不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体及碳氮含量的影响.pdf

山 东 农 业 科 学():./.收稿日期:基金项目:国家重点研发计划项目“环渤海盐碱地耕地质量与产能提升技术模式及应用”子课题()山东省现代农业产业技术体系棉花岗位创新团队项目()作者简介:王敬宽()男山东郓城人硕士研究生主要从事农业资源与环境方面研究:.通信作者:柳新伟()男山东潍坊人博士副教授主要从事农业生态学研究:.不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体及碳氮含量的影响王敬宽吕鹏超张楷悦高枫舒张强柳新伟(.青岛农业大学资源与环境学院山东 青岛.威海市农业农村事务服务中心山东 威海.乳山市农业农村事务服务中心山东 乳山)摘要:为探究不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体组成、稳定性及团聚体中碳氮含量变化的影响本研究选取黄河三角洲农业高新技术产业示范区 种土地利用方式(荒地、草地、园地、耕地)为研究对象通过湿筛法将土壤进行粒级分组对、土层的水稳性团聚体的组成、稳定性及土壤有机碳()、全氮()含量进行测定与分析 结果表明:种土地利用方式土壤团聚体含量均以.和.粒级为主 粒级为最低其中耕地 草地耕地荒地()和草地园地耕地荒地()且土壤团聚体、含量随粒级减小而降低 种土地利用方式下不同土层中均以.和.粒级团聚体、贡献率最高分别为.()和.()这与该粒级土壤团聚体含量所占比例高有关 本研究结果可为黄河三角洲盐碱地区土地利用的合理规划与可持续发展提供参考关键词:盐碱地土地利用方式土壤团聚体土壤碳氮中图分类号:文献标识号:文章编号:()(.)().()().()().().().土壤团聚体是土壤结构的基本单位也是土壤的重要组成部分其组成和稳定性与土壤碳氮含量、土地利用方式、土壤生物活性、土壤侵蚀和植被覆盖等因素密切相关其数量和质量可反映土壤养分供储能力是评价土壤质量的重要指标之一 稳定的团聚体和良好的土壤结构有利于提高土地生产力改善土壤透气、透水性增强土壤的抗侵蚀能力促进土壤结构稳定 为了分析和评价土壤团聚体的稳定性和结构特征一般采 用 平 均 质 量 直 径()、几何平均直径()和分形维数()来表征 已有研究表明 和 值越大表示团聚度越高土壤稳定性越强 值越小土壤水稳性团聚体含量越高土壤结构愈加松散通透性更好 研究表明土壤表层中的有机碳()约 储存在团聚体中稳定的团聚体对存储于其中的有机碳氮提供物理保护作用通过调节其内外氧气和水分的流通情况来降低微生物对有机碳氮的矿化分解进而提高土壤有机碳氮的固持相应地有机碳氮作为重要的胶结物质可促进团聚体的形成对团聚体的稳定性具有显著影响不同土地利用方式可以通过改变田间管理方式和植被覆盖类型来影响土壤地表凋落物含量、微生物丰度等土壤环境使土壤养分发生改变进而导致土壤肥力和结构稳定性发生变化 土地利用方式的变化对土壤碳氮含量、水稳性团聚体、渗透性等土壤动态质量指标的变异性起主导作用因而合理的土地利用方式可促进土壤团聚体的形成和提高团聚体结合有机碳氮的能力进而增强土壤的碳、氮汇功能为缓解全球气候变化发挥关键作用 近年来国内外有关土地利用方式对土壤团聚体稳定性及 含量影响的研究较多 罗晓虹等通过对比 种土地利用方式发现竹林和荒草地各土层中的土壤团聚体稳定性较好且竹林土壤各土层中各粒径团聚体的有机碳含量最高 等研究南方亚热带地区不同土地利用类型发现油松和马尾松林地土壤团聚体稳定性及、全氮()含量最高李鉴霖等对比发现果园地比农耕地土壤团聚体稳定性及 含量高山东省盐碱地主要分布在黄河三角洲地区该类土壤盐分含量高、养分低、土壤结构差严重制约了黄河三角洲地区的农业生产 因此通过不同土地利用方式合理开发利用黄河三角洲盐碱地对坚守耕地红线、促进农业经济发展具有重要意义 目前针对黄河三角洲盐碱地区不同土地利用方式对土壤性质影响的研究主要集中在养分变化、水盐运动和碳库储存等方面而对盐碱地在不同土地利用方式下的土壤团聚体组成、稳定性及团聚体碳氮含量、贡献率的研究较少本试验以黄河三角洲农业高新技术产业示范 第 期 王敬宽等:不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体及碳氮含量的影响区荒地、草地、园地和耕地 种土地利用方式为研究对象探讨不同土地利用方式对盐碱地土壤团聚体在、土层中的分布、稳定性及团聚体、含量的影响以期为黄河三角洲盐碱土壤结构改善和土地利用方式合理规划提供科学依据 材料与方法.研究区与采样点概况研究区位于山东省东营市黄河三角洲农业高新技术产业示范区()处于黄河三角洲的核心区域 该地区属暖温带大陆性季风气候多年日平均气温.年均降水量.降水季节分布不均多集中在夏季易造成旱涝灾害无霜期年均 采样点土壤类型以滨海盐渍土为主土壤基本理化性质为有机质含量./、全氮./、碱解氮./、有效磷./、速效钾./值.、盐分./本研究设置荒地、草地、园地和耕地 种不同土地利用方式(表)其中荒地为撂荒 年草地为 年生苜蓿地一年刈割 次园地种植苹果至采样时为 年耕地种植模式为 年的小麦玉米轮作 表 土壤采样点基本信息土地利用方式经纬度土壤主要扰动方式主要植被荒地无无草地刈割苜蓿园地翻耕、除草苹果树耕地翻耕、灌溉小麦玉米轮作.样品采集与处理于 年 月采用五点取样法在每个划定的区域分别采集、两个土层的土壤样品装入硬质塑料盒(避免运输过程中挤压和扰动以免破坏团聚体)带回实验室后将土样剔除石块、植物根系等杂物沿其自然裂隙掰成直径约 土块混合后于通风干燥处自然风干用于土壤团聚体测定.测定方法土壤水稳性团聚体的测定按照 的方法进行 将 混合土样均匀放置于、.、.的套筛上调整套筛水面高度保证水没过筛底部且振动时不没过其顶部使土样充分湿润后启动土壤团聚体分析仪(型)以上下振幅 、次/的频率振动 用清水将各粒级水稳性团聚体冲入烧杯中 烘干至恒重(约 )计算各粒级水稳性团聚体质量全土和各级团聚体磨碎过.筛后采用常规农化分析方法测定有机碳()、全氮()含量.数据处理与分析土壤团聚体平均质量直径()和几何平均直径()分别采用公式()()计算.稳定性团聚体的含量(.)采用公式()计算分维形数()采用公式()两边取以 为底的对数得公式()求出团聚体有机碳、全氮贡献率()采用公式()计算()()().()()()().为粒径.水稳性团聚体质量()为水稳性团聚体总质量()()为粒径小于 的团聚体质量为团聚体最大粒径为各粒级团聚体的有机碳(全氮)含量为土壤总有机碳(全氮)含量本研究所列结果为 次重复测定值的平均值试验数据采用 整理.软件进行统计分析用 法进行差异显著 山 东 农 业 科 学 第 卷性检验(及 团聚体含量不同土地利用方式之间均存在显著差异表现为草地最高耕地最低.团聚体含量园地、荒地和草地均显著高于耕地分别高出.、.和.团聚体含量耕地 显 著 高 于 园 地、草 地 和 荒 地 分 别 高 出.、.和.荒地园地草地且耕地和荒地显著高于园地和草地 土层中 团聚体含量不同土地利用方式之间均存在显著差异表现为草地最高园地最低.团聚体含量不同土地利用方式之间均存在显著差异表现为荒地最高耕地最低.团聚体含量高低排序为园地耕地草地荒地且园地和耕地显著高于草地和荒地.团聚体含量耕地、草地和荒地均显著高于园地分别高出.、.和.综上结果表明不同土地利用方式下不同土层各粒级水稳性团聚体含量均有差异注:同粒级柱上不同小写字母表示不同土地利用方式之间差异显著(荒地园地耕地不同土地利用方式之间均存在显著差异 土层中团聚体 排序与 土层一致均以草地最大耕地最小 土层中团聚体 值在.之间草地、园地和荒地均显著高于耕地 土层中团聚体 值在.之间荒地和草地显著高于园地和耕地 土层中团聚体.的大小顺序为草地荒地园地耕地与耕地相比草地、荒地和园地分别显著高出.、.和.土层中团聚体.的大小顺序为荒地草地园地耕地与耕地相比荒地、草地和园地分别显著高出.、.和.土层中团聚体 值大小顺序为耕地荒地草地、园地园地和草地显著低于荒地和耕地 土层中团聚体值大小顺序为耕地草地荒 表 不同土地利用方式下各土层土壤团聚体稳定性指标土层深度/土地利用方式/./值荒地.草地.园地.耕地.荒地.草地.园地.耕地.注:同土层同列数据后不同小写字母表示不同土地利用方式之间差异显著(园地园地显著低于荒地、草地和耕地 对不同土地利用方式下水稳性团聚体、.和 值的分析表明耕地的土壤稳定性最差这与人为扰动影响密切有关.不同土地利用方式下各土层、含量由图 可以看出 和 含量均随土层加深而降低 土层中 含量以园地土壤最高其次为草地和耕地荒地最低三者较荒地分别显著提高.、.和.土层中 含量变化与 土层一致与荒地相比园地、草地和耕地分别显著提高.、.和.土层中 含量以草地土壤最高其次为园地和耕地荒地最低三者较荒地分别显著提高.、.和.土层中 含量变化与 土层一致与荒地相比草地、园地和耕地分别提高.、.和.其中两个土层园地 含量较耕地有显著差异草地 含量较耕地也有显著差异 综上表明园地(种植苹果)对盐碱地土壤 积累有显著的促进作用草地(种植苜蓿)对盐碱地土壤 积累促进作用显著同一土层柱上不同小写字母表示不同土地利用方式之间差异显著(草地耕地荒地 含量表现为草地园地耕地荒地随土层加深各粒级团聚体 和 含量相对减少随粒级减小团聚体 和 含量总体呈下降趋势说明大团聚体可以促进土壤碳氮积累由图 可知 土层中园地土壤中各粒级团聚体 含量均显著高于其他 种土地利用方式分别高出.()、.(.)、.(.)和.()、.(.)、.(.)和.()、.(.)、.(.)和.()、.(.)、.(.)和.(.团聚体 和 含量最高而在 土层中 团聚体 和 贡献率反而最低这可能是由于该粒级团聚体所占比例低所导致的 与耕地相比草地、园地和荒地均降低了、土层中.团聚体含量而对于耕地、园地和草地来说土壤易受到较为剧烈的人为扰动耕地、园地翻耕和草地刈割都会导致土壤大团聚体破碎化由于园地、草地地表凋落物和覆盖物较多土壤抗侵蚀能力较强有利于增加表层土壤.团聚体含量而耕地各土层大团聚体含量均为最低这与姜敏等的研究结果相似不同土地利用方式对不同土层团聚体稳定性具有不同影响 本研究中各土层中水稳性团聚体的 和 均以草地最大耕地最小说明草地土壤稳定性最强耕地土壤稳定性最差稳定性团聚体的含量(.)被认为是土壤中最好的结构体可以用来衡量土壤结构的优劣其含量越高表明土壤抗蚀能力越好 各土层.均以耕地最低说明耕地土壤抗侵蚀能力最差 通过对比各土层中水稳性团聚体的 值同样可以发现耕地土壤结构易遭到破坏稳定性较差 研究发现在表征土壤团聚体稳定性指标之间存在着相互不吻合的现象尤其是在 土层中这可能与盐碱土壤本身结构差、地下水位高、高盐导致的土壤黏重等因素有关同时加上剧烈的人为扰动二者综合作用就使得盐碱地土壤团聚体的稳定性更为复杂 整体而言在盐碱条件下草地表现出更好的土壤结构和团聚体稳定性这是由于苜蓿可以产生大量的须状不定根随着老根死亡和不断被分解产生大量有机物质促进土壤团聚体形成且土壤全年覆盖度极高说明苜蓿对盐碱地土壤团聚体改良起重要作用.不同土地利用方式对各土层、和团聚体、的影响土壤碳、氮含量与土壤肥力和有机物料输入输出紧密相关是陆地土壤碳库和氮库的重要组成部分同时土壤性质、土地利用方式、农业管理、地覆植被等均会影响、的含量及分布尤其土地利用方式的不同对土壤碳、氮含量影响很大特别是在生态比较脆弱的黄河三角洲地区本研究中不同土地利用方式下、含量随土层加深均呈逐渐降低趋势 究其原因主要是由于表层土壤优先获得植物凋落物、根系分泌物、外源添加物等有机物料的输入并逐步传导至深层土壤因此表现为表层 和 含量高于深层土壤这与乔鑫鑫等的研究结果相似 不同土地利用方式下各土层 含量表现为园地草地耕地荒地 含量表现为草地园地耕地荒地说明盐碱土壤在人为开发利用后通过其植物凋落物、根系分泌物和外源肥料等形式提供的碳源和氮源被植物吸收或者分解外有更多的碳、氮在土壤中积累 园地和草地的、含量均高于耕地这是因为园地和草地有较多植物凋落物和根系分泌物且苜蓿属于豆科植物与根瘤菌结合具有生物固氮作用而耕地中生长的作物大部分被收获只有少量植物体残留在土壤中且耕作会加快土壤碳、氮元素的分解转化、淋溶和迁移 总的来说园地和草地均能有效提高盐碱地土壤碳、氮含量具有良好的生产潜能而耕地则需増施有机物料以提高土壤碳、氮含量维持土壤碳氮库平衡土壤团聚体碳、氮含量影响着团聚体的形成团聚体的组成与稳定性又深刻影响着团聚体碳、氮的利用、固持与矿化 本研究结果表明对 山 东 农 业 科 学 第 卷于团聚体、含量不同土地利用方式下随土层深度的变化与各土层 和 含量的变化一致各土层.粒级的大团聚体均高于.粒级的大团聚体、贡献率最高而耕地土壤 粒级团聚体占比最低且不同粒级均以草地土壤占比最高()不同土地利用方式下各土层水稳性团聚体、和.均以草地和荒地较大、耕地最小 值均以园地和草地较小、耕地最大 总体来看草地更有利于维持或提高土壤团聚体稳定性耕地由于受人为干扰导致土壤团聚体稳定性差进而造成土壤结构退化()不同土地利用方式下各土层 含量排序为园地草地耕地荒地 含量排序为草地园地耕地荒地均随土层加深而降低各粒级土壤团聚体、含量与各土层 和 含量排序一致且均随粒级减小而降低 各土层.和.粒级团聚体对土壤碳、氮贡献率高达.和.以园地土壤贡献率最高 综合来说草地和园地更有利于黄河三角洲盐碱地土壤团聚体稳定性提高和碳氮养分固持参 考 文 献:李鉴霖 江长胜 郝庆菊.土地利用方式对缙云山土壤团聚体稳定性及其有机碳的影响.环境科学 ():.():.胥佳忆 李先德 刘吉龙 等.农业土地利用转变对土壤团聚体组成及碳、氮含量的影响.环境科学学报():.刘帅 赵西宁 李钊等.不同改良剂对旱地苹果园壤土团聚体和水分的影响.水土保持学报 ():.祁迎春 王益权 刘军 等.不同土地利用方式土壤团聚体组成及几种团聚体稳定性指标的比较.农业工程学报():.(/):.张玉铭 胡春胜 陈素英 等.耕作与秸秆还田方式对碳氮在土壤团聚体中分布的影响.中国生态农业学报:中英文():.黑杰 李先德 刘吉龙 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