耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响精文档格式.docx
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Tofurtherexploretillagepracticesforcarbon
oftilthsoilswere
improvingsoilstructure,theeffectofdifferenttillagepractices
thestructure
and
organicinvestigatedusingroutine
at
method(Wet—sieving,Potassiumdichromatevolumetry
stationinthe
Core-cutting
sampling).The7-yearresearchwasconducted
conservative
anexperimental
semiaridLoessPlateau
zoneincentral
GansuProvince.The
no・tillagewithstraw
managementpracticesofno—tillage(NT),conventionaltillagewithstrawincorporation(TS)and
mulch(NTS)increasesoilorganicCandwater—stablesoilaggregatescontents,withthehighesteffectunder
improvingsoil
structure
NTStillage.Soilbulkdensitydecreaseswhilesoilporosityincreases,greatlylayer.Contentofsoilwater-stableter-stable
underNTSinthe0-10cmsoil
aggregate(1-0.5mm)isthehighestinall3soillayers,0-5cm,5~10cmand10-30cm.Soilwa—
a
aggregate(>O.25mln)hassignificantpositivecorrelation
withsoilorganicCcontentandporosity,butissignificantly
negativelycorrelatedwithsoilbulkdensity.Keywords
Conservationtillage,Soil
structure,Water—stable
aggregate,Organiccarbon,Bulkdensity,Porosity
(ReceivedMarch24,2008;
acceptedJune15,2008)
土壤结构是调控土壤物理、生物过程和土壤有机质分布的重要因素之一,土壤团聚体是土壤结构的基本单元【l】。
土壤团聚体可在不同空间尺度上表征土壤易蚀性[2],因此许多研究者采用土壤团聚体的数量等结构性质作为土壤侵蚀和退化的指标[31;
土壤团聚体在土壤中具有保证和协调土壤中的水肥
气热、影响土壤酶的种类和活性、维持和稳定土壤疏松熟化层的作用【4】。
土壤有机碳是土壤质量的核心,在全球碳循环中起着关键的作用[5】。
土壤有机碳的数量和质量影响着土壤性质、过程和行为,在维持土壤质量、控制养分和污染物的生物有效性方面起重要的作用。
由于土壤可被看作一种碳的源或汇,
+ACIAR项目(LWR2/1999/094)和国家科技支撑计划项目(2006BADl5806)资助
*。
通讯作者:
张仁陟(1961~),男,教授,博士生导师,主要从事生态学、土地资源管理、农业资源与环境、植物营养学等方面的教学和科研工作。
E—mail:
zhangrz@gsau.edu.ca
许淑青(1979~),女,在读硕士,主要从事保护性耕作的研究。
E.mail:
xshq2004@126.com收稿日期:
2008—03—24接受日期:
2008
06—15
万方数据
204
中国生态农业学报2009第17卷
并且影响大气CO:
浓度,因此土壤有机碳的演变已成为农业和环境科学研究的热点。
合理的农业措施可增加土壤有机碳含量,进而提高土壤的质量和生产力【6'7】,保护性耕作措施(如免耕、秸秆还田、长期施用有机肥和轮作等)已成为减少农业土壤碳损失的途径之一[8'9】,免耕减少土壤有机碳流失,可增加有机碳含量,增强土壤颗粒的胶结作用,有利于土壤团聚体的形成【10_12J。
在较为干旱冷凉的黄土高原地区(定西),土壤结构的稳定性通常较低,极易产生水土流失或风蚀。
在作物收获后几乎将所有作物秸秆移出土壤,很大程度上降低了土壤有机碳含量,而且在作物播种前的耕作,严重影响了耕层土壤结构的稳定性,造成了土壤退化和农业持续性降低。
已有研究表明:
秸秆直接还田有利于土壤结构改善【131。
近几年来,国内对长期施肥对土壤结构及有机碳影响的研究较多[14,15],而对不同耕作方式下的土壤结构及有机碳含量的研究较少。
为此,我们结合在陇中黄土高原半干旱区的定西市安定区李家堡镇进行的保护性耕作定位实验,对该地区不同耕作措施下耕层土壤结构性能及其有机碳含量进行了研究,旨在寻求能够提高土壤结构稳定性的耕作模式,以减少水土流失,维持土壤的持续生产力。
率7.3%,饱和含水率2I.9%。
1.2试验设计
试验始于2001年8月,共设4个处理,3次重复,共24个小区,小区面积4m×
20m,随机区组排列。
采用小麦豌豆双序列轮作,即小麦一豌豆一小麦(W/P/W)和豌豆一小麦一豌豆(P/W/P),具体处理方式如表1。
供试作物为春小麦和豌豆。
其中春小麦品种为“定西35号”,播量187.5kg・hm~,行距20cm。
播种时作为基肥施N
105
kg・hm-2、P205
kg・hm-2,播期为2007年3月中旬,收获期为2007年8月中旬。
豌豆品种为“绿农1号”,播量180kg・hm-2,行距22.5cm。
kg・hm-2、P205105
20
kg・hm~,播期为2007年3月
下旬,收获期为2007年7月中旬。
所有处理均用中国农业大学研制的免耕播种机播种。
1.3测定项目和方法
春小麦和豌豆收获后,于2007年8月在各小区取0~5
cm、5~10cm、10~30
cm土层的土样,每小
区均取3点样混合后风干备用,用平均值代表小区的测定值。
土壤水稳性团聚体利用湿筛法(崩解法)
【16]测定;
土壤有机碳利用重铬酸钾容量法一外加热法‘171测定;
土壤容重用环刀法【l8】测定;
土壤孔隙度由容重计算得到:
孔隙度(%)=(1一容重/密度)X度为2.65
g・cm~。
100【l
1材料与方法
1.1试验区概况
试验于2007年在甘肃农业大学定西旱农生态综合实验站进行。
试区位于黄土高原半干旱丘陵沟壑区,平均海拔2
000
81,土壤密
采用SPSSl3.0进行数据分析。
m,年均太阳辐射591.89h,年均气温6.4℃,≥
2结果与分析
2.1耕作方式对土壤有机碳的影响
土壤有机碳是陆地碳储量的主要库,在保持土壤质量方面有重要的作用,其含量受气候、植被覆盖和土壤耕作方式等因素的影响。
已有研究表明秸秆覆盖对土壤有机质含量的提高有显著效果∞-231。
本试验结果表明(图1),春小麦和豌豆耕层土壤有机碳含量因耕作方式的不同有很大差异,而且耕作方
kJ・cm~,Et照时数2
0
476.6
oC积温2933.5℃,≥10℃积温2239.1℃;
无
531mm,
霜期140do多年平均降水390.9mm,年蒸发量1mm,干燥度2.53,80%的保证率降水量为365
变异系数为24.3%,为典型的雨养农业区。
土壤为典型的黄绵土,土质绵软,土层深厚,质地均匀;
0-200
cm土壤容重平均为1.17g・cm_1,凋萎含水
表1试验处理描述
Tab.1
Treatmentsdescriptionoftheexperiment
第2期许淑青等:
耕作方式对耕层土壤结构性熊及有机碳禽量的影响205
4
2
go舄O
8
6
箦◇氍如醛豁姆
O
土层Soillayerfcm)
图1不同耕作措施下春小麦(A)和豌鬣(B)耪淫主壤有枕碳分布
Fig.1Distributionofsoilorganiccarboninspringwheat(A)andpea(B)fieldsunderdifferenttillagepractices
不同小写牢母代表处理间P<0.05水平差异显著,下同。
DifferentsmalllettersmeansignificantdifferenceatP<0.05amongtreatments
Thesamebelow,
式对不同耕层土壤有机碳分布的影响程度不同。
0-5cm、5~10cm土层,1。
0.5mm粒径的水稳性网聚体cm和lO。
30cm土层两种作物土壤有机碳含量均为含量显著高于TS和T处理。
另外,NTS处理下两种NTS>TS>NT>t弼5~10cm主层为NTS>NT>雩#物耕瑟>0.25mlTl粒缀的永稳性团聚体含基显著TS>T。
免耕无覆盖(NT)与传统耕作(T)相比,0-5cm高于T;
豌豆地0~5cm、5—10cm土层>0.25mm粒土层中春小麦和豌豆地±
壤有机碳含量均为NT>℃径的水稳性团聚体含量NTS显著商予NT、TS处理;
但差异不受著,5~10cm土层NT显著裔予T;
10-30豌豆邋10~30cm土层琴籍春小麦魏3个土层,尽管cm土层豌豆地土壤有机碳含蠛NT显著高于T'眷NTS处理与NT、TS处理差异不显著,但仍为最高,小麦地两处理差异不显著。
免耕+秸秆覆盖(NTS)与丽且粒径>0.25mm的水稳性团聚体含量均随深度传统耕作+秸秆覆盖汀s)相比,0~5cm土层春小麦和的增加而减少。
这是因为免耕避免了机械对土壤的豌豆地土壤有机碳含量均为NTS显著高于TS;
5—10扰动而维持了团聚体数量和结构的稳定性,改善了cm土层豌豆地的土壤有机碳含量NTS显著高予TS,土壤结构;
同时,免耕基破上秸秆还田则进一步加春小麦地两处理差笄不显著;
10~30cm土层两作物强了这种改善作用,因为秸秆还豳明显增加土壤有地土壤有机碳含量均是NTS》TS,但差异均不显机碳含量,而有机碳作为重要的胶结物质特别有利著。
由此可见,免耢可减少土壤有极碳的损失,耱于大靛径团聚体的形成与稳定,在团聚体形成过程秆覆盖能姓著提高土壤有机碳含量。
与传统耕作(T)中其有不可替代的作用,这与李辉信,任顺荣等的相比,.3种保护性耕作方式均能不同程度地的提高研究结果一致[26,27]。
耕屡土.壤的有机碳含量,其中以NTS处理效巢2.2。
2±
壤容重及毳隙绽
最佳。
容重是±
壤的重要物理性质,是衡量土壤紧实2.2耕作方式对土壤结构性能的影响程度的一个指标[281。
在土壤质地相似的条件下,土2。
2。
1主壤水稳性团聚体壤容重可反映±
壤的松紧程度,容重小,表明±
壤
农学上通常以越径在10—0.25mm水稳性团聚疏松多孔,结构性良好;
反之刚表明土壤紧实板硬,体含量判别土壤结构好坏,含量多土壤结构好,少缺乏网粒结构。
对于作物生长发育来说,土壤过紧,则差[24,25]。
骞磅究表明,在一定粒级范爨内,水稳性妨礴根系{孛展,过松漏风跑墒。
从表2可以看出,不团聚体的粒径有随土壤肥力掇高而增大的趋势;
另同耕作方式下土壤容重变化不同,两种作物耕层土外,土地利用方式不仅影响土壤表层团聚体的组壤容重在0—5cm土层均为T>NT>TS>NTS,并且成、数量及爱量,磷显对表层以下不同深度的±
壤在豌聂遣NTS处理与其德3种处理达显著水平。
TS团聚体也莉较大影响【2倒。
图2是不同耕作方式下春处理的土壤容重小于NT,是因为TS处理使秸秆与小麦和豌豆地耕层土壤水稳性团聚体的分布。
从图表层土壤发生混合,加上秸秆密度小于土壤矿质颗审可以番燧,不同耕作方式下,春小麦穗豌豆地辨粒密度,降低了表层±
壤容重;
且秸秆覆盖会增燕层土壤中粒径>0.25mm水稳性团聚体的含量均为土壤表层有机质含量,进而促进土壤团聚体的形NTS>NT>TS>T’而且在0-5cm、5-10cm、10-30成。
5。
10era、10~30cm土层TS的土壤容重均大于cm3个±
层中均是1~0.5mill粒径的团聚傣含量最或等予NT、NTS,且差髯不显著,说暖免耕播遽熊高。
由方菠分析得出,NTS处理的两种作物在0~5更有效地调节土壤紧实度。
但10一30cm土层,春小
中时生态农业学报2009第17卷
086
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。
闲臌隧匿
曲麓b’L。
觥匿羞b1巍蕊匿
菇三铡蒺湖幽
图2豌豆地O~5cm(a)、5-10cm(b)、10—30cm(c)鞠春小麦地0—5cm(d)、5-10cm(e)、10~30cm(f)赫羼土壤不固糙
级水稳性团聚体的分布及豌驻地(g)祁春小麦地(h)较径>O.25ram水稳性闭聚体在不闰±
层的分榷
Fig.2
Distributionof0-5cm,5—10cm,10-30well
as
Crfl
water—stableaggregatesinpea
field(a,b,c)andspring,wheatfield(d,e,f)asfield(g)andspringwheatfield(h)
of>0.25mmwater—stableaggregatesindifferentsoillayerofpea
麦地NT容重小于NTS,其原因还有待于进一步研究。
从表3哥以看出,嚣种俸物0~5cm±
爱±
壤总孔隙度为NTS>TS>NT>T,5~10cm土层为NTS
>NT>TS>T,10~30
2.3
不同耕作方式下土壤水稳性团聚体与土壤宥机碳、容重的相关性
由表4可敬看爨,不屈耕佟措麓下,滁豌豆的零
处理外,春小麦和豌豆地土壤粒径>0.25mm的水稳性团聚体含量与土壤有机碳呈极显著正相关,这与马成泽珏弼的礤究结果一致。
春小麦帮豌豆蘧粒径
>0.25
cm土层NTS和NT的土壤总
孔隙发略大予TS程T。
两种作物耕瀑±
壤酶总藐隙度从上到下呈减少趋势,且除0~5cm土层豌豆地NTS的总孔隙度显著高于其他处理外,两种作物不同耕绛措麓下既总魏潦度之阖差冥均不显著,说暖耕作措施对耕层土壤总孑L隙度的影响不大。
mm水稳性闭聚体含量与容重除了春小麦
NTS处理呈显著负相关外,与其他处理呈极显著负裰关,与主壤孔陂度除了春小麦NTS处疆呈显著正相关外,与其他处理呈极显著正相关。
耕作方式对耕层土壤结构性能及有机碳含量的影响
207
不同小写字母代表处理间P<O.05水平下差异显著,下同。
Differentsmalllettersmean
The
significantdifference
atP<0.05
amongtreatments
samebelow.
表3不同耕作方式下的耕层土壤总孔隙度
Tab.3
Totalporosity
of
tilthsoil
underdifferenttillagepracticesin
peaandspring
wheatfields
%
表4
Tab.4
>0.25mm土壤水稳性团聚体含量与有机碳、孔隙度和容重的相关性
contents
Relevanceof>0.25mmsoilwater-stableaggregates
withsoilorganiccarbon
content,
porosityandbulkdensity
NTSNTTST
0.9795}40.9168}{0.8892}¥0.9792}}
-0.9168¥4一O.88928}
0.8896}}O.914l十}
0.758780.8990.893
8{+1}+
一O.7587十-0.8998十}-0.8931}}-0.906044
0.9430.930
3{{6自1
-0.97924¥0.8615}}一0.8474{{0.773044
are
0.7029+0.8474+}
correlation
0.9060++
}显著相关,}・极显著相关o+and¥+meansignificantatP<o.05andP<0.01respectively.
3结论
免耕无覆盖(NT)、传统耕作+秸秆覆盖(Ts)和免耕+秸秆覆盖(NTS)3种保护性耕作方式与传统耕作(T)相比,均能不同程度地增加耕层土壤有机碳含量,改善土壤结构。
其中免耕+秸秆覆盖(NTS)处理效果最佳。
不同耕作方式下,0~5cm、5—10
cm、10~30cm
的容重小于NTS处理,究其原因,还有待于进一步研究。
致谢感谢甘肃农业大学资源与环境学院蔡立群博士在试验过程中提供的无私帮助!
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土层中,春小麦和豌豆地耕层土壤中均是1—0.5mm粒径的团粒含量最高,且不同粒径水稳性团聚体的剖面分布均为NTS>NT>TS>T。
其中NTS处理下两种作物耕层1—0.5mm粒径的水稳性团聚体含量显著高于TS和T处理。
不同耕作措施下,春小麦和豌豆地中粒径>0.25mm水稳性团聚体含量与土壤有机碳和孔隙度呈显著正相关,与容重呈显著负相关。
与其他耕作方式相比,在0。
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