玉米秸秆还田对黑土团聚体稳定性和结构的影响

来源 :中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yydfan
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土壤团聚体是土壤的基本组成单位,其结构和稳定性直接影响着土壤中碳、氮含量。秸秆因其含有大量植物生长所必需的营养元素(碳、氮、磷、钾),常被以多种方式施入土壤中增强土壤肥力,改善土壤质量,从而达到增产、增质的目的。本文以中国科学院海伦农田生态系统国家野外科学观测研究站(海伦站)9年秸秆还田试验为研究平台,设置了0 kg/hm2(CK),6000 kg/hm2(S1),9000kg/hm2(S2),12000 kg/hm2(S3),15000 kg/hm2(S4)五个玉米秸秆还田处理,通过CT扫描技术、湿筛法、有机碳密度组分分组等方法探究秸秆还田对团聚体结构、稳定性以及碳、氮含量等的影响。得到的结果如下:(1)基于CT扫描发现团聚体内孔隙随秸秆还田量的增加而增加,表现为S4>S3>S2>S1>CK,S4处理团聚体孔隙出现复杂、疏松、多孔结构。孔隙数表现为CK>S1>S2>S3>S4,而孔隙度却表现为S4>S3>S2>S1>CK。S4处理孔隙各向异性、成圆率、连通性与其他处理间显著(P<0.05)差异,分形维数在处理间差异不显著(P>0.05)。(2)S4处理>2 mm团聚体(LMa)和2-0.25 mm团聚体(SMa)含量分别为6.13%和27.26%,比CK、S1、S2、S3显著(P<0.05)增加了5.8倍、1.4倍、0.4倍、0.3倍;0.9倍、0.5倍、0.3倍、0.1倍;微团聚体(Mi,0.25-0.053 mm)含量为22.92%,相比CK减少了45.89%;粉黏粒(SC,<0.053 mm)在处理间差异不显著(P>0.05)。S4处理平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)均显著(P<0.05)高于CK和S1处理,与S2、S3差异不显著(P>0.05)。S4处理有机碳(SOC)含量为27.8 g/kg、全氮(TN)含量为2.13 g/kg,与CK、S1、S2、S3处理相比,分别显著(P<0.05)增加了12.01%-27.00%;17.68%-56.62%。在>2 mm团聚体中,S4处理SOC(27.11 g/kg)、TN(2.25 g/kg)含量相较于CK显著(P<0.05)增加了16.20%、20.32%,而在<2 mm团聚体中,SOC、TN含量在处理间差异不显著(P>0.05)。(3)S4处理游离态轻组有机碳(F-LFC)含量(2.486 g/kg)与S3之间差异不显著(P>0.05),但相比CK、S1、S2显著(P<0.05)增加了6倍、2.9倍、0.91倍;S4处理闭蓄态轻组有机碳(O-LFC)含量(0.656 g/kg)与S2差异不显著(P>0.05),相较于CK、S1、S3增加了7.2倍、0.55倍、1.23倍;相比CK处理重组有机碳(HF-C)含量(16.427 g/kg),S1(19.954 g/kg)、S2(22.335 g/kg)、S3(21.918 g/kg)、S4(27.787 g/kg)显著(P<0.05)增加了21.47%、35.97%、33.43%、69.15%。游离态轻组全氮(F-LFN)在处理间表现为S2>S4>S3>S1>CK,其中S2、S4处理F-LFN含量为0.094 g/kg和0.090 g/kg,与CK(0.013 g/kg)相比均显著(P<0.05)增加了6倍;S4处理闭蓄态轻组全氮(O-LFN)含量(0.037g/kg)较CK、S2、S3显著增加了2倍、2倍、1倍;S4重组全氮(HF-N)含量(1.981 g/kg)相比CK、S1、S2、S3显著增加了65.08%、37.86%、18.98%、21.98%。F-LFC、TN、HF-C、HF-N在各级团聚体中含量均表现为随秸秆还田量的增加而增加。S1处理微团聚体中O-LFC含量最高,为0.353 g/kg,与CK、S2、S4差异显著(P<0.05)。O-LFN在>2 mm、0.25-0.053 mm以及<0.053 mm团聚体中均表现出极低的含量。(4)S4处理总球囊霉素(TG)、易提取球囊霉素(EEG)含量(370.24 g/kg、97.95 g/kg)相较于CK、S1、S2、S3显著(P<0.05)增加了21.62%、17.74%、9.82%、6.66%;39.07%、29.90%、24.61%、17.60%。与CK处理微生物量碳(MBC)含量(89.13 mg/kg)相比,S1、S2、S3、S4处理显著(P<0.05)增加了1.0倍、1.55倍、2.04倍和2.36倍。与CK处理微生物量氮(MBN)含量(6.18 mg/kg)相比,S1(10.65 mg/kg)、S2(14.85 mg/kg)、S3(22.20 mg/kg)和S4(33.50mg/kg)处理显著(P<0.05)增加了0.72倍、1.40倍、2.59倍和4.42倍。相关性分析表明,SOC与孔隙各向异性、成圆率;TG、EEG、MBN与MWD之间存在极显著(P<0.01)正相关关系,SOC与分形维数;MBC与MWD之间存在显著(P<0.05)正相关关系。综上所述,秸秆还田能明显改善土壤团聚体孔隙结构,增强团聚体稳定性,提高孔隙数和孔隙度,增加有机碳、氮以及球囊霉素含量,对黑土土壤改良起到了一定的作用。
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