有机培肥对红壤团聚体形成、稳定过程及侵蚀的影响

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yywachself
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红壤是我国南方最重要的土地资源,是我国热带亚热带经济林果的生产基地,在我国农业及经济社会可持续发展中占有重要地位。红壤区域处于热带亚热带季风气候,降雨丰沛,但是时空分布不均匀,加之高强度的开发与利用,导致红壤长期以来遭受较为强烈的水土流失,严重威胁农业和生态环境的可持续发展。土壤团聚体稳定性作为土壤可蚀性的重要指标,是水土保持工作研究的重点内容。为了治理红壤区水土流失,本论文以提高土壤团聚体稳定性为目标,围绕土壤有机质-土壤团聚体-土壤侵蚀主线,开展了一系列研究工作。首先,基于室内试验,设置了对照(CK)、秸秆混匀(M-Str)、秸秆覆盖(Str)、生物质炭(BC)和猪粪(SM)等5个处理,研究了添加不同有机物料下团聚体形成稳定的规律。其次,结合13C同位素和稀土氧化物双向标记示踪技术,分析了外源碳在不同粒级团聚体中的分布,量化了团聚体的周转路径和周转时间,并阐明了团聚体周转与外源碳周转的耦合关系。为了验证室内模拟研究结果,我们依托中国科学院红壤生态实验站,选取坡度为8°的坡耕地开展野外试验,共设置5个处理:对照(CK)、施肥(NPK)、施肥和秸秆覆盖(NPK+Str)、施肥和水稻制生物质炭(NPK+BC)、施肥+猪粪培肥(NPK+SM)。通过两年的动态观测研究了田间条件下不同有机培肥对红壤团聚体形成稳定和土壤侵蚀的影响,分析了土壤侵蚀的影响因子并建立了团聚体稳定性与土壤侵蚀的联系。本论文取得的主要结果如下:  (1)室内恒温恒湿条件下培养56天,除了生物质炭处理,其他处理CO2日均释放量和累计呼吸量均显著高于空白处理(P<0.05)。秸秆、猪粪混匀处理下,土壤有机碳,热水溶性有机碳、土壤抗破碎性和团聚体水稳定性显著提高(P<0.05)。秸秆覆盖由于仅在土壤表层活跃,对全土有机碳和土壤团聚体形成的影响不大。生物质炭虽然提高了土壤有机碳,但是由于分解极其缓慢,对团聚体稳定性等影响不显著(P>0.05)。秸秆和猪粪混匀处理下团聚体水稳定性的变化与有机物料的腐解过程存在线性关系。  (2)13C-葡萄糖添加到土壤中显著促进了土壤呼吸并提高了土壤有机碳含量(P<0.05)。与对照相比,由于葡萄糖胶结作用促进了团聚体形成,增加了3.32倍5-2 mm水稳定性团聚体,显著提高了团聚体水稳定性(P<0.05)。外源碳添加到土壤中首先富集于大团聚体中,但随着培养实验的进行逐渐被矿化而损失。微团聚体和粉粘粒级团聚体结合的外源碳则能固持更为持久。稀土氧化物标记的方法能够示踪不同粒级团聚体间的周转,对MWD的预测效果也较好(P<0.05)。结果表明团聚体的变化更倾向于向相邻级别的团聚体转移,且粒径越大的团聚体周转速率越快。添加13C-葡萄糖改变了小团聚体、微团聚体和粉粘粒级团聚体的周转方向,并且显著缩短了大团聚体的周转时间(P<0.05)。回归分析结果表明外源碳浓度与团聚体的周转速率存在正相关关系(P<0.1)。  (3)两年的田间试验表明,与对照相比,不同有机培肥处理促进了花生地上部的生长,提高了1.28-3.09倍花生产量(P<0.05)。干湿筛团聚体稳定性受采样时间的影响差异显著(P<0.05),而处理间差异并不显著(P>0.05)。这主要是受作物生长、农事耕作、降雨侵蚀等多重因素的叠加影响。相关分析结果表明>2mm和>0.25 mm团聚体分散度随着土壤有机碳的增加而下降。  (4)红壤坡耕地水土流失严重,对照处理下花生季的侵蚀量达25.3 t ha-1,全年的侵蚀模数为2564 t km-1y-1。地表径流受降雨量的影响,主要发生在花生出苗期和苗期。侵蚀受降雨和耕作等的多重影响,多集中于在花生苗期、开花下针期和结荚期,处理间差异显著(P<0.05)。与CK相比,秸秆覆盖增加地表覆盖度减少了90.8-96.0%的侵蚀(P<0.05),猪粪处理由于在花生生长后期提高了花生地上部生物量和湿筛团聚体稳定性,减小了43.1%-74.9%的侵蚀。生物质炭则因质轻、颗粒小等因素易于随径流流出土体损失,不能减缓水土流失。野外条件下由于稳定性差的团聚体被径流带走,湿筛团聚体稳定性和土壤侵蚀之间相关性不显著(P>0.05)。侵蚀与土壤体积含水量呈显著负相关关系,与>2mm团聚体分散度呈显著正相关关系(P<0.05),表明侵蚀主要受水分和团聚体分散度的影响。
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