成艷紅,武 琳,孫慧娟,鐘義軍,孫永明,章新亮,黃尚書,黃欠如
江西省紅壤研究所,國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心, 南昌 330046
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稻草覆蓋和香根草籬對紅壤水穩(wěn)性團聚體組成及有機碳含量的影響
成艷紅,武琳,孫慧娟,鐘義軍,孫永明,章新亮,黃尚書,黃欠如*
江西省紅壤研究所,國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心, 南昌330046
摘要:基于植物籬和秸稈覆蓋控制紅壤坡耕地水土流失的長期定位試驗,研究香根草籬(H)、稻草覆蓋(M)、香根草籬+稻草覆蓋(HM)水保措施下紅壤水穩(wěn)性團聚體組成及有機碳分布特征。結(jié)果表明:與常規(guī)等高農(nóng)作模式(CK)相比,草籬、稻草覆蓋、草籬+稻草覆蓋模式下土壤總有機碳含量提高0.07—2.42 g/kg。草籬對土壤團聚體組成及其結(jié)合有機碳的影響在籬內(nèi)效果顯著,隨著與草籬距離增大影響減弱。草籬和稻草覆蓋對土壤團聚體組成和結(jié)合有機碳含量的影響不同,草籬主要增加>2 mm水穩(wěn)性團聚體含量及其結(jié)合有機碳含量,稻草覆蓋增加<0.25 mm水穩(wěn)性團聚體含量及其結(jié)合有機碳含量。綜合來看,草籬和稻草覆蓋相結(jié)合對改善坡面土壤結(jié)構(gòu)作用穩(wěn)定。土壤有機碳含量較高時,土壤總有機碳含量與粒徑>2mm的大團聚體有機碳含量呈顯著正相關(guān)(r=0.659);隨著有機碳含量降低,土壤總有機碳含量與土壤0.25—0.053 mm 和<0.053 mm微小團聚體碳含量相關(guān)性逐漸增大。
關(guān)鍵詞:稻草覆蓋;香根草籬;紅壤;水穩(wěn)性團聚體組成;團聚體結(jié)合碳
紅壤坡耕地是我國重要的土壤資源,水、熱、光資源豐富,是我國重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域,但長期以來因自然和人為因素的干擾,該區(qū)業(yè)已成為紅壤區(qū)水土流失的主要策源地[1- 2],水土流失也成為導(dǎo)致紅壤退化和生產(chǎn)能力下降的主要原因。土壤團聚體是土壤結(jié)構(gòu)的基本單元,其數(shù)量和質(zhì)量在保證和協(xié)調(diào)土壤中水肥氣熱、供應(yīng)及轉(zhuǎn)化土壤營養(yǎng)元素、維持和穩(wěn)定土壤疏松熟化層等方面都發(fā)揮重要作用[3- 5]。其中,水穩(wěn)性團聚體(water stable aggregate, WSA)的數(shù)量和穩(wěn)定性是制約土壤抗蝕性和抗沖性最重要的因子[6]。土壤有機碳作為水穩(wěn)性團聚體形成的主要膠結(jié)物質(zhì),其含量與水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量與穩(wěn)定性關(guān)系密切[7- 9],而不同粒級團聚體對土壤碳的保蓄能力也存在一定差異[10- 11]。因此,土壤團聚體組成及其有機碳含量一直是評價土壤結(jié)構(gòu)特征和抗蝕性的重要指標。
草籬、秸稈覆蓋等生物水土保持措施(生物水保措施)在有效減流減沙,保持坡地水土的同時[12],對增加土壤有機質(zhì),改善土壤團粒結(jié)構(gòu),提高水穩(wěn)性團聚體的數(shù)量和質(zhì)量,增強土壤抗侵蝕能力效果顯著[13- 15],被認為是恢復(fù)和重建侵蝕型紅壤的有效措施。草籬通過機械攔阻可以控制坡面土壤侵蝕,而草籬根系分泌物和植物殘體分解又可以增加土壤有機碳含量,因此坡面土壤團聚體分布及其結(jié)合有機碳含量可能與草籬的空間距離密切相關(guān)。然而,以往研究多集中在水保措施對土壤團聚體組成和穩(wěn)定性、土壤養(yǎng)分狀況及其水保效果的影響,且大多集中在草籬、覆蓋等單一措施下,對草籬與覆蓋相結(jié)合措施下土壤水穩(wěn)性團聚體分布研究很少,而關(guān)于水保措施下土壤水穩(wěn)性團聚體組成及有機碳含量、水穩(wěn)性團聚體在坡面的分布特征則是鮮見報道。
本文采用始于2009年的紅壤坡地不同生物水保措施的水保效果野外試驗,研究香根草籬、稻草覆蓋及二者結(jié)合與花生互作對土壤水穩(wěn)性團聚體及與其結(jié)合有機碳分布特征。同時,以草籬為參照物,采集上坡位籬間(0m)、籬前2m和4m位置的表層原狀土樣,研究草籬對土壤結(jié)構(gòu)及有機碳含量的空間影響距離。旨在為探討侵蝕紅壤結(jié)構(gòu)重建的途徑,篩選更利于紅壤坡地土壤結(jié)構(gòu)改良和碳累積的合理管理模式提供理論依據(jù)。
1材料與方法
1.1試驗區(qū)概況
試驗區(qū)位于江西省進賢縣江西省紅壤研究所水土保持試驗站(116°20′24″E, 28°15′30″N)。該區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均降雨量1537 mm,年蒸發(fā)量1100—1200 mm,干濕季節(jié)明顯,3—6月為雨季,降雨量占全年雨量61%—69%;7—9月為旱季,蒸發(fā)量占全年蒸發(fā)量的40%—59%;年均氣溫17.7—18.5 ℃。地形為典型低丘(海拔高度 25—30 m)。 土壤為第四紀黏土母質(zhì)發(fā)育的紅壤旱地,供試土壤的基本理化性質(zhì)如下:pH (H2O)5.0,有機質(zhì) 16.2 g/kg,全氮 1.93 g/kg,全磷 0.66 g/kg,有效磷(Olsen-P)6.8 mg/kg,全鉀 1.39 g/kg。 土壤容重1.27 g/cm3,土壤總孔隙度58.4%,土壤砂粒、粉粒和粘粒的組成分別是16.31%、42.35%、41.35%。
1.2試驗設(shè)計
該試驗站始于2009年,設(shè)置等高花生常規(guī)耕作(CK)、花生+香根草籬(H)、花生+稻草覆蓋(M)、花生+香根草籬+稻草覆蓋(HM) 4個處理,3次重復(fù),完全隨機排列。各處理基礎(chǔ)肥力及花生種植方式和農(nóng)事操作相同。樣地坡度10°,小區(qū)面積120 m2(24 m×5 m)。供試花生品種為粵油“991”,種植密度為32 cm×20 cm,花生等高種植,對照小區(qū)和秸稈覆蓋小區(qū)種植72行,草籬小區(qū)和草籬+秸稈覆蓋小區(qū)種植66行(其余6行為草籬)。香根草(Vetiveriazizanioides)籬每隔 8 m雙行種植,株行距為50 cm×50 cm,試驗期間確保香根草定期刈割至30—50 cm。土地翻耕后均勻播撒石灰1875 kg/hm2,播種前施三元復(fù)合肥416.7 kg/hm2,鈣鎂磷肥525 kg/hm2。覆蓋稻草處理花生播種后每個小區(qū)均勻覆蓋干稻草4500 kg/hm2。
5a的試驗結(jié)果表明,與對照相比,草籬、稻草覆蓋、稻草覆蓋+草籬處理分別能降低地表徑流 11.2%—35.1%、30.9%—50.7%和41.2%—86.2%;土壤侵蝕模數(shù)分別降低82.8%—97.5%、92.3%—97.3%和94.9%—99.5%,對阻控紅壤坡耕地水土流失起到了顯著作用。
1.3測定方法與數(shù)據(jù)分析
圖1 水保措施對土壤總有機碳含量的影響 Fig.1 Content of soil organic carbon under different biological measures of water and soil conservation 同采樣帶不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)
于2013年9月(花生收獲后一個月)在試驗小區(qū)的上坡位香根草籬帶間(0 m)和距其上部邊緣2、4 m 處采集耕層0—15 cm原狀土,無籬小區(qū)沿等高線采集相同坡位原狀土樣,每個土樣為等高線上 6 個采樣點的混合樣。待土壤樣品達土壤塑限含水量條件,沿土壤自然破碎面將土樣掰開,過8 mm篩,并除去植物殘體、可見根系及石塊后,采用濕篩法分離土壤水穩(wěn)性團聚體,并進行常規(guī)理化指標分析[10]。
本文對無籬處理取0、2、4 m等3個采樣點數(shù)值的均值進行比較。試驗結(jié)果通過 SPSS 17.0 進行單因素方差分析(one-way ANOVA)和相關(guān)分析。多重比較選擇Duncan 極值法,顯著性水平為5%。繪圖采用Origin8.0軟件。
2結(jié)果與分析
2.1稻草覆蓋和香根草籬對土壤總有機碳含量的影響
各處理不同采樣點土壤總有機碳含量見圖1。草蘺(H)、覆蓋(M)和草蘺+覆蓋(HM)處理土壤總有機碳含量均高于常規(guī)耕作處理(CK)土壤,平均提高0.07—2.42 g/kg。CK與M處理0、2、4 m等3采樣點有機碳含量的均值比較表明,M處理土壤總有機碳含量較CK處理提高7.1%。有籬處理H和HM處理0、2、4 m等3采樣點土壤總有機碳含量的對比結(jié)果表明:兩個處理的土壤有機碳含量均以籬間(0 m)最高,但二者之間差異不顯著;隨著距草籬距離的增大,H處理土壤總有機碳含量逐漸下降,而HM處理土壤總有機碳含量在空間上沒有明顯的規(guī)律,差異不顯著。這說明,香根草籬根系及其分泌物和稻草等外源碳的投入可以顯著增加土壤總有機碳含量。但草籬以帶狀方式通過其根系分泌物或枯枝落葉歸還土壤,其對土壤總有機碳含量的影響受籬空間距離的制約,距離草籬越遠,影響越小,而草籬和稻草覆蓋相結(jié)合兼具了草籬和秸稈覆蓋對提高土壤有機碳含量的作用,效果尤為明顯。
2.2稻草覆蓋和香根草籬對紅壤水穩(wěn)性團聚體組成的影響
與CK相比,M處理土壤中>2 mm的水穩(wěn)性團聚體的含量平均增加9.1%。與CK處理相比, H和HM處理籬間土壤>2mm的水穩(wěn)性團聚體的含量分別提高5.77和8.23個百分點,而<0.053 mm團聚體含量顯著降低。隨著距草籬距離的增大,草籬對土壤>2 mm水穩(wěn)性團聚體含量影響減弱,2 m和4 m采樣點土壤>2 mm水穩(wěn)性團聚體含量與CK間均沒有顯著差異;與單獨草籬處理不同,草籬+秸稈覆蓋處理2 m采樣點土壤>2 mm水穩(wěn)性團聚體含量顯著高于CK處理,提高達11.38個百分點。與單獨草籬(H)相比,有稻草覆蓋處理(M和HM)分別增加<0.053 mm水穩(wěn)性團聚體含量0.4%—12.7%和0.8%—13.6%,這與香根草籬與稻草覆蓋對紅壤坡耕地地表徑流的影響及有機碳歸還的方式和影響范圍不同有關(guān)。
表1不同粒徑水穩(wěn)性團聚體的百分含量
Table 1The distribution of different size of soil water stable aggregates under different biological measures of water and soil conservation (mean±SD)
采樣距離Sampledistance/m處理Treatments不同粒徑水穩(wěn)性團聚體占總團聚體重量的比例Dryweightproportionofdifferentsizewaterstableaggregates/%>2mm2—0.25mm0.25—0.053mm<0.053mm0CK14.95±0.61c58.68±1.73a4.68±0.47a21.68±1.96bH20.72±0.63b57.61±1.16a3.26±0.15b18.41±1.08cM19.97±0.75b49.07±1.54c1.83±0.19c29.13±0.79aHM23.18±0.49a54.57±0.84b5.03±0.43a17.22±0.72c2CK16.62±0.77b57.88±3.31a3.44±0.82a22.05±3.20aH16.63±1.50b59.69±3.55a3.94±0.67a19.74±3.36aM14.46±0.52b60.85±0.68a4.52±0.45a20.17±0.90aHM28.00±2.22a47.28±2.78b3.02±0.49a21.70±1.44a4CK14.40±2.19a64.71±1.51a3.77±0.47ab17.12±0.63bH13.49±1.25a67.01±2.77a4.64±0.46a14.86±1.81bM15.71±1.97a63.86±5.29a2.73±0.12b17.70±3.71bHM17.80±2.55a50.89±3.06b2.90±0.53b28.41±1.55a平均值MeanCK15.33±1.1260.43±3.733.96±0.6420.28±2.75M16.71±2.8757.93±7.813.03±1.3722.34±6.02
采樣距離指距草籬根系的距離;CK: 常規(guī)等高農(nóng)作Conventional cultivation;H: 香根草籬Hedgerows;M: 稻草覆蓋Mulching;HM: 香根草籬+稻草覆蓋Hedgerows and Mulching;同列不同字母表示同采樣點同一粒徑團聚體下不同處理間的差異達顯著水平(P< 0. 05) (Duncan)
2.3稻草覆蓋和香根草籬對各粒徑水穩(wěn)性團聚體有機碳分布的影響
本研究中,所有處理均表現(xiàn)出<0.25 mm水穩(wěn)性微團聚體有機碳的含量顯著高于>0.25mm水穩(wěn)性大團聚體(表2)。在相同粒徑水穩(wěn)性團聚體中,與CK相比,M處理2—0.25 mm、0.25—0.053 mm和<0.053 mm粒徑團聚體有機碳含量分別增加了7.6%、16.8%和14.7%,表明,紅壤坡耕地增施外源有機物可以顯著增加水穩(wěn)性微小團聚體有機碳的含量;單獨草蘺(H)處理對各粒級水穩(wěn)團聚體有機碳含量沒有顯著影響;而HM處理增加了>2 mm和< 0.053 mm團聚體碳含量。與CK相比, HM處理籬間土壤>2 mm團聚體有機碳含量顯著增加13.0%;隨著采樣點距香根草籬距離的增大,HM處理逐漸由增加< 0.25 mm微小團聚體有機碳含量到增加<2 mm中微小團聚體有機碳含量,說明,單獨草籬對紅壤坡耕地土壤水穩(wěn)團聚體有機碳含量沒有明顯影響,而草籬和稻草覆蓋相結(jié)合的水保措施可以增加各級水穩(wěn)性團聚體有機碳含量,且這種影響與草籬的空間分布有關(guān)。
表2 不同水保措施下不同粒級團聚體中有機碳含量
CK: 常規(guī)等高農(nóng)作; H: 香根草籬; M: 稻草覆蓋; HM: 香根草籬+稻草覆蓋
不同粒徑土壤團聚體含量與其有機碳含量及土壤總有機碳(SOC)之間存在著明顯的相關(guān)關(guān)系(表3)。SOC含量與各級團聚體碳含量之間均呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.200—0.820。在香根草籬內(nèi)土壤中,SOC與粒徑>2 mm的大團聚體有機碳含量呈顯著正相關(guān)(r=0.659);而隨著采樣點距草籬距離的增大,SOC含量與土壤0.25—0.053 mm 和<0.053 mm微小團聚體碳含量相關(guān)性逐漸增大。
表3 不同粒級水穩(wěn)性團聚體有機碳含量及土壤總有機碳的相關(guān)系數(shù)
*P<0.05,**P<0.01
3討論
3.1水保措施對紅壤坡耕地土壤水穩(wěn)性團聚體分布的影響
植物籬和秸稈覆蓋等生物水保措施在保持坡地水土,改善土壤團粒結(jié)構(gòu)等方面效果顯著[16- 17]。研究表明,植物籬顯著提高了土壤各粒級團聚體含量,尤其是大粒級團聚體[14],秸稈覆蓋能有效提高>0.25 mm土壤水穩(wěn)性團聚體含量[18]。本研究中,香根草籬和稻草覆蓋單獨處理以及二者結(jié)合都增加了>2 mm土壤水穩(wěn)性團聚體含量,這主要因為香根草籬或稻草覆蓋都增加了新鮮有機物料的輸入,植物根系、微生物及他們的代謝產(chǎn)物增多,土壤中有機膠結(jié)物質(zhì)增多,從而促進了>2 mm水穩(wěn)性團聚體的形成[3]。與香根草籬處理不同,稻草覆蓋還增加了<0.053 mm微團聚體的含量,原因可能與兩種水保措施的水保效應(yīng)及機理不同有關(guān)。植物籬的控蝕機理主要通過地上部的攔截作用和地下根系及根系分泌物改善土壤結(jié)構(gòu)[13],因此對土壤水穩(wěn)性大團聚體的影響主要體現(xiàn)在根系發(fā)達的籬間區(qū)域;秸稈覆蓋不但能減弱雨滴對地表的濺蝕,同時還延緩了雨水在地表的集聚速度和強度,增強土壤的持水能力,提高了土壤生物活性,進而加快了旱地紅壤大小團聚體的轉(zhuǎn)化速率[19-21]。
3.2水保措施對紅壤坡耕地土壤水穩(wěn)性團聚體有機碳的影響
土壤有機碳含量及其動態(tài)平衡是衡量土壤肥力的重要指標[13],而系統(tǒng)中碳的投入是影響土壤有機碳的最直接因素。農(nóng)田系統(tǒng)的碳投入主要來自作物根系及其分泌物、根系殘茬、有機肥投入和秸稈還田等[22- 23]。本研究中,H、M和HM外源碳投入分別增加土壤有機碳0.67、1.05、1.79 g/kg,這與黃麗等[13]研究相似,且在籬間0 m采樣點植草籬的H和HM處理增加幅度大于M處理,這除了草籬的根系分泌物及其枝葉還田可增加部分土壤有機碳外,等高香根草籬能攔截富含養(yǎng)分的細土顆粒的流失。隨著采樣點與草籬距離的增大,秸稈覆蓋是增加土壤有機碳的主要因素。這是因為植物籬通過攔截作用對土壤理化性質(zhì)及作物生長的影響與空間距離有關(guān),距離植物籬越近,效果越明顯[24];而外源有機物料稻草在水分作用下腐爛降解成小分子有機物質(zhì),直接增加了土壤有機碳含量[25]。而草籬與稻草覆蓋相結(jié)合處理中坡地土壤有機碳表現(xiàn)出不同的特點?;h前4 m處HM處理土壤有機碳含量高于籬前2 m處,與以往研究報導(dǎo)的土壤養(yǎng)分在籬前富集,籬下侵蝕的分布規(guī)律[26- 27]不一致,可能是因為采樣籬帶的上方8 m處還有一草籬帶,在籬帶下方密置稻草能促成淤積帶發(fā)展,有利于延緩徑流在帶間流動和減少土壤顆粒分離和擴散,影響了坡面養(yǎng)分的再分配,但具體原因還有待進一步研究。
不同水保措施下各粒徑團聚體有機碳含量基本上是隨著粒徑的減小而增加,其原因為較小團聚體中有機和無機膠體能緊密結(jié)合固持碳,固持的碳不易被微生物分解釋放[3]。但也有研究表明由微團聚體膠結(jié)成的大團聚體中有機碳含量更高[26- 27]。H和HM處理增加了大團聚體有機碳含量,這與前人研究結(jié)果相似,植被修復(fù)首先增加較大粒徑團聚體的有機碳含量,新輸入的有機碳首先出現(xiàn)在大團聚體中[28],而<0.053 mm微團聚體有機碳含量也相應(yīng)增加是由于大團聚體內(nèi)的顆粒有機物有助于微團聚體的形成,伴隨顆粒有機物的分解和其他干擾過程,大團聚體破碎后將攜帶大量養(yǎng)分的微團聚體釋放出來[29]。稻草覆蓋提高了土壤微生物活性[21],加速了顆粒有機物的分解,進而加快了大團聚體向微團聚體的轉(zhuǎn)化,這可能是其增加微團聚體有機碳含量的主要原因。
土壤團聚體碳是土壤碳蓄積與轉(zhuǎn)化的重要機制,各粒級團聚體有機碳含量是土壤有機碳平衡與轉(zhuǎn)化的限制因子,土壤總有機碳是土壤團聚體形成的重要膠結(jié)物[30],而有機碳對大團聚體與微團聚體的膠結(jié)模式存在差異。當(dāng)土壤有機質(zhì)含量較高時,小粒徑團聚體在有機質(zhì)的膠結(jié)作用下團聚成大粒徑團聚體,這種膠結(jié)過程有效抑制了有機質(zhì)在空氣中的礦化分解。而土壤有機質(zhì)含量下降后,大粒徑團聚體破碎、分解成小粒徑團聚體,有機質(zhì)的物理保護機制則被破壞。本研究中,籬間0 m土壤總有機碳含量較高,大團聚體有機碳與土壤有機碳呈顯著正相關(guān),隨著土壤有機碳含量降低,微團聚體有機碳決定土壤總有機碳含量(表3),是由于大團聚體分解成小粒徑的團聚體,同時大團聚體有機碳在較短的時間被微生物分解釋放供作物吸收利用[31]。由此說明,本研究中,采用稻草覆蓋和香根草籬增加土壤中有機碳含量、提高水穩(wěn)性大團聚體比例及其碳含量,進而影響有機碳在團聚體內(nèi)的儲備,增強了土壤對碳的固持能力,碳匯功能也相應(yīng)加強,但兩種措施間的協(xié)同作用及對紅壤旱地有機碳含量的影響機理,有待于進一步研究。
參考文獻(References):
[1]于東升, 史學(xué)正. 低丘紅壤區(qū)旱地土壤滲透性與可蝕性定量關(guān)系的研究. 土壤學(xué)報, 2000, 37(3): 316- 322.
[2]梁音, 張斌, 潘賢章, 史德明. 南方紅壤丘陵區(qū)水土流失現(xiàn)狀與綜合治理對策. 中國水土保持科學(xué), 2008, 6(1): 22- 27.
[3]王清奎, 汪思龍. 土壤團聚體形成與穩(wěn)定機制及影響因素. 土壤通報, 2005, 36(3): 415- 421.
[4 ]Marshall T J, Holmes J W, Rose C W. Soil Physics. Cambridge: Cambridge University Press, 1996.
[5]彭新華, 張斌, 趙其國. 土壤有機碳庫與土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性關(guān)系的研究進展. 土壤學(xué)報, 2004, 41(4): 618- 623.
[6]Valmis S, Dimoyiannis D, Danalatos N G. Assessing interrill erosion rate from soil aggregate instability index, rainfall intensity and slope angle on cultivated soils in central Greece. Soil and Tillage Research, 2005, 80(1/2): 139- 147.
[7]楊瑩瑩, 魏兆猛, 黃麗, 陳家宙, 蔡崇法. 不同修復(fù)措施下紅壤水穩(wěn)性團聚體中有機質(zhì)分布特征. 水土保持學(xué)報, 2012, 26(3): 154- 158.
[8]Oades J M, Waters A G. Aggregate hierarchy in soils. Australian Journal of Soil Research, 1991, 29(6): 815- 828.
[9]DeGryze S, Six J, Paustian K, Morris S J, Paul E A, Merckx R. Soil organic carbon pool changes following land-use conversions. Global Change Biology, 2004, 10(7): 1120- 1132.
[10]劉曉利, 何園球, 李成亮, 姜燦爛, 陳平幫. 不同利用方式旱地紅壤水穩(wěn)性團聚體及其碳、氮、磷分布特征. 土壤學(xué)報, 2009, 46(2): 254- 262.
[11]何淑勤, 鄭子成, 宮淵波. 不同退耕模式下土壤水穩(wěn)性團聚體及其有機碳分布特征. 水土保持學(xué)報, 2011, 25(5): 229- 233.
[12]鐘義軍, 葉川, 黃欠如, 章新亮, 武琳, 孫永明, 秦江濤. 紅壤緩坡花生地不同水土保持措施效果分析. 中國水土保持科學(xué), 2011, 9(3): 71- 74.
[13]黃麗, 蔡崇法, 丁樹文, 張光遠. 幾種綠籬梯田中紫色土有機質(zhì)組分及其性質(zhì)的研究. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 2000, 19(6): 559- 562.
[14]蒲玉琳, 林超文, 謝德體, 魏朝富, 倪九派. 植物籬-農(nóng)作坡地土壤團聚體組成和穩(wěn)定性特征. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2013, 24(1): 122- 128.
[15]郭偉, 史志華, 陳利頂, 李朝霞, 閆峰陵, 蔡崇法. 紅壤表土團聚體粒徑對坡面侵蝕過程的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2007, 27(6): 2516- 2522.
[16]黎建強, 張洪江, 陳奇伯, 周紅芬. 長江上游不同植物籬系統(tǒng)土壤抗沖、抗蝕特征. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2012, 21(7): 1223- 1228.
[17]蔡立群, 齊鵬, 張仁陟. 保護性耕作對麥-豆輪作條件下土壤團聚體組成及有機碳含量的影響. 水土保持學(xué)報, 2008, 22(2): 141- 145.
[18]王海霞, 孫紅霞, 韓清芳, 王敏, 張睿, 賈志寬, 聶俊峰, 劉婷. 免耕條件下秸稈覆蓋對旱地小麥田土壤團聚體的影響. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 2012, 23(4): 1025- 1030.
[19]方堃, 陳效民, 張佳寶, 王伯仁, 黃晶, 甘再福. 紅壤地區(qū)典型農(nóng)田土壤飽和導(dǎo)水率及其影響因素研究. 灌溉排水學(xué)報, 2008, 27(4): 67- 69.
[20]周莉, 李保國, 周廣勝. 土壤有機碳的主導(dǎo)影響因子及其研究進展. 地球科學(xué)進展, 2005, 20(1): 99- 105.
[21]武琳,黃欠如,葉川,成艷紅,鐘義軍,章新亮,孫永明. 香根草籬對紅壤坡耕地坡面土壤酶活性的影響. 土壤, 2013, 45(4): 673- 677.
[22]范云濤, 雷廷武, 蔡強國. 濕潤速度對土壤表面強度和土壤團聚體結(jié)構(gòu)的影響. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2008, 24(5): 46- 50.
[23]張敬業(yè), 張文菊, 徐明崗, 黃慶海, 駱坤. 長期施肥下紅壤有機碳及其顆粒組分對不同施肥模式的響應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報, 2012, 18(4): 868- 875.
[24]鐘義軍, 葉川, 黃欠如, 武琳, 成艷紅, 章新亮, 孫永明. 紅壤區(qū)坡耕地香根草籬對花生生長的空間影響, 草業(yè)科學(xué), 2013, 30(2): 231- 237.
[25]林超文, 涂仕華, 黃晶晶, 陳一兵. 植物籬對紫色土區(qū)坡耕地水土流失及土壤肥力的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2007, 27(6): 2191- 2198.
[26]謝錦升, 楊玉盛, 陳光水, 朱錦懋, 曾宏達, 楊智杰. 植被恢復(fù)對退化紅壤團聚體穩(wěn)定性及碳分布的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2008, 28(2): 702- 709.
[27]劉恩科, 趙秉強, 梅旭榮, Hwat B S, 李秀英, 李娟. 不同施肥處理對土壤水穩(wěn)定性團聚體及有機碳分布的影響. 生態(tài)學(xué)報, 2010, 30(4): 1035- 1041.
[28]李戀卿, 潘根興, 張旭輝. 退化紅壤植被恢復(fù)中表層土壤微團聚體及其有機碳的分布變化. 土壤通報, 2000, 31(5): 193- 195.
[29]Six J, Elliot E T, Paustian K. Soil structure and soil organic matter II. A normalized stability index and the effect of mineralogy. Soil Science Society of America Journal, 2000, 64(3): 1042- 1049.
[30]Rattan L. Physical management of soils of the tropics: Priorities for the 21st century. Soil Science, 2000, 165(3): 191- 207.
[31]張曼夏, 季猛, 李偉, 劉華存, 王彥杰, 張林, 潘開文. 土地利用方式對土壤團聚體穩(wěn)定性及其結(jié)合有機碳的影響. 應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報, 2013, 19(4): 598- 604.
基金項目:國家青年自然科學(xué)基金資助項目(41301235); 江西省科技支撐項目(20151BBF60060); 國家“十二五”科技支撐項目(2012BAD05B00); 水利部行業(yè)專項項目(201301050)
收稿日期:2014- 10- 20; 網(wǎng)絡(luò)出版日期:2015- 10- 10
*通訊作者
Corresponding author.E-mail: qianruhuang@163.com
DOI:10.5846/stxb201410202056
Effects of straw mulching andVetivergrass hedgerows on the size distribution of the soil water stable aggregates and aggregate-associated organic carbon in red soil
CHENG Yanhong, WU Lin, SUN Huijuan, ZHONG Yijun, SUN Yongming, ZHANG Xinliang, HUANG Shangshu, HUANG Qianru*
RedSoilInstituteofJiangxiProvince,NationalEngineeringandTechnologyResearchCenterforRedSoilImprovement,Nanchang330046,China
Abstract:The sloping fields of red soil are the main source of agricultural production in south China. A specific soil parent material, red soil helps decrease erosion resistance. Furthermore, the combination of population increase and reduction of cropland increases soil erosion significantly, which significantly restricts the region′s socio-economic development and ecological environment construction. Soil aggregates are the basic unit of soil structure, and their formation and stabilization have a direct impact on runoff and the loss of red soil in sloping farmland. The formation and stabilization of soil aggregates is a natural process influenced significantly by soil properties, soil organic carbon (SOC) in particular. Hedgerow and straw mulching, which are listed as important factors affecting the soil organic carbon and aggregate content by increasing the input of soil organic matter and improving soil water-stable aggregate (WSA) stability, are considered reasonable methods of restoring and reconstructing the fertility of eroded soil in red slope farmland. Compared to mulching, a hedgerow is a vegetative barrier preferably placed along a topographical contour perpendicular to the direction of water flow in the field, in order to trap sediments and reduce runoff velocity. The effect of trapping sediments and reducing runoff varies depending on the distance of the soil from the hedgerow. Most preliminary studies have focused on the effect of either hedgerow installation or mulching on soil and water conservation, soil nutrient condition, non-point pollution, composition and fractal features of soil micro-aggregates. Very few studies have investigated the effect of both hedgerows and mulching on the soil water stable aggregate size distribution and aggregate-associated organic carbon, especially the WSA distribution characteristics on the slope.Based on field soil and water conservation experiments we designed and carried out beginning in 2009, hedges of Vetiver Grass (H), rice straw mulching (M), and hedges of Vetiver Grass + rice straw mulching (HM) were applied to sampling plots to investigate the effect of biological metrics of water and soil conservation on soil water-stable aggregate stability (WSA) and aggregate-associated organic carbon content. Additionally, this study reports the area of influence of hedges on the soil structure and soil organic carbon, using Vetiver Grass hedges as an example. The soil was sampled at 0 m, 2 m, and 4 m uphill of the hedge. The results indicate that, compared to conventional cultivation (CK), the organic carbon content in the H, M, and HM treatments increased by 0.07—2.42 g/kg. The effect of Vetiver Grass on WSA size distribution and aggregate-associated organic carbon decreases gradually as the distance from hedge increases. H treatment increases the macro-aggregate (>2 mm) content and the aggregate-associated organic carbon, whereas M treatment increases the micro-aggregate (<0.25 mm) content. Overall, HM treatment is the best in terms of improving slope red soil structure. These results indicated a significant positive correlation between soil organic carbon and the organic carbon content of the macro-aggregates (>0.25 mm) in the soil. These results will play an important role in establishing reasonable measures of soil and water conservation measurement and determining good method of facilitating carbon accumulation in red slope farmland of southern China.
Key Words:straw mulching; Vetiver Grass Hedgerows; red soil; size distribution of the soil water stable aggregates; aggregate-associated organic carbon
成艷紅,武琳,孫慧娟,鐘義軍,孫永明,章新亮,黃尚書,黃欠如.稻草覆蓋和香根草籬對紅壤水穩(wěn)性團聚體組成及有機碳含量的影響.生態(tài)學(xué)報,2016,36(12):3518- 3524.
Cheng Y H, Wu L, Sun H J, Zhong Y J, Sun Y M, Zhang X L, Huang S S, Huang Q R.Effects of straw mulching andVetivergrass hedgerows on the size distribution of the soil water stable aggregates and aggregate-associated organic carbon in red soil.Acta Ecologica Sinica,2016,36(12):3518- 3524.