验期间降水量总和较长武高215mm;杨凌试验地15cm和45cm土层平均温度分别较长武高3.2℃和4.2℃。分解1年后,长武黑垆土中根茬残留碳较杨凌塿土高21%44%。根茬来源的土壤有机碳比例在塿土、黑垆土中分别为22.4%44.7%和27.4%38.3%。在黑垆土中根茬来源的土壤有机碳含量显著高于塿土,3种施氮量根茬来源的土壤有机碳含量差异未达显著水平。可见土壤深度、质地、施肥状况等影响有机残体还田腐解与土壤有机碳的更新,良好的水热条件能够促进玉米根茬残体分解,有利于新增耕地的快速培肥熟化,构建富含有机物质的耕作层,满足作物对养分的需求。     

治沟造地不同土地利用方式土壤有机碳和易氧化碳分析

治沟造地是我国黄土丘陵地区补充耕地,保障粮食安全,恢复生态环境的重要手段。以延安市南泥湾镇为试验地,测定分析了治沟造地区域水田、旱地、柳树林地、松树林地4种典型土地利用方式不同土层深度土壤中有机碳和易氧化碳的含量、分布规律以及易氧化态碳与有机碳的相关关系。结果表明:4种土地利用方式下土壤有机碳和易氧化碳含量均随土层深度的增加而呈现减小的趋势,且不同深度土层土壤有机碳和易氧化碳含量差异均达到显著水平(P0.05);0~60cm土层深度内,旱地在不同深度土层中的有机碳含量和易氧化碳均低于其它3种土地利用方式;土壤有机碳含量与易氧化碳含量之间的相关性达到显著水平,充分说明土壤易氧化碳含量在一定程度上取决于土壤有机碳的含量;治沟造地改变了区域生态系统,生态系统碳循环受到极大的影响,因此在研究全球碳循环中,治沟造地对生态系统碳循环的影响可作为下一步研究的方向。     

植被重建下排土场扰动及小流域自然土体土壤有机碳储量比较

比较黄土丘陵沟壑区排土场扰动土体和小流域自然土体植被重建下土壤剖面有机碳(SOC)储量的差异,有助于了解区域SOC源汇效应的变化机理;同时,可从土壤碳储量增减的角度为该区域露天矿区土壤修复措施的选择提供一定的参考依据。在黄土丘陵沟壑区,选取内蒙古准格尔旗黑岱沟露天煤矿排土场和五分地沟典型治理小流域,研究了排土场平台与小流域梁峁顶SOC含量的差异、排土场边坡与小流域坡地的SOC储量差异及其影响因素。结果表明:植被恢复与重建模式显著影响表层(0~20cm)SOC和全氮(TN)含量(P0.05),20cm及以下随土层加深,影响越来越小。1m土层深度的土壤碳(氮)密度及储量表现为经治理的小流域坡地大于排土场边坡,且差异显著,草地模式显著大于林地模式(P0.05)。1m土层SOC储量与凋落物生物量呈正相关关系(y=alnx+y0,R~2=0.43~0.83),与凋落物含碳量也呈正相关关系(y=ax+b,R~2=0.48~0.78),且草地SOC储量随凋落物生物量和含碳量增加而增大的速率也较林地大。植被重建15年后,排土场边坡林地、草地的SOC储量仍未达到治理小流域坡地的水平。若要通过植被恢复与重建达到此水平,每公顷排土场林地和草地1m土深SOC储量分别需要增加13.64t和11.15t;若每年SOC储量增长匀速,排土场林地和草地SOC储量分别需要25年、21年才能达到目前小流域坡地的水平。     

覆沙压盐对土壤理化性质及黑麦草生长的影响

为探究不同覆沙量改良陕北盐碱地效果,开展了表层盐碱土和沙土混合的小区试验,研究在表层盐碱土(0～30cm)掺入不同厚度沙土对0～60cm土层土壤结构、理化性质、黑麦草生长及产量影响。研究结果表明,与对照处理相比,覆沙压盐措施可以显著降低0～30cm土层土壤含盐量、土壤pH值和土壤容重,其中土壤含盐量降低1.16～2.22g·kg~(-1),pH下降0.05～0.94,容重降低0.03～0.10g·cm~(-3),盐碱地耕作层土壤理化性状和土壤结构得到显著改善。覆沙压盐对于盐碱地黑麦草的生长和产量也有显著提高,其中覆沙厚度为15cm的试验处理种植黑麦草的长势及土壤改良效果最为明显,黑麦草的干物质重为1.337 5kg·m~(-2),生长期内吸收土壤盐分量为810.53kg·hm~(-2),较空白对照增加了758.15kg·hm~(-2)。这说明在陕北地区采取"沙改盐碱"措施治理盐碱地在理论和实践上都具有可行性。     

施用有机肥对土壤团聚体的影响研究

为研究施用不同有机肥对土壤团聚体的影响,在马龙县旧县镇花龙潭进行了有机肥田间试验。以不施肥作为空白对照,研究不同施肥处理对机械稳定性团聚体和水稳性团聚体的影响以及有机质含量和土壤团聚体的关系。结果表明,与空白对照相比,其他处理均能不同程度提高土壤中0.25mm团聚体的含量,其中WP有机肥+有机碳配施对团聚体的影响已经达到了显著水平。与空白对照相比,各处理土壤中有机质的含量均有升高。因此,施用不同有机肥可以增加土壤团聚体水稳性和机械稳定性,提高土壤有机质含量,改善土壤结构。     

长期施肥对旱作塿土总有机碳的影响研究

本研究以关中旱作塿土18年长期肥料定位试验土壤为试材,探讨不同施肥处理对土壤总有机碳的影响。本文涉及的施肥处理包括:(1)对照不施肥(CK);(2)单施氮肥(N);(3)氮钾肥(NK);(4)氮磷肥(NP);(5)磷钾肥(PK);(6)氮磷钾肥(NPK);(7)有机肥+氮磷钾肥(MNPK)。研究结果表明,(1)与对照相比,无论单施NPK化肥还是有机无机肥配施,耕作层土壤总有机碳含量均有不同程度的提高,但有机肥和化肥联合施用效果更好。随时间延长,有机无机肥配施的土壤总有机碳增长率呈递减趋势;(2)长期平衡施肥(NPK处理)有利于保持和提高耕层土壤总有机碳含量,其他不平衡施肥(NP、NK、PK处理)也可以增加土壤总有机碳含量,但长期单施氮肥会导致土壤总有机碳含量降低;(3)有机无机肥配施对提高耕层土壤总有机碳含量效果优于其它处理;不同施肥处理总有机碳含量随土层剖面垂直分布均有下降趋势,在下层土壤中不同施肥处理的总有机碳含量差异不显著。综上可见,长期有机无机肥配施可显著增加土壤有机碳含量,平衡施用无机化肥也能够在一定程度上维持或提高土壤有机碳水平。     

拌沙比例对盐渍土土壤结构和盐分离子的改良效应研究

为系统化分析拌沙对于盐渍化土壤的改良作用,本研究选择陕西省定边县的重度盐渍化土壤开展小区试验,通过在0～30 cm土层内拌入不同比例沙,监测了其表层(0～30 cm)和下层(30～60 cm)土层内土壤性质变化。结果表明:拌沙处理能有效降低定边盐渍土0～30 cm土层内的土壤细小颗粒、增加其大颗粒,改善其质地过于细密的问题,从而促进SO_4~(2-)、Na~+、Cl~-、K~+、Ca_2~+等盐离子的淋失,降低其盐碱程度,且拌沙比例越高,改善效果越明显;盐渍土的pH并未随着沙的拌入而发生明显变化,但电导率则以拌沙量为3 cm处理下降幅最明显;30～60 cm土层内土壤性质并未受拌沙处理的明显影响。研究结果补充了拌沙对盐渍土改良的理论和技术体系。     

复配型土体有机重构技术初探——以砒砂岩与沙复配成土为例

为探明复配型土体有机重构技术对土体改良作用的机理,本文选择砒砂岩与沙复配成土技术作为典型实例,设置不同砒砂岩与沙的复配比例(1:1、1:2、1:5)田间试验小区与沙地进行对照,于2010-2015年连续监测不同处理土体的质地、有机质、水稳定性团聚体、矿质氮以及玉米产量变化。结果表明:砒砂岩的加入能将沙地土体中的粉粒和粘粒含量分别从3.21%和2.73%提升到20%和5%以上,满足作物生长的颗粒需求,因此适宜于作为一种沙地土体有机重构的材料;在6年的耕作管理中,0-30 cm表层的粉粒和粘粒缓慢向下层迁移,增加30 cm以下沙地土体的粉粒和粘粒含量,复配土土体0-30 cm内有机质含量从0.5%以下提升到3.7%以上,水稳定性团聚体含量则从18%-28%提升到20%以上,0-120 cm深度土体内矿质氮储量提升4.5倍以上,玉米产量随种植季数稳步提升至11000 kg·hm~(-2);其中,1:2复配比例上经6季种植后玉米产量达到14234.4 kg·hm~(-2),最适宜玉米生长。本文的研究结果不仅系统分析了砒砂岩与沙复配成土技术的机理,也为其它复配型土体有机重构技术的机制探讨和技术路线制订提供了参考。     

土地利用方式对黄土高原土壤有机碳含量的影响

土壤有机碳(SOC)含量及其变化是当前土壤碳循环研究的热点,土地利用方式对SOC的累积及易氧化有机碳(ROC)的变化具有深远影响。本文通过采集甘肃省定西市安定区梁家川村高山的荒地、乔木(杏树林)、灌木(柠条林)和草地(苜蓿)不同剖面的土壤,测定其SOC、ROC和土壤容重含量,研究不同土地利用方式对SOC库的影响。结果表明:(1)4种土地利用方式的土壤ROC和SOC含量均随着土层深度的增加而减少,且均呈现草地灌木乔木荒地的趋势;(2)相对于荒地,草地、灌木和乔木的耕层SOC含量分别显著增加1.29、1.05和0.52倍;土壤有机碳密度分别显著提高2.04、0.85和0.53倍(P0.05);(3)土壤ROC与SOC含量之间存在极显著的正线性相关关系,R~2=0.74;(4)各处理土壤碳库管理指数的变化范围在1.05~2.62之间,且草地高于灌木和乔木。研究认为,草地能快速提高土壤ROC和SOC含量,从而增加土壤碳储量,提高土壤可持续生产能力;栽培乔木和灌木,能储存更多的稳定态碳,是彻底改善生态环境的有力保障。     

耕作方式对黄土高原土壤有效磷和速效钾的影响

为明确黄土旱塬区农田长期免耕耕作对土壤有效磷和速效钾的影响,建立适宜的高产高效耕作技术体系。在陕西省长武县的西北农林科技大学长武黄土高原农业生态试验站,选择连续3年进行免耕耕作的试验田,于2015年9月,在冬小麦播种前分别进行免耕、翻耕和旋耕3种耕作处理。2016年冬小麦收获后,分析了3种耕作方式下0～30cm土层土壤有效磷和速效钾含量。结果表明,在0～30cm土层,土壤有效磷和速效钾含量在3种耕作方式下都随着土壤深度的增加而减少。10～20、20～30cm土层有效磷和速效钾含量较0～10cm土层分别减少了16.07%、32.74%和15.54%、27.08%,且都有显著性差异(p0.05)。不同耕作方式下,0～10cm土层,翻耕方式下土壤有效磷含量比免耕显著减少了11.31%;翻耕、旋耕方式下土壤速效钾含量分别比免耕显著减少了6.16%、4.97%(p0.05)。20～30cm土层,翻耕方式下土壤有效磷含量比免耕显著增加了18.12%,翻耕方式下土壤速效钾含量比免耕、旋耕下分别显著增加了17.17%、9.22%(p0.05)。因此,在长期进行免耕的黄土旱塬上,需要进行适当的翻耕或旋耕。     

不同轮耕方式对新增耕地土壤团聚体分布及稳定性的影响

为了探明不同轮耕方式对以生土为构建材料的新增耕地的土壤团聚体粒径分布及稳定性的影响,于2018年10月对免耕—深松—免耕、免耕—深松—翻耕、深松—深松—深松、深松—深松—翻耕四种不同的轮耕方式下0～20cm土层土壤进行采集,分析轮耕方式对土壤团聚体粒径、数量及其结构稳定性的影响。研究结果表明:在新增的可耕作土地中采取不同的轮耕方式,其中深松耕作的次数越多,0.25mm风干团聚体含量越高,土壤团聚度越高;免耕次数越多,0.25mm的水稳性团聚体含量越高,水稳性团聚度越高,团聚体破坏率越小;翻耕则会降低土壤团聚体含量。相关分析表明,影响土壤团聚体平均质量直径(MWD)的主要限制因素为大团聚体含量,容重、孔隙度、团聚体破坏率等因素对其影响不显著。综上,免耕—深松—免耕模式下,土壤水稳性团聚体含量较高,团聚体稳定,形成的土壤结构良好,为新增耕地可采用的优化轮耕方式。     

渭北台塬区废弃宅基地整治前后土壤总碳变化研究——以陕西省澄城县为例

通过对澄城县废弃宅基地整治前后(0～60cm)土壤总碳含量变化及整治后耕作近10年土壤总碳变化情况研究分析,探究废弃宅基地整治前后及多年耕种对土壤总碳变化的影响。结果表明:渭北台塬区废弃宅基地土壤总碳含量在0～20、20～40、40～60cm三个土层上依次为18.25、17.45、17.51g·k~(-1);经过10年的耕种,0～20cm土层土壤总碳含量最高,为23.44g·kg~(-1),各层土壤总碳含量总体呈现0～20cm40～60cm20～40cm,总碳含量增幅呈现20～40cm40～60cm0～20cm,其中0～20cm,相比5年前呈现出降低趋势;澄城县成熟耕地土壤总碳平均含量在三个土层上分别为20.74、28.60、15.18g·kg~(-1),相比成熟耕地,20～40cm土层土壤总碳含量增幅潜力最大。     

秸秆和生物炭对砒砂岩与沙“复配土”稳定性的影响

本研究将不同有机物料添加到砒砂岩与沙体积比为1∶2的复配土中,试验设置4个处理,对照(不添加有机物料,CK)、单施秸秆(秸秆5%,T1)、单施生物炭(生物炭5%,T2)、配施生物炭和秸秆(生物炭5%+秸秆5%,T3),分别培养30 d后采集土壤样品,分析各处理的土壤需水量、团聚体粒径分布、水稳性团聚体稳定效率、平均重量直径、平均几何直径和分形维数等。研究结果表明:培养周期,四种处理的平均需水量以对照最高,且处理间差异显著(P0.05)。各处理的团聚体百分含量(0.25 mm)以CK最低,T3最高,趋势呈现为CK T1T2T3,添加有机物料后的复配土稳定性指标均比对照高,且混施物料对团聚体稳定指标改善效果优于单一物料。在干筛法和湿筛法处理下,不同团聚体分形维数的范围为2.79～2.89,表现趋势为T3 T2 T1 CK;湿筛法,复配土分形维数(y)与WR_(0.25)(x)之间存在良好的线性方程关系,即为y=-0.002 8x-2.989 2,且R~2=0.93。研究综合分析,通过增加有机物料的施入可有效增加复配土稳定性,并且可改善结构,而且有机物料的混施后的改善效果更好。     

风沙草滩区盐碱地整治对土壤理化性质的影响

为探究陕北风沙草滩区盐碱地整治改良效果,实施了盐碱地平整覆沙整治工程,本文以定边县白泥井镇北畔村盐碱地综合整治项目为例,对工程实施前、工程实施后以及种植玉米1a后覆沙对盐碱不同深度土层(0～10cm、10～20cm、20～40cm、40～60cm以及60～100cm)土壤结构和理化特性的影响进行了分析。结果表明:经过覆沙工程实施,土壤pH值较工程实施前降低了6.57%,经过1a的玉米种植,土壤pH值较工程实施后降低3.40%;土壤含盐量在工程实施后和种植玉米1a后总体上随土层深度的增加而增大,种植玉米1a后的土壤平均含盐量高出工程实施后55.53%,但耕作层土壤含盐量仅比工程实施后增大了10.26%,因此覆沙工程对耕作层土壤质量的改善具有显著促进作用。有效磷含量增加幅度显著大于速效钾增加幅度,盐碱土覆沙对土壤有效磷含量的增加作用更为明显。土壤全氮含量随着土层深度的增加而不断降低,种植玉米1a后,全氮含量较工程实施前后分别提高了68.70%和104.63%,有机质含量比工程实施前后分别高出41.57%和121.70%。平整覆沙工程的实施,有利于原有盐碱土壤理化特性的改善。     

砒砂岩对毛乌素沙地风沙土固碳能力影响研究

为探析砒砂岩对于毛乌素风沙土固碳能力的影响规律及机制,通过不同比例砒砂岩与沙复配成土实验小区和技术应用示范区采样检测进行对比。小区试验结果表明:2010~2015年,适量砒砂岩的加入将风沙土质地由砂土改良至壤土—壤砂土,土壤团聚能力显著增强,土壤表层有机碳含量从0.30g·kg^(-1)提升至2.16~3.03g·kg^(-1),土壤的固碳能力显著提升。技术应用示范区采样结果则表明:砒砂岩与沙复配成土技术将0~100cm深度内土壤的总碳密度由22.09t·hm^(-2)提升至24.07t·hm^(-2),有机碳密度16.64t·hm^(-2)提升至18.44t·hm^(-2),体现出砒砂岩对风沙土固碳能力的提升作用。