甜龙竹种植年限对土壤团聚体稳定性及有机质组分的影响

编号 lyqk011320

中文标题 甜龙竹种植年限对土壤团聚体稳定性及有机质组分的影响

作者 刘佳林  刘蔚漪  赵秀婷  辉朝茂  朱书红 

作者单位 西南林业大学林学院 竹藤科学研究院/丛生竹工程技术研究中心 昆明 650224

期刊名称 世界竹藤通讯 

年份 2024 

卷号 22

期号 1

栏目名称 学术园地 

中文摘要 土壤团聚体的数量和分布特征是土壤稳定性的反映。土壤团聚体有机质与土壤的稳定性密切相关。探究植物不同种植年限对土壤团聚体及有机质的影响,揭示团聚体稳定性与有机质之间的相关性,对提高土壤肥力和水土保持能力具有重要意义。以不同种植年限(5、10、20、40 a)的甜龙竹林为研究对象,采用空间尺度代替时间尺度的方法,比较不同种植年限的土壤团聚体分布特征及其平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)、分形维数(D)等稳定性指标,同时测定土壤有机质含量及其腐殖质与碳水化合物含量,分析其与团聚体稳定性的相关性。结果显示:1)甜龙竹林土壤团聚体分布特征在不同种植年限间的差异达显著水平,相同种植年限中不同粒径团聚体分布呈V字型,以<0.25 mm和 ≥ 5 mm 的粒径为主;2)甜龙竹不同种植年限对土壤团聚体稳定性有显著影响,当种植年限为10 a时,浅层土(0~20 cm)土壤团聚性最好,稳定性最高,D值最小;当延长种植年限达到40 a时,深层土(20~40 cm和40~60 cm)的各项指标最优。3)土壤有机质含量及其组分含量随着种植年限的延长呈现上升趋势,有机质含量与土壤团聚体稳定性的相关性最强。4)3种土壤碳水化合物提取方式(热水、浓酸、稀酸)所提取的碳水化合物质量分数差异显著,其中浓酸提取的效率最高,与土壤稳定性的相关性表现为浓酸>稀酸>热水。研究表明,适当延长甜龙竹种植年限(10 a以上)有利于提高土壤团聚体的稳定性。

关键词 甜龙竹  种植年限  土壤团聚体  团聚体稳定性  土壤性质  土壤有机质 

基金项目 国家重点研发计划项目(2021YFD2200501)；云南省基础研究专项(202201AT070053)；“云南滇南竹林生态系统定位观测研究站”监测经费项目(2022-YN-15)；西南林业大学竹藤科学研究院运行经费项目。

英文标题 Effects of Planting Duration of Dendrocalamus brandisii on Soil Aggregate Stability and Organic Matter Composition

作者英文名 Liu Jialin, Liu Weiyi, Zhao Xiuting, Hui Chaomao, Zhu Shuhong

单位英文名 Institute of Bamboo and Rattan/Engineering Research Center of Sympodial Bamboo, Forestry College, Southwest Forestry University, Kunming 650224, China

英文摘要 The quantity and distribution characteristics of soil aggregates are a reflection of soil stability, and the organic matter in soil aggregates is closely related to soil stability. It is of great significance to investigate the effect of different planting durations on soil aggregates and their organic matters, and to reveal the correlation between aggregate stability and organic matter, in order to improve soil fertility and soil and water conservation. The study is carried out in Dendrocalamus brandisii forests with different planting durations (5a, 10a, 20a, 40a) to compare the distribution characteristics as well as mean weight diameter (MWD), geometric mean diameter (GMD), and fractal dimension (D) of soil agglomerates in different planting duration by using the spatial scale method as a substitute of temporal scale, measure and determine the content of organic matters and the contents of its humus and carbohydrate in soil, and analyze their correlation with soil aggregates stability. The results show that:1) The distribution characteristics of soil aggregates in D. brandisii forests with different planting durations are significantly different, and aggregates with different particle sizes and the same planting duration are in a V shape, dominated by the particle size of <0.25 mm and >5 mm; 2) The planting duration of D. brandisii forest has a significant effect on the stability of soil aggregates. When the planting duration is 10a, the soil aggregation is the best in the shallow soil layer (0-20 cm), with the highest stability and the smallest D value; when the planting duration is extended to 40a, the deep soil layers (20-40 cm and 40-60 cm) have the best performance for all indicators; 3) The contents of organic matter and its component present an increasing trend with the extension of planting duration, and the correlation between organic matter content and soil aggregates stability is the strongest; and 4) There is a significant difference in the concentration of carbohydrates extracted in three different ways, in which the extraction efficiency of concentrated acid is the highest, and the correlation with soil stability is ordered by concentrated acid>dilute acid>hot water. The research indicates that appropriate extension of the plantation duration beyond 10 years is beneficial to improving the stability of soil aggregates.

英文关键词 Dendrocalamus brandisii;planting duration;soil aggregate;aggregates stability;soil property;soil organic matter

起始页码 30

截止页码 38

作者简介 刘佳林，硕士研究生，研究方向为森林培育。E-mail:ljl19970225@163.com。

通讯作者介绍 刘蔚漪，博士，副教授，主要从事竹类植物研究工作。E-mail:weiyiliu651@126.com。

E-mail weiyiliu651@126.com

DOI 10.12168/sjzttx.2023.12.27.001

参考文献 [1] 丁雨龙, 林树燕, 魏强, 等. 竹子发育生物学研究进展[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2022, 46(6):23-40.
[2] JASTROW J D. Soil aggregate formation and the accrual of particulate and mineral-associated organic matter[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1996, 28(4/5):665-676.
[3] 张少宏, 付鑫, IHSAN M, 等. 秸秆和地膜覆盖对黄土高原旱作小麦田土壤团聚体氮组分的影响[J]. 水土保持学报, 2020, 34(1):236-241, 248.
[4] 何淑勤, 郑子成. 不同土地利用方式下土壤团聚体的分布及其有机碳含量的变化[J]. 水土保持通报, 2010, 30(1):7-10.
[5] 李程程, 曾全超, 贾培龙, 等. 黄土高原土壤团聚体稳定性及抗蚀性能力经度变化特征[J]. 生态学报, 2020, 40(6):2039-2048.
[6] 钟鑫, 苗淑杰, 郝翔翔, 等. 开垦对黑土有机质化学结构的影响[J]. 中国土壤与肥料, 2022(5):.194-202.
[7] 郝翔翔. 不同生态系统下黑土剖面有机质变化特征[D]. 北京:中国科学院大学, 2017.
[8] 史军义, 周德群, 马丽莎, 等. 中国竹类多样性、地理区划及发展趋势[J]. 世界竹藤通讯, 2022, 20(4):5-10.
[9] 辉朝茂, 刘蔚漪, 张国学, 等. 甜龙竹优良种质资源发掘和选育研究[J]. 竹子学报, 2019, 38(4):26-30.
[10] 杨传宝. 毛竹人工林土壤有机碳变化特征及稳定性机制[D]. 北京:中国林业科学研究院, 2019.
[11] 李国栋, 刘国群, 庄舜尧, 等. 不同种植年限下雷竹林土壤的有机质转化[J].土壤通报, 2010, 41(4):845-849.
[12] KEMPER W D. Aggregate stability and size distributions[M]//Methods ofsoil analysis:part 1. physical and mineralogical methods(2nd ed.). Madison USA:American Society of Agronomy, 1986:425-442.
[13] 王俊, 李强, 任禾, 等. 吉林省西部不同耕作模式下秸秆还田土壤团聚体特征[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(4):603-612.
[14] 朱仁欢. 不同植茶年限土壤团聚体有机质组分及其结构特征研究[D]. 成都:四川农业大学, 2023.
[15] 杨培岭, 罗远培, 石元春. 用粒径的重量分布表征的土壤分形特征[J]. 科学通报, 1993, 38(20):1896-1896.
[16] 叶协锋, 李志鹏, 于晓娜, 等. 培肥措施对烟田土壤团聚体及土壤碳库的影响[J]. 土壤通报, 2018, 49(2):385- 391.
[17] 梁向锋, 赵世伟, 华娟, 等. 子午岭林区典型植被下土壤结构及稳定性指标分析[J]. 水土保持通报, 2008, 28(3):12-16, 22.
[18] 刘文利, 吴景贵, 傅民杰, 等. 种植年限对果园土壤团聚体分布与稳定性的影响[J]. 水土保持学报, 2014, 28(1):129-135.
[19] YOUNG I M, CRAWFORD J W, RAPPOLDT C. New methods and models for characterizing structural heterogeneity of soil[J]. Soil and Tillage Research, 2001, 61(1/2):33-45.
[20] CHIVENGE P, VANLAUWE B, GENTILE R, et al. Organic resource quality influences short-term aggregate dynamics and soil organic carbon and nitrogen accumulation[J]. Soil Biology & Biochemistry, 2011, 43(3):657-666.
[21] 张家春, 刘盈盈, 贺红早, 等. 土壤团聚体与有机碳固定关系研究进展[J]. 福建农业学报, 2016, 31(3):319-325.
[22] 文倩, 赵小蓉, 陈焕伟, 等. 半干旱地区不同土壤团聚体中微生物量碳的分布特征[J]. 中国农业科学, 2004, 37(10):1504-1509.
[23] 张文婷, 王子邦. 不同种植年限城市绿化土壤团聚体及有机碳分布特征[J].天津师范大学学报(自然科学版), 2021, 41(4):61-67.
[24] 沈芳宇, 王永东, 李生宇, 等. 塔里木沙漠公路防护林土壤团聚体特征[J]. 干旱区研究, 2015, 32(5):910-917.
[25] 李雯. 不同种植年限毛竹林土壤有机碳库组成及其化学结构的比较[D]. 临安:浙江农林大学, 2021.
[26] 海龙, 姚拓, 张文明, 等. 黄土丘陵沟壑区不同种植年限紫花苜蓿草地土壤团聚体及其有机碳分布特征[J]. 草原与草坪, 2020, 40(4):16-21.
[27] 刘敏英, 郑子成, 李廷轩. 不同植茶年限土壤团聚体的分布特征及稳定性研究[J]. 茶叶科学, 2012, 32(5):891-896.
[28] 王涛, 何丙辉, 秦川, 等. 不同种植年限黄花生物埂护坡土壤团聚体组成及其稳定性[J]. 水土保持学报, 2014, 28(5):153-158.
[29] 周恒, 时永杰, 胡宇, 等. 不同生长年限紫花苜蓿草地土壤团聚体有机碳分布特征[J]. 中国土壤与肥料, 2017(1):1-6.
[30] 陈进豪, 范弢, 户红红. 滇东海峰岩溶盆地石漠化坡地土壤机械组成和有机碳的变化特征[J]. 水土保持通报, 2020, 40(5):33-39.
[31] 丁文峰, 丁登山. 黄土高原植被破坏前后土壤团粒结构分形特征[J]. 地理研究, 2002, 21(6):700-706.
[32] 陈旸, 谢修鸿, 杜鑫宇, 等. 种植年限对苹果梨园春季土壤团聚体分布的影响[J]. 江苏农业科学, 2018, 46(17):153-155.
[33] 郝翔翔, 窦森, 安丰华, 等. 不同利用方式下土壤团聚体腐殖质组成及胡敏酸结构特征[J]. 水土保持学报, 2010, 24(5):248-252.
[34] 邹秀凤, 陈恩, 叶菁, 等. 长期不同植草方式下果园土壤有机质组成的变化研究[J]. 福建农业科技, 2022, 53(4):73-76.
[35] 宋罗娜, 窦森, 黄莹. 不同秸秆还田方式对土壤腐殖质组成的影响[J]. 吉林农业大学学报, 2021, 43(5):574-580.
[36] 陈晶培, 刘树堂, 辛励, 等. 长期定位秸秆还田不同施肥处理对土壤腐殖质组分含量的影响[J]. 华北农学报, 2016, 31(5):180-185.
[37] PASQUALOTO C L, AZEVEDO E, EDUARDO R C, et al. Organic matter quality in a soil cultivated with perennial herbaceous legumes[J]. Scientia Agricola, 2004, 61:53-61.
[38] 邹洪涛, 关松, 凌尧, 等. 秸秆还田不同年限对土壤腐殖质组分的影响[J]. 土壤通报, 2013, 44(6):1398-1402.
[39] ZEE F P V D, CERVANTES F J. Impact and application of electron shuttles on the redox (bio)transformation of contaminants:a review[J]. Biotechnology Advances, 2009, 27(3):256-277.
[40] 张霞. 不同农田管理措施对渭北旱塬土壤有机碳库及稳定机制的影响[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2022.
[41] 陈松河, 马丽娟, 丁振华, 等. 5种牡竹属笋用竹竹笋营养成分之比较[J]. 竹子学报, 2018, 37(4):4-8, 19.
[42] 裴佳龙, 李鹏程, 王茜, 等. 云南不同地理种源勃氏甜龙竹竹笋营养成分比较[J]. 西北林学院学报, 2018, 33(1):156-161
[43] 杨坤, 于季红. 土壤多糖的研究进展[J]. 中国农学通报, 2014, 30(36):222-225.
[44] 王哲锋. 干旱农牧交错带耕种和围栏放牧对草地土壤有机碳库和土壤结构稳定性的影响[D]. 兰州:甘肃农业大学, 2006.
[45] DEGENS B P. The contribution of carbohydrate C and earthworm activity to the water-stable aggregation of a sandy soil[J]. Australian Journal of Soil Research, 1997, 35(1):61-71.
[46] MARTENS D A, JR W T F. Saccharide composition of extracellular polymers produced by soil microorganisms[J]. Soil Biology and Biochemistry, 1991, 23(8):731-736.

PDF全文 浏览全文