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不同秸秆还田方式下砂姜黑土团聚体内颗粒有机质的空间分布特征——基于X射线CT技术和机器学习
1
作者 丁天宇 郭自春 +3 位作者 王玥凯 蒋发辉 张平 彭新华 《土壤学报》 北大核心 2025年第2期375-387,共13页
为优选培肥改良砂姜黑土的秸秆还田方式,该研究基于砂姜黑土连续6年耕作与秸秆还田定位试验,结合高分辨率X射线CT技术(XCT)和机器学习方法,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对不同土层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)... 为优选培肥改良砂姜黑土的秸秆还田方式,该研究基于砂姜黑土连续6年耕作与秸秆还田定位试验,结合高分辨率X射线CT技术(XCT)和机器学习方法,探究不同秸秆还田方式(免耕还田、旋耕还田、深翻还田)对不同土层(0~10 cm、10~20 cm、20~40 cm)6~8 mm团聚体内颗粒有机质(particulate organic matter,POM)(包括新鲜残体和旧POM)空间分布及其孔隙特征的影响。研究结果表明:整体而言,三种秸秆还田处理下各土层中团聚体内POM以新鲜残体为主,占76.4%~87.0%;免耕还田处理下0~10 cm土层团聚体存在大量POM,其中新鲜残体和旧POM分布在连通性孔隙中的比例分别为0.788和0.569;深翻还田处理下20~40 cm土层团聚体POM体积密度较高,新鲜残体和旧POM分布在连通性孔隙中的比例分别为0.729和0.536。与旋耕还田相比,免耕还田使0~10cm土层中团聚体内总POM和新鲜残体体积密度分别提高了54.4%和56.7%(P<0.05);然而,在10~20 cm土层中,三种还田方式下新鲜残体和旧POM体积密度及其在连通性孔隙中的分布无显著性差异(P>0.05);在20~40 cm土层中,与旋耕还田相比,深翻还田使总POM体积密度分别显著提高了2.78倍,其中新鲜残体和旧POM体积密度分别提高了3.10倍和1.72倍,同时显著提高了团聚体孔隙度(>16μm)、连通孔隙度(P<0.05)。综上所述,新鲜残体构成了POM主要成分,在免耕还田表层(0~10 cm)和深翻还田深层(20~40cm)土壤中,团聚体内POM体积密度提升主要以通过新鲜残体体积密度显著增加实现的,连通性孔隙是新鲜残体累积和分解转化的重要场所。本研究认为深翻还田有利于深层(20~40cm)土壤团聚体连通性孔隙形成和POM累积,对农田土壤质量提升和土壤固碳具有重要意义。 展开更多
关键词 团聚体 颗粒有机质 孔隙 砂姜黑土 深翻还田 XCT扫描
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不同耕作方式对砂姜黑土孔隙结构特征的影响 被引量：5
2
作者 钱泳其 熊鹏 +4 位作者 王玥凯 张中彬 郭自春 邵芳荣 彭新华 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期52-63,共12页
砂姜黑土黏闭僵硬问题突出,耕作是改良其结构的重要措施之一。基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地,采集免耕(No-tillage,NT)、旋耕(Rotarytillage,RT)和深翻(Deepploughing,DP)处理的原状土柱(高20cm,直径10cm),利用X射线CT扫描技术... 砂姜黑土黏闭僵硬问题突出,耕作是改良其结构的重要措施之一。基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作试验基地,采集免耕(No-tillage,NT)、旋耕(Rotarytillage,RT)和深翻(Deepploughing,DP)处理的原状土柱(高20cm,直径10cm),利用X射线CT扫描技术和ImageJ软件等对土壤孔隙结构进行三维重建和可视化处理,定量分析不同耕作方式对土壤孔隙度、孔径大小分布、孔隙形态特征、网络特征以及土壤饱和导水率的影响。结果表明:(1)与免耕相比,旋耕和深翻下土壤的大孔隙度分别增加了192.7%和261.1%(P<0.05);与旋耕相比,深翻下土壤大孔隙度增加了23.4%;(2)相较于免耕,旋耕和深翻显著增加了土壤孔隙的水力半径、紧密度、分形维数和全局连通性(P<0.05),显著降低了各向异性程度和欧拉数(P<0.05),土壤饱和导水率得到显著提升,且深翻的改良效果总体优于旋耕;(3)相关分析表明土壤饱和导水率与除水力半径外的孔隙结构特征参数均存在显著相关(P<0.05),其中与连通性最大孔隙度的相关性最高(r=0.833**,P<0.01)。综上所述,深翻扩大了土壤孔隙的水力半径,改善了连通性,提升了复杂程度,从而构建了相对良好的土壤孔隙形态和网络结构,提高了导水能力,消减砂姜黑土结构性障碍效果显著。 展开更多
关键词 砂姜黑土 深翻 CT扫描技术 孔隙结构 饱和导水率
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不同耕作方式对砂姜黑土物理性质和玉米生长的影响 被引量：45
3
作者 王玥凯 郭自春 +5 位作者 张中彬 周虎 洪亮 王永玖 李录久 彭新华 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1370-1380,共11页
砂姜黑土结构不良是影响其生产力的主要限制因子。为改良其土壤结构,基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作定位试验基地,设置免耕、旋耕、深松和深翻四种处理,研究不同耕作方式对砂姜黑土0~40 cm土层土壤物理结构、玉米根系发育及其产量的影响... 砂姜黑土结构不良是影响其生产力的主要限制因子。为改良其土壤结构,基于安徽龙亢农场砂姜黑土耕作定位试验基地,设置免耕、旋耕、深松和深翻四种处理,研究不同耕作方式对砂姜黑土0~40 cm土层土壤物理结构、玉米根系发育及其产量的影响。结果表明:1)在玉米生育期内,免耕处理下0~40 cm土壤平均容重和紧实度分别为1.52~1.57 g·cm^-3和926~1748 kPa,高于其他耕作处理;0~10 cm土层有效水分库容和饱和导水率低于其他耕作处理,分别仅为0.12 cm^3·cm^-3和3.5×10^-5 mm·min^-1;根系发育受到明显抑制,根长密度和根干物质的量密度较其他耕作方式分别降低42.5%~117%、35%~73.9%;2016—2017周年作物产量较深松和深翻降低8%~12%。2)与旋耕和深松相比,深翻处理下10~20 cm土壤容重和10~30 cm土壤穿透阻力分别降低至1.39~1.51 g·cm^-3和725~1575 kPa,0~10 cm土壤饱和导水率显著提高至4.15×10^-2 mm·min^-1,0~20 cm土壤有效水分库容提高至17.9%~18.4%,促进了0~10 cm土层根系发育,具有较好的增产效果。3)相关分析表明根长密度与土壤容重(r=-0.74^**,P<0.01)和穿透阻力(r=-0.73^**,P<0.01)呈极显著负相关关系。综上所述,深翻改良砂姜黑土结构效果明显,有利于作物生长,为该区较适宜的耕作模式。 展开更多
关键词 砂姜黑土 深翻 土壤结构 根系特征 作物产量
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基于Meta分析评价东北黑土地保护性耕作与深耕的区域适宜性:以作物产量为例 被引量：24
4
作者 蒋发辉 钱泳其 +6 位作者 郭自春 高磊 张中彬 曹振 国佳欣 刘峰 彭新华 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期935-952,共18页
为防治黑土退化、保护好利用好黑土地,本研究基于东北黑土区已发表61篇文献543组研究数据,利用Meta分析和随机森林模型等方法,分析黑土地保护性耕作与深耕对作物产量的影响及其驱动因素,耦合东北黑土地区气候、地形和土壤等信息,评价保... 为防治黑土退化、保护好利用好黑土地,本研究基于东北黑土区已发表61篇文献543组研究数据,利用Meta分析和随机森林模型等方法,分析黑土地保护性耕作与深耕对作物产量的影响及其驱动因素,耦合东北黑土地区气候、地形和土壤等信息,评价保护性耕作与深耕的适宜性。结果表明:与传统耕作相比,东北黑土地区整体而言保护性耕作增产不明显(1.21%),而深耕增产显著(12.3%),区域分析表明前者仅在辽河平原显著增产14.6%,而后者在三江、松嫩和辽河平原均增产10%以上。因素分析表明黑土区保护性耕作产量效应主要受多年平均气温(20%)、积温(19%)和干燥指数(16%)的影响,深耕产量效果则受坡度影响最大(14%),平坦区域适宜深耕,陡坡耕地适宜保护性耕作。综合上述因子评价区域适宜性程度,东北地区的西南部,包括辽宁省西部、吉林省西部以及内蒙古自治区东部(赤峰市、通辽)等严重风蚀区域实行保护性耕作效果更佳;典型黑土带以及三江平原等湿润、冷凉、低洼区域深耕的效果较好。本研究成果可为保护性耕作与深耕技术在东北黑土区的推广应用提供参考。 展开更多
关键词 东北黑土 保护性耕作 深耕 Meta分析 随机森林模型 作物产量
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淮北平原砂姜黑土玉米产量与土壤性质的区域分析 被引量：10
5
作者 熊鹏 郭自春 +5 位作者 李玮 张中彬 王玥凯 周虎 曹承富 彭新华 《土壤》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期391-397,共7页
以淮北平原作为调查区域,对砂姜黑土区48个样点的玉米产量及0~20 cm耕层土壤性质进行了分析。结果表明:在涡阳县东、西部,蒙城县南部和怀远县北部,玉米产量多在8.7 t/hm^(2)以上,土壤容重较小;而在蒙城县北部,玉米产量多在7 t/hm^(2)以... 以淮北平原作为调查区域,对砂姜黑土区48个样点的玉米产量及0~20 cm耕层土壤性质进行了分析。结果表明:在涡阳县东、西部,蒙城县南部和怀远县北部,玉米产量多在8.7 t/hm^(2)以上,土壤容重较小;而在蒙城县北部,玉米产量多在7 t/hm^(2)以下,土壤容重最大,平均达到1.6 g/cm^(3)以上。涡阳县土壤有机碳含量最高,平均值达到15.4 g/kg,较怀远县和蒙城县分别增加了28.3%和55.9%。土壤全量养分和速效养分随玉米产量等级变化不明显。相关性分析表明:玉米产量与耕层土壤穿透阻力(r=–0.348,P<0.05)、土壤容重(r=–0.484,P<0.01)呈负相关,而与土壤有机碳(r=0.421,P<0.01)呈正相关。因此,土壤物理性质与土壤有机碳是影响该区玉米产量的关键因子。 展开更多
关键词 土壤物理性质 土壤容重 土壤穿透阻力 土壤有机碳
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基于高通量测序对塔克拉玛干沙漠南缘2种多年生植物根际细菌及真菌群落结构的研究
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作者 高欢欢 曾凡江 +4 位作者 赵秀芳 朱心宁 郭自春 张波 丁泽华 《现代农业科技》 2019年第8期161-163,168,共4页
本研究利用高通量测序法(Miseq测序平台)对塔克拉玛干沙漠南缘2种多年生植物根际土壤微生物进行初步研究。结果表明,骆驼刺根际土壤中细菌分为16门、33纲、67目、129科、320属,柽柳根际土壤中细菌分为14门、30纲、66目、125科、335属;... 本研究利用高通量测序法(Miseq测序平台)对塔克拉玛干沙漠南缘2种多年生植物根际土壤微生物进行初步研究。结果表明,骆驼刺根际土壤中细菌分为16门、33纲、67目、129科、320属,柽柳根际土壤中细菌分为14门、30纲、66目、125科、335属;骆驼刺根际土壤中真菌分为8门、13纲、36目、58科、104属,柽柳根际土壤中真菌分为8门、13纲、34目、59科、92属。2种植物根际微生物群落结构种间存在差异,真菌差异大于细菌且丰度高。 展开更多
关键词 根际微生物 高通量测序 多样性Miseq测序平台 塔克拉玛干沙漠
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淮北平原砂姜黑土区砂姜的空间分布及其驱动因素 被引量：3
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作者 陈月明 高磊 +3 位作者 张中彬 郭自春 邵芳荣 彭新华 《土壤学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第1期148-160,共13页
砂姜黑土的典型特征就是土体内含有"砂姜"。基于经典统计学及地统计学方法,研究了淮北平原砂姜黑土区东西(河南上蔡到安徽泗县)及南北(河南鹿邑到安徽怀远)两条典型样带0~100 cm土层内砂姜含量分布及0~20 cm土壤性质、地形因... 砂姜黑土的典型特征就是土体内含有"砂姜"。基于经典统计学及地统计学方法,研究了淮北平原砂姜黑土区东西(河南上蔡到安徽泗县)及南北(河南鹿邑到安徽怀远)两条典型样带0~100 cm土层内砂姜含量分布及0~20 cm土壤性质、地形因子和气候特征。结果表明:(1)东西样带内从西向东、南北样带内从北向南,砂姜含量逐渐增多,埋深也逐渐变浅;(2)两条样带砂姜含量随土层的加深呈增加的趋势,而极大值出现在20~60cm土层,砂姜以2~5mm粒级的占比最大(40%~44%);(3)相关分析表明砂姜含量与蒙脱石组成比例(r=0.321,P <0.01)、年均降水量(r=0.416,P <0.01)、年均温度(r=0.369,P <0.01)呈正相关,而与土壤全钙(r=–0.279,P <0.05)、高程(r=–0.387,P <0.01)、年均蒸发量(r=–0.392,P<0.01)呈负相关。可见,淮北平原砂姜含量受地形、气候条件和土壤性质等因素的共同作用,形成了"西低东高,北低南高"空间分布格局。 展开更多
关键词 淮北平原 砂姜黑土 钙质结核 空间变异 地统计学
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不同覆盖作物对砂姜黑土剖面硝态氮动态的影响 被引量：2
8
作者 徐静怡 张中彬 +4 位作者 王玥凯 赵馨雅 孙海军 郭自春 彭新华 《农业环境科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2281-2290,共10页
为探究不同覆盖作物整个生育期内[覆盖作物播种后(2021年11月5日)、营养生长期(2022年3月12日)和生殖生长期(2022年5月5日)]砂姜黑土剖面中硝态氮的动态变化,本研究在安徽省龙亢农场典型砂姜黑土区设置压实(Compacted,C)与不压实(Non-co... 为探究不同覆盖作物整个生育期内[覆盖作物播种后(2021年11月5日)、营养生长期(2022年3月12日)和生殖生长期(2022年5月5日)]砂姜黑土剖面中硝态氮的动态变化,本研究在安徽省龙亢农场典型砂姜黑土区设置压实(Compacted,C)与不压实(Non-compacted,NC)处理,并裂区设置冬季休闲(Con)、苜蓿(Alf)、油菜(Rap)、萝卜+毛苕子混播(Rhv)4个处理,动态监测0~120 cm土层中土壤硝态氮含量、储量和植株地上地下生物量及其氮素积累量。结果表明:整个覆盖作物生长季,Alf、Rap、Rhv处理土壤硝态氮含量持续下降,各处理0~120 cm土层平均分别下降43.3%、53.9%、57.5%。营养生长期与生殖生长期3个覆盖作物处理(除生殖生长期不压实条件下Rhv处理)硝态氮储量均较Con处理降低(P<0.05),且营养生长期的平均降幅(压实52.7%,不压实60.7%)高于生殖生长期(压实40.2%,不压实35.6%)。营养生长期,不压实条件下Alf处理土壤硝态氮储量是Rap和Rhv处理的1.41倍(P<0.05)。生殖生长期,压实与不压实条件下3个覆盖作物处理土壤硝态氮储量间无显著差异。营养生长期,Alf处理地上部生物量和氮素累积量低于Rap处理(P<0.05),地下部生物量和氮素累积量低于Rhv处理(P<0.05);但生殖生长期,Alf处理地上和地下部氮素累积量均显著高于Rap和Rhv处理(P<0.05)。相关分析表明,土壤中硝态氮储量与覆盖作物生物量以及氮素累积量呈负相关(P<0.05),表明覆盖作物对氮的吸收利用是土壤硝态氮下降的主要原因。综上,与Con处理相比,Alf、Rap和Rhv处理均可以有效降低土壤剖面中残余硝态氮,但Alf处理在前期生长缓慢,降低土壤剖面硝态氮的能力低于Rap与Rhv处理。因此,在砂姜黑土区种植油菜或萝卜+毛苕子更有利于降低覆盖作物生长期的硝态氮淋溶风险。 展开更多
关键词 砂姜黑土 覆盖作物 土壤硝态氮 生物量 植株氮素累积
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