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《中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)》 2013年
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东北黑土团聚体的结构特征研究

陈晓侠  
【摘要】:土壤团聚体是土壤结构和功能的基本单元,其对土壤有机碳的物理保护是土壤碳固定的重要机制。团聚体结构是土壤多次团聚的产物,决定了长时期全土中碳的固定能力。保护性耕作较常规耕作,减少了土壤有机碳的矿化分解,有助于土壤结构体稳定和阻碍微生物对有机物的矿化分解。然而东北黑土团聚体表面和内部呈现怎么样的结构和形态,保护性耕作下团聚体结构如何变化,进而对土壤有机碳产生什么样的影响等问题尚不明晰。因此,本文以吉林省德惠市中层黑土上进行的保护性耕作长期定位试验小区土壤及自然和耕作黑土对照样品为研究对象,对比分析了保护性耕作下0-30cm土壤原状土体和1-2mm粒级土壤团聚体的微结构特征,利用不同的孔隙结构参数和形态特征评价了保护性耕作对黑土团聚体结构的影响。主要研究结论如下: (1)黑土耕层有机碳含量对不同耕作方式的年际响应各不相同。整个耕层来看,十年的垄作和秋翻处理有机碳含量要高于免耕,尤其是垄作。但0-5cm土层垄作和免耕处理要显著高于秋翻。垄作处理下各层0.25mm团聚体的比例均大于免耕和秋翻。而免耕与秋翻比较,0-5cm土层0.25mm团聚体的含量前者显著高于后者,20-30cm土层则为免耕低于秋翻。长期来看,东北黑土区实施垄作较免耕更有助于碳的固定和团聚体稳定性的提高。 (2)保护性耕作下0-30cm土层原状土体总孔隙度和大孔隙度分布趋势相同,即土壤总孔隙度随土壤深度的增加逐渐下降,20cm土层以下趋于一致。原状土体的三维微结构形态显示,免耕处理的孔隙数量最少,但孔隙大多为土壤动物(特别是蚯蚓)和作物残茬形成的大孔隙;秋翻孔隙数量最多,以中孔隙为主;而垄作的孔隙下层主要以作物根系形成的连通性管状大孔隙为主;周边对照土壤孔隙结构形态介于秋翻和垄作之间。 (3)1-2mm粒级土壤团聚体表面微形态定性方面,自然黑土团聚体表面微结构呈现片状紧密团聚状结构,团聚体较大,粘土矿物稍多,孔隙以颗粒内部孔隙为主。秋翻表层土壤团聚体呈现团聚状结构与骨架状结构的过渡类型,粗骨颗粒较多,结构比较松散。垄作表层土壤团聚体呈现紧密团聚状结构,内部团粒状颗粒分布较均匀,结构密实。免耕表层土壤团聚体呈现紧密团聚状结构,主要为细颗粒。保护性耕作明显改善了土壤团聚体的结构,增加了土壤的团聚度,有助于提高土壤质量和土壤固碳能力,垄作效果最为明显。 (4)1-2mm粒级团聚体内部结构定量方面,自然黑土表层团聚体的孔隙度、孔隙数量和孔隙节点数量均高于垄作、免耕和常规耕作。相对于常规耕作,保护性耕作增加了土壤团聚体的孔隙度、孔隙数量、比表面积和孔隙节点数量。团聚体内部微结构形态方面,自然黑土团聚体内部孔隙数量较多,其中含有以植物根系形成的连通性大孔隙,呈现明显的复杂多孔结构。耕作黑土团聚体三维结构孔隙数量较少。相对于常规耕作,保护性耕作增加了土壤团聚体内部的团聚度与孔隙数量,改善了土壤团聚体结构。
【关键词】:黑土 土壤结构 团聚体 免耕 垄作
【学位授予单位】:中国科学院研究生院(东北地理与农业生态研究所)
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2013
【分类号】:S152
【目录】:
  • 摘要7-9
  • Abstract9-12
  • 引言12-13
  • 第一章 绪论13-24
  • 第一节 选题背景、目的和意义13-15
  • 一、 选题背景和目的13-14
  • 二、 选题意义14-15
  • 第二节 国内外研究进展15-22
  • 一、 土壤团聚体对有机碳的固定作用15-16
  • 二、 土壤团聚体的固碳机制研究16-21
  • 三、 国内外研究存在的主要问题21-22
  • 第三节 研究内容、拟解决的关键问题及创新点22-23
  • 一、 研究内容22
  • 二、 拟解决的关键问题22
  • 三、 创新点22-23
  • 第四节 小结23-24
  • 第二章 材料与方法24-29
  • 第一节 研究区域概况24-26
  • 一、 实验小区概况24
  • 二、 田间定位试验设计24-26
  • 第二节 样品采集和测定方法26-29
  • 一、 样品的采集26
  • 二、 测定方法26-28
  • 三、 图像处理及数据分析28-29
  • 第三章 保护性耕作对土壤有机碳和团聚体的影响29-34
  • 第一节 保护性耕作对土壤有机碳含量的影响29-32
  • 第二节 保护性耕作对团聚体数量的影响32-33
  • 第三节 小结33-34
  • 第四章 保护性耕作下黑土原状土体的结构特征34-42
  • 第一节 医用 CT 扫描和图像处理35-37
  • 一、 CT 扫描35
  • 二、 图像处理35-37
  • 第二节 保护性耕作下黑土原状土体的孔隙分布特征37-39
  • 第三节 保护性耕作下原状土体的三维形态特征39-41
  • 第四节 小结41-42
  • 第五章 黑土团聚体表面微形态及元素组成含量变化42-48
  • 第一节 黑土团聚体表面微形态结构42-45
  • 第二节 黑土团聚体表面元素组成含量的变化45-47
  • 第三节 小结47-48
  • 第六章 黑土团聚体的内部微结构特征48-56
  • 第一节 同步辐射微 CT 扫描和图像处理49-51
  • 一、 同步辐射微 CT 扫描49
  • 二、 图像处理49-51
  • 第二节 黑土团聚体的孔隙分布特征51-53
  • 一、 孔隙度和孔隙分布51
  • 二、 其他孔隙参数51-53
  • 第三节 黑土团聚体的微结构特征53-55
  • 第四节 小结55-56
  • 第七章 结论与展望56-59
  • 一、 主要结论56-57
  • 二、 存在的问题57-58
  • 三、 展望58-59
  • 参考文献59-68
  • 论文发表目录68-69
  • 致谢69

【参考文献】
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