论文部分内容阅读
黄淮海平原是我国重要商品粮生产和生猪养殖基地,粪污厌氧发酵是黄淮海地区养殖粪污处理的主要模式之一,产生的沼液具有巨大的有机肥替代潜力。以沼液农田回灌为主的种养结合模式,对土壤肥力的提升和土壤结构的改善具有重要作用,一方面可减少对化肥的依赖,另一方面可降低养殖污染的风险,但是,沼液回灌对该区盐化潮土的土壤结构等理化性状的影响还不清楚。本研究以黄淮海平原山东省滨州典型农田盐化潮土为研究对象,通过湿筛法评价沼液回灌后土壤团聚体稳定性、CT扫描结合图像分析方法研究土壤孔隙结构、采用主成分分析方法对研究区域不同土层的土壤结构稳定性进行了评价,筛选了影响土壤结构稳定性的关键因子,以期为盐碱地土壤理化性状改善及沼液合理施用技术体系构建提供理论依据。主要研究结论如下:(1)连续施用沼液四年显著增加了0-40 cm土层大团聚体含量、提高了土壤团聚体稳定性。从土壤团聚体分布特征来看,CK、BS1、BS3、BS4处理在整个土壤剖面土壤团聚体主要以1-0.25mm、0.25-0.053 mm的粒径存在。连续施用沼液4年的BS4处理显著促进了0-40 cm土层的<0.053mm以及0.25-0.053 mm土壤团聚体向>2和2-1 mm团聚体的转化,有助于促进土壤大团聚体的形成。对土壤团聚体稳定性进行评价,发现在0-40 cm土层,连续施用沼液4年的BS4处理显著提高了团聚体平均质量直径MWD值,提高了土壤团聚体稳定性。(2)CT扫描结果显示沼液连续施用提高了整个土壤孔隙的各向异性、连通度、分形维数等孔隙结构参数。从目视特征分析,随着沼液施用年限的增长,圆形和椭圆形的规则孔隙明显增多,大孔隙的比例也大幅提高,孔隙平面分布趋于均匀。进一步采用图像软件分析对CK、BS1、BS3、BS4处理的土壤孔隙进行定量化,结果显示,与CK处理相比,连续施用沼液四年的BS4处理显著提高了土壤孔隙的各向异性、连通度、分形维数和总孔隙度(P<0.05)。并且随着沼液施用年限的增长孔隙分形维数显著增大(P<0.05),土壤孔隙逐渐趋于更复杂的结构。(3)沼液施用改变了不同孔径土壤孔隙的分布特征,增加了土壤大孔隙的含量,提高各孔径孔隙的分形维数、各向异性。从孔径分布来看,CK、BS1、BS3、BS4处理的土壤孔隙主要分布在>2000μm,分别为4.0%、7.02%、9.07%和9.12%,连续施用沼液四年显著增加了>2000μm生物孔隙含量。对不同孔径孔隙形态特征分析,结果显示CK、BS1、BS3、BS4处理的<1000μm的单位体积孔隙连通度均为负值,>1000μm的单位孔隙连通度均为正值,且均随着孔隙孔径的增大而逐渐增大,孔隙连通性随着孔隙孔径增大变好。与CK处理相比,连续施用沼液四年的BS4处理提高了所有孔隙的分形维数、各向异性,提高了<1000μm孔隙连通性,促进土壤孔隙逐渐由紧密的圆滑的细管状结构发育到疏松的更连通的复杂多孔结构,有利于水肥保持与供应,从而提高土壤肥力和质量。(4)确定了沼液施用影响土壤结构稳定性的主成分,给出了土壤结构稳定性指数计算模型。第一主成分主要反映的是土壤的力学特征和肥力特征,方差贡献率为49.2%;第二主成分主要反映的是土壤团聚体稳定性特征和土壤孔隙结构特征,方差贡献率为19.3%;第三主成分主要反映的是土壤基本物理性状,方差贡献率为11.5%、第四主成分反映的是土壤pH,方差贡献率为9.2%。利用各主成分计算得到土壤结构稳定性指数计算模型为PC0=0.552PC1+0.216PC2+0.129PC3+0.103PC4,定量计算了不同沼液施用年限下各土层土壤结构稳定性指数在-10.49~92.67之间,通过聚类分析对不同沼液施用年限下各土层土壤结构稳定性进行分级,将土壤结构稳定性指数分为了三个等级:一级(58.28~96.27);二级的综合得分范围为(23.90~58.28);三级的综合得分范围为(-10.49~23.90)。(5)通过对各主成分因子的敏感性分析,筛选出15个能够最终表征各主成分的因子:土壤肥力特征指标(铵态氮、硝态氮、全氮、全磷、有机碳、阳离子交换量)、团聚体稳定性特征指标(GMD、MWD、R0.25)、土壤力学特征指标(贯入阻力、抗剪切强度、土壤紧实度)、土壤孔隙结构指标(DA、CP、土壤总孔隙度)。研究结果对于阐明沼液施用影响盐化潮土基本理化性质特征、揭示沼液施用改善土壤结构的微观物理机制,评价沼液施用对土壤结构稳定性的影响,促进种养结合可持续发展等方面,具有重要的理论意义和实践价值。