不同土地利用方式下黑土土壤微形态特征研究

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黑土具有深厚的腐殖质层,是我国东北地区的主要耕作土壤,研究不同土地利用方式对黑土土壤微形态的影响,观察土壤的微结构变化,对土壤质量的评价有重要意义。本文以黑龙江省海伦市黑土土壤剖面为主要研究对象,从微形态角度并结合土壤理化性质分析对比不同土地利用方式(耕地、林地、草地、荒地)的黑土土壤微形态特征,探索土地利用对土壤微形态的影响及其规律,揭示不同自然条件及人类活动对土壤的干扰作用,研究土壤的质量变化并解决土壤退化问题提供理论依据。  野外调查黑土区的土地利用方式,选择5种土地利用方式①天然草甸黑土、②原始林地、③人工杨树林地、④撂荒地、⑤耕地(不同耕作年限)作为研究对象,采集土样,制作土壤薄片,在偏光显微镜下观察土壤微形态特征,包括土壤粗颗粒形态、土壤孔隙形态、土壤形成物、土壤有机物、土壤微垒结和土壤微结构,详细观察、分析和描述,采集土壤微形态图像,用Image-Pro Plus6.0图像处理软件定量分析土壤微形态特征值,包括粗颗粒的面积、周长、长径、短径、等圆直径、圆度,土壤孔隙的数量及大小。测定土壤的理化性质,包括土壤容重、含水量、机械组成、TOC、全氮、有效磷、速效钾。分析数据,得出以下结论:  1不同土地利用方式下黑土土壤粗颗粒组成、土壤微垒结、土壤微结构、土壤有机质和土壤形成物相似。  (1)土壤粗颗粒矿物组合基本一致,主要是石英和长石,偶有云母残片。  (2)土壤微垒结构相似,粗颗粒形成骨架,中间空隙中部分填充了粘土矿物等细粒质集合体,无填充的粗颗粒相互支撑,为填集状垒结。黑土呈海绵状微结构,由大小不等的浑圆形或椭圆形团聚体组成,并含有许多腐殖质黑色絮凝物和颗粒物,团聚体被腐殖质膜包被,孔隙较多,结构疏松但不松散,土壤有良好的通气性和持水性。但耕作年限为50年的表土层其微结构稍有差异,致密紧实,为不规则棱块状。  (3)土壤形成物相似,主要是2∶1型粘土矿物,在B层和C层有一些絮状凝团和斑状铁锰新生体。土壤有机物的分布也相似,A层以植物残体(大部分是植物根系)、腐殖质和蚯蚓排泄为主,B层主要是一些絮状和颗粒状腐殖质,C层基本无有机物。  2土地利用方式及耕作年限对黑土土壤粗颗粒的形态特征有显著影响。  (1)草甸土和原始林地不受人类活动的影响,土壤颗粒保持原始状态,从A层到C层,土壤粗颗粒的面积、周长、长径、短径、等圆直径等特征值变小,且粒径在20~100μm的大颗粒物所占比例下降,而2~20μm的颗粒所占比例增大。  (2)耕作年限不同,耕地土壤粗颗粒形态特征也显著不同。随着耕作年限延长,土壤粗颗粒的面积、周长、长径、短径、等圆直径等特征值增加,而20~100μm的颗粒物比例却下降。  (3)耕地、林地、草地、撂荒地的粗颗粒大小顺序为撂荒地>50年耕地>30年耕地>草甸土>10年耕地>人工林地>2年耕地>原始林地。  (4)耕地的土壤发生层粗颗粒变化与原始状态相似,但其中耕作30年的海南乡耕地和耕作50年的耕地的粗颗粒特征值,从A层到C层颗粒的面积、周长等值呈增大趋势,耕地结构破坏严重。  3土地利用方式对黑土土壤的孔隙结构有显著的影响。天然草甸黑土的土壤孔隙很少且孔隙以管道状孔隙为主;原始林地的土壤孔隙分布均匀;耕作土壤的土壤孔隙度较大,且孔隙形状不规则,呈堆集性孔隙,孔隙度随着耕作年限的延长而降低,耕作50年之后的土壤表土层孔隙度仅为6.7%;耕地退耕还林后,土壤孔隙度增大,表土层孔隙度为48.63%,且土壤孔隙结构较好,土壤的通气性好,耕地停止耕作撂荒后表土层的孔隙结构有所改善,孔隙度有所增加。  4土地利用方式对黑土土壤的理化性质有明显影响。  (1)原始林地和草甸土表土层粘粒含量较少,分别为19.90%和21.53%,而深层土壤粘粒含量有所增加。耕作2年的土壤表土层粘粒含量为14.74%,耕作10年的土壤表土层粘粒含量达38.32%。刚开始耕作的2~10年,土壤发生层从A层到C层,粘粒含量不断增加。但是当耕作30~50年后,土壤中的粘粒含量反而降低,表土层粘粒含量仅有19.20%。退耕还林后人工杨树林地和耕地停止耕作后的撂荒地土壤发生层整体粘粒含量较高。  (2)耕作年限的延长导致土壤容重增大,含水量降低。不同土地利用方式土壤容重最小为草甸土,原始林地次之,其后为人工杨树林地和耕地,撂荒地土壤容重最大。土壤含水量最大为草甸土,原始林地次之,其后为人工杨树林地和耕地,撂荒土壤含水量最小。  (3)同一土体土壤从A层到C层,随着土层深度的增加TOC含量逐渐降低。不同土地利用方式土壤有机碳含量变化的大小顺序为草甸土>油松林地>2年耕地>10年耕地>人工杨树林>30年耕地>50年耕地>撂荒地。
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