不同生草种类与撂荒年限下枣园土壤团聚体稳定性及其有机碳、氮分布特征

来源 :山西农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wangweiche
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研究不同生草种类与自然撂荒恢复各年限对枣园土壤团聚体稳定性及其有机碳、氮分布及官能团组成的影响,可为改善旱作枣园土壤结构与土壤质量提供理论依据。本研究分为人工生草与自然撂荒恢复两部分:一是选取山西省临县定位3年人工种植黑麦草(RG)、苜蓿(AL)、自然生草(NG)覆盖下的枣园土壤作为研究对象,以该枣园小区清耕模式土壤为对照;二是选取黄土高原吕梁山自然撂荒1年(AL1)、2年(AL2)、3年(AL3)、5年(AL5)、10年(AL10)、15年(AL15)、20(AL20)年的枣园土壤为研究对象,以自然环境相似地区的未撂荒地枣园(AL0)土壤为对照;研究不同人工生草种类及撂荒年限下0~20 cm土层土壤团聚体粒径组成以及各稳定性参数:>0.25 mm团聚体含量(R0.25)、平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)的演变以及土壤与各团聚体总有机碳、全氮含量,颗粒有机碳(POC)、矿物结合态有机碳(MOC)含量和红外光谱结构的变化情况。主要研究结果如下:(1)与清耕模式相比,黑麦草、自然生草以及苜蓿3种覆盖模式下枣园土壤容重均显著降低,土壤总孔隙度及田间持水量均显著提高,分别提高了22.06%~32.89%和9.28%~14.6%,以黑麦草效果最好。自然撂荒后,枣园土壤容重随撂荒年限的延长呈先增加后降低的周期变化趋势,其中AL3、AL15为2个较高峰值。与未撂荒地相比,撂荒恢复后土壤总孔隙度和田间持水量均显著增加,增加范围分别为1.37%~15.06%和2.04%~6.10%。(2)人工生草下枣园土壤机械稳定性和水稳性大团聚体含量都显著增多,分别增加了1.82%~9.05%和2.08%~9.05%;黑麦草、自然生草以及苜蓿覆盖下土壤团聚体MWD、GMD值由大到小均表现为黑麦草>自然生草>苜蓿>清耕。撂荒恢复后,土壤机械稳定性与水稳性大团聚体含量和团聚体MWD、GMD值除撂荒3年外均显著增加,且撂荒15和20 a的R0.25显著高于其他年限。(3)人工生草显著提高了枣园土壤及大团聚体的有机碳含量,主要集中在1~0.25mm粒径中;各处理中土壤及团聚体有机碳含量总体由大到小表现为黑麦草>自然生草>苜蓿>清耕,各处理下土壤机械稳定性与水稳性团聚体有机碳对总有机碳的贡献率均以>0.25 mm粒径为主。撂荒恢复后,土壤有机碳含量以及团聚体有机碳含量随着自然撂荒恢复年限的延长均呈现出先减小后增加的特点,撂荒20年时达最大值7.88 g/kg;随团聚体粒级的减小,团聚体有机碳含量表现出先增加后降低趋势,以1~0.25 mm粒级含量最多。各年限中,>0.25 mm机械稳定性团聚体有机碳对土壤总有机碳的贡献率占54.3%~82.2%,较未撂荒地土壤(AL0)提高了25.0%~52.9%;>0.25 mm水稳性团聚体有机碳对于土壤总有机碳的贡献率占17.7%~71.8%,除撂荒1 a和3 a土壤外,其它样地均高于AL0(21.1%)。(4)人工生草后,黑麦草和自然生草土壤POC和MOC含量显著增加,分别增加38.5%、19.2%和30.1%、11.2%;而苜蓿显著降低了土壤POC和MOC含量,分别降低了15.3%和20.3%。另外,人工种草各种类中土壤及各粒级团聚体MOC含量均高于POC含量。撂荒恢复土壤土壤POC含量随年限延长呈现出波动降低特点,而土壤MOC含量呈现出先降低后增加趋势;土壤团聚体POC、MOC含量在撂荒1~2 a时呈增加特点,AL3达最低值,3年后逐步增加,AL20达最高值。各粒径中,不同覆草种类及撂荒年限土壤团聚体POC和MOC含量均以微团聚体中最多,而生草覆盖显著提高了大团聚体内POC和MOC的含量。(5)人工生草与自然撂荒恢复后,土壤有机碳多糖类、醇类、羧酸类以及脂类易分解碳组分含量增加,利于作物吸收养分。黑麦草、苜蓿、自然生草处理下1029.7 cm-1处吸光度与清耕(CK)相比分别增加了57.4%、51.2%和15.0%。自然撂荒各年限中,撂荒1~5 a年土壤有机碳中多糖类、醇类、羧酸类以及脂类易分解碳组分含量增加,利于植物生长发育,撂荒5 a后,易分解碳组分降低,利于土壤有机碳的固存。(6)人工生草后土壤及团聚体全氮含量均显著提高,大团聚体(>0.25 mm)和微团聚体(<0.25 mm)中全氮含量的增加范围分别为0.037~0.192 g/kg和0.003~0.015 g/kg,其中黑麦草效果最佳;自然撂荒恢复土壤及团聚体全氮含量呈先降低后逐步提高趋势,其中AL3时土壤同团聚体的全氮含量为最小值,撂荒3年后稳步增加。综上所述,人工生草及自然撂荒恢复均能在不同程度上增强枣园土壤稳定性并提高土壤有机碳、氮含量。人工生草中黑麦草对增加土壤与团聚体有机碳、氮含量以及大团聚体POC、MOC含量以及改善土壤结构的效果最好,可以在研究区进行推广和应用。自然撂荒3 a后土壤结构及有机碳、氮含量显著增加;撂荒5年后土壤的固碳能力逐步显现。
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